El aluminio

El aluminio es un elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Se trata de un metal no ferromagnético. Es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales.

Introducción

El aluminio es el elemento más reactivo de su grupo, y todas sus formas están recubiertas por una delgada capa de óxido de aluminio, que le confiere resistencia frente a la mayoría de los reactivos, siendo ésta una de las características más destacables de este material. Así, el aluminio metálico es resistente a la acción de ácidos minerales diluidos o a soluciones que contengan iones metálicos menos electropositivos que el aluminio, así como también al oxígeno de la atmósfera. .

Historia

El aluminio se utilizaba en la antigüedad clásica en tintorería y medicina bajo la forma de una sal doble, conocida como alumbre y que se sigue usando hoy en día. En el siglo XIX, con el desarrollo y la física y la química, se identificó el elemento. Su nombre inicial, aluminum, fue propuesto por el británico Sir Humphrey Davy en el año 1809. A medida que se sistematizaban los nombres de los distintos elementos, se cambió por coherencia a la forma aluminium, que es la preferida hoy en día por la IUPAC debido al uso uniforme del sufijo -ium. No es sin embargo la única aceptada ya que la primera forma es muy popular en los Estados Unidos. En el año 1825, el físico danés Hans Christian Ørsted, descubridor del electromagnetismo, consiguió aislar por electrólisis unas primeras muestras, bastante impuras. El aislamiento total fue conseguido dos años después por Friedrich Wöhler.

La extracción del aluminio a partir de las rocas que lo contenían se reveló como una tarea ardua. A mediados de siglo, podían producirse pequeñas cantidades, reduciendo con sodio un cloruro mixto de aluminio y sodio, gracias a que el sodio era más electropositivo. Durante el siglo XIX, la producción era tan costosa que el aluminio llegó a considerarse un material exótico, de precio exorbitado, y tan preciado o más que la plata o el oro. Durante la Exposición Universal de 1855 se expusieron unas barras de aluminio junto a las joyas de la corona de Francia. El mismo emperador había pedido una vajilla de aluminio para agasajar a sus invitados. De alumino se hizo también el vértice del Monumento a Washington, a un precio que rondaba en 1884 el de la plata.

Diversas circunstancias condujeron a un perfeccionamiento de las técnicas de extracción y un consiguiente aumento de la producción. La primera de todas fue la invención de la dinamo en 1866, que permitía generar la cantidad de electricidad necesaria para realizar el proceso. En el año 1889, Karl Bayer patentó un procedimiento para extraer la alúmina u óxido de aluminio a partir de la bauxita, la roca natural. Poco antes, en 1886, el francés Paul Héroult y el norteamericano Charles Martin Hall habían patentado de forma independiente y con poca diferencia de fechas un proceso de extracción, conocido hoy como proceso Hall-Héroult. Con estas nuevas técnicas la producción de aluminio se incrementó vertiginosamente. Si en 1882, la producción anual alcanzaba apenas las 2 toneladas, en 1900 alcanzó las 6.700 toneladas, en 1939 las 700.000 toneladas, 2.000.000 en 1943, y en aumento desde entonces, llegando a convertirse en el metal no férreo más producido en la actualidad.

La abundancia conseguida produjo una caída del precio, y que perdiese la vitola de metal preciado para convertirse en metal común. Ya en 1895 abundaba lo suficiente como para ser empleado en la construcción, como es el caso de la cúpula del edificio de la secretaría de Sídney, donde se empleó este metal. Hoy en día las líneas generales del proceso de extracción se mantienen, aunque se recicla de manera general desde 1960, por motivos medioambientales pero también económicos ya que la recuperación del metal a partir de la chatarra cuesta un 5% de la energía de extracción a partir de la roca.

Características

Características físicas

El aluminio es un elemento muy abundante en la naturaleza, sólo aventajado por el silicio y el oxígeno. Se trata de un metal ligero, con una densidad de 2700 kg/m3, y con un bajo punto de fusión (660 °C). Su color es blanco y refleja bien la radiación electromagnética del espectro visible y el térmico. Es buen conductor eléctrico (entre 34 y 38 m/(O mm2)) y térmico (80 a 230 W/(m·K)).

Características mecánicas

Mecánicamente es un material blando (Escala de Mohs: 2-3-4) y maleable. En estado puro tiene un límite de resistencia en tracción de 160-200 N/mm2 (160-200 MPa). Todo ello le hace adecuado para la fabricación de cables eléctricos y láminas delgadas, pero no como elemento estructural. Para mejorar estas propiedades se alea con otros metales, lo que permite realizar sobre él operaciones de fundición y forja, así como la extrusión del material. También de esta forma se utiliza como soldadura.

Características químicas

La capa de valencia del aluminio está poblada por tres electrones, por lo que su estado normal de oxidación es III. Esto hace que reaccione con el oxígeno de la atmósfera formando con rapidez una fina capa gris mate de alúmina Al2O3, que recubre el material, aislándolo de ulteriores corrosiones. Esta capa puede disolverse con ácido cítrico. A pesar de ello es tan estable que se usa con frecuencia para extraer otros metales de sus óxidos. Por lo demás, el aluminio se disuelve en ácidos y bases. Reacciona con facilidad con el ácido clorhídrico y el hidróxido sódico.

Aplicaciones

El Aluminio es empleado para construir utensilios de uso doméstico, y en aleación con el hierro y otros metales, se utiliza en la construcción de vehículos, tales como aviones, trenes, automóviles, etc., y también para la edificación de puentes y edificios de muchas plantas, sus aplicaciones son cada día más numerosas. Por otro lado, la Bauxita aparte de servir como materia prima para la obtención del Aluminio, tiene otros importantes usos industriales, como en la fabricación de material refractario, abrasivos, químicos, cementos y procesos de refinación de hidrocarburos.

Aleaciones De Aluminio

son aleaciones obtenidas a partir de aluminio y otros elementos(generalmente cobre, zinc, manganeso, magnesio o silicio). Forman parte de las llamadas aleaciones ligeras, con una densidad mucho menor que los aceros, pero no tan resistentes a la corrosión como el aluminio puro, que forma en su superficie una capa de óxido de aluminio (alúmina). Las aleaciones de aluminio tienen como principal objetivo mejorar la dureza y resistencia del aluminio, que es en estado puro un metal muy blando.

Aportaciones De Los Elementos Aleantes

Los principales elementos aleantes del aluminio son los siguientes y se enumeran las ventajas que proporcionan.

• Cromo (Cr) Aumenta la resistencia mecánica cuando está combinado con otros elementos Cu, Mn, Mg.

• Cobre (Cu) Incrementa las propiedades mecánicas pero reduce la resistencia a la corrosión.

• Hierro (Fe). Aumenta la resistencia mecánica.

• Magnesio (Mg) Tiene una gran resistencia tras el conformado en frío.

• Manganeso (Mn) Incrementa las propiedades mecánicas y reduce la calidad de embutición.

• Silicio (Si) Combinado con magnesio (Mg), tiene mayor resistencia mecánica.

• Titanio (Ti) Aumenta la resistencia mecánica.

• Zinc (Zn) Reduce la resistencia a la corrosión.

• Escandio (Sc) Mejora la soldadura.

Separación Del Aluminio De La Bauxita:

El aluminio no surge en la corteza terrestre como aluminio puro, sino como un compuesto, siendo la bauxita el más común. Después del oxígeno (un 47,3%) y el silicio (un 25,8%), el aluminio es, con un 8,1%, el tercer elemento más abundante, a la vez que el metal más común, de la corteza terrestre.

Su extracción se realiza en dos fases. El óxido de aluminio se separa de la bauxita mediante el proceso Bayer. A continuación, el óxido de aluminio fundido se someta a electrólisis en horno de fusión para descomponerlo en aluminio y oxígeno.

Son necesarios más de 2000 °C para fundir el óxido de aluminio. Hoy en día, la metodología se adapta a la aleación que se desea obtener finalmente. Con la ayuda de aditivos (magnesio, silicio, manganeso, etc.), se preparan distintas aleaciones que posteriormente conforman las propiedades mecánicas del producto final. Por lo tanto, las posibilidades de procesado del cliente pueden establecerse en una fase muy temprana.

Bauxita en Venezuela

Antecedentes En Venezuela:

A partir de la Segunda Guerra Mundial, se inició la búsqueda de Bauxita, tanto por parte del Gobierno Nacional, como por compañías particulares. En mayo de 1951, se descubrió el primer yacimiento de Bauxita de relativa importancia: el cerro El Chorro, localizado en Guayana, lo cual dio motivo para declarar los cinco Distritos más orientales del Estado Bolívar como Zona de Reserva Nacional para las menas bauxíticas.

Localización:

Los depósitos de Bauxita y lateritas alumínicas en Venezuela, estan todos asociados con niveles de laterización de rocas graníticas y de carácter básico del Estado Bolívar, especialmente gabros y diabasas.

Cinco áreas presentan acumulaciones de Bauxita y lateritas alumínicas, y son:

Área de Upata

Área de Nuria:

Región de los Guaicas:

Región sur de la Gran Sabana:

Región de Los Pijiguaos:

Producción

El aluminio comercial se obtiene a partir de la bauxita, la cual regularmente puede ser encontrada en minas de depósito abierto, para lograr uniformidad en el material se tritura y con agua a presión se lava para eliminar otros materiales y sustancias orgánicas. Posteriormente el material se refina para obtener la alúmina, lo que ya es un material comercial de aluminio con el que se pueden obtener lingotes por medio del proceso de fundición.

También existe el proceso de producción de aluminio llamado bayer, el cual consiste en:

• 1. La bauxita después de haber sido pulverizada y obtenida de los procesos de espumado se carga a un digestor el que contiene una solución de sosa cáustica bajo presión y a alta temperatura.

• 2. Producto del digestor se forma aluminato de sodio que es soluble en el licor generado.

• 3. Los sólidos insolubles como hierro, silicio, titanio y otras impurezas son filtrados y el licor con la alúmina se bombea a depósitos llamados precipitadores.

• 4. En los precipitadores se agregan uno cristales finos de hidróxido de aluminio, estos cristales se hacen circular por entre el licor concentrado para que sirvan de simientes, van creciendo en dimensiones a medida que el hidróxido de aluminio se separa del licor.

• 5. El hidróxido de aluminio que se adhirió a los cristales se calcina en hornos que operan por arriba de los 900ºC. Esto convierte a la alúmina en un producto de alta calidad para la fusión y obtención de aluminio de buena calidad.

• 6. La alúmina producto de los hornos de calcinado es procesada en tinas electrolíticas llamadas celdas reductoras. Estas tinas funcionan con un baño de ciolita (fluoruro de aluminio sódico), el ánodo es un electrodo de carbón y el cátodo es la misma tina. En estas tinas se obtiene el aluminio metálico.

• 7. El aluminio obtenido de las celdas reductoras es moldeado y procesado en hornos de concentración para la obtención de aluminio de alta calidad.

Para la producción de cada kilogramo de aluminio se requiere 2 kg de alúmina, los que son producto de 4 kg de bauxita y 8 kwh de electricidad.

La producción mundial de aluminio ha experimentado un rápido crecimiento, aunque se estabilizó a partir de 1980. En 1900 esta producción era de 7.300 toneladas, en 1938 de 598.000 toneladas y en 1998 la producción de aluminio primario fue de unos 22.700 millones de toneladas. Los principales países productores son Estados Unidos, Rusia, Canadá, China y Australia.

Yacimiento

Una concentración significativa de materiales o elementos interesantes para alguna ciencia

El Reciclaje del Aluminio

El reciclado de un material es la única alternativa que existe para dañar lo menos posible el medio ambiente y no vernos rodeados de montones de chatarra y residuos.

El aluminio es 100% reciclable sin merma de sus cualidades físicas, y su recuperación por medio del reciclaje se ha convertido en una faceta importante de la industria del aluminio. El proceso de reciclaje del aluminio necesita poca energía. El proceso de refundido requiere sólo un 5% de la energía necesaria para producir el metal primario inicial.

El reciclaje del aluminio fue una actividad de bajo perfil hasta finales de los años sesenta, cuando el uso creciente del aluminio para la fabricación de latas de refrescos trajo el tema al conocimiento de la opinión pública.

En Europa, el aluminio disfruta de tasas de reciclado altas que oscilan entre el 42% de las latas de bebidas y el 85% de la construcción y el 95% del transporte.[32]

Al aluminio reciclado se le conoce como aluminio secundario, pero mantiene las mismas propiedades que el aluminio primario. El aluminio secundario se produce en muchos formatos y se emplea en un 80% para aleaciones de inyección. Otra aplicación importante es para la extrusión. Además de ser más baratos, los secundarios son tan buenos como los primarios. También tienen las certificaciones ISO 9000 e ISO 14000.

La fundición de aluminio secundario implica su producción a partir de productos usados de dicho metal, los que son procesados para recuperar metales por pretratamiento, fundición y refinado.

Se utilizan combustibles, fundentes y aleaciones, mientras que la remoción del magnesio se practica mediante la adición de cloro, cloruro de aluminio o compuestos orgánicos clorados.

Las mejores técnicas disponibles incluyen:

• Hornos de alta temperatura muy avanzados.

• Alimentación libre de aceites y cloro.

• Cámara de combustión secundaria con enfriamiento brusco

• Adsorción con carbón activado.

• Filtros de tela para eliminación de polvos.

Conclusión

El aluminio es tóxico aún a bajas concentraciones en los suelos, produce deformaciones a nivel de raíces de plantas y participa de lo que se conoce como complejo de insaturación constituido por los hidrogeniones más el aluminio. En síntesis, si el aluminio no estuviese presente en los suelos, no se desencadenarian los procesos que conducen a la nutrición de las plantas, pero por otra parte, este elemento es tóxico para los cultivos. Los usos más frecuentes del aluminio son:

• Empaquetamiento y embalaje de alimentos: papel de aluminio, enlatados, briks, etc.

• En edificaciones

• Carpintería metálica, en la fabricación de puertas, ventanas, armarios, etc. Y decoración.

• Cardería ( aunque su uso para la cocción no es recomendable)

• Gracias a su gran reactividad, se usa como combustible en naves espaciales y como potenciador de explosivos, etc.

Autor:

Lorena Ortuñez