Historia de los metales
Primer metal : cobre
El cobre, junto con el oro y la plata,
es de los primeros metales utilizados en la Prehistoria, tal vez porque, a
veces, aparece en forma de pepitas de metal nativo. El objeto de cobre más
antiguo conocido hasta el momento es un colgante oval procedente de Shanidar
(Irán), que ha sido datado en el año 9500 a. C. Sin embargo, esta
pieza es un caso aislado, ya que no es hasta 3000 años más tarde cuando las
piezas de cobre martilleado en frío comienzan a ser habituales. En efecto, a
partir del año 6500 a. C., en varios yacimientos se han encontrado
piezas ornamentales y alfileres de cobre manufacturado a partir del martilleado
en frío del metal nativo, tanto en los Montes Zagros (Ali Kosh en Irán), como
en la meseta de Anatolia (Çatal Hüyük, Çayönü o Hacilar, en Turquía).
Bronce
El bronce es el resultado de la aleación de cobre y estaño en una proporción
variable (en la actualidad se le añaden otros metales como el zinc o el
plomo, creando los llamados bronces complejos). La cantidad de estaño podía
variar desde un 3% en los llamados «bronces blandos», hasta un 25% en los
llamados «bronces campaniles» (a mayor cantidad de estaño, más tenacidad, pero
también menos maleabilidad): en la Prehistoria la cantidad media suele rondar
el 10% de estaño. Se supone que fueron los egipcios los primeros en añadir
estaño al cobre, al observar que éste le daba mejores cualidades, como
la dureza, un punto másbajo de fusión y la perdurabilidad (ya que el estaño no
se oxida fácilmente con el aire y es resistente a la corrosión). Además. el bronce es reciclable,
pudiéndose fundir varias veces para obtener nuevos objetos de otros ya
desechados. La técnica de trabajo del
bronce es virtualmente idéntica a la del
cobre, por lo que no vamos a incidir en ello (la única dificultad reside en
exceder la temperatura adecuada, lo que podría provocar que el mineral se
echase a perder por oxidación). A título de comparación se pueden confrontar el
cobre puro, el cobre arsenical y el bronce (coEl testimonio más antiguo que se
tiene de la existencia del bronce se da en una cueva de las montañas del mar
Muerto, en Israel, donde se halló un escondrijo con más de 400 objetos datado
en el 3000 a. C. Esta fecha debe ser considerada como el inicio de la
edad del Bronce en el Próximo Oriente. Momento que coincide, aproximadamente,
con el apogeo de las grandes civilizaciones antiguas
de Mesopotamia, Siria, Canaán y el valle del Nilo, y un poco antes de que surja
el imperio Hitita en Anatolia, así como las
culturas prehelénicas del
mar Egeo. Los metalúrgicos de estas áreas, para satisfacer la
demanda de cobre, estaño y metales preciosos, debieron de convertirse también
en exploradores y comerciantes en busca de minas y ofreciendo sus productos a
cambio de las preciadas materias primas. Los sumerios (y sus sucesores),
por ejemplo, carecían por completo de minerales metálicos y sesospecha que los
importaban de los montes Zagros, donde había surgido el imperio Elamita (con
capita en Susa) y del Cáucaso (donde abundan la malaquita y la casiterita), de
este modo, hay constancias de contactos sumerios desde Afganistán hasta Europa
oriental, ya en el tercer milenio.n un 10% de estaño) en la tabla de
correspondencia que muestra la dureza relativa de los metales:
El hierro
El Hierro es uno de los elementos que más abunda en la Tierra. Después del
aluminio, es el metal más abundante, sin embargo, su utilización práctica
comenzó 7000 años más tarde que el cobre y 2500 años después del bronce. Este
retraso no se debe al desconocimiento de este metal,
puesto que los antiguos conocían el hierro y lo consideraban más valioso que
cualquier otra joya, pero se trataba de hierro meteórico, es decir, procedente
de meteoritos. El hierro meteórico era conocido tanto en Eurasia como
en América (descrito más adelante).
Aunque durante milenios no hubo tecnología para
trabajar minerales ferrosos, en el tercer milenio a.C. parece que algunos lo
consiguieron: en las ruinas arqueológicas de Alaça Hüyük (Anatolia)
aparecieron varias piezas de hierro artificial, entre ellas un alfiler, una
especie de cuchilla y una espléndida daga con la empuñadura de oro. En el
segundo milenio destacan un hacha de combate
descubierta en Ugarit y, de nuevo, una daga con
la hoja de hierro y una exquisita empuñadura de oro, que formaba parte del ajuar funerariode la
tumba de Tutankamón. Las materias primas de estos primeros herreros debieron
ser minerales como el hematites, limonita o magnetita, casi todos óxidos de
hierro que ya eran utilizados para otros fines en la Prehistoria, por ejemplo
para ayudar a eliminar impurezas de la fundición del cobre o como colorantes. De hecho se sospecha que en los hornos de fundición de cobre y
bronce pudieron generarse pequeños residuos de hierro casi puro, a partir de
los cuales comenzaría el conocimiento de la verdadera siderurgia. Hay
antiguos hallazgos de hierro fundido por el hombre desde Siria a Azerbaiyán. Pero ninguno revela cómo fueron obtenidos ni las técnicas usadas. No se conservan ruinas de talleres, ni herrerías, por lo que se ignora de dónde proceden estos
objetos, o dónde «se inventaron».
El Calcolítico (5,000 al 2,000 a. C.)
v Dominio de la técnica del metal se extiende y se perfecciona
lentamente
v Trabajo de metales blandos: oro y cobre
v Cultura del vaso campaniforme
Edad del Bronce (2,000 al 1,400 a. C.)
v Uso del bronce (aleación de cobre y estaño) de mayor dureza y resistencia
v Se origina en el Oriente Medio
v Mesopotamia y Egipto entran en el periodo histórico al inventar la escritura
y dejar testimonio escrito de sus actividades
v Ruta de los metales
v Movimiento de pueblos por Europa y el Mediterráneo en busca de estaño
v Ocurren las invasiones aqueas (grupos portadores de armas de bronce que
descienden del norte deEuropa
Edad del Hierro (1,400 a. C. en adelante)
v Metal más duro que el bronce
v Origen entre los hititas habitantes de Anatolia en la actual Turquía
v Tarda un tiempo en desplazar al bronce, apreciado como metal noble por su uso
en estatuas religiosas
v Se extiende paulatinamente durante el 1er. milenio a. C., en la fabricación
de armas y en todo tipo de utensilios y adornos personales
Titanio
El titanio (llamado así por los Titanes, hijos de Urano y Gea en la mitología
griega) fue descubierto en Inglaterra por William Gregor, en 1791, cuando
estudiaba un metal de color gris-plata que había encontrado. Poco después, en
1795, el químico alemán Martín Kalprotz, descubridor también del uranio, le dio
el nombre de titanio.
Este elemento es, en cuanto a su abundancia, el noveno de los
que forman la corteza terrestre. Virtualmente, todas las [roca ígnea|rocas ígneas] y sus sedimentos, así como muchos minerales,
principalmente los que contienen hierro y todos los organismos vegetales y
animales, contienen titanio.
El mineral más importante del que se extrae titanio es el
rutilo (óxido de titanio), muy abundante en las arenas costeras. Por su parte,
el titanio debe ser sometido previamente a un proceso
metalúrgico de refinado, para prevenir su eventual reacción con sustancias
gaseosas, tales como
el nitrógeno, el oxígeno y el hidrógeno.
Matthew A. Hunter preparó por primera vez titanio metálico puro (con una pureza
del
99.9%) calentandotetracloruro de titanio (TiCl4) con sodio a 700-800 °C en un
reactor de acero.
El titanio como metal no se usó fuera del laboratorio hasta que en 1946 William
Justin Kroll desarrolló un método para poder producirlo comercialmente,
mediante la reducción del TiCl4 con magnesio y este método, llamado Método de
Kroll, es el utilizado aún hoy en día (2008). En este proceso el metal se
mantiene constantemente en una atmósfera de gas inerte, como argón o helio, que
inhibe la reacción con cualquier otro elemento 1]
Durante los años 50 y 60 la Unión Soviética promovió el empleo de titanio en
usos militares y submarinos (Clase Alfa y Clase Miguel) como parte de sus
programas militares relacionados con la guerra fría. En los
EE. UU., el Departamento de Defensa (DOD)
comprendió la importancia estratégica del
metal y apoyó los esfuerzos para su comercialización. A lo largo del período de la guerra fría,
el gobierno estadounidense consideró al titanio como
un material estratégico, y las reservas de esponja de titanio fueron mantenidas
por el Centro
de Reservas Nacional de Defensa, que desapareció en 2005. Hoy el mayor
productor mundial es el consorcio ruso VSMPO-AVISMA, que representa aproximadamente
el 29% de la cuota mundial de mercado.
En 2006, la Agencia de Defensa estadounidense concedió 5
millones de dólares a un consorcio de dos empresas para desarrollar un nuevo
proceso para fabricar polvo de metal de titanio. Bajo calor y presión, se puede
usarel polvo para crear artículos fuertes, de peso
ligero en las superficies de revestimiento de armaduras o componentes para el
sector aeroespacial, el transporte e industrias de tratamiento químico.
AluTanto en Grecia como
en la Antigua Roma se empleaba el alumbre (del
latín alÅ«men, -Anis, alumbre), una sal doble de aluminio y potasio como mordiente en
tintorería y astringente en medicina, uso aún en vigor.
Generalmente se reconoce a Friedrich Wöhler el aislamiento del aluminio en
1827. Aun así, el metal fue obtenido, impuro, dos años antes por el físico y
químico danés Hans Christian Ørsted. En 1807, Humphrey Davy propuso el nombre
aluminum para este metal aún no descubierto, pero más
tarde decidió cambiarlo por aluminium por coherencia con la mayoría de los
nombres de elementos, que usan el sufijo -ium. De éste
derivaron los nombres actuales en inglés y en otros idiomas; no obstante, en
los EE. UU. con el
tiempo se popularizó el uso de la primera forma, hoy también admitida por la
IUPAC aunque prefiere la otra.[3]
Primera estatua construida de aluminio dedicada a Eros y ubicada en Picadilly-
Londres, construida en 1893.
Cuando fue descubierto se encontró que era extremadamente difícil su separación
de las rocas de las que formaba parte, por lo que durante
un tiempo fue considerado un metal precioso, más caro que el oro. A mitad del
siglo XIX, se obtuvieron en Francia pequeñas cantidades de aluminio por
reducción de cloruro alumínico-sódicocon sodio, procedimiento desarrollado por
Saint-Claire Deville basándose en los trabajos de Oersted y Wöhler. Se
exhibieron barras de aluminio junto con las joyas de la corona de Francia en la
Exposición Universal de 1855 y se dijo que Napoleón III había encargado un
juego de platos de aluminio para sus más ilustres invitados.
En 1882 el aluminio era considerado un metal de
asombrosa rareza del
que se producían en todo el mundo menos de 2 toneladas anuales. En 1884 se
seleccionó el aluminio como material para
realizar el vértice del Monumento a Washington,
en una época en que la onza (30 gramos) costaba el equivalente al sueldo diario
de los obreros que intervenían en el proyecto 4]
tenía el mismo valor que la plata.
Sin embargo, con las mejoras de los procesos los precios bajaron continuamente
hasta colapsarse en 1889 tras descubrirse un método
sencillo de extracción del
metal aluminio. La invención de la dinamo por Siemens en 1866 proporcionó la
técnica adecuada para producir la electrólisis del aluminio. La
invención del proceso Hall-Héroult en 1886 (patentado independientemente por
Héroult en Francia y Hall en EE.UU.) abarató el proceso de extracción del
aluminio a partir del mineral, lo que permitió, junto con el proceso Bayer
(inventado al año siguiente, y que permite la obtención de óxido de alumnio puro
a partir de la bauxita), que se extendiera su uso hasta hacerse común en
multitud de aplicaciones. Sus aplicaciones industriales sonrelativamente
recientes, produciéndose a escala industrial desde finales del siglo XIX. Ello
posibilitó que el aluminio pasara a ser un metal común y familiar 5] Para 1895 su uso como
material de construcción estaba tan extendido que había llegado a Sídney, Australia, donde se utilizó en la cúpula del Edificio de la
Secretaría.
La producción mundial alcanzó las 6.700 toneladas hacia 1900, 700.000 en 1939 y
en 1943 llegó a los dos millones debido al impulso de la II Guerra Mundial. Desde entonces la producción se ha disparado hasta superar la de
todos los demás metales no férreos.
Actualmente el proceso ordinario de obtención del metal consta de dos etapas, la obtención de
alúmina por el proceso Bayer a partir de la bauxita, y posterior electrólisis del óxido para obtener
el aluminio.
La recuperación del
metal a partir de la chatarra, material viejo o deshechos (reciclado) era una
práctica conocida desde principios del
siglo XX. Sin embargo, es a partir de los años 1960 cuando se generaliza, más
por razones medioambientales que estrictamente económicas, ya que el reciclaje
consume el 5% de lo que consume la producción metalúrgica a partir del
mineral.
Minio
Acero
Aunque no se tienen datos precisos de la fecha en la que se descubrió la
técnica de fundir mineral de hierro para producir un metal susceptible de ser
utilizado, los primeros utensilios de este metal descubiertos por los
arqueólogos en Egipto datan del año 3000 a. C. También sesabe que
antes de esa época se empleaban adornos de hierro.
El acero era conocido en la antigüedad, y quizá pudo haber sido producido por
el método de boomery —fundición de hierro y sus óxidos en una chimenea de
piedra u otros materiales naturales resistentes al calor, y en el cual se sopla
aire— para que su producto, una masa porosa de hierro (bloom) contuviese
carbón.[6]
Algunos de los primeros aceros provienen del Este de África, fechados cerca de
1400 a. C.[7]
En el siglo IV a. C. armas como la falcata fueron producidas en la
península Ibérica.
La China antigua bajo la dinastía Han, entre el 202 a. C. y el
220 d. C., creó acero al derretir hierro forjado junto con hierro
fundido, obteniendo así el mejor producto de carbón intermedio, el acero, en
torno al siglo I a. C.[8] [9]
Junto con sus métodos originales de forjar acero, los chinos también adoptaron
los métodos de producción para la creación de acero wootz, una idea importada
de India a China hacia el siglo V[10]
El acero wootz fue producido en India y en Sri Lanka desde aproximadamente el
año 300 a. C. Este temprano método utilizaba un horno de viento,
soplado por los monzones.[11]
También conocido como acero Damasco, el acero wootz es famoso por su
durabilidad y capacidad de mantener un filo. Originalmente fue creado de un
número diferente de materiales, incluyendo trazas de otros elementos en
concentraciones menores a 1.000 partes por millón o 0 %
de la composición de la roca.Era esencialmente una complicada aleación con
hierro como su
principal componente. Estudios recientes han sugerido que en su estructura se
incluían nanotubos de carbono, lo que quizá explique algunas de sus cualidades
legendarias; aunque teniendo en cuenta la tecnología disponible en ese momento
fueron probablemente producidos más por casualidad que por diseño.[12]
El acero crucible (Crucible steel) —basado en distintas técnicas de producir
aleaciones de acero empleando calor lento y enfriando hierro puro y carbón— fue
producido en Merv entre el siglo IX y el siglo X.
En China, bajo la dinastía Song del siglo XI, hay evidencia de la producción de
acero empleando dos técnicas: una de un método 'berganesco' que
producía un acero de calidad inferior por no ser homogéneo, y un precursor del
moderno método Bessemer el cual utilizaba una descarbonización a través de
repetidos forjados bajo abruptos enfriamientos (cold blast).[13]
Grabado que muestra el trabajo en una fragua en la Edad Media.
El hierro para uso industrial fue descubierto hacia el año
1500 a. C., en Medzamor, cerca de Ereván, capital de Armenia y del
monte Ararat 14] La tecnología del hierro se mantuvo
mucho tiempo en secreto, difundiéndose extensamente hacia el año
1200 a. C.
Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierro forjado
y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios días, con lo que el
hierro absorbía suficiente carbono paraconvertirse en acero auténtico.
Las características conferidas por la templabilidad no consta
que fueran conocidas hasta la Edad Media, y hasta el año 1740 no se produjo lo
que hoy día denominamos acero.
Los métodos antiguos para la fabricación del acero consistían en obtener
hierro dulce en el horno, con carbón vegetal y tiro de aire. Una posterior expulsión
de las escorias por martilleo y carburación del hierro dulce
para cementarlo. Luego se perfeccionó la cementación fundiendo el acero
cementado en crisoles de arcilla y en Sheffield (Inglaterra) se obtuvieron, a
partir de 1740, aceros de crisol.[5]
Fue Benjamin Huntsman el que desarrolló un procedimiento para fundir hierro
forjado con carbono, obteniendo de esta forma el primer acero conocido.
En 1856, Sir Henry Bessemer, hizo posible la fabricación de
acero en grandes cantidades, pero su procedimiento ha caído en desuso, porque
solo podía utilizar hierro que contuviese fósforo y azufre en pequeñas
proporciones.
En 1857, Sir William Siemens ideó otro procedimiento de fabricación industrial
del acero, que en la actualidad ha caído en desuso, el procedimiento Martin
Siemens, por descarburación de la fundición de hierro dulce y óxido de hierro,
calentando con aceite, gas de coque, o una mezcla da gas de alto horno y de
coque. Siemens había experimentado en 1878 con la electricidad para calentar
los hornos de acero, pero fue el metalúrgico francés Paul Héroult —coinventor del método moderno parafundir
aluminio— quien inició en 1902 la producción comercial del acero en hornos eléctricos a arco.
El método de Héroult consiste en introducir en el horno chatarra de acero de
composición conocida haciendo saltar un arco eléctrico
entre la chatarra y unos grandes electrodos de carbono situados en el techo del horno.
En 1948 se inventa el proceso del oxígeno básico L-D. Tras la
segunda guerra mundial se iniciaron experimentos en varios países con oxígeno
puro en lugar de aire para los procesos de refinado del acero. El éxito
se logró en Austria en 1948,
cuando una fábrica de acero situada cerca de la ciudad de Linz,
Donawitz desarrolló el proceso del oxígeno básico o L-D.
En 1950 se inventa el proceso de colada continua que se usa
cuando se requiere producir perfiles laminados de acero de sección constante y
en grandes cantidades. El proceso consiste en colocar un
molde con la forma que se requiere debajo de un crisol, el que con una válvula
puede ir dosificando material fundido al molde. Por gravedad el material
fundido pasa por el molde, el que está enfriado por un
sistema de agua, al pasar el material fundido por el molde frío se convierte en
pastoso y adquiere la forma del
molde. Posteriormente el material es conformado con una serie de rodillos que
al mismo tiempo lo arrastran hacia la parte exterior del sistema. Una
vez conformado el material con la forma necesaria y con la longitud adecuada el
material se corta y almacena.
En laactualidad se utilizan algunos metales y metaloides en forma de
ferroaleaciones, que, unidos al acero, le proporcionan excelentes cualidades de
dureza y resistencia 15]
Actualmente, el proceso de fabricación del
acero, se completa mediante la llamada metalurgia secundaria. En esta etapa, se otorgan al acero líquido las propiedades
químicas, temperatura, contenido de gases, nivel de inclusiones e impurezas
deseados. La unidad más común de metalurgia secundaria es el horno
cuchara. El acero aquí producido está listo para ser
posteriormente colado, en forma convencional o en colada continua.
El uso intensivo que tiene y ha tenido el acero para
la construcción de estructuras metálicas ha conocido grandes éxitos y rotundos
fracasos que al menos han permitido el avance de la ciencia de materiales. Así,
el 7 de noviembre de 1940 el mundo asistió al colapso del puente Tacoma Narrows
al entrar en resonancia con el viento. Ya durante los primeros años de la
Revolución industrial se produjeron roturas prematuras de ejes de ferrocarril
que llevaron a William Rankine a postular la fatiga de materiales y durante la
Segunda Guerra Mundial se produjeron algunos hundimientos imprevistos de los
cargueros estadounidenses Liberty al fragilizarse el acero por el mero descenso
de la temperatura 16] problema inicialmente achacado
a las soldaduras.
En muchas regiones del
mundo, el acero es de gran importancia para la dinámica de la población,
industria y comercio.
