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