Metalurgia

El aluminio es un elemento químico cuyo símbolo es Al, y número atómico 13, es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre después del silicio y el oxigeno, formando el 8% de ésta y se encuentra presente en la mayoría de las rocas.

Como metal, el Aluminio se extrae únicamente del mineral con el nombre conocido de bauxita (roca sedimentaria compuesta mayoritariamente de Alúmina (Al2O3) y en menor medida Oxido de Hierro y Sílice). Por transformación mediante el proceso Bayer se transforma en Alúmina y posteriormente en Aluminio metálico mediante electrolisis.

Número Atómico: Es el número total de protones en el núcleo del átomo

Proceso Bayer: Es el método industrial para producir alúmina a partir de bauxita y consiste en la disolución de la bauxita en Acido Sódico a alta presión (1889 Karl Bayer)

Electrolisis: Proceso que separa los elementos de un compuesto mediante electricidad.

El aluminio es un metal que posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en Ingeniería mecánica, tales como su baja densidad (2700 kg/m3), su alta resistencia a la corrosión , buen conductor de electricidad y calor, se mecaniza con facilidad y es relativamente barato. Desde mediados del siglo XX es el metal que mas utiliza después del acero.

Generalmente se reconoce a Friedrich Wöhler el aislamiento del aluminio en 1827. Aún así, el metal fue obtenido, impuro, dos años antes por el físico y químico danés Hans Christian Oersted.

Proceso Bayer

El proceso Bayer se basa en la variación de solubilidad en soda caústica, que experimenta el óxido de aluminio hidratado con la variación de temperatura y concentración de caústica, esto como consecuencia de las propiedades anfóteras del hidróxido de aluminio.

En el proceso se plantean básicamente dos estados de equilibrio:

• Primer equilibrio:

Se favorece a alta temperatura y alta concentración de NaOH. Se produce la disolución de los hidratos de alúmina de la bauxita, mientras que la mayoría de las impurezas no lo hacen.

De manera que se forma una suspensión conteniendo una solución de aluminato de sodio y un residuo insoluble "lodos rojos". Reacción general:

Al2O3 . nH2O + 2NaOH « 2NaAlO2 + (n + 1) H2O

Donde n= Nº de moléculas de agua (1 ó 3)

• Segundo equilibrio:

Se favorece a baja concentración de NaOH y baja temperatura. Una vez que los residuos insolubles han sido separados de la solución de aluminato, ésta es sembrada con una carga seminal de alúmina trihidratada, favoreciéndose entonces la velocidad de la reacción anterior en el sentido inverso(¬ ). Precipitándose un óxido de aluminio trihidratado

Proceso electrolisis

La electrólisis es un proceso electroquímico en el que se utiliza el paso de la corriente eléctrica a través de una solución que contiene compuestos disociados en iones para provocar una serie de transformaciones químicas. La corriente eléctrica se proporciona a la solución sumergiendo en ella dos electrodos, uno llamado cátodo y otro llamado ánodo, conectados respectivamente al polo negativo y al polo positivo de una fuente de corriente continua. Para la producción electrolítica del aluminio se opera sobre una solución particular, obtenida disolviendo alúmina en un compuesto llamado criolita (fluoruro doble de aluminio y sodio) fundida para lo que son necesarias temperaturas del orden de 1000ºC. Por esta razón el consumo energético que se utiliza para obtener aluminio es muy elevado y lo convierte en uno

De los metales más caros de obtener, ya que es necesario gastar de 17 a 20 kWh para obtener un kilo de metal de aluminio. Sin embargo, ya existen procesos alternativos que permiten una reducción de la energía necesaria; permiten una reducción del 70% respecto al procedimiento electrolítico. Estos procedimientos parten de arcillas ricas en aluminio en vez de partir de la bauxita.

El aluminio procedente de las cubas electrolíticas pasa a hornos para mezclarlo de manera precisa con otros metales para formar diversas aleaciones con propiedades específicas diseñadas para diversos usos. El metal se purifica en un proceso denominado adición de fundente y después se vierte en moldes o se funde directamente en lingotes. Los procesos adicionales pueden ser la fundición en moldes, laminación, forjado, extracción o extrusión.

El aluminio obtenido de las cubas de electrólisis de la alúmina contiene cierta cantidad de impurezas, alúmina, criolita y gases, por lo que para obtener aluminio de alta pureza (99.85-99.9%) se someten a un proceso de afinación.

Hay dos vías principales de afinar el aluminio:

1. La clorinación: Por este método se insufla cloro a la masa de aluminio fundido a temperatura de entre 750-770oC, durante unos 10-15 minutos. Durante la insuflación las impurezas reaccionan con el cloro y se separan del aluminio, aunque una parte (1%) del aluminio reacciona también y se separa, produciendo pérdidas del material.

2. La afinación electrolítica: Para afinar el aluminio por el método electrolítico, las barras de aluminio impuro se colocan como ánodos en un baño de sales de cloro y flúor y este se descarga a pureza muy elevada en cátodos hechos de aluminio puro.

Producción de Aluminio.

Para la obtención del aluminio se usan menas que contienen Al2O3. Entre estas están las:

1. Bauxitas: Las bauxitas contienen el equivalente a 30-57% de Al2O3 en forma de hidróxido de aluminio Al(OH)3 ; 17-35% de Fe2O3 ; 3-13% de SiO2 ; 2-4% de TiO2 ; hasta 3% de CaO y 10-18% de H2O

2. Nefelinas: Las nefelinas se producen en forma de colas, después del beneficio de rocas de apatitas y contienen cerca de 30% de Al2O3 ; 20% de Na2O+K2O ; 40-45% de SiO2; 2-4% de CaO y 2-4% de Fe2O3.

3. Alunitas: Las alunitas contienen 20-21%

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