Bismuto, potencial reemplazo del plomo en griferías

Durante muchos años el plomo ha sido de uso común en aplicaciones industriales y domésticas, gracias a características como impedir la corrosión y la formación de moho, ser un material blando al que se le puede dar forma sin que pierda su resistencia, y además bloquear el ruido y la radiación.

Sin embargo desde hace algunos años se sabe que el plomo es un metal tóxico y peligroso para la salud humana, por lo que su uso como elemento aleante representa un riesgo. Este hecho ha generado normas mundiales que restringen su uso en aplicaciones como piezas de grifería fabricadas en aleaciones de cobre para la circulación de agua potable.

Aportar a una alternativa más segura para el desarrollo de este tipo de productos es el interés de José David Mestizo Granados, magíster en Materiales y Proceso de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), quien evaluó la maquinabilidad para una aleación de latón con diferentes concentraciones de bismuto (Bi), en rangos desde 0,65 hasta 2,45 % en peso, como principal elemento sustituto del plomo.

"Queríamos ubicar un elemento químico que nos diera propiedades de interés. Químicamente, y en la tabla periódica, el bismuto es un elemento que está muy cercano al plomo, lo que le da cierta afinidad en cuanto a sus propiedades", explica el investigador Mestizo.

A partir de una revisión bibliográfica, el magíster estableció que varios autores han desarrollado investigaciones con elementos como silicio, grafito y bismuto buscando obtener características similares a las que se tienen con una aleación de latón con plomo.

"Los latones son una aleación (mezcla) de cobre y zinc en las que se varían sus contenidos según las características que se buscan. Decidimos que la aleación que íbamos a trabajar sería un latón amarillo, en el que definimos unos rangos de concentración aleatorios que no fueran iguales a los que la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM) define para algunas aleaciones de este tipo", detalla.

Técnicas de caracterización

A través de procesos de fundición tradicional a nivel de laboratorio, se obtuvieron 15 aleaciones de latón amarillo, de las cuales 13 fueron aleaciones de latón al bismuto con concentraciones del elemento desde 0,65 hasta 2,48 % en peso, una aleación del latón plomado con contenido de plomo de 2,71 % en peso y una aleación de latón amarillo sin contenido de bismuto.

Dichas muestras "que se hicieron con bismuto mexicano porque en Colombia no hay yacimientos del mineral del que proviene este elemento" se caracterizaron por técnicas de microscopia óptica, análisis químico por espectrometría de emisión óptica, microscopia electrónica SEM, análisis químico por fluorescencia de rayos X, análisis de dureza Brinell y pruebas de maquinado por taladrado.

Se identificó, por ejemplo, que con un contenido de 2,31 % de Bi en la aleación, el tiempo de taladrado es significativamente menor en comparación con la muestra plomada, y con 1,5 % de Bi los valores son muy cercanos a la muestra de referencia, lo que confirma que la presencia de bismuto en los latones disminuye notoriamente los tiempos de mecanizado por taladrado y además favorece la formación de virutas helicoidales cortas, propias de un buen proceso de mecanizado.

"Para muchas empresas la maquinabilidad es muy importante en sus procesos, pues influye en parámetros como el tiempo, la eficiencia, el consumo de energía y el desgaste de la herramienta de corte. Son factores y costos que pueden ser de gran interés", asegura el investigador.

Con miras a la exportación

El magíster explica que aunque en el mercado colombiano todavía se manejan algunas aleaciones plomadas en grifería porque la normatividad no es tan estricta, las empresas que buscan incursionar en mercados internacionales como el europeo y el norteamericano "donde las restricciones ya están vigentes" son los principales actores que han visto la necesidad de reemplazar el plomo en sus productos.

Suplir esta necesidad es el objetivo de estudios como el del magíster Mestizo, quien aclara que su trabajo solo representa una etapa inicial que debe avanzar en su tecnificación para llegar a un uso industrial capaz de sustituir completamente las aleaciones comerciales con plomo.

Para ello, actualmente trabaja en la formulación de un proyecto en el que espera contar con el apoyo de la empresa privada para continuar con las pruebas y la caracterización en las aleaciones más prometedoras, además de pruebas de control de calidad de producto final.