Aluminio Y Sus Aleaciones

Actividad 1

Semana 1

1. Consulta

Para esta primera semana, le invitamos a que consulte los enlaces externos que se relacionan a continuación y realice una descripción tanto del proceso Bayer como del proceso electrolítico para la obtención Aluminio.

Enlaces externos:

■ http://es.wikipedia.org/wiki/aluminio

■ www.confemetal.es

RESPUESTAS

1. Proceso Bayer

El proceso Bayer es el principal método industrial para producir alúmina a partir de bauxita. Patentado por el austriaco Karl Bayer en 1889 y basado en la disolución de la bauxita con hidróxido sódico. La bauxita es la mena de aluminio más importante pero sólo contiene entre un 30 y un 54% de aluminio.

En el proceso Bayer, primero se tritura la bauxita y luego se lava con una solución caliente de hidróxido sódico (sosa), NaOH. La sosa disuelve los minerales de aluminio pero no los otros componentes de la bauxita, que permanecen sólidos. Las reacciones químicas que ocurren en esta etapa, se llama "digestión".

La temperatura de la digestión se escoge en función de la composición de la bauxita. Para disolver el hidróxido de aluminio basta una temperatura de 140ºC pero para la mezcla de hidróxido y óxido hace falta subir hasta unos 240ºC. 2

A continuación se retiran de la solución los sólidos no disueltos, principalmente en un decantador seguido de unos filtros para eliminar los últimos restos. Los sólidos recogidos en el decantador, llamados "lodo rojo", se tratan para recuperar la sosa no reaccionada, que se recicla al proceso.

La solución de Al (OH)4, ya libre de impurezas, se precipita de forma controlada para formar hidróxido de aluminio puro. Para favorecer la cristalización se opera a baja temperatura y se "siembra" la solución con partículas de hidróxido de aluminio.

La solución de sosa libre de aluminio se concentra en unos evaporadores y se recicla al comienzo del proceso.3

Por último, el hidróxido se calienta a unos 1050°C, en una operación llamada "calcinación", para convertirlo en alúmina, liberando vapor de agua al mismo tiempo.

La alúmina obtenida se utiliza principalmente para producir aluminio mediante electrólisis.

2. Proceso electrolítico

Este proceso fue descubierto independientemente en 1886 por el estadounidense Charles Martin Hall y el francés Paul Héroult. Resulta curioso que ambos científicos naciesen y muriesen en las mismas fechas y que patentaran su descubrimiento con tan poca diferencia sin conocerse.

Consiste en aplicar una corriente eléctrica continua mediante un par de electrodos conectados a una fuente de alimentación eléctrica, y sumergidos en una disolución. El electrodo conectado al polo positivo se conoce como ánodo, y el conectado al negativo como cátodo.

Cada electrodo atrae a los iones de carga opuesta. Así, los iones negativos, o aniones, son atraídos y se desplazan hacia el ánodo, mientras que los iones positivos, o cationes, son atraídos y se desplazan hacia el cátodo.

La energía necesaria para separar a los iones e incrementar su concentración en los electrodos es aportada por la fuente de alimentación eléctrica.

En los electrodos se produce una transferencia de electrones entre estos y los iones, produciéndose nuevas sustancias. Los iones negativos o aniones ceden electrones al ánodo (+) y los iones positivos o cationes toman electrones del cátodo (-).

2.1 Electrólisis en la obtención de aluminio

El proceso Hall-Héroult es el principal proceso de obtención de aluminio.

En este proceso la alúmina obtenida en el proceso anterior es disuelta dentro de una cubeta electrolítica revestida interiormente de carbón en un baño electrolítico con criolita (Na3AlF6) fundida. La cubeta actúa como cátodo, mientras que como ánodos se suelen utilizar unos electrodos de carbón de Soldberg.

La alúmina se descompone en aluminio y oxígeno molecular. Como el aluminio líquido es más denso que la criolita se deposita en el fondo de la cubeta, de forma que queda protegido de la oxidación a altas temperaturas. El oxígeno se deposita sobre los electrodos de carbón, quemándose y produciendo el CO2.

Los parámetros del proceso son los siguientes:

• Tensión: 5-6 V.

• Densidad de corriente: 1,5 - 3 A/cm2, lo que supone una corriente de 150000 amperios.

• Los electrodos han de estar siempre a la misma altura, por lo que hay que regularlos ya que se van descomponiendo durante la reacción.

• Hay

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