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FMF - Foro de Mineralogía Formativa
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Del ferrosilicio y otras aleaciones
  
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Carlos Rey
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MensajePublicado: 01 Nov 2018 20:56    Título del mensaje: Del ferrosilicio y otras aleaciones  

Buenas.

Abro este tema para hablar de algunas muestras encontradas en los mismos parajes que las descritas aquí https://www.foro-minerales.com/forum/viewtopic.php?p=140057#140057. Hubiera sido un poco tramposo por mi parte intentar colarlo ahí puesto que:

1.- no son minerales, ni rocas
2.- lo sabía perfectamente cuando las encontré, y
3.- su origen está lejos de ser Santiago (aunque quizá una buena parte de su materia prima sí que lo sea)

Como no se trata entonces de una clasificación incorrecta o de una falsificación, tampoco estaba seguro de que este subforo sea el lugar más apropiado, o de que merezca la pena iniciar este hilo (por ello ruego a los administradores que lo eliminen si lo estiman oportuno, o que me permitan este pequeño “spin off” si lo juzgan interesante). No obstante, he visto que tanto en el foro español como en el inglés, han aparecido alguna vez ejemplares parecidos, de modo que quizá esto ayude a futuros “incautos” a desechar ideas como la de que han encontrado un elemento metálico nativo o un meteorito (¡uuups! lo he dicho).

Pero es que la cosa viene ya de lejos. Hace muy poco me encontré con un artículo, del volumen 24 de la Mineralogical Magazine publicado en 1935 por la Mineralogical Society of Great Britain & Ireland, titulado “Fictitious occurrences of iron silicide (ferrosilicon)”. El autor, Leonard James Spencer (1870 - 1959) fue un químico y mineralogista inglés, conservador de la colección de minerales del Museo Británico (Historia Natural). Por entonces el actual Natural History Museum era uno de los departamentos del British Museum (y lo fue hasta 1963). El artículo (en inglés) es cortito y muy entretenido. Se puede descargar a través del siguiente hipervínculo http(:)//www(.)minersoc(.)org/pages/Archive-MM/Volume_29/29(-)211(-)256(.)pdf. Aunque recomiendo la lectura del original, no he podido resistirme a citar algún párrafo (traducido de aquella manera):

“ El ferrosilicio se encuentra a veces en circunstancias que hacen pensar que se trata de un mineral natural. Dos veces durante el pasado cuarto de siglo fue descrito como un mineral nuevo, y el error sólo fue advertido después de que se hubieran publicado informes preliminares. También se ha creído a veces de origen meteórico […] En varias ocasiones, entre 1924 y 1929, el Sr. H. N. Cobbe, consultor en ingeniería de minas, me envió para su identificación fragmentos redondeados de una sustancia metálica recogida en los concentrados de las dragas de oro en ríos y arroyos de la Guayana Británica. No sin ciertos problemas, fuimos capaces de identificarlos con los nódulos de ferrosilicio que se hallan a veces en el carburo de calcio comercial. Evidentemente, el carburo agotado de las lámparas de acetileno se arrojaba al río, de donde era recogido de nuevo por las dragas. “

Más adelante, al hablar sobre esta sustancia dice:

“ Es [de color] gris-acero a blanco-estaño con un vivo lustre metálico. A veces está empañado de amarillo-bronce, pero no existe óxido. Es muy duro (6,5) y frágil, y puede pulverizarse fácilmente con un martillo. La fractura es irregular. El peso específico es variable, 5,8 a 6,8, debido en parte a cavidades en su seno. Algunas de esas cavidades son burbujas con una superficie lisa, y otras están parcialmente rellenas de agregados plumosos y tabulares de tetraedros minúsculos. Su carácter magnético es también variable: algunas piezas son atraídas por un imán, mientras que otras no. Algunas son atacadas ligeramente por el ácido clorhídrico, pero normalmente no se ven afectadas ni siquiera por el agua regia. El material se descompone en ácido fluorhídrico o por fusión con sosa cáustica. Un análisis aproximado de un gránulo procedente de la Guayana Británica dio como resultado 65 % Fe, 35 % Si, que se corresponde más o menos con la fórmula FeSi. “

Y en el resto del artículo repasa otras situaciones en las que se ha confundido el ferrosilicio con mineralizaciones naturales, la química de los siliciuros de hierro, y otros temas relacionados.

Esta última cita me viene de perlas porque me ahorra (al menos en parte), la descripción de las fotografías que vienen a continuación.



FeSi_01.jpg
 Descripción:
Localidad: Desconocida
De izquierda a derecha, y de delante a atrás, las muestras n.º 4, n.º 1, n.2 y n.º 3 (para futuras referencias).
 Visto:  2375 veces

FeSi_01.jpg


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Carlos Rey
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MensajePublicado: 01 Nov 2018 21:25    Título del mensaje: Re: Del ferrosilicio y otras aleaciones  

Vaya, lo siento, quería ponerlas todas juntas y pulsé el botón de enviar. Ahora va el resto, y más adelante, las dimensiones y otros datos.


FeSi_02.jpg
 Descripción:
Otra foto de conjunto con la muestra n.º 1 en primer plano.
 Visto:  2360 veces

FeSi_02.jpg



FeSi_Muestra01_01.jpg
 Descripción:
Vista de la muestra n.º 1, se aprecia bastante bien el tipo de fractura.
 Visto:  2359 veces

FeSi_Muestra01_01.jpg



FeSi_Muestra01_02.jpg
 Descripción:
Una vista distinta de la misma muestra. Lo que se ve de color verde es un reflejo, es muy difícil eliminarlos.
 Visto:  2356 veces

FeSi_Muestra01_02.jpg



FeSi_Muestra01_det01.jpg
 Descripción:
Detalle de la superficie de fractura de la muestra anterior. En la esquina superior derecha, una burbuja. El campo de visión es de unos 7mm.
 Visto:  2358 veces

FeSi_Muestra01_det01.jpg



FeSi_Muestra02_01.jpg
 Descripción:
Imagen de la muestra n.º 2. Esta y la anterior eran una sola que se rompió al extraerla. Las fotografías las hice al día siguiente, así que las fracturas son más o menos frescas.
 Visto:  2356 veces

FeSi_Muestra02_01.jpg



FeSi_Muestra02_02.jpg
 Descripción:
Otra vista de la muestra anterior en la que también aparece enfocada una parte de la superficie exterior (lisa y casi mate por completo)
 Visto:  2355 veces

FeSi_Muestra02_02.jpg



FeSi_Muestra02_det.jpg
 Descripción:
Detalle de la superficie de fractura de la muestra anterior. El campo de visión es de unos 7mm.
 Visto:  2357 veces

FeSi_Muestra02_det.jpg



FeSi_Muestra03_det.jpg
 Descripción:
Detalle de la muestra n.º 3. La mayor de ellas (casi en el centro de la imagen y mejor enfocada) tiene un diámetro de 2 mm aproximadamente.
 Visto:  2356 veces

FeSi_Muestra03_det.jpg



FeSi_Muestra04_det.jpg
 Descripción:
Detalle de la muestra n.º 4. Se ve algo que parecen manchas de óxidos alrededor de lo que podrían ser dos inclusiones esféricas.
 Visto:  2357 veces

FeSi_Muestra04_det.jpg


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Carles
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MensajePublicado: 01 Nov 2018 22:22    Título del mensaje: Re: Del ferrosilicio y otras aleaciones  

Hola Carlos,

una de las aplicaciones de estas aleaciones de Fe-Si la encontramos en la protección catódica. Estas aleaciones se utilizan como ánodos en estos sistemas electroquímicos. Antiguamente se utilizaban estas aleaciones de hierro-silicio, actualmente se les añade cromo para dar más consistencia a la aleación pasando del Fe-Si al Fe-Si-Cr.

Saludos.

_________________
"Bread & butter" collector.
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Carlos Rey
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MensajePublicado: 01 Nov 2018 22:55    Título del mensaje: Re: Del ferrosilicio y otras aleaciones  

Hola Carles.

Ciertamente, y no sólo esa. Una de las principales es servir como vehículo para añadir aleantes a los aceros, aluminios y aleaciones del cobre por ejemplo. Hay también ferrovanadios, ferromanganesos, y más. Otra que está más relacionada con los temas que se tratan en este foro es la preparación de medios densos para la separación de minerales por flotación. Una de sus presentaciones comerciales es en forma de polvos micronizados, que añadidos al agua (solos o con otros productos) forman una suspensión que se puede diseñar con una densidad "a medida". De esta manera puedes conseguir que flote (o se hunda) el material de tu interés, y separarlo del resto.

Permíteme que aproveche el mensaje para felicitarte por el gran trabajo que estás haciendo con lo de Munich (y lo hago extensivo a Juan María, Paco y el resto de los que participan en el tema).

Un saludo
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Carlos Rey
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MensajePublicado: 02 Nov 2018 00:51    Título del mensaje: Re: Del ferrosilicio y otras aleaciones  

Antes de continuar, y por si a alguien le interesa conocer algo más sobre el Sr. Spencer, también en Mineralogical Magazine se puede consultar un artículo sobre su trabajo en el Museo Británico, “ L. J. Spencer's work at the British Museum ”, aquí:
https://www.minersoc.org/pages/Archive-MM/Volume_29/29-211-256.pdf
y del mismo autor (sobre las formas cristalinas de los carburos y siliciuros de hierro), “ Crystalline forms of Carbides and Silicides of Iron and Manganese (' Ferro-manganese,' &c.) ”, en:
https://www.minersoc.org/pages/Archive-MM/Volume_13/13-61-296.pdf

Y ahora algunos datos. Lo primero es que estas piezas las encontré en uno de los caminos de acceso a las canteras abandonadas de los filones de Fecha, que en las zonas de mejor acceso están pavimentados con una especie de zahorra de cuarzo, con bastantes finos y muy compacta, de ahí que la primera muestra se convirtiera en dos al intentar sacarla. Creyendo que sería algo excepcional, no volví a mirar en el mismo sitio hasta algún tiempo después, y para mi sorpresa encontré otras dos piezas separadas apenas unos metros. Tuve que abandonar la búsqueda porque se me hacía tarde y justo en ese momento pasaban por allí tres señoras con un perro (pequeño pero amenazador) a quienes les debía parecer muy raro un tipo encorvado sobre el suelo y diciendo ¡c*ñ* aquí hay otra!. Es de justicia reconocer que el perro fue el único que se acercó a saludar.

Las características y aspecto de las muestras coinciden en buena medida con las descritas por el Sr. Spencer: color, brillo, dureza, fractura, tenacidad… excepto el peso (me sorprendió su ligereza). También pude comprobar después que no las atrae el imán, que el color de la raya es gris y que no son atacadas por el HCl (los demás reactivos ni los tengo, ni los he manejado, así que ni pensarlo. Además con el HF se liberan gases tóxicos nada recomendables).

Vamos con los datos que faltan. Las dimensiones de las muestras y sus pesos específicos son:

n.º 1 23x24x18 mm; 2,6
n.º 2 35x27x27 mm; 2,4
n.º 3 32x28x23 mm; 2,2
n.º 4 42x32x19 mm; 2,3

Aquí aparece el primer problema, yo sospechaba que dada su ligereza y su carácter no magnético, debía tratarse se un ferrosilicio con un bajo contenido en hierro o de silicio metal, pero si la densidad del silicio puro es de 2,33 g/cc resulta imposible que por poco hierro que contengan, las dos últimas fueran más ligeras que el propio Si. La clave, como bien dice Spencer, son las burbujas (véase la foto de detalle de la muestra n.º 3). Esto, unido a su pequeño tamaño, y a la poca precisión de mi balanza, hacían los resultados poco fiables. Por cierto, cuando en el comentario de la foto digo "la mayor de ellas", me refiero, obviamente a las burbujas.



Pista.jpg
 Descripción:
Una de las pistas forestales por las que se puede acceder a las canteras.
 Visto:  2281 veces

Pista.jpg



Color_raya.jpg
 Descripción:
Color de la raya sobre una pieza de porcelana.
 Visto:  2283 veces

Color_raya.jpg


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A.Monteiro




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MensajePublicado: 02 Nov 2018 10:31    Título del mensaje: Re: Del ferrosilicio y otras aleaciones  

Bons dias
Talvez seja isto .....
Estas amostras são de Régua, antiga fábrica de metal sílica



100_3560.JPG
 Descripción:
 Visto:  2216 veces

100_3560.JPG


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A.Monteiro




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MensajePublicado: 02 Nov 2018 10:35    Título del mensaje: Re: Del ferrosilicio y otras aleaciones  

Outras amostras.....


100_3563.JPG
 Descripción:
 Visto:  2213 veces

100_3563.JPG



100_3564.JPG
 Descripción:
 Visto:  2209 veces

100_3564.JPG


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Carlos Rey
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MensajePublicado: 02 Nov 2018 19:54    Título del mensaje: Re: Del ferrosilicio y otras aleaciones  

Olá, Sr. Monteiro.

Magnifica contribuição! Mas creo que não se trata de silício-metal pelas razões que exporei a seguir.

Muito obrigado (e desculpe o meu deficiente português).

A propósito, gostei muito de ver a sua colecção de minerais.
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Carlos Rey
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MensajePublicado: 02 Nov 2018 22:23    Título del mensaje: Re: Del ferrosilicio y otras aleaciones  

No va desencaminado A. Monteiro, y tal como le decía en mi respuesta (aparte de agradecerle su colaboración), voy a explicar ahora porqué no me parece silicio metal. Dado que los datos que se pueden obtener de las muestras no me parecen concluyentes, y no tengo medios para analizarlas, se me ocurrió una forma más sencilla para estimar su composición aproximada: conociendo las densidades del ferrosilicio de varias composiciones distintas, quizá podría ajustar una curva sencilla a esos datos (regresión) y calcular lo que me interesaba. Con un ajuste lineal, la cosa resultó bastante aceptable (pongo al final una gráfica para ilustrar esto) y los resultados fueron 94,2% para la muestra n.º 1 y 97,8% para la n.º 2. Las muestras n.º 3 y n.º 4 no puedo usarlas porque “se salen” de la gráfica” o dicho de otra forma, su porcentaje de silicio sería mayor que el 100% lo cual no es posible.

El silicio metal (o de grado metalúrgico) tiene una pureza entre el 96 y el 99%, y aunque el valor típico es el 98%, es habitual el porcentaje más alto (2N o “dos nueves”), y se utiliza para alear con aluminio, o para en la obtención de productos químicos (siliconas por ejemplo), o para su posterior refino entre otras cosas. Los silicios de grado solar y electrónico son mucho más puros, 6N (el policristalino) y 11N respectivamente (99,999999999% nada menos). Este último es monocristalino o sea, cada lingote es un único cristal de silicio, sin juntas de grano.

De acuerdo con los resultados obtenidos, la muestra n.º 1 no es silicio metal, y la n.º 2 sí. Pero como dije, formaban parte de la misma piedra antes de romperse…

:-O

¡Está claro que necesito otra balanza!



Grafica_FeSi.jpg
 Descripción:
Gráfica densidad vs. contenido en silicio. Los puntos negros corresponden a las densidades de ferrosilicios con porcentajes de silicio de 0 (Fe puro), 20, 35, 50,60, 80, y 100 (Si puro). La línea representa la recta que ajusta los datos.
 Visto:  2078 veces

Grafica_FeSi.jpg


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Carlos Rey
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MensajePublicado: 03 Nov 2018 01:02    Título del mensaje: Re: Del ferrosilicio y otras aleaciones  

Y después de todo este rollo, ¿por qué no podía ser otra cosa, no sé, un ferro-vetetuasaber o un loquesea-silicio?. Pues porque otros productos como ferrocromo, ferromanganeso, ferrotitanio, ferromolibdeno, ferrovanadio, ferroníquel, etc. etc. o sus variantes con silicio y demás aleantes, y algunos más exóticos son siempre más densos (en su presentaciones comerciales más corrientes), magnéticos en muchos casos, y en general, menos frágiles (aunque esto último no siempre es así).

La excepción sería el calcio-silicio y sus variantes. Pero éstas últimas reaccionan con el agua (algunas de forma violenta), o la humedad simplemente; se oxidan rápidamente, de modo que difícilmente se hubieran podido encontrar en las circunstancias en que lo hice. Las muestras de las fotografías no solo debieron pasar años a la intemperie (y en Santiago llueve más que debajo de la ducha) sino que además siguen conservando su brillo, sin pátina, tras varios meses en mi casa, después de haberlas lavado y hacerles otras perrerías. Un elevado contenido de silicio explicaría esto, aunque de hecho, es suficiente un porcentaje entre el 14 y el 16%, para que su resistencia a la corrosión aumente de forma dramática. Esa es una de las razones por las que se suelen presentar comercialmente con contenidos entre el 15 y el 90%. En el caso de la formulación de medios densos para el beneficio de minerales esto resulta particularmente interesante, y además, un alto contenido en hierro facilita su separación magnética.

Ah, y a propósito del comentario de Carles, me olvidé decir que también comprobé la conductividad eléctrica de las muestras. Esta es una prueba que en realidad no sirve de mucho para discriminar entre las distintas aleaciones de esta clase, puesto que todas conducen la electricidad en mayor o menor medida (el silicio es semiconductor y los metales de aleación hacen que la conductividad aumente). Puede servir, en caso de duda, para distinguirlas de verdaderos minerales que tengan aspecto metálico, o de las escorias de fundición. Muchos minerales, sulfuros y óxidos sobre todo, son semiconductores (que además pueden estar dopados de forma natural por las diversas impurezas que contienen). En estos casos puede ser más interesante medir su resistividad, que en general será superior en varios órdenes de magnitud a la de las ferro-cosas. Para hacer esto, basta un simple polímetro. Las escorias (silicatos mayormente) son aislantes aunque puedan ser magnéticas.

En fin, el tema da para mucho más, pero creo que ya me estoy pasando.

Saludos a todos (y gracias por la paciencia a los que hayáis llegado hasta aquí).
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Carlos Rey
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MensajePublicado: 04 Nov 2018 16:17    Título del mensaje: Re: Del ferrosilicio y otras aleaciones  

Buenas.

Un pequeño epílogo.

Pensaba haber terminado este tema con algo que pudiera ilustrar alguno de los usos prácticos de las aleaciones de silicio, que no fuera la típica foto de una barra o un lingote o cualquier otro trozo de metal sin interés (foto que además no tengo). Hasta que me acordé de que tenía unas imágenes de algo que os muestro a continuación. Es parte de un proyecto en el que estoy echando una mano a un amigo desde hace ya algún tiempo. Se trata, como quizá hayáis adivinado, de la culata de un motor. La primera imagen es una vista general y la segunda, un detalle que corresponde a uno de los cilindros.

¿Y donde está el silicio?. Pues formando parte de los metales, claro. El bloque del motor y otras piezas de fundición, son de una aleación de aluminio que lleva silicio (entre otras cosas), y se usa para mejorar sus propiedades mecánicas y aumentar su colabilidad (digamos que “lo hace más fluido”, para rellenar con más facilidad el molde y reproducir mejor los pequeños detalles).

Pero la más interesante es la aleación de los asientos de las válvulas, esos aros de color bronce (4 por cilindro) que se ven mejor en la foto de detalle. Es un aleación de cobre-níquel-silicio sometida a un tratamiento térmico especial. Sus cualidades son excepcionales, resistencia, dureza y capacidad antidesgaste comparables a las de algunos aceros especiales, combinadas con las altas conductividades eléctrica y térmica, y baja permeabilidad magnética propias del cobre. También resiste muy bien la corrosión y es fácil de mecanizar. Esta zona del motor es un verdadero infierno, gases calientes a presión con temperaturas de hasta 800 ºC, y el constante golpeteo de las válvulas varios miles de veces por minuto.

Esta aleación pertenece a una familia más amplia llamada “aleaciones Corson” (el Dr. M. G. Corson describió en 1927 el mecanismo por el que se endurecen, y en el que juegan un papel destacado los siliciuros de níquel que precipitan en las juntas de grano). Aleaciones parecidas con titanio están presentes por ejemplo en los conectores de los teléfonos móviles (que también llevan mucho tute), y otros dispositivos electrónicos.

Saludos cordiales a todos.



Culata_01.JPG
 Descripción:
Culata de un motor tricilíndrico, al fondo a la derecha se ve el plato de una de las válvulas.
 Visto:  1939 veces

Culata_01.JPG



Culata_02_detalle.JPG
 Descripción:
Fotografía de detalle. A la izquierda, más grandes, las entradas de admisión, y a la derecha, las salidas de escape.
 Visto:  1939 veces

Culata_02_detalle.JPG


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