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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE LERDO Tecnología de los materiales REPORTE DE INVESTIGACIÓN “METALES REFRACTARIOS Y PRECIOSOS” Carlos Alberto Valenzuela Silva Jesús Manuel Mercado Gaytán Antonio Astorga Martínez Miguel Ángel Martínez Sifuentes Roberto Valles Ibarra

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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE LERDOTecnología de los materiales

REPORTE DE INVESTIGACIÓN“METALES REFRACTARIOS Y PRECIOSOS”

Carlos Alberto Valenzuela SilvaJesús Manuel Mercado Gaytán

Antonio Astorga MartínezMiguel Ángel Martínez Sifuentes

Roberto Valles Ibarra

Martes 3 de mayo de 2016

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REPORTE DE INVESTIGACIÓN

“METALES REFRACTARIOS Y PRECIOSOS”

ÍNDICE

Resumen:.....................................................................................................................................1

METALES REFRACTARIOS.............................................................................................................2

MOLIBDENO (Mo)....................................................................................................................3

Métodos de obtención:........................................................................................................3

Aplicaciones:........................................................................................................................3

NIOBIO (Nb)..............................................................................................................................4

MÉTODOS DE OBTENCIÓN:..................................................................................................4

APLICACIONES:.....................................................................................................................4

TUNGSTENO O WOLFRAMIO (W).............................................................................................5

MÉTODOS DE OBTENCIÓN:..................................................................................................5

APLICACIONES:.....................................................................................................................5

RENIO (Re)................................................................................................................................6

MÉTODOS DE OBTENCIÓN...................................................................................................6

APLICACIONES:.....................................................................................................................6

TÁNTALO (Ta)...........................................................................................................................7

MÉTODOS DE OBTENCIÓN:..................................................................................................7

APLICACIONES......................................................................................................................7

METALES PRECIOSOS...................................................................................................................8

PALADIO (Pd)............................................................................................................................8

MÉTODOS DE OBTENCIÓN:..................................................................................................9

APLICACIONES:.....................................................................................................................9

ORO (Au)..................................................................................................................................9

MÉTODOS DE OBTENCIÓN:................................................................................................10

APLICACIONES:...................................................................................................................10

PLATINO (Pt)...........................................................................................................................10

MÉTODOS DE OBTENCIÓN:................................................................................................11

APLICACIONES:...................................................................................................................11

PLATA (Ag)..............................................................................................................................12

MÉTODOS DE OBTENCIÓN:................................................................................................12

APLICACIONES:...................................................................................................................12

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RODIO (Rh).............................................................................................................................13

MÉTODOS DE OBTENCIÓN:................................................................................................13

APLICACIONES:...................................................................................................................13

CONCLUSIONES..........................................................................................................................14

Bibliografías................................................................................................................................14

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Resumen:

Dentro de nuestra vida diaria usamos muchas cosas que tienen en su estructura diferentes tipos de aleaciones para darles las características óptimas pero, ¿Que son esos metales que se alean para que, por ejemplo, una caldera no se funda con la extrema temperatura a la que tiene que trabajar? En esta investigación se hablara de estos metales y también se incluirán a los “metales preciosos” que comparten una (a veces más de una) propiedad con los metales refractarios.

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METALES REFRACTARIOS

Los metales refractarios se caracterizan por presentar una elevada resistencia mecánica a grandes temperaturas, tiene una enorme dureza, se emplean para fabricar herramientas de corte, ejes y cojinetes, para filamentos de lámparas, y como recubrimiento y fuselaje en vehículos espaciales. Dentro de este grupo están: el niobio, el molibdeno, el Tántalo, el tungsteno o volframio.

Son, por lo tanto, de gran importancia y uso en motores a reacción, turbinas de gas y otras aplicaciones aeroespaciales, en las industrias electrónicas, de energía nuclear y química, y como materiales para herramientas. El rango de temperatura para algunas de estas aplicaciones es del orden de 1100ºC-2200ºC, donde la preocupación principal es la resistencia mecánica y la oxidación.

Molibdeno (Mo)

Renio (Re) Tántalo (Ta)

Tungsteno (W)

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MOLIBDENO (Mo)

Métodos de obtención: Se obtiene como subproducto de la minería del cobre y wolframio.

El metal en polvo se obtiene por reducción en caliente de trióxido de molibdeno con hidrógeno.

Se produce en varios estados de oxidación en los minerales. La principal fuente de molibdeno es el mineral molibdenita (MoS2). También se puede encontrar en otros minerales, como la wulfenita (PbMoO4) y la powellita (CaMoO4).

Aplicaciones: Aleado, proporciona dureza y elimina la fragilidad en los aceros templados, pues

impide la separación de laminillas de grafito.

Como ferromolibdeno proporciona resistencia al acero a altas temperaturas.

Se emplea en aleaciones refractarias, junto al níquel, como las Hastelloys (R), que son resistentes al calor y a la corrosión por compuestos químicos.

En aleaciones para imanes permanentes.

Como catalizador en el refinado del petróleo.

Niobio (Nb)

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Se emplea en aplicaciones nucleares y en la construcción de piezas de misiles y aviones.

El disulfuro de molibdeno se usa como lubricante a altas temperaturas, a las cuales los aceites normales descomponen.

NIOBIO (Nb)

MÉTODOS DE OBTENCIÓN:La obtención del metal implica una primera etapa de separación del Tántalo mediante disolventes y la transformación en Nb2O5. Éste se reduce en dos etapas con carbón; en la primera, a 800 °C, se forma NbC, que en la segunda, a 2000 °C, actúa como reductor del óxido y se produce el metal.

APLICACIONES: Recubrimiento de barras de combustible nuclear, pues tiene una baja sección de

captura de neutrones.

Construcción de sistemas de distribución de aire de cápsulas espaciales.

Ofrece propiedades superconductoras: se han construido imanes superconductores con alambres de niobio-circonio, que mantiene su superconductividad en presencia de fuertes campos magnéticos.

Se emplea en las varillas de soldadura de arco para acero inoxidable.

Aleado con hierro se obtiene una aleación llamada ferroniobio, útil para la fabricación de aceros inoxidables, evitándose la oxidación y disminuyendo la fragilidad.

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TUNGSTENO O WOLFRAMIO (W)

MÉTODOS DE OBTENCIÓN: Se obtiene mediante reducción del trióxido de wolframio con hidrógeno o carbono a

1200 ºC. El polvo obtenido se prensa y sinteriza. Se purifica mediante fusión por zonas.

Para extraer el elemento de su mena, se funde ésta con carbonato de sodio obteniéndose wolframato de sodio. El wolframato de sodio soluble se extrae después con agua caliente y se trata con ácido clorhídrico para conseguir ácido volfrámico, Este último compuesto, una vez lavado y secado, forma el óxido, que se reduce con hidrógeno en un horno eléctrico. El fino polvo obtenido se recalienta en moldes en una atmósfera de hidrógeno, y se prensa en forma de barras que se enrollan y martillean a alta temperatura para hacerlas compactas y dúctiles.

APLICACIONES: El wolframio y sus aleaciones se emplean en filamentos de lámparas eléctricas, tubos

electrónicos y de televisión y en la técnica de evaporación de metales.

Se utiliza como blanco de rayos X.

Se emplea en bobinas y otros elementos de calefacción de hornos eléctricos y otros materiales que requieren trabajar a altas temperaturas y ser resistentes a la corrosión.

Se usa en la industria aeronáutica: cabezas de cohetes, motores.

Los wolframatos de calcio y de magnesio se emplean en luces fluorescentes.

El wolframato sódico se utiliza para fabricar tejidos incombustibles.

El carburo de wolframio tiene gran importancia para trabajar los metales: corte, tornos, minerías, petróleo, etc.

El disulfuro de wolframio es un lubricante seco empleado a altas temperaturas.

El trióxido de wolframio se usa en pinturas y cerámica.

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RENIO (Re)

MÉTODOS DE OBTENCIÓN:

Se obtiene a partir del procesado del molibdeno. El óxido de renio se encuentra en los polvos de los gases de tostación de la molibdenita; por reducción del mismo con hidrógeno se obtiene el elemento en forma pulverulenta.

Por reducción del perrenato amónico, NH4ReO4, con hidrógeno a alta temperatura.

APLICACIONES: Se emplea como aditivo en aleaciones de wolframio y molibdeno para mejorar sus

propiedades. Las de wolframio se emplean como termopares para medidas de temperaturas hasta 2200 ºC y las de molibdeno son superconductoras a 10 K. Estas aleaciones se emplean en filamentos de espectrógrafos de masas y medidores de iones.

El renio se utiliza en contactos eléctricos ya que posee buena resistencia al desgaste y a la corrosión al arco eléctrico.

Se utiliza como flash fotográfico.

Los catalizadores de renio se emplean en muchos procesos de hidrogenación, reformado catalítico, hidrocraqueo, etc., ya que son muy resistentes al envenenamiento por nitrógeno, azufre y fósforo.

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TÁNTALO (Ta)

MÉTODOS DE OBTENCIÓN: Debido a que coincide en todos los minerales con el niobio, el primer paso consiste en

separar ambos, para ello se efectúa la disolución con ácido fluorhídrico, precipitando el fluorotantalato de potasio, K4Ta4O5F14, mientras que el correspondiente compuesto de niobio queda en disolución. Partiendo del fluorotantalato se obtiene el elemento por reducción con sodio.

APLICACIONES Se emplea fundamentalmente para obtener aleaciones con alto punto de fusión, alta

resistencia, dúctiles e inoxidables.

Se utiliza para eliminar trazas de gases.

Se usa en equipos químicos, reactores nucleares, aviones y cohetes, debido a su alta inercia química.

Se emplea para fabricar condensadores electrolíticos y partes de hornos de vacío.

Se usa en la fabricación de material quirúrgico ya que es inerte a los líquidos corporales y no produce irritación.

El óxido de Tántalo (V) se emplea en la fabricación de vidrios especiales para lentes de cámaras, ya que posee un elevado índice de refracción.

El carburo de Tántalo se utiliza en sierras de cortar.

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METALES PRECIOSOS

Los metales preciosos son aquellos metales que se encuentran directamente en estado puro (menas), es decir que no se encuentran combinados con otros metales, y que además tienen un alto valor económico debido a que son poco frecuentes (poco abundantes). Por ejemplo el oro que se encuentra en forma de pepitas directamente y es poco abundante en la naturaleza. Ojo no confundir con las Piedras Preciosas.

En joyería se consideran metales preciosos el platino, el oro y la plata, en ese orden por el valor económico que tienen. Se usan en joyería no solo por su rareza, sino también por su atractivo. Pero además de estos también se consideran metales preciosos el Paladio y el Rodio.

El Rodio al ser un metal muy raro de encontrar, ahora mismo, es el metal más caro, incluso cotiza por encima del oro.

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PALADIO (Pd)

MÉTODOS DE OBTENCIÓN: Se obtiene de la mena de platino bruto mediante diversos tratamientos.

Se puede encontrar como metal libre aleado con el oro y otros metales del grupo del platino en los depósitos de los montes Urales, Australia, Etiopía, Sudáfrica y América del Norte. Es comercialmente producido a partir de depósitos de níquel-cobre, que se encuentran en Sudáfrica, Ontario, y Siberia; Se necesita tratamiento de muchas toneladas métricas de mineral para extraer una sola onza de paladio. Sin embargo, la producción de la mina aún podía ser rentable, dependiendo de los precios del metal actual, como otros metales se producen juntos: níquel, cobre, platino y rodio.

APLICACIONES: El paladio finamente dividido es un buen catalizador para reacciones de

hidrogenación / deshidrogenación.

Aleado, se emplea en joyería. El oro blanco es oro aleado con paladio que lo decolora.

Aleaciones de paladio, plata y cobre son muy duras y estables a la corrosión. Se emplean en odontología (prótesis), relojería, instrumental quirúrgico y contactos eléctricos, crisoles, etc.

Se emplea para fabricar contactos eléctricos.

Se usa para purificar el gas hidrógeno.

El cloruro de paladio tiene aplicación para la detección del monóxido de carbono.

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ORO (Au)

MÉTODOS DE OBTENCIÓN: El oro puede encontrarse en estado nativo en forma de pepitas, en el agua del mar o

en los barros anódicos del procesado del cobre. Para obtener el metal a partir de los minerales se sigue el siguiente proceso: Se muele el mineral y se arrastra con agua para separar las partículas de oro (más densas) del resto, estas partículas se amalgaman con mercurio y se lava con agua para arrancar las impurezas. Posteriormente se destila el mercurio de la amalgama a 600 ºC y queda oro con riqueza del 70 %. Después se refina por electrólisis o pasando una corriente de cloro por el fundido de oro bruto (obtenido anteriormente con el 70 % de riqueza).

APLICACIONES: Se emplea para fabricar monedas y es el patrón del sistema monetario de muchos

países.

Se utiliza en joyería y decoración. Para ello suele estar aleado con otros metales, principalmente: plata y cobre.

Se usa en odontología.

Se emplea en electrónica.

Se emplea para recubrir satélites artificiales ya que es un buen reflector de la radiación infrarroja y es bastante inerte.

El ácido cloroaúrico, AuHCl4, formado al tratar oro con agua regia se utiliza en fotografía.

El orotiomalato de disodio se administra intramuscularmente para el tratamiento de la artritis.

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PLATINO (Pt)

MÉTODOS DE OBTENCIÓN: Se presenta nativo acompañado de pequeñas cantidades de elementos del subgrupo

(iridio, paladio, osmio, rutenio y rodio) en depósitos aluviales de los Urales y de ambas Américas. A partir de los minerales de platino, por diversos métodos, se obtiene el platino bruto (aprox. 80 % de platino, 10 % de hierro+cobre y 1 % de cada uno de los metales del subgrupo, del que por tratamiento con agua regia se separan dos fracciones:

- platinoiridio: platino, iridio, rodio y paladio, soluble en agua regia.

- osmioiridio: osmio, iridio, rodio y rutenio, insoluble en agua regia.

APLICACIONES: Se utiliza en joyería.

Se emplea para obtener recipientes de laboratorio.

Se usa para obtener termopares y otros aparatos de medida.

Se utiliza para fabricar aparatos resistentes a la corrosión y en odontología.

Las resistencias eléctricas de platino se emplean en hornos eléctricos de alta temperatura y en aparatos de laboratorio (electrodos).

Las aleaciones de platino se emplean para recubrir las cabezas de misiles, como inyectores de combustible de motores a reacción, ya que poseen alta estabilidad térmica y solidez.

Las aleaciones platino-cobalto presentan propiedades magnéticas.

El prototipo de kilogramo es una aleación de platino e iridio.

Los ánodos de platino se usan en los sistemas de protección catódica de grandes barcos, contenedores marinos, oleoductos-gaseoductos, embarcaderos de acero, etc.

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Se emplea como catalizador para la síntesis de ácido sulfúrico y en el craqueo de petróleo.

Se usa como catalizador en los coches para evitar la contaminación ambiental.

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PLATA (Ag)

MÉTODOS DE OBTENCIÓN: Se obtiene a partir de los minerales, por molienda y lixiviación con cianuro.

Posteriormente, se efectúa una reducción con zinc.

Se obtiene como subproducto en la obtención de cobre y plomo.

APLICACIONES: La plata de ley se emplea en joyería, platería, etc. Esta aleación contiene un 92,5 % de

plata y el resto cobre y algún otro metal.

Otras aleaciones se emplean en odontología.

Se emplea en aleaciones para soldadura, contactos eléctricos, baterías de plata-zinc y de plata-cadmio.

Se utiliza para efectuar pintura con plata para circuitos impresos.

Se usa para la fabricación de espejos. Se deposita por varios métodos: deposición química, electrolítica o evaporación.

Los haluros de plata se emplean ampliamente en fotografía, ya que se descomponen fotoquímicamente en plata y el halógeno.

El fulminato de plata, AgCNO, es un potente explosivo.

El cloruro de plata (blanco) tiene propiedades ópticas interesantes: puede hacerse transparente; es un cemento del vidrio.

El yoduro de plata se emplea como germen de nubes para producir lluvia.

El nitrato de plata se emplea para la obtención de los haluros. También se usa para la fabricación de cristales fotocrómicos.

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RODIO (Rh)

MÉTODOS DE OBTENCIÓN: Se obtiene como subproducto de la metalurgia del níquel.

La extracción industrial del rodio es compleja ya que el metal únicamente se encuentra acompañando a otros metales como el paladio, la plata, platino y oro.

APLICACIONES: Se emplea aleado con platino y con paladio, con lo cual estos metales resultan

endurecidos. Estas aleaciones se utilizan en espirales calefactoras de hornos, termopares, contactos eléctricos, electrodos de bujías, crisoles de laboratorio, etc. Los contactos eléctricos presentan baja resistencia eléctrica, son muy estables y resistentes a la corrosión.

Se emplea para recubrir otros metales, mediante electrodeposición o evaporación, originando un material muy duro y útil para instrumentos ópticos.

Se emplea en joyería.

Se utiliza como catalizador.

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CONCLUSIONES

Los metales refractarios son indispensables en los procesos industriales debido a sus propiedades mecánicas y térmicas, con sus aleaciones podemos producir infinidad de objetos para ayudarnos en tareas de exposición extrema a la temperatura o a la fuerza mecánica.

Los metales preciosos los podemos encontrar en estado puro y debido a que son poco frecuentes son caros, se usan dentro de la electrónica y química por sus propiedades de conductibilidad y su aplicación como catalizadores.

Bibliografías

CIENCIAS NATURALES. “Metales Preciosos” Disponible [en línea] en: http://www.areaciencias.com/geologia/metales-preciosos.html

QUIMICAWEB. “Tabla Periódica” Disponible [en línea] en: http://www.quimicaweb.net/INDEX.HTM