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NEDD
Tema: ABERTURAS DE
ALUMINIO
¿Qué es 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.1 En estado natural se encuentra en muchos silicatos
(feldespatos, plagioclasas y micas). Como metal se extrae únicamente
del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación
primero en alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en
aluminio metálico mediante electrólisis.
Este metal posee una combinación de propiedades que lo hacen muy
útil en ingeniería mecánica, tales como su baja densidad (2.700 kg/m3)
y su alta resistencia a la corrosión. Mediante aleaciones adecuadas
se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecánica (hasta los
690 MPa). Es buen conductor de la electricidad y del calor, se
mecaniza con facilidad y es relativamente barato. Por todo ello es
desde mediados del siglo XX2 el metal que más se utiliza después del
acero.
Fue aislado por primera vez
en 1825 por el físico danés H. C. Oersted. El principal
inconveniente para su obtención reside en la elevada cantidad de
energía eléctrica que requiere su producción. Este problema se
compensa por su bajo coste de reciclado, su dilatada vida útil y la
estabilidad de su precio.
Tendencia de la producción mundial de aluminio.
Tanto en Grecia como en la
Antigua Roma se empleaba el alumbre (del latín alūmen, -ĭnis,
alumbre), una sal doble de aluminio y potasio como mordiente en
tintorería y astringente en medicina, uso aún en vigor.
Generalmente se reconoce a
Friedrich Wöhler el aislamiento del aluminio en 1827. Aun así, el
metal fue obtenido, impuro, dos años antes por el físico y químico
danés Hans Christian Ørsted. En 1807, Humphrey Davy propuso el
nombre aluminum para este metal aún no descubierto, pero más tarde
decidió cambiarlo por aluminium por coherencia con la mayoría de los
nombres de elementos, que usan el sufijo -ium. De éste derivaron los
nombres actuales en inglés y en otros idiomas; no obstante, en los
EE. UU. con el tiempo se popularizó el uso de la primera forma, hoy
también admitida por la IUPAC aunque prefiere la otra.
Primera estatua construida de aluminio dedicada a Eros y ubicada en
Picadilly- Londres, construida en 1893.
Cuando fue descubierto se encontró que era extremadamente difícil su
separación de las rocas de las que formaba parte, por lo que durante
un tiempo fue considerado un metal precioso, más caro que el oro. A
mitad del siglo XIX, se obtuvieron en Francia pequeñas cantidades de
aluminio por reducción de cloruro alumínico-sódico con sodio,
procedimiento desarrollado por Saint-Claire Deville basándose en los
trabajos de Oersted y Wöhler. Se exhibieron barras de aluminio junto
con las joyas de la corona de Francia en la Exposición Universal de
1855 y se dijo que Napoleón III había encargado un juego de platos
de aluminio para sus más ilustres invitados.
En 1882 el aluminio era
considerado un metal de asombrosa rareza del que se producían en
todo el mundo menos de 2 toneladas anuales. En 1884 se seleccionó el
aluminio como material para realizar el vértice del Monumento a
Washington, en una época en que la onza (30 gramos) costaba el
equivalente al sueldo diario de los obreros que intervenían en el
proyecto.
Sin embargo, con las
mejoras de los procesos los precios bajaron continuamente hasta
colapsarse en 1889 tras descubrirse un método sencillo de extracción
del metal aluminio. La invención de la dinamo por Siemens en 1866
proporcionó la técnica adecuada para producir la electrólisis del
aluminio. La invención del proceso Hall-Héroult en 1886 (patentado
independientemente por Héroult en Francia y Hall en EE.UU.) abarató
el proceso de extracción del aluminio a partir del mineral, lo que
permitió, junto con el proceso Bayer (inventado al año siguiente, y
que permite la obtención de óxido de alumnio puro a partir de la
bauxita), que se extendiera su uso hasta hacerse común en multitud
de aplicaciones. Sus aplicaciones industriales son relativamente
recientes, produciéndose a escala industrial desde finales del siglo
XIX. Ello posibilitó que el aluminio pasara a ser un metal común y
familiar.5 Para 1895 su uso como material de construcción estaba tan
extendido que había llegado a Sídney, Australia, donde se utilizó en
la cúpula del Edificio de la Secretaría.
La producción mundial alcanzó las 6.700 toneladas hacia 1900,
700.000 en 1939 y en 1943 llegó a los dos millones debido al impulso
de la II Guerra Mundial. Desde entonces la producción se ha
disparado hasta superar la de todos los demás metales no férreos.
Actualmente el proceso
ordinario de obtención del metal consta de dos etapas, la obtención
de alúmina por el proceso Bayer a partir de la bauxita, y posterior
electrólisis del óxido para obtener el aluminio.
La recuperación del metal a
partir de la chatarra, material viejo o deshechos (reciclado) era
una práctica conocida desde principios del siglo XX. Sin embargo, es
a partir de los años 1960 cuando se generaliza, más por razones
medioambientales que estrictamente económicas, ya que el reciclaje
consume el 5% de lo que consume la producción metalúrgica a partir
del mineral
Lingote de aluminio.
El aluminio tiene nueve
isótopos cuyas masas atómicas varían entre 23 y 30 u. Tan sólo el
27Al, estable, y 26Al, radiactivo con un periodo de
semidesintegración de 7,2×105 años, se encuentran en la naturaleza.
El 26Al se produce en la atmósfera al ser bombardeado el argón con
rayos cósmicos y protones. Los isótopos de aluminio tienen
aplicación práctica en la datación de sedimentos marinos, hielos
glaciares, meteoritos, etc. La relación 26Al/10Be se ha empleado en
el análisis de procesos de transporte, deposición, sedimentación y
erosión a escalas de tiempo de millones de años.
El 26Al cosmogénico se aplicó primero en los estudios de la Luna y
los meteoritos. Éstos últimos se encuentran sometidos a un intenso
bombardeo de rayos cósmicos durante su viaje espacial, produciéndose
una cantidad significativa de 26Al. Tras su impacto contra la
Tierra, la atmósfera, que filtra los rayos cósmicos, detiene la
producción de 26Al permitiendo determinar la fecha en la que el
meteorito cayó.
Características
Entre las características físicas del aluminio, destacan las
siguientes:
Es un metal ligero, cuya densidad es de 2.700 kg/m3 (2,7 veces la
densidad del agua), un tercio de la del acero.
Tiene un punto de fusión bajo: 660 °C (933 K).
El peso atómico del aluminio es de 26,9815 u.
Es de color blanco brillante, con buenas propiedades ópticas y un
alto poder de reflexión de radiaciones luminosas y térmicas.
Tiene una elevada conductividad eléctrica comprendida entre 34 y 38
m/(Ω mm2) y una elevada conductividad térmica (80 a 230 W/(m·K)).
Resistente a la corrosión, a los productos químicos, a la intemperie
y al agua de mar, gracias a la capa de Al2O3 formada.
Abundante en la naturaleza. Es el tercer elemento más común en la
corteza terrestre, tras el oxígeno y el silicio.
Su producción metalúrgica a partir de minerales es muy costosa y
requiere gran cantidad de energía eléctrica.
Fácil de reciclar.
Características mecánicas
Entre las características mecánicas del aluminio se tienen las
siguientes:
De fácil mecanizado debido a su baja dureza.
Muy maleable, permite la producción de láminas muy delgadas.
Bastante dúctil, permite la fabricación de cables eléctricos.
Material blando (Escala de Mohs: 2-3-4). Límite de resistencia en
tracción: 160-200 N/mm2 [160-200 MPa] en estado puro, en estado
aleado el rango es de 1.400-6.000 N/mm2. El duraluminio fue la
primera aleación de aluminio endurecida que se conoció, lo que
permitió su uso en aplicaciones estructurales.
Para su uso como material estructural se necesita alearlo con otros
metales para mejorar las propiedades mecánicas, así como aplicarle
tratamientos térmicos.
Permite la fabricación de piezas por fundición, forja y extrusión.
Material soldable.
Con CO2 absorbe el doble del impacto.
Características químicas
Debido a su elevado estado de oxidación se forma rápidamente al aire
una fina capa superficial de óxido de aluminio (Alúmina Al2O3)
impermeable y adherente que detiene el proceso de oxidación, lo que
le proporciona resistencia a la corrosión y durabilidad. Esta capa
protectora, de color gris mate, puede ser ampliada por electrólisis
en presencia de oxalatos. Ciertas aleaciones de alta dureza
presentan problemas graves de corrosión intercristalina.
El aluminio tiene características anfóteras. Esto significa que se
disuelve tanto en ácidos (formando sales de aluminio) como en bases
fuertes (formando aluminatos con el anión [Al (OH)4]-) liberando
hidrógeno.
La capa de óxido formada sobre el aluminio se puede disolver en
ácido cítrico formando citrato de aluminio.
El principal y casi único estado de oxidación del aluminio es +III
como es de esperarse por sus tres electrones en la capa de valencia
(Véase también: metal pesado, electrólisis).
El aluminio reacciona con facilidad con HCl, NaOH, ácido perclórico,
pero en general resiste la corrosión debido al óxido. Sin embargo
cuando hay iones Cu2+ y Cl- su pasivación desaparece y es muy
reactivo.
Los alquilaluminios, usados en la polimerización del etileno,6 son
tan reactivos que destruyen el tejido humano y producen reacciones
exotérmicas violentas al contacto del aire y del agua.
El óxido de aluminio es tan estable que se utiliza para obtener
otros metales a partir de sus óxidos (cromo, manganeso, etc.) por el
proceso aluminotérmico.
Aplicaciones y usos del
Aluminios.
Ya sea considerando la cantidad o el valor del metal empleado, el
uso industrial del aluminio excede al del cualquier otro metal
exceptuando el hierro / acero. Es un material importante en multitud
de actividades económicas y ha sido considerado un recurso
estratégico en situaciones de conflicto.
Aluminio metálico
El aluminio se utiliza rara vez 100% puro y casi siempre se usa
aleado con otros metales para mejorar alguna de sus características.
El aluminio puro se emplea principalmente en la fabricación de
espejos, tanto para uso doméstico como para telescopios reflectores.
Los principales usos industriales de las aleaciones metálicas de
aluminio son:
Transporte; como material estructural en aviones, automóviles,
trenes de alta velocidad, metros, tanques, superestructuras de
buques y bicicletas.
Estructuras portantes de aluminio en edificios (véase Eurocódigo 9)
Embalaje de alimentos; papel de aluminio, latas, tetrabriks, etc.
Carpintería metálica; puertas, ventanas, cierres, armarios, etc.
Bienes de uso doméstico; utensilios de cocina, herramientas, etc.
Transmisión eléctrica. Un conductor de aluminio de misma longitud y
peso es más conductivo que uno de cobre y más barato. Sin embargo el
cable sería más grueso. Medida en volumen la conductividad eléctrica
es tan sólo el 60% de la del cobre. Su mayor ligereza reduce el
esfuerzo que deben soportar las torres de alta tensión y permite una
mayor separación entre torres, disminuyendo los costes de la
infraestructura. En aeronáutica también sustituye al cobre8
Recipientes criogénicos (hasta -200 °C), ya que contrariamente al
acero no presenta temperatura de transición dúctil a frágil. Por
ello la tenacidad del material es mejor a bajas temperaturas.
Calderería.
Debido a su gran reactividad química, el aluminio se usa finamente
pulverizado como combustible sólido de cohetes espaciales y para
aumentar la potencia de los explosivos.
También se usa como ánodo de sacrificio y en procesos de
aluminotermia (termita) para la obtención y soldadura de metales.
Compuestos no metálicos de aluminio
El óxido de aluminio, también llamado alúmina, (Al2O3) es un
producto intermedio de la obtención de aluminio a partir de la
bauxita. Se utiliza como revestimiento de protección y como
adsorbente para purificar productos químicos. El óxido de aluminio
cristalino se llama corindón y se utiliza principalmente como
abrasivo. El corindón transparente se llama rubí cuando es rojo y
zafiro en los otros casos, utilizándose en joyería y en los emisores
de rayos láser. El rubí y el zafiro también pueden ser producidos
artificialmente.
Los haluros de aluminio tienen características de ácido Lewis y son
utilizados como tales como catalizadores o reactivos auxiliares. En
particular, el cloruro de aluminio (AlCl3) se emplea en la
producción de pinturas y caucho sintético así como en el refino de
petróleo.
Los aluminosilicatos son una clase importante de minerales. Forman
parte de las arcillas y son la base de muchas cerámicas y vidrios.
En vidrios y cerámicas también se utilizan óxidos de aluminio y el
borato de aluminio (Al2O3 · B2O3).
El hidróxido de aluminio (Al (OH)3) se emplea como antiácido, como
mordiente, en tratamiento de aguas, en la producción de cerámica y
vidrio y en la impermeabilización de tejidos.
Los hidruros complejos de aluminio son reductores valiosos en
síntesis orgánica.
El sulfato de aluminio
(Al2(SO4)3) y el sulfato de amonio y aluminio (Al (NH4)(SO4)2) se
emplean como modiente el tratamiento en el tratamiento de aguas, en
la producción de papel, como aditivo alimentario y en el curtido del
cuero.10
El fosfato de aluminio (AlPO4) se utiliza, junto con otras materias,
como deshidratante a alta temperatura.
El borohidruro de aluminio (Al (BH4)3) se añade como aditivo a los
combustibles de aviones de reacción.
Las sales de aluminio de los ácidos grasos (por ejemplo el estearato
de aluminio) forman parte de la formulación del napalm.
En muchas vacunas, ciertas
sales de aluminio realizan la función de adyuvante inmune para
ayudar a la proteína de la vacuna a adquirir suficiente potencia
para estimular al sistema inmunitario.
El Al (CH2CH3)3 arde
violentamente al aire y destruye rápidamente los tejidos.
Producción
Centavo estadounidense y trozo de aluminio. El centavo ha sido una
moneda fabricada durante años en cobre. En 1974 se fabricó en
aluminio, por el valor mismo de los materiales. La moneda en
aluminio fue posteriormente rechazada.
Aunque el aluminio es un material muy abundante en la corteza
terrestre (8%), raramente se encuentra libre debido a su alta
reactividad, por lo que normalmente se encuentra formando óxidos e
hidróxidos, que a su vez se hallan mezclados con óxidos de otros
metales y con sílice.
El mineral del que se
extrae el aluminio casi exclusivamente se llama bauxita. Las
bauxitas son productos de erosión, ricos en aluminio (del 20% al 30%
en masa), procedentes de rocas madres silicatoalumínicas. Están
formadas por hidróxidos de aluminio (hidrargilita-gibbsita Al (OH)3,
bohemita AlOOH y diasporita AlOOH), óxidos de hierro y titanio así
como ácido silícico (caolinita y cuarzo). Primero se extrajo en Les
Baux —de ahí su nombre—, Francia y desde entonces se ha encontrado
en muchos lugares en todo el mundo. Actualmente, la mayor parte de
la minería de bauxita está situada en el Caribe, Australia, Brasil y
África, que producen bauxitas más fáciles de disgregar que las
europeas.
Existen otras materias primas, como silicatos alumínicos (arcilla,
anortosita, residuos del lavado de la hulla) que son menas pobres de
aluminio, con una riqueza de entre un 10% y 20% en masa. La
producción a partir de estas menas es posible, pero actualmente no
es rentable.
Producción mundial de
aluminio
En 2006 la producción
mundial de este metal ascendía a 33,1 millones de toneladas. Los
mayores productores mundiales son China (con 8,7 millones de
toneladas al año) y Rusia (con 3,7). De esta producción, una parte
muy importante se debe al reciclado, mientras que el resto procede
de las reservas de bauxita.
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