View
49
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
INVESTIGACION ACERCA DEL MATERIAL NIQUEL Y SUS ALEACIONES, ASI COMO TAMBIÉN ALGUNAS APLICACIONES, E INCLUSO EL PROCESO PARA LA OBTENCION DE ESTE.
Citation preview
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 1/29
INDICE
RESUMEN 2
INTRODUCCIÓN 3
1. RESEÑA HISTÓRICA 4
2. NIQUEL EN SU ESTADO ORIGINAL 5
2.1. PENTLANDITA O NICOPIRITA 5
2.2. PIRROTINA O PIRROTITA 6
2.3. NIQUELINA O NICOLITA 7
3. METALURGIA DEL NÍQUEL 8
3.1. PIROMETALURGIA DEL NÍQUEL 8
Extracción del mineral a cielo abierto 8
Almacenado y transporte 9Trituración y cribado 10
Secado 10
Trituración Terciaria 11
Concentración del mineral 11
Reducción – Fundición 12
Insuflación 12
Tostación 13
Refinado 133.2. HIDROMETALURGIA DEL NÍQUEL 14
4. ALEACIONES DEL NIQUEL 15
4.1. NÍQUEL Y COBRE 16
4.2. NÍQUEL Y HIERRO 17
4.3. NÍQUEL, HIERRO Y CROMO 17
4.4. NÍQUEL, CROMO, HIERRO Y MOLIBDENO 18
4.5. PRINCIPALES ALEACIONES 18
5. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL NÍQUEL 20
6. APLICACIONES DEL NIQUEL 20
6.1. EN LOS ACEROS INOXIDABLES AUSTENÍTICOS (65%) 20
6.2. EN SUPERALEACIONES (12%) 22
6.3. EN ALEACIONES Y OTROS 24
CONCLUSIONES 27
ANEXOS 28
REFERENCIAS 29
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 2/29
2
INTRODUCCIÓN
El níquel es un elemento metálico de aspecto blanco-plateado, que se utiliza
principalmente en aleaciones. Es uno de los elementos de transición de la tabla
periódica y su número atómico es 28. Es un metal duro, maleable y dúctil, que puede
presentar un intenso brillo. El níquel metálico no es muy activo químicamente. Por estas
propiedades es que se usa principalmente en aleaciones para aportar dureza y como
revestimientos de otros metales; en especial de los que son susceptibles a la corrosión,
como el hierro y el acero.
Aparece en forma de metal en los meteoritos, también se encuentra en combinación con
otros elementos; por ejemplo, en minerales como la garnierita, milerita, niquelina,
pentlandita y pirrotina, siendo estos dos últimos las principales menas del níquel. Las
menas generalmente contienen impurezas, sobre todo de cobre. Las menas de sulfuros,
como las de pentlandita y pirrotina niquelífera se suelen fundir en altos hornos y
enviarse a las refinerías en forma de sulfuro de cobre y níquel, en donde se extrae
mediante diversos procesos que se detallarán posteriormente en el presente trabajo.
En este trabajo se detallará la clasificación de las aleaciones del níquel, así como sus
propiedades físicas, químicas y mecánicas. También se hablará sobre el proceso de
separación del níquel de las menas en la que se encuentra original mente.
El objetivo de este trabajo monográfico es dar a conocer las aplicaciones importantes
que tiene el níquel, así como la importancia de este metal tanto en el ámbito de las
ingenierías, como en la vida cotidiana.
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 3/29
3
RESUMEN
Los minerales de níquel están ampliamente difundidos en pequeñas concentraciones; los
yacimientos explotables deberían enriquecerse mediante procesos geoquímicos hasta un
mínimo de 0,5% de contenido de Ni. Los nódulos de manganeso que se extraen de las
profundidades marinas contienen grandes cantidades de níquel. Los minerales de Ni
más importantes son: la pirrotina o pirita magnética, la garnierita, la nicolita o niquelina,
el níquel arsenical, y el níquel antimónico.
Se obtiene mediante procesos muy diversos, según la naturaleza de la mena y los
futuros usos. En algunos casos, las aleaciones níquel-hierro que se obtienen como
producto intermedio, se incorporan directamente a la fabricación de aceros. Cuando se parte de minerales sulfurosos, se los transforma primero en mata que luego se machaca
y tritura; a partir de allí, mediante el proceso carbonílico, se obtiene primero el níquel
tetracarbonilo y luego el níquel en polvo de alta pureza. Cuando se parte de óxidos, el
metal se obtiene a través de procesos electrolíticos.
El método de preparación del níquel depende de la composición de los minerales. Todos
los métodos son complejos debido a la dificultad que entraña la separación de otros
elementos de propiedades muy parecidas como hierro, cobre y cobalto presentes en los
minerales. En el proceso electrolítico, el níquel se deposita en forma metálica pura
después de que el cobre ha sido previamente eliminado por deposición con un
electrolito y voltaje diferente. En el método Mond, el cobre es eliminado por disolución
en ácido sulfúrico diluido, y el residuo de níquel se reduce a níquel metálico impuro. Se
pasa monóxido de carbono sobre el níquel impuro, formándose níquel tetracarbonilo
(Ni(CO)4), un gas volátil que se descompone calentando a 200°C, depositándose níquel
metálico puro. Los minerales sulfurosos como la pentlandita y la pirrotita, se reducen
comúnmente en un horno y se envían en forma de un sulfuro aglomerado de cobre y
níquel a las refinerías, donde el níquel se separa por diversos procesos.
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 4/29
4
1. RESEÑA HISTÓRICA
El uso del níquel se remonta aproximadamente al siglo IV a.C., generalmente junto
con el cobre, el cual aparece con frecuencia en los minerales de este metal. Algunos
de estos usos son: en bronces originarios de la actual Siria cuyo contenido es superioral 2%; una serie de monedas del antiguo imperio persa arrojaron una composición
del 15,58% de cobre y 20,94% de níquel con algunas impurezas; algunos
manuscritos chinos sugieren que el “cobre blanco” se utilizaba en Oriente hacia 1700
al 1400 a.C.. Aunque la facilidad de confundir las menas de níquel con las de plata
induce a pensar que en realidad el uso del níquel fue posterior. Durante miles de años
el níquel se ha utilizado en la acuñación de monedas en aleaciones de níquel y cobre,
pero no fue reconocido como sustancia elemental hasta el año 1751, cuando el
químico sueco, Axil Frederic Cronstedt, consiguió aislar el metal de una mena de
niquelina.
Ya en el siglo XVII, los mineros alemanes de la baja Sajonia habían encontrado un
mineral de color rojizo que por su apariencia debía contener cobre, metal muy
importante para ellos. Sin embargo, todos los procedimientos empleados para su
extracción resultaron baldíos, malgastándose tiempo y dinero. Como existía la voz
nikker, en aquella zona para insultar, y calificar a algo de diabólico, asqueroso e
inmundo, a aquel “mineral de cobre” del cual no pudieron extraerlo lo llamaron
“cobre del viejo nick”, o todavía mejor el “diabólico cobre” o kupfernickel, nombre
que perdurará hasta la actualidad en alemán.
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 5/29
5
2. NIQUEL EN SU ESTADO ORIGINAL
El Níquel se puede encontrar en la naturaleza en distintos minerales, como por
ejemplo:
2.1. PENTLANDITA O NICOPIRITA
Es un mineral de la clase de los minerales sulfuros, fue descrita en 1856 por J. B.
Pentland en Noruega, recibiendo el mineral el nombre de su descubridor. Es un
sulfuro simple anhídrido de hierro y níquel y la proporción de estos elementos es de
32 y 31% respectivamente.
Aparece en rocas ígneas máficas(rocas obtenidas cuando el magma se enfría y
solidifica) y ultramáficas. Muy frecuentemente se le encuentra formando
intercrecimiento de sus cristales con los de pirrotina, de la cual se la distingue
fácilmente por su claro sistema cúbico y por su no magnetismo.
Fig. 1. Pentlandita
PENTLANDITA
Categoría Minerales Sulfuros
Fórmula química
Color Amarillo bronce, marrón
Transparencia Opaco
Sistema cristalino Isométrico, hexoctaédrico
Hábito cristalino Masivo a granular
Densidad 4.6 – 5 , media = 4.956 ⁄
Magnetismo No magnético
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 6/29
6
2.2. PIRROTINA O PIRROTITA
Es un mineral del grupo II (sulfuros), al igual que la plentandita se encuentra en
rocas ígneas, en filones y en rocas metamórficas. También se encuentra a menudo
junto a la pirita y magnetita o en los meteoritos llegados a la Tierra.
La pirrotina también es llamada pirita magnética porque su color es similar a la
pirita y es débilmente magnética.
Fig. 2. Pirrotina.
PIRROTINA
Categoría Minerales sulfurosos
Fórmula química
Color Bronce, marrón oscuro
Raya Gris oscura, negra
Transparecncia Opaco
Sistema cristalino Hexagonal, monoclínico
Hábito cristalino De masivo a granular
Densidad 4.58 – 4.65 , media = 4.61 ⁄
Magnetismo Débilmente magnético, fuertemente magnético al calentar
Radioactividad No radioactivo
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 7/29
7
2.3. NIQUELINA O NICOLITA
Es un mineral compuesto de arseniuro de níquel, NiAs, que contiene 43.9% de
níquel y el 56.1% de arsénico. Se encuentra en rocas ultramáficas y puede
formarse por la sustitución de sulfuros de cobre-níquel (sustituyendo la
pentlandita y en asociación con sulfuros de cobre arsénico).
Fig. 3. Niquelina.
NIQUELINA
Categoría Minerales de arsénico
Fórmula química NiAs
Color Rojo cobre
Raya Negro parduzco
Transparencia Opaco
Sistema cristalino Hexagonal, bipirámides hexagonales
Hábito cristalino Columnar masivo a reniforme
Densidad 7.8 ⁄
Otras
característicasOlor a ajo al calentar
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 8/29
8
3. METALURGIA DEL NÍQUEL
3.1. PIROMETALURGIA DEL NÍQUEL
Fig.4. Diagrama del proceso.
A continuación detallaremos cada uno de los procesos mostrados en la figura 4.
Extracción del mineral a cielo abierto
La mena se extrae por minería a cielo abierto, donde no se emplean explosivos
de ningún tipo para la extracción y remoción del material; mediante el uso de
palas excavadoras el mineral es extraído y cargado a camiones para ser
trasladado desde la mina hasta la planta de procesamiento. La explotación
empieza con la perforación de la roca. Esta se carga en camiones con grandes
palas eléctricas o hidráulicas, o con excavadoras de carga frontal, y se retira del
foso.
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 9/29
9
Fig.5. Extracción del níquel mediante palas excavadoras.
Almacenado y transporte
Su almacenamiento debe realizarse evitando el contacto con los ácidos fuertes
(sulfúrico, nítrico) pues pueden ocurrir reacciones violentas, el mineral extraído
se almacena a la intemperie en pilas, se usa cintas transportadoras para llevarlo a
las operaciones de reducción de tamaño y para alimentar el horno, el propósito
principal de las pilas es garantizar la homogenización (mezclar los tipos y
tenores de mineral sumamente variados) para la alimentación de la planta de
procesamiento.
Fig.6. Transporte del mineral.
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 10/29
10
Trituración y cribado
Después de ser extraído el mineral de la mena se realiza una trituración primaria
con una trituradora de mandíbulas, donde el mineral es reducido desde 1200 mm
de diámetro hasta 300 mm, luego se pasa por una criba vibratoria de 50 mm de
apertura, después se lleva el mineral que pasa la criba mediante cintas de
transporte a una trituradora de doble rodillo en donde el mineral es reducido
hasta obtener un tamaño de partícula máximo de 60 mm, esta trituración se
realiza húmeda debido a la humedad de la tierra.
Fig.7. Trituración del mineral.
Secado
Después de ser triturado y cribado la garnierita sufre un secado preliminar, ya
que este se encuentra hidratado pues se encuentra en la tierra y en temporada de
lluvia el mineral absorbe agua, lo que hace necesaria esta operación, en hornos
de tambor rotatorio de 10 m a 27 m de longitud, 2,5 m de anchura y
aproximadamente4 m de diámetro, en partidas de 600 kg; en las 24 horas se
tratan en el horno alrededor de 2400 kg del mineral. El material tostado contiene1% de azufre aproximadamente debido a que se tosta con material que contiene
azufre como calizas, piritas entre otras. El material tostado excento de cobre es
de color verde grisáceo y constituye ya un producto comercial, el mineral se seca
hasta obtener un 15% a 18% de humedad.
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 11/29
11
Fig. 8. Secado del mineral.
Trituración Terciaria
Después de secado, se tritura de nuevo y se hace pasar una criba fina,
sometiéndolo a continuación por partidas de 500 kg, hasta obtener un tamaño de
partículas de máximo 15 mm en una trituradora de rodillos.
Concentración del mineral
Para poder obtener níquel puro, se debe proceder a una concentraciónen mata, es
decir, se tiene que añadir, aunque no se desee, azufre no presente para volverlo a
eliminar más tarde completamente, siendo esta una desventaja que solo es
compensada por el hecho de que se puede eliminar la mayor parte de la ganga en
forma de escoria vendible.
El mineral finalmente molido se moldea en briquetas en una prensa de
aglomerados con yeso, cal y algo de espato flúor también con aglomerantes y
polvo de carbón.
Fig. 9. Mineral molido.
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 12/29
12
Reducción – Fundición
Esta operación se lleva a cabo en hornos de cuba, el yeso añadido se reduce
produciendo CaS que se transforma con los silicatos de los metales pesados y
sus óxidos, dando a su vez sulfuros y escorificándose la cal, la escoria funde con
dificultad por su elevado contenido de MgO; es por esto que se añade CaF2, para
que se haga más liquida y más pobre en níquel, para esto se emplean hornos de
camisa de agua de sección de 1,5 x 5 m, tienen para un mejor efecto reductor
una altura considerable y pasan hasta 150 toneladas de material en 24 horas, con
una adición de coque de cerca del 40%. Luego de esta operación, la mata
contiene cerca de 30% – 40% de Ni y 40% -50% de Fe, el resto es azufre; y la
escoria contiene un 0.4% de Ni. El Ni se encuentra como oxido de níquel.
Fig.10. Fundición del mineral.
Insuflación
El trabajo de concentración, usual antiguamente, por tostación y fusión ha sido
sustituido paulatinamente por la insuflación en convertidores con revestimiento
básico y adición acida de unas 2 ton de cabida. La mata fina obtenida por
insuflación con 76% a 79% de Ni, contiene aproximadamente 0,1% a 0,2% de
Fe; el resto es azufre; la escoria, rica en Ni vuelve a fundición del mineral.
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 13/29
13
Tostación
La mata fina es tostada por completo para eliminar completamente el azufre
(máximo 0.01%), en hornos de reverbero a una temperatura superior a la de
disociación del NiSO4, es decir, superior a 885°C, en esta etapa se obtiene níquel
bruto y escoria.
Fig. 11. Tostación de la mata.
Refinado
El níquel bruto contiene todavía impurezas que lo hacen inapropiado para su
elaboraciónposterior. Por refundición con entrada de aire es oxidada ya,
favoreciendo el NiO disuelto, una parte de estas impurezas como S , As, C. Si,
Pb, Zn y Fe y eliminada. Como desoxidante se añade Mg o Al. Para efectuar el
refinado se emplean hoy casi siempre hornos eléctricos con revestimiento básico
del tipo Heroult o Helbergr y en cubas de Hybinette se utilizan como cátodos,
finas chapas de níquel electrolítico depositadas en baños especiales sobre chapas
de Al. Al terminar la refinación electrolítica del níquel que contiene cerca del
95% de Ni y solo 1,5% hasta 2,5% de Cu. Los cátodos son cortados en placas
pequeñas o refundidas y presentados en forma de bloques pequeños o granalla.
Fig.12. Granalla del níquel.
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 14/29
14
3.2. HIDROMETALURGIA DEL NIQUEL
Las pruebas metalúrgicas se basan a partir del mineral, a través de una serie de
procesos unitarios llegan a obtener el metal base níquel como se puede apreciar en
la figura 13.
Fig.13. Diagrama de Ichikawa de los procesos unitarios involucrados.
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 15/29
15
4. ALEACIONES DEL NIQUEL
El níquel se utiliza industrialmente tanto en su denominación comercial de Níquel
puro como formando parte de un gran número de aleaciones a las que se les adiciona
distintos elementos que actúan sobre sus propiedades mecánicas.
Las aleaciones base níquel, especialmente las superaleaciones, tienen aplicaciones en
industrias tan estratégicas como el automóvil, aeronáutica, aeroespacial, química y
generación de energía. En la mayoría de los casos, estas aleaciones hacen valer su
excelente comportamiento mecánico a elevadas temperaturas, por encima del rango
de utilización de los aceros. Las superaleaciones base níquel, además, pueden
alcanzar elevadas propiedades mecánicas gracias a que son tratables térmicamente y
un excelente comportamiento a corrosión.
Sus buenas propiedades mecánicas, buena capacidad de deformación en frío, gran
tenacidad, alta resistencia al calor, resistencia a la oxidación a altas temperaturas, así
como una buena resistencia a la corrosión por muchos agentes químicos, han hecho
que el níquel y sus aleaciones encuentren aplicación creciente en todas las ramas de
la industria.
Las aleaciones de níquel han solucionado problemas de corrosión y buenos valores
de resistencia mecánica a alta temperatura en dónde para tales condiciones, los
aceros inoxidables resultan inadecuados.
El níquel y sus aleaciones se pueden soldar por todos los procesos de soldadura
conocidos en las condiciones apropiadas Sin embargo, debido a la gran afinidad de
este metal por los gases atmosféricos y aquellos provenientes de la descomposición
de residuos orgánicos, conviene limpiar la zona a unir; eliminar toda traza de grasa,
aceite, pintura y película de óxido y soldar las aleaciones de níquel en estado
recocido para evitar fisuras.
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 16/29
16
4.1. NÍQUEL Y COBRE
En esta aleación hay bajo níquel (2 a 13%Ni).
Cuproníqueles (de 10 a 30% Ni).
Aleaciones para monedas (25% Ni).
Aleaciones de resistencia eléctrica controlada (45% Ni).
Aleacionesno magnéticas (hasta 60% Ni).
Aleaciones de alto níquel (más de 50%Ni). A estas aleaciones se la denominan
Monel, tiene elevada resistencia mecánica, soldabilidad, excelente resistencia a
la corrosión, tenacidad, excelente rendimiento en la exposición al agua de mar o
salobre en condiciones de alta velocidad.
Fig.14. Tubos de aleación de metal monel.
Fig. 15. Alambre de aleación de constatan
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 17/29
17
4.2. NÍQUEL Y HIERRO
Aleaciones de aceros forjados (de 0.5 a 9%Ni).
Aceros de aleación colados (de 0.5 a 9%Ni).
Hierros colados de aleación (de 1 a 6 y de 14 a 36% Ni).
Aleaciones magnéticas (de 20 a 90% Ni).
Aleaciones no magnéticas (10a 20% Ni).
Aceros revestidos de acero inoxidable (de 5 a 49% Ni).
Súper aleaciones en base de hierro (de 0.2 a 9% Ni).
Aleaciones de dilatación térmica controlada, de bajo coeficiente (de 36 a 50% 3
Ni).
Aleaciones de dilatación seleccionada (de 22 a 50% Ni).
4.3. NÍQUEL, HIERRO Y CROMO
Son aleaciones resistentes al calor (de 40 a85% Ni).
Aleaciones de resistencia eléctrica controlada (de 35 a 60% Ni).
Súper aleaciones a base de hierro (de 9 a 26% Ni).
Fig.16. Lamina de aleación de permalloy.
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 18/29
18
Aceros inoxidables (de 2 a 25% Ni).
Supe aleaciones en base de hierro (de 0.2 a 9% Ni).
Aceros martensítico de alto níquel (18% Ni).
4.4. NÍQUEL, CROMO, HIERRO Y MOLIBDENO
Se utiliza para aleaciones reforzadas por solucione en base de níquel (de 40 a
80%Ni).
Para aleaciones reforzadas por precipitación en base de níquel (de 40 a 90%Ni).
Níquel, cromo, molibdeno y hierro.
Estas aleaciones se crearon principalmente para el servicio en ambientes
altamente corrosivas, muchas de ellas poseen buena resistencia a la oxidación, y
algunas tienen una resistencia mecánica útil hasta 1093 grados centígrados.
4.5. PRINCIPALES ALEACIONES
Las aleaciones del níquel al igual que por ejemplo las aleaciones del cobalto son
bastante complejas, es por eso que a continuación se presenta una tabla con las
aleacions principales del níquel.
Fig.17. Tubo de aleación
inconel.
Fig.18. Alambre de aleación de invar.
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 19/29
19
Aleación Composición Propiedades Aplicaciones
Metal monel Ni (65%) + Cu (28%)
+ Fe + Mg +Co
Resistente a la acción
corrosiva de muchas
sustancias químicas.
Industrias textil,
papelera, etc.
Constatan Ni (40%) + Cu (60%)
Elevada resistividad
eléctrica, poco variable
con la temperatura.
Como resistencia
eléctrica y en la
fabricación de
monedas.
Permalloy Ni (78%) + Fe (22%)Buenas características
magnéticas.
Bobinas de
inducción en
circuitos de
comunicación
eléctrica
Invar Ni (33%) + Fe (66%)
+ Cr (1%)
Gran resistividad
eléctrica, reducida
conductividad térmica y
pequeño coeficiente de
dilatación.
Instrumentos de
precisión,
termostatos, etc.
Platinita Ni (46%) + Fe (54%)
Coeficiente de
dilatación semejante al
vidrio.
Instrumentos mixtos
de metal y vidrio
(tubos electrónicos,etc.).
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 20/29
20
5. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL NÍQUEL
El níquel tiene unas grandes propiedades mecánicas lo que hace que se alee con
muchos materiales para mejorar sus propiedades tales como: dureza, resistencia al
desgaste, tenacidad, etc.
El níquel es un material dúctil, por lo que tiene una prolongada zona plástica.
Es capaz de absorber una buena cantidad de energía antes de fracturar, es decir
tiene buenas propiedades de tenacidad (Límite de Rotura: 47 kg/mm2).
Es un material conductor, del calor y de la electricidad.
Tiene capacidad para crear campos magnéticos.
Tiene resistencia a la oxidación y a la corrosión.
6. APLICACIONES DEL NIQUEL
El níquel es un metal que se utiliza en distintos campos de la mecánica, por ejemplo
el 65% en la fabricación de acero inoxidable autentico, el 12% en superaleación de
níquel y el 23% en aleaciones, baterías recargables, acuñación de monedas entre
otros.
6.1. EN LOS ACEROS INOXIDABLES AUSTENÍTICOS (65%)
Los aceros inoxidables son aleaciones ferrosas que contienen cromo en una
proporción mínima del 11%. Además de hierro y cromo estas aleaciones contienen
carbono y otros elementos, principalmente, el níquel, el molibdeno, el manganeso,
el silicio, el titanio, etc. Entre ellos destaca el cromo porque forma una película en
la superficie del acero que lo protege de la corrosión.
Aceros inoxidables austeníticos al Cromo-Níquel:
Contienen cantidades de carbono comprendidas entre valores inferiores a 0,03, y
magnitudes máximas del orden de 0,25%, cromo en cantidades de entre 16 y el
26 %, y níquel de entre el 6 y el 22%, los demás elementos aditivos permiten
obtener determinadas características, como por ejemplo el molibdeno que se
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 21/29
21
añade en cantidades de entre 1,5 a 6% para mejorar la resistencia a la corrosión
por picaduras. En la clasificación AISI figuran como “serie 300”. Este tipo de
aceros se pueden aplicar en:
Industria química y nuclear (AISI 304, AISI 309, AISI 310, AISI 316, AISI
321, AISI 347)
Industria alimentaria (AISI 301, AISI 303, AISI 304, AISI 316, AISI 321)
Accesorios domésticos y electrodomésticos (AISI 304, AISI 316, AISI 321)
Transportes (AISI 301, AISI 302, AISI 304, AISI 305, AISI 316, AISI 321,
AISI 347)
Transportes marítimos (AISI 309, AISI 310)
Transportes aéreos (AISI 302, AISI 304, AISI 316, AISI 321, AISI 347)
Arquitectura y escultura (AISI 301, AISI 302, AISI 304, AISI 316)
Hospitalarias y quirúrgicas (AISI 304, AISI 316)
Aceros inoxidables austeníticos al cromo-manganeso-níquel:
Son aceros definidos según AISI como “serie 200”, parte del níquel
(aproximadamente el 4%) se sustituye por otros elementos austenitizantes,
como el manganeso (presente en proporción aproximada del 7%) y el nitrógeno
(contenido en proporción no superior al 0,25%). Este tipo de metales se pueden
aplicar en:
Industria alimentaria (AISI 201, AISI 202)
Transportes (AISI 201 AISI, 202)
Arquitectura (AISI 201, AISI 202)
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 22/29
22
6.2. EN SUPERALEACIONES (12%)
Superaleación de níquel-cobre:
Esta aleación está compuesta por cobre en 75% y níquel en un 25%.
Fig.19. Prensaestopas de 3.000kg en aleación de níquel-cobre.
HastelloyX:
Es una superaleación níquel-cromo-hierro-molibdeno, esta tiene gran fuerza a
altas temperaturas, resistente a la oxidación y es de fácil fabricación.
Fig.20. HastelloyX en tubos soldados de ASTM B619.
Inconel:
Es una marca de Special Metals Corporation que se refiere a una familia de
superaleaciones austeníticas de base níquel-cromo se utilizan normalmente en
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 23/29
23
aplicaciones a altas temperaturas.
Fig.21. Productos hechos de Inconel 60.
Níquel 200 / 201:
El níquel 200 y níquel 201 son soluciones sólidas reforzadas, comercialmente
puras con propiedades mecánicas buenas en un rango amplio de temperaturas y
excelente resistencia a muchos corrosivos, particularmente a hidróxidos. Se
pueden aplicar en:
Equipos de proceso de alimentos. Ingeniería marina y fuera de costa.
Producción de sal.
Manejo de equipos cáusticos.
Fabricación y manejo de hidróxido de sodio, particularmente a temperaturas
mayores de 300° F.
Recipientes y reactores en los que el flúor es generado y reacciona con
hidrocarbonos.
Las aplicaciones donde el níquel 200-201 puede ser usado incluyen procesos
y almacenajes químicos, producción de fibra sintética, y procesos donde se
usan el hidróxido de sodio y el flúor. Otras aplicaciones incluyen la industria
aeroespacial y de defensa al igual que en el procesamiento de alimentos. El
níquel 200/201 tiene una resistencia excepcional a álcalis cáustica a variastemperaturas y concentraciones
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 24/29
24
Fig.22. Tubos hechos de níquel 201.
6.3. EN ALEACIONES Y OTROS
Monedas de Níquel
La mayoría de las monedas en el mundo tiene cierto porcentaje de níquel en su
composición.
Fig.23. Monedas de níquel.
Baterías de níquel-cadmio(Ni-Cd)
Usa hidróxidos de níquel y cadmio metálico como electrodos
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 25/29
25
Fig.24. Baterías de Níquel-Cadmio.
En la industria Aeronáutica como recubrimiento
El recubrimiento de aleación níquel, cromo y hierro de alta pureza, para
aplicarse como material de enganche en aplicaciones alta temperatura 980º.
El recubrimiento de aleación de níquel, cromo y aluminio diseñado para la
eliminación selectiva de recubrimientos en bancos de ácido.
El recubrimiento tubular de molibdeno, níquel y aluminio para el autoenganche
con buena resistencia a la erosión por partículas, resistencia al impacto y buen
comportamiento frente a la fisuracion.
Fig.25. Hélice recubierta por aleación de níquel.
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 26/29
26
Recubrimiento de níquel-aluminio para la realización de capa de enganche con
alta resistencia a la oxidación y a altas temperatura, choque térmico. Aplicación
sobre pieza expuesta a la fricción severa.
Fig.26. Pieza recubierta por aleación de níquel.
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 27/29
27
CONCLUSIONES
El níquel es liberado al aire por las plantas de energía y las incineradoras de basuras.
Este se depositará en el suelo o caerá después de reaccionar con las gotas de lluvia.
Usualmente lleva un largo periodo de tiempo para que el níquel sea eliminado del
aire. El níquel puede también terminar en la superficie del agua cuando es parte de
las aguas residuales.
La mayor parte de todos los compuestos del níquel que son liberados al ambiente se
absorberán por los sedimentos o partículas del suelo y llegará a inmovilizarse. En
suelos ácidos, el níquel se une para llegar a ser más móvil y a menudo alcanza el
agua subterránea. No hay mucha más información disponible sobre los efectos del
níquel sobre los organismos y los humanos.
Sabemos que altas concentraciones de níquel en suelos arenosos puede claramente
dañar a las plantas y altas concentraciones de níquel en aguas superficiales puede
disminuir el rango de crecimiento de las algas. Microorganismos pueden también
sufrir una disminución del crecimiento debido a la presencia de níquel, pero ellos
usualmente desarrollan resistencia al níquel.
Para los animales el níquel, es un elemento esencial en pequeñas cantidades. Pero el
níquel no es sólo favorable como elemento esencial; puede ser también peligrosocuando se excede la máxima cantidad tolerable.
Esto puede causar varios tipos de cánceres en diferentes lugares de los cuerpos de los
animales, mayormente en aquellos que viven cerca de refinerías. No es conocido que
el níquel se acumule en plantas o animales. Como resultado el níquel no se
biomagnífica en la cadena alimentaria.
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 28/29
28
ANEXOS
En la siguiente tabla se muestra los efectos de algunos elementos de aleación con el
cobre:
Tabla 1
Elementos de aleación
CrConfiere buena resistencia a la corrosión en medios oxidantes. Mejora la
resistencia frente a la sulfidización. Incrementa la resistencia mecánica.
Mo Incrementa la resistencia mecánica. Mejora la resistencia frente a la
corrosión por picaduras o por cavidades.
Fe Incrementa la resistencia mecánica. Reduce el precio de las aleaciones.
AlPrincipal endurecedor de las aleaciones base Níquel. Incrementa la
resistencia frente a la oxidación.
CContribuye a la resistencia de la aleación. Puede afinar las partículas
presentes en las juntas, incrementando su resistencia.
Ti, Nb, W Incrementa la resistencia mecánica.
CoIncrementa la resistencia mecánica. Mejora la resistencia frente a la
sulfidización.
Cu
Mejora la resistencia a la corrosión en medios marinos Cantidades
superiores al 0,5% ocasionan la formación de fases indeseables de bajo
punto de fusión.
Fuente:(Aimen, 2010)
7/21/2019 Monografia Ing. de Materiales II - Niquel
http://slidepdf.com/reader/full/monografia-ing-de-materiales-ii-niquel 29/29
REFERENCIAS
1.
Hubert Lloyd Barnes (1997). Geochemistry of hydrothermal ore deposits. John
Wiley and Sons. pp. 382 – 390.
2.
Propiedades físicas y químicas del níquel. Obtenido de:
boj.pntic.mec.es/jpac0012/quimipatatas/niquiz
3.
webmineral.com. «Pentlandite Mineral Data» (en inglés).
4. Pirrotina. Obtenido de: uned.es/cristamine/fichas/pirrotina/pirrotina
5. http://www.allstudies.com
6.
http://www.inoxidable.com
Recommended