Subir

El Aluminio

El aluminio es uno de los metales más modernos si lo comparamos con la metalurgia nacida hace más de 5000 años. Fue a comienzos del siglo XIX cuando un químico danés Hans Cristian Oersted aisló el metal por primera vez en 1825 por medio de un proceso químico que utilizaba una amalgama de potasio y cloruro de aluminio. El químico alemán Wöhler en el año 1827 lo obtuvo en forma de polvo al hacer reaccionar el potasio con el cloruro de aluminio y posteriormente en el año 1845, él mismo, determinó por primera vez las propiedades del metal recién descubierto, densidad y ligereza y lo separó en forma de bolitas.

El aluminio es sumamente abundante en la composición de la corteza terrestre (y en la luna), se halla en una proporción aproximada del 15% y sólo el sílice lo supera.

El mineral industrial más significativo es la “bauxita” con un contenido entre el 55 y el 65 de alúmina (oxido de aluminio Al2O3), que se encuentra localizado principalmente en la zona tropical. Este mineral fue descubierto por M.Pierre Berthier que lo llamó así por el lugar donde la encontró, la aldea de Les Baux de Provenza, en Arlés, Francia meridional.

En España encontramos bauxita, pero en muy pequeñas cantidades en Teruel, Barcelona, Tarragona y Lleida.

En 1854 Bunsen logró preparar electrolíticamente el aluminio partiendo en sus experiencias del compuesto cloruro alumínico sódico. Ese mismo año Henri Sainte-Claire Deville perfeccionó el procedimiento y fabricó por primera vez en la historia aluminio sustituyendo el potasio por sodio y lo presentó en la exposición de París de 1855, en forma de lingotes. Puede decirse, por tanto, que Deville fue el iniciador de la producción industrial del metal cuyo procedimiento, con ligeras modificaciones se utilizó hasta el año 1888 que fue sustituido por el método electrolítico.

Los fundadores de la gran industria del aluminio fueron el francés Hëroult, el alemán Kiliani y el norteamericano Hall, fundándose por el primero, en 1888, la sociedad Aluminium Industrie Aktien Gesellschaft. Unos cuarenta años después de la fundación de la industria del aluminio, surge en España, en 1929, la primera planta de importancia notable de producción de aluminio situada en Sabiñánigo (Huesca). La producción actual de aluminio primario en España está localizada en San Ciprian (Lugo), A Coruña y Avilés.

El aluminio es un metal demasiado activo para existir libre, encontrándose en la naturaleza combinado con gran cantidad de minerales, siendo los principales la bauxita y la criolita. La bauxita es el más importante de los minerales de aluminio, se trata de un hidróxido cuya composición no corresponde a una fórmula química determinada pues en todos los casos se encuentra combinada con cantidades variables de los elementos como el hierro, silicio y titanio y una cuantía inconstante de agua de combinación. Su color varía desde el granate al blanco puro. La criolita es, con la bauxita, el mineral de mayor importancia en la fabricación de aluminio, siendo su principal papel el de fundente de la alúmina en los baños electrolíticos. Actualmente se está sustituyendo la criolita por ciolita, un floruro artificial de aluminio, sodio y calcio.

Metalurgia | La extracción del aluminio de la bauxita se efectúa en tres etapas, minería, refinación y reducción.

La bauxita se extrae, se lava y se seca antes de ser destinada a la refinería donde se separa del aluminio.

El químico austriaco Karl Josef Bayer hijo del fundador de compañía Química Bayer inventó el proceso Bayer para la producción a gran escala de alúmina a partir de bauxita. Este método el que más se usa en la industria del aluminio.

Partiendo de la bauxita, sometida previamente a un proceso de desecación y moliendo finamente el material, se calienta con una solución concentrada de soda cáustica (NaOH) para obtener una solución de aluminato sódico (Al02Na) y algo de silicato sódico (Na2SiO2).

Esta solución se filtra y se hace precipitar hidróxido de aluminio (Al(OH)3), bien con dióxido de carbono o bien con una pequeña cantidad de hidróxido de aluminio previamente precipitado.

La alúmina se reduce a aluminio en unas células electrolíticas del procedimiento Hall-Héroult. En estas células se usa criolita fundida a 980ºC para disolver la alúmina, la que al someterse a electrólisis se divide en aluminio y oxígeno. El aluminio baja al fondo del depósito donde se extrae periódicamente y el oxígeno se combina con el carbono del ánodo para producir CO2.

Por la acción de la corriente eléctrica suministrada, se descompone la alúmina introducida en el interior de la célula u horno electrolítico y según las leyes que rigen la electrolisis, en el electrodo negativo (cátodo) constituido por el revestimientoel horno, se deposita aluminio, de aquí se extrae el metal y se cuela en forma placas de laminación, tochos o billetas para extrusión o lingotes para fundición.

De acuerdo con las mismas leyes, en el electrodo positivo (ánodo) se va produciendo oxígeno, que, debido a su gran actividad, reacciona con el carbono de dicho electrodo, formando los productos gaseosos mono y dióxido de carbono (CO y CO2). Debido a esta reacción se produce un desgaste del ánodo por lo que hay que reponerlo periódicamente. Los bloques del ánodo son de carbón.

Para hacer 1000 Kg., de aluminio, se necesita 10.000 Kg. de bauxita que producen 500 kg. de alúmina 80 kg., de criolita, 600 kg. de carbón más 14.000 kWh de energía eléctrica. Por su alto consumo eléctrico las plantas de electrolisis del aluminio se montan junto a lugares donde la energía es más barata como, centrales hidroeléctricas, nucleares o países productores de petróleo.

El aluminio reciclado | Una de las características más destacables del aluminio es su capacidad de reciclado. Al contrario de lo que ocurre con otros metales, el 100% del material puede ser reutilizado. Asimismo, este proceso de reciclaje puede realizarse casi indefinidamente sobre el mismo material por lo que puede considerarse la vida útil del aluminio prácticamente ilimitada.

Otro de los condicionantes más importantes de este proceso de reciclado es que necesita aproximadamente el 5% de la energía que se utiliza para la obtención del aluminio primario.

Por otra parte, las características y propiedades del material no varían con esta transformación por lo que la calidad del aluminio primario y el reciclado es la misma.

Propiedades | El aluminio es un metal plateado muy ligero. Su masa atómica es 26,9815, tiene un punto de fusión de 660ºC y un punto de ebullición de 2.467ºC, y una densidad relativa a 2,7 kg/m3. Es un metal muy electropositivo y extremadamente reactivo.

Al contacto con el aire se cubre rápidamente con una capa dura y transparente de oxido de aluminio que lo protege de la corrosión.

 

Nombre
propiedad
Valor del
Aluminio
Nº atómico 13
Valencia 3
Electronegatividad 1,5
Radio covalente (Å) Estado de oxidación 0,50 (+3)
Radio atómico (Å) 1,43/1,82
Configuración electrónica [Ne]3s23p1
Primer potencial de ionización (eV) 6,00
Masa atómica (g/mol) 26,9815
Densidad 2,7
Punto de ebullición (°C) 2467
Punto de fusión (°C) 660
Radio Iónico 0,535 Å
Volumen atómico 10 cm3/mol
Orbitario que llena 3p
Nº de electrones (sin carga) 13
Nº de protones 13
Estado de la oxidación 3
Electrones de Valance 3 s2p1
Equivalencia electroquímico 0,33556g/amp-hr
Función del trabajo del electrón. 4,28 eV
Electronegatividad (Pauling) 1,61
Calor de fusión 10,79kj/mol
Potencial del electrón de Valance (-eV) 80,7
Módulo elástico: bulto 76 GPa
Módulo elástico: rigidez 26 GPa
Módulo elástico Young 70 GPa
Entalpia de atomización 322,2 kJ/mol a 25ºC
Entalpia de fusión 10,67 kJ/mol
Entalpia de la vaporización 293,7 kJ/mol
Reflectividad optica 71%
Volumen molar 9,99 cm3/topo
Calor específico 0,9J/gk
Presión del vapor 2,4E-06Pa a 660.25ºC
Conductividad eléctrica 0,377 106/cm
Conductividad termal 2,37 W/cmK