El zinc es un metal de transición de color gris azulado, ampliamente utilizado en diversas industrias por sus propiedades únicas. En la tabla periódica, su símbolo es «Zn» y tiene un número atómico de 30. Este metal se utiliza principalmente en la fabricación de aleaciones, como el latón y el Zamak, y en la protección contra la corrosión mediante galvanización.
El zinc se extrae principalmente de minerales como la esfalerita (blenda), que es un sulfuro de zinc. Los mayores yacimientos de zinc se encuentran en países como China, Australia y Perú, donde el mineral es extraído, procesado y refinado para su uso industrial.
¿Qué es el zinc fundido?
El zinc fundido es el resultado de someter el zinc a temperaturas superiores a su punto de fusión, que se encuentra en 419,5 °C. Una vez fundido, el zinc puede mezclarse con otros metales para crear aleaciones que potencian sus propiedades. Las aleaciones de zinc se utilizan en sectores como la automoción, la electrónica y la fabricación de componentes industriales debido a su resistencia y durabilidad.
Proceso de fundición: ¿A cuántos grados se funde el zinc?
El punto de fusión del zinc es uno de los más bajos entre los metales industriales, lo que lo convierte en una opción atractiva para procesos de fundición a presión. El zinc comienza a fundirse a 419,5 °C, lo que permite producir piezas complejas de manera eficiente, con un menor consumo energético.
Ahora bien, su proceso de fundición desde la extracción de la mena hasta un producto final es:
1. Extracción de la mena
La mena de zinc se extrae principalmente de minerales como la esfalerita, que es un sulfuro de zinc (ZnS). La extracción se lleva a cabo mediante minería subterránea o a cielo abierto, dependiendo de la ubicación y accesibilidad del yacimiento. Una vez extraída la mena, esta se transporta a las plantas de procesamiento para su tratamiento.
2. Trituración y molienda
El mineral de zinc se tritura y muele en varias etapas para reducir su tamaño. Este paso tiene como objetivo liberar las partículas de zinc del resto de la roca. Tras la molienda, el material se convierte en una pulpa fina que facilita el siguiente paso de concentración.
3. Concentración del mineral
A través de un proceso de flotación, el zinc se separa del resto de los minerales no deseados (ganga). En este proceso, se añade un reactivo químico a la pulpa que permite que el zinc flote en forma de espuma en la superficie, mientras que los minerales no útiles se hunden. La espuma rica en zinc se recoge y se seca, lo que da lugar a un concentrado de zinc que contiene entre el 50% y 60% de zinc puro.
4. Tostación
El concentrado de zinc, que es un sulfuro de zinc (ZnS), debe transformarse en óxido de zinc (ZnO) antes de ser fundido. Esto se logra mediante el proceso de tostación. El concentrado de zinc se calienta en presencia de oxígeno, lo que provoca la reacción química siguiente:
2ZnS+3O2→2ZnO+2SO2
El resultado es óxido de zinc y dióxido de azufre (SO₂), que generalmente se captura para producir ácido sulfúrico, un subproducto valioso en otras industrias.
5. Reducción del óxido de zinc (Proceso de fundición)
Una vez obtenido el óxido de zinc, este se somete a un proceso de reducción. Existen dos métodos principales para reducir el óxido de zinc a zinc metálico:
5.1. Proceso pirometalúrgico (Proceso de reducción por carbón)
Este es el método más antiguo y común. El óxido de zinc se mezcla con carbón o coque y se calienta a altas temperaturas (alrededor de 1000 ºC) en un horno de reducción. El carbón actúa como agente reductor y reacciona con el oxígeno del ZnO para liberar zinc metálico en forma de vapor:
ZnO+C→Zn+CO
El zinc vaporizado se enfría rápidamente para condensarlo en forma líquida o sólida, dependiendo del producto final que se desee. El producto obtenido es zinc metálico con un alto grado de pureza.
5.2. Proceso hidrometalúrgico (Electrólisis)
En este proceso, el óxido de zinc se disuelve en ácido sulfúrico para formar sulfato de zinc (ZnSO₄). Luego, se somete a electrólisis, donde se pasa una corriente eléctrica a través de la solución. Este proceso deposita el zinc metálico en los cátodos de la celda electrolítica:
ZnSO4→Zn(caˊtodo)+O2(aˊnodo)
El zinc depositado en los cátodos es luego recolectado, mientras que el oxígeno liberado en el ánodo se elimina. Este método produce zinc de alta pureza.
6. Refinación
El zinc metálico obtenido puede contener impurezas, como hierro, plomo o cadmio. Para purificarlo, se somete a un proceso de refinación. La refinación puede realizarse mediante destilación o métodos químicos, eliminando los elementos no deseados y obteniendo zinc con una pureza cercana al 99,99%.
7. Moldeo y colada
El zinc purificado se funde nuevamente para darle forma. En este paso, el zinc líquido se vierte en moldes para crear lingotes o piezas específicas, dependiendo de su uso final. El zinc líquido también puede ser usado para fabricar aleaciones, como el Zamak (aleación de zinc, aluminio, magnesio y cobre).
8. Enfiramiento y solidificación
El zinc moldeado se deja enfriar y solidificar. En algunos casos, se utiliza enfriamiento por aire o agua para acelerar el proceso. Una vez sólido, el zinc se extrae del molde y se pule para eliminar posibles imperfecciones.
9. Producto final
El zinc puede ser utilizado de diversas formas, como en recubrimientos para proteger contra la corrosión (galvanizado), en la fabricación de piezas automotrices, componentes electrónicos o productos de consumo, como juguetes y electrodomésticos. Las aleaciones de zinc como el Zamak son comunes en la fundición de precisión y la producción de componentes complejos.
¿Qué es el galvanizado?
El galvanizado es un proceso de recubrimiento de metal, generalmente acero o hierro, con una capa de zinc para protegerlo contra la corrosión. Este proceso es ampliamente utilizado en la industria porque proporciona una barrera duradera que previene la oxidación del metal base, lo que prolonga significativamente su vida útil.
¿Cómo funciona el galvanizado?
El galvanizado protege el acero o hierro de dos maneras principales:
- Protección barrera: La capa de zinc actúa como una barrera física que aísla el metal base del ambiente (aire, agua, humedad, etc.), evitando que entre en contacto con elementos que causen corrosión, como el oxígeno o los contaminantes en el aire.
- Protección catódica: Incluso si la capa de zinc se daña o se desgasta, el zinc sigue protegiendo al acero o hierro porque es más reactivo que estos metales. Esto significa que el zinc se corroe primero (actuando como un «ánodo de sacrificio»), evitando que el metal subyacente sufra corrosión.
¿Qué tiene que ver el zinc con el galvanizado?
El zinc es el elemento clave en el proceso de galvanizado. Su función principal es proteger el acero o el hierro de la corrosión. El zinc es preferido por varias razones:
- Reactividad: El zinc es más anodico que el acero o hierro, lo que significa que se corroerá primero, protegiendo el metal base.
- Resistencia a la corrosión: El zinc tiene una excelente resistencia a la corrosión en diversos entornos, especialmente en ambientes húmedos, donde la oxidación es más común.
- Larga vida útil: Un recubrimiento de zinc bien aplicado puede proteger las estructuras de acero por décadas, dependiendo de las condiciones ambientales.
¿Para qué se utiliza el galvanizado?
El galvanizado se utiliza para proteger todo tipo de estructuras y productos de acero o hierro que estarán expuestos a la intemperie o a condiciones ambientales adversas. Algunos ejemplos de productos galvanizados incluyen:
- Tuberías: Las tuberías de acero galvanizado son comunes en la construcción, ya que pueden resistir la corrosión incluso en contacto con agua o aire húmedo.
- Postes y cercas: Los postes de acero galvanizado se utilizan en exteriores debido a su durabilidad y resistencia a la intemperie.
- Automóviles: Partes de los chasis de automóviles están galvanizadas para prevenir la oxidación y aumentar la vida útil del vehículo.
- Puentes y estructuras: Las grandes estructuras metálicas expuestas a la intemperie, como puentes o torres de telecomunicaciones, se galvanizan para resistir el desgaste y la corrosión.
El galvanizado es un proceso fundamental para asegurar la durabilidad de las infraestructuras y productos metálicos, con el zinc siendo el material clave para lograr esta protección.
¿Qué tan resistente es la aleación de zinc?
La aleación de zinc es bastante resistente en comparación con el zinc puro debido a la combinación con otros metales, como aluminio, cobre y magnesio, que mejoran significativamente sus propiedades mecánicas.
Resistencia a la tracción y dureza
- La resistencia a la tracción de las aleaciones de zinc puede llegar hasta 30-40 kg/mm², dependiendo del tipo de aleación, lo que las hace más fuertes que el zinc puro, que tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 14 kg/mm². Esto permite que las piezas fabricadas con aleaciones de zinc soporten cargas considerables sin romperse.
- La dureza de las aleaciones también aumenta gracias a la presencia de otros metales, lo que las convierte en materiales ideales para la fabricación de componentes sometidos a un uso continuo, como engranajes, manijas y partes de máquinas.
Resistencia a la corrosión
Las aleaciones de zinc son altamente resistentes a la corrosión, especialmente en ambientes húmedos o expuestos a agua salada. Esta resistencia proviene de la capacidad del zinc para formar una capa de óxido protectora cuando se expone al aire, evitando que el metal subyacente se oxide o deteriore.
Resistencia al desgaste
Otra de las ventajas de las aleaciones de zinc es su resistencia al desgaste, lo que las hace adecuadas para piezas móviles y componentes que están en contacto constante o fricción. Esta característica es especialmente útil en aplicaciones de la industria automotriz y en componentes de alta precisión.
¿Cuáles son los tipos de aleaciones de zinc?
Existen varios tipos de aleaciones de zinc, cada una diseñada para cumplir con diferentes requisitos de rendimiento y aplicaciones industriales. A continuación, te describo las aleaciones más comunes:
Zamak
El Zamak es una familia de aleaciones de zinc, aluminio, magnesio y cobre, que son ampliamente utilizadas debido a su excelente capacidad de fundición y su resistencia a la corrosión. Las principales aleaciones de Zamak incluyen:
- Zamak 2: Contiene más cobre que otras aleaciones de Zamak, lo que le otorga mayor dureza y resistencia a la tracción. Sin embargo, tiene una mayor tendencia a envejecer con el tiempo y experimentar variaciones dimensionales.
- Zamak 3: Es la aleación de Zamak más utilizada. Tiene buena estabilidad dimensional, es fácil de fundir y ofrece una excelente resistencia a la corrosión. Es ideal para piezas que requieren detalles finos en la fabricación.
- Zamak 5: Similar al Zamak 3, pero con un mayor contenido de cobre, lo que le proporciona mayor resistencia y dureza. Es utilizada en aplicaciones que requieren piezas con mayor capacidad de carga.
- Zamak 7: Similar al Zamak 3, pero con menor contenido de impurezas, lo que mejora su ductilidad y permite un mejor acabado superficial. Se usa en aplicaciones que requieren un mejor control de las dimensiones y la calidad de los detalles.
Aleaciones Zinc-Aluminio (ZA)
Las aleaciones ZA combinan zinc con un mayor porcentaje de aluminio que el Zamak, lo que las hace más resistentes a la tracción y a la corrosión. Estas aleaciones son más duras que las aleaciones de Zamak y son adecuadas para piezas que soportan grandes esfuerzos o que requieren mayor resistencia mecánica.
- ZA-8: Tiene un bajo punto de fusión, lo que la hace adecuada para procesos de fundición a presión en frío. Es más resistente que las aleaciones Zamak y se utiliza en la fabricación de componentes automotrices y mecánicos.
- ZA-12: Tiene una resistencia y dureza intermedia entre ZA-8 y ZA-27. Se utiliza para fabricar piezas de máquinas que requieren mayor resistencia a la tracción y un mejor acabado superficial.
- ZA-27: Es la aleación más fuerte de las aleaciones ZA, con una resistencia a la tracción muy alta. Se utiliza en aplicaciones que requieren una mayor resistencia mecánica, como cojinetes o componentes estructurales.
Aleaciones Zinc-Cobre
Las aleaciones de zinc-cobre contienen un mayor porcentaje de cobre, lo que les proporciona mayor dureza y resistencia mecánica. Son útiles en aplicaciones donde se necesita un material más fuerte que las aleaciones de Zamak, aunque tienden a ser más frágiles. Estas aleaciones son menos comunes que el Zamak y las aleaciones ZA, pero aún se usan en piezas industriales específicas.
Aleaciones Zinc-Titanio
El zinc-titanio es una aleación utilizada principalmente en aplicaciones arquitectónicas, como recubrimientos y tejados. Esta aleación combina la durabilidad del zinc con la resistencia y estabilidad dimensional del titanio, creando una opción ideal para exteriores, ya que ofrece una larga vida útil y resistencia a la corrosión en condiciones ambientales adversas.
Las aleaciones de zinc son una opción eficiente y versátil para la industria debido a su facilidad de manipulación y resistencia. Si deseas conocer más sobre cómo nuestras aleaciones de zinc pueden beneficiarte en tus proyectos industriales, te invitamos a descubrir nuestras soluciones y productos especializados.
