Aluminio, un metal relativamente
nuevo, muy versátil
La
historia de la humanidad muestra que el empleo de algunos metales como el
bronce (aleación de cobre y estaño), el oro, la plata o el hierro, entre otros,
ha estado presente desde tiempos muy remotos. Otros metales, sin embargo, son
de uso mucho más reciente, por ejemplo el aluminio. En la tabla periódica lo
encontramos indicando los siguientes datos: Símbolo: Al , masa atómica:
26.981539 u, número
atómico: 13. Además. Tiene una densidad: 2.7 g/cm³, un punto de fusión:
660.3 °C y es no ferromagnético.
La actual utilización industrial del
aluminio ha hecho de este metal uno de los más importantes, tanto en cantidad
como en variedad de usos, siendo hoy un material que se aplica en ámbitos muy
diversos. Hoy en día, tan solo superado por el hierro/acero. Por sus propiedades
eléctricas es un buen conductor, capaz de competir en costo y prestaciones con
el cobre. El aluminio es el tercer
elemento en abundancia en la corteza terrestre (aproximadamente 8% m/m) después
del oxígeno (47%) y el silicio (28%).
Los comienzos de la historia del
aluminio pueden situarse en Inglaterra en 1808, cuando Sir Humphry Davy
reconoció la existencia de este metal y propuso llamarlo aluminio. El nombre
deriva del término «alumbre», aluminio -silicatos que empleaban los antiguos
griegos y romanos con uso medicinal y en la fabricación de pigmentos.
En 1825, Hans Christian Oesterd logró
obtener aluminio haciendo reaccionar cloruro de aluminio (AlCl3) con una
amalgama de potasio y mercurio. En 1854, Henri Deville desarrolló un método
comercial para obtener aluminio basado en el procedimiento de Oesterd.
Sin embargo, el desarrollo de la obtención
del aluminio se inició recién en 1885, cuando Paul Héroult, en Francia, y
Charles Hall, en Estados Unidos, obtuvieron el metal por electrólisis de la bauxita. La bauxita es un mineral rico
en aluminio y debe su nombre a la región de Francia llamada Les Baux donde, en
1821, Pierre Berthier descubrió yacimientos de este metal. Tiene color pardo
con manchas rojas y constituye la principal mena de aluminio. Es uno de los
elementos que más abunda en la corteza terrestre, de la cual forma más de un
7%. La bauxita se extrae en Jamaica, Suriname, Brasil, Venezuela, Guinea y República Dominicana. El óxido de aluminio
que contiene la bauxita se llama Alúmina.
En 1887, Karl Bayer patentó el proceso industrial de obtención de alúmina (Al2O3) a
partir de la bauxita. Al año siguiente, se fundaron en Francia, los Estados
Unidos y Suiza las primeras compañías que produjeron aluminio por los procesos
Bayer / Hall-Héroult.
La
alúmina es vital para la producción de aluminio (se requieren aproximadamente
dos toneladas de alúmina para producir una tonelada de aluminio). No obstante la
alúmina se utiliza por sus propias cualidades como material cerámico en
condiciones de altas temperaturas o buenas propiedades tribológicas. (tribología
es la ciencia que estudia la fricción, el desgaste y la lubricación que tienen
lugar durante el contacto entre superficies sólidas en movimiento)
En el proceso Bayer, la bauxita es
lavada, pulverizada y disuelta en soda cáustica (hidróxido de sodio) a alta
presión y temperatura; el líquido resultante contiene una disolución de
aluminato de sodio y residuos de bauxita que contienen hierro, silicio, y
titanio. Estos residuos se van depositando gradualmente en el fondo del tanque
y luego son eliminados.
Proceso Hall-Héroult:
electrólisis de la alúmina para obtener aluminio.
La
clave para obtener aluminio consiste en reducir el catión Al3+ para formar Al°. El pasaje de corriente eléctrica a través
de la celda de reacción (celda electrolítica) permite hacer esta
transformación. Un compuesto iónico en estado sólido no conduce la corriente
eléctrica. Los iones no pueden moverse libremente transportando carga eléctrica
cuando están formando parte de la red cristalina. En cambio, sí pueden hacerlo
en estado fundido.
La
temperatura de fusión de la alúmina (Al2O3) es superior a los 1500 °C. El costo
en energía y construcción de un reactor que opere a tan alta temperatura es muy
elevado. Sin embargo, una mezcla de alúmina y criolita (Na3AlF6,
hexafluoraluminato de sodio es un mineral del grupo halogenuros) funde a 1000
°C, aproximadamente. La criolita entonces actúa como fundente.
En
la celda electrolítica tiene lugar la siguiente reacción:
Al pasar
la corriente eléctrica
continua a través
de esta mezcla,
descompone la Alúmina en
oxígeno y en
Aluminio; el metal
fundido se deposita
en el polo negativo (cátodo) del fondo
de la cuba,
mientras que el oxígeno
se acumula en
los electrodos de carbono
(ánodo). Parte del
carbono que está en
el baño se quema por
la acción del oxígeno,
transformándose en dióxido
de carbono. La
tensión entre los
bornes es de 4-5 voltios, bajo una intensidad de 10.000 amperios.
El carbono es el material que constituye
el ánodo (electrodo positivo de la celda), y dado que se forma CO2 (g), este se
va consumiendo, es decir, que las barras de carbono son un insumo en la
producción del aluminio.
Sirvan
como ejemplo, las siguientes cantidades para comprender la magnitud de esta industria
electro intensiva. Para producir una tonelada de aluminio se necesitan cuatro
toneladas de Bauxita, que
nos darán dos
toneladas de Alúmina, las cuales mediante la electrólisis nos darán una
tonelada de aluminio
, con un consumo de 13.000 Kw/h.
Aluminio
en Argentina
En julio de 1969 el gobierno militar argentino
(Decreto N.º 3729) aprobó el “Programa de Desarrollo de la Industria del
Aluminio” elaborado por la Comisión Permanente de Planeamiento del Desarrollo
de los Metales Livianos (COPEDESMEL), organismo que dependía, por aquella
época, de la Fuerza Aérea Argentina.
Este
programa contemplaba la ejecución de tres obras:
a) una planta
productora de aluminio primario, en la ciudad de Puerto Madryn, Provincia
del Chubut, que sería realizada por capitales privados y que tendría una
capacidad instalada de 140.000 toneladas anuales del metal.
b) una central
hidroeléctrica, sobre el río Futaleufú,
próxima a la Cordillera de los Andes, a 700 km al oeste de Puerto
Madryn, que proveería en forma permanente unos 270 MW de potencia a la planta
de aluminio y que sería construida junto con la línea de transmisión de energía
eléctrica, por Agua y Energía Eléctrica Sociedad del Estado.
c) Un puerto
de aguas profundas en Puerto Madryn, dentro del Golfo Nuevo que sería
construido por el Estado Nacional.
Se
adjudica a Aluar Aluminio Argentino S.A.I.C. la construcción, puesta en marcha
y explotación de la planta de aluminio primario. La planta de aluminio primario
tiene cuatro líneas de producción; las líneas 1 y 2 están constituidas por 200
cubas de fundición Montecatini P-155.6, la línea 3 está formada por 144 cubas
Pechiney AP18.6, la línea 4 comprende 168 cubas Pechiney AP22.
Actualmente
la producción de aluminio primario comprende la fabricación de lingotes de
aleación, tipo «T» y prismáticos, barrotes para extrusión, bobinas de alambrón,
placas de laminación, y lingotes de aluminio puro. La división elaborados
comprende una planta de extrusión, donde se producen sistemas de carpinterías
de aluminio para la construcción, perfiles industriales y barras trefiladas, y
una planta de laminación, que produce planchas, chapas y rollos lisos
y láminas, utilizado en la industria del
envase.
El aluminio es
fácilmente reciclable
El
reciclaje de aluminio (aluminio secundario) es un proceso muy valioso para
ahorrar en recursos. Al reutilizar el metal, se evita el gasto que supone la
fabricación de aluminio desde cero.
Para reciclarlo, basta con fundir el aluminio
y volver a darle forma, un procedimiento que cuesta mucho menos dinero y
energía que el proceso original. El proceso de fabricación del aluminio
conlleva la electrólisis de la alúmina (Al2O3), como hemos visto, en cambio el
reciclaje del aluminio solo emplea un 5% de la energía que se consume en la
producción del metal virgen.
Los principales países productores de
aluminio a nivel mundial en 2021(en miles de toneladas) fueron:
Fuente:
https://cdn.educ.ar/dinamico/UnidadHtml__get__a2884513-1b60-4cbb-9b13-144dc5e6685f/15048-edi/data/2b088488-c851-11e0-823e-e7f760fda940/index.htm
https://www.quimica.es/enciclopedia/Bauxita.html
https://es.wikipedia.org
https://www.miteco.gob.es/es/calidad-y-evaluacion-ambiental/temas/sistema-espanol-de-inventario-sei-/040301-fabric-aluminio_tcm30-502319.pdf
La
industria del aluminio en Argentina. Eduardo
Misirlian-Víctor Pérez Barcia UNSAM
Ing.
Ricardo Berizzo
Cátedra:
Movilidad Eléctrica
U.T.N.
Regional Rosario 2023.-
