Los metales y las aleaciones han entrado tan de cerca en nuestras vidas que a veces ni siquiera pensamos en ellos. Ya en 4-3 milenios antes de Cristo, tuvo lugar el primer contacto del hombre con las pepitas. Ha pasado mucho tiempo desde entonces, y cada año el procesamiento de metales solo ha mejorado.
El zinc jugó un papel importante en esto. Las aleaciones basadas en él se utilizan en muchas industrias. En este artículo, veremos las aleaciones de zinc y su papel en nuestras vidas.
Metal de transición
Se sabe que el zinc es un metal de transición quebradizo de color blanco azulado. Se extrae de minerales semimetálicos. El proceso de obtención de zinc puro es bastante complejo y lento. En primer lugar, el mineral que contiene de 1 a 4% de zinc se enriquece mediante flotación selectiva. Mediante este proceso se obtienen concentrados (55% Zn). A continuación, necesita obtener óxido de zinc. Para ello, los concentrados resultantes se calcinan en hornos de lecho fluidizado. Solo desdeóxido de zinc, puede obtener este metal en su forma pura, y hay dos formas de hacerlo.
Obtención de zinc
El primero es electrolítico, basado en el tratamiento del óxido de zinc con ácido sulfúrico. Como resultado de esta reacción, se forma una solución de sulfato, que se purifica de las impurezas y se somete a electrólisis. El zinc se deposita sobre cátodos de aluminio, que luego se funde en hornos de inducción. La pureza del zinc así obtenido es de alrededor del 99,95%.
El segundo método, el más antiguo, es la destilación. Los concentrados se calientan a una temperatura muy alta (alrededor de 1000 ° C), se liberan vapores de zinc que, por condensación, se depositan en recipientes de arcilla. Pero este método no da tanta pureza como el primero. El vapor resultante contiene alrededor del 3% de varias impurezas, incluido un elemento tan valioso como el cadmio. Por lo tanto, Zn se purifica aún más por segregación. A una temperatura de 500°C se defiende durante algún tiempo y se obtiene una pureza del 98%. Para una mayor producción de aleaciones, esto es suficiente, porque entonces el zinc todavía se alea con los mismos elementos. Si esto no es suficiente, se utiliza la rectificación y se obtiene zinc con una pureza del 99,995%. Así, ambos métodos permiten obtener zinc de alta pureza.
Un par inseparable de metales
Por lo general, el plomo está presente en las aleaciones de zinc como impureza. En la naturaleza, este par inseparable de metales se encuentra con bastante frecuencia. Pero, de hecho, un alto contenido de plomo en una aleación de zinc degrada sus propiedades físicas, creando una tendencia a la corrosión intergranular si esel contenido supera el 0,007%. El plomo y el zinc se encuentran comúnmente juntos en bronces al estaño y latón.
Si hablamos del eutéctico de estos dos elementos, es importante señalar que hasta una temperatura de 800°C no se mezclan entre sí y representan dos líquidos diferentes. Durante el enfriamiento rápido, se produce una distribución uniforme de Pb en forma de inclusiones redondeadas a lo largo de los límites de grano. La aleación de zinc-plomo se utiliza para fabricar planchas de impresión debido a que se disuelve muy rápidamente en ácido. En la mayoría de los casos, las impurezas de plomo se eliminan del zinc mediante un método de destilación.
Aleación de cobre zinc
El latón es una aleación conocida incluso antes de nuestra era. En ese momento, el zinc aún no se había descubierto, pero el mineral se usaba ampliamente. Anteriormente, el latón se obtenía aleando smithsonita (mineral de zinc) y cobre. Recién en el siglo XVIII se fabricó por primera vez esta aleación con zinc metálico.
En nuestro tiempo, existen varias variedades de latón: monofásicos y bifásicos. Los primeros contienen alrededor de un 35 % de zinc, mientras que los segundos contienen un 50 % y un 4 % de plomo. Los latones monofásicos son muy dúctiles, mientras que la segunda variedad se caracteriza por su fragilidad y dureza. Habiendo considerado el diagrama de estado de estos dos elementos, podemos concluir que forman una serie de fases electrónicas: β, γ, ε. Una variedad interesante de latón es tompak. Contiene solo hasta un 10% de zinc y debido a esto tiene una ductilidad muy alta. Tompak se utiliza con éxito para el revestimiento de acero y la producción de bimetales. Antes que élutilizado para hacer monedas y oro de imitación.
Zinc y acero
Casi en todos los hogares puedes encontrar cosas galvanizadas: cubos, ollas, agua hirviendo, etc. Todos ellos están protegidos de manera confiable contra la oxidación gracias al zinc. Hablando en sentido figurado, por supuesto, el acero está recubierto con este metal y, lógicamente, no estamos hablando de una aleación. Por otro lado, sabiendo cómo ocurre la galvanización, se puede argumentar lo contrario. El hecho es que el zinc se funde a una temperatura muy baja (alrededor de 400 ° C), y cuando entra en la superficie del acero en estado líquido, se difunde en ella.
Los átomos de ambas sustancias están muy unidos entre sí, formando una aleación de hierro y zinc. Por esta razón, podemos decir con seguridad que Zn no se "coloca" en el producto, sino que se "incrusta" en él. Esto se puede observar en una situación doméstica normal. Por ejemplo, aparece un rasguño en un balde galvanizado. ¿Está empezando a oxidarse aquí? La respuesta es inequívoca: no. Esto se debe a que cuando entra la humedad, los compuestos de zinc comienzan a descomponerse, pero al mismo tiempo forman una especie de protección para el acero. Entonces, en la mayoría de los casos, tales aleaciones de zinc están diseñadas para proteger los productos de la corrosión. Por supuesto, otras sustancias, como el cromo o el níquel, también se pueden usar para estos fines, pero el costo de estos productos será mucho mayor.
Estaño y zinc
Esta aleación no es menos popular que las otras que ya hemos revisado. En 1917-1918 en Bulgaria, se usó ampliamente para fabricar recipientes especiales que contenían líquidos calientes durante mucho tiempo.(análogos de los termos modernos). Hoy en día, la aleación de zinc-estaño es muy utilizada en las industrias de radio y electricidad. Esto se debe al hecho de que la composición con un contenido de Zn del 20 % se suelda muy bien y el pulido del depósito se mantiene durante mucho tiempo.
Por supuesto, esta aleación también se puede utilizar como revestimiento anticorrosión. Sus características son muy similares al revestimiento de cadmio, pero al mismo tiempo menos costoso.
Propiedades de las aleaciones de zinc
Por supuesto, todas las composiciones con este metal difieren entre sí en su porcentaje. En general, las aleaciones de zinc tienen buenas propiedades mecánicas y de fundición. Lo primero y más importante es la resistencia a la corrosión. Sobre todo, se manifiesta en una atmósfera de aire limpio y seco. Las posibles manifestaciones de corrosión se pueden ver en las ciudades industriales. Esto se debe a la presencia de vapores de ácido clorhídrico, cloro y óxidos de azufre en el aire que, al condensarse con la humedad, dificultan la formación de una película protectora. El cobre-estaño-zinc es una aleación que se caracteriza por sus altas propiedades protectoras. Es esta composición la que es menos susceptible a la corrosión, especialmente en una atmósfera industrial. Si hablamos de las propiedades de fundición del zinc, entonces, por supuesto, dependen de los elementos de aleación en sus aleaciones.
Así, por ejemplo, el aluminio hace que su estructura sea homogénea, de grano fino, la ennoblece, reduce el efecto negativo del hierro. Otro elemento de aleación importante es el cobre. Aumenta la fuerza y reducecorrosión intercristalina. La aleación de cobre y zinc tiene una alta resistencia al impacto, pero al mismo tiempo pierde parcialmente sus propiedades de fundición.
Campos de aplicación del zinc y sus aleaciones
De hecho, las piezas hechas de aleaciones de zinc son bastante comunes en nuestro tiempo. A pesar de que el plástico está reemplazando a los productos metálicos, en algunos casos no se puede prescindir de ellos. Por ejemplo, la industria automotriz es una industria que no puede prescindir de las aleaciones de zinc. Filtros, cárteres, carcasas de bombas de combustible y carburadores, cubiertas de ruedas, silenciadores: todo esto y mucho más se fabrica con compuestos de este elemento químico.
Debido al hecho de que las aleaciones de zinc tienen buenas propiedades de fundición, se funden piezas complejas de varias formas con un espesor de pared mínimo. La construcción es otra área en la que estas aleaciones son indispensables. El zinc laminado se utiliza para techos, tuberías y canaletas. A pesar de que existe una tendencia a reducir la producción de aleaciones de zinc, no es posible abandonar su producción debido a la relativa baratura y propiedades mecánicas del material.
