Aluminio

Metalurgia Básica Sena Virtual Distrito Capital 2005

El Aluminio Historia El Aluminio, de símbolo Al, es el elemento metálico más abundante abundan te en la corteza terrestre. Su número atómico es el 13 y se encuentra en el grupo 13 de la tabla periódica. El químico danés Hans Christian Oersted aisló el Aluminio por primera vez en 1825, por medio de un proceso químico que utilizaba una amalgama de Potasio y Cloruro de Aluminio. Entre 1827 y 1845, el químico alemán Friedrich Wöhler mejoró el proceso de Oersted utilizando Potasio Metálico y Cloruro de Aluminio. Wöhler fue el primero en medir la densidad del Aluminio y demostrar su ligereza. En 1854, Henri Sainte-Claire Deville obtuvo el metal en Francia reduciendo cloruro de Aluminio con Sodio. Con el apoyo nanciero de Napoleón III, Deville estableció una planta experimental a gran escala, y en la exposición de parís de 1855 exhibió el Aluminio puro.

Propiedades El Aluminio es un metal plateado muy ligero. Su masa atómica es 26,9815; tiene un punto de fusión de 660º C, un punto de ebullición de 2467º C y una densidad relativa de 2,7. Es un metal muy electropositivo y muy reactivo. En un medio oxidante, en particular en el aire, se cubre de una densa película de Óxido que lo protege contra la corrosión. corros ión. Por esta razón, los materiales hechos de Aluminio no se oxidan. El metal reduce muchos compuestos metálicos a sus metales básicos. Por ejemplo, al calentar termita (una mezcla de Óxido de Hierro y Aluminio en polvo), el Aluminio extrae rápidamente el Oxígeno del Óxido; el calor de la

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reacción es suciente para fundir el Hierro. Este fenómeno se usa en el proceso Goldschmidt o termita para soldar Hierro. El Óxido de Aluminio es anfótero, es decir, presenta a la vez propiedades ácidas y básicas. El Cloruro de Aluminio anhidro, es importante en la industria petrolífera. También podríamos agregar que, el Aluminio posee una alta conductibilidad eléctrica y térmica. El Aluminio es resistente a la acción de los ácidos Nítrico y orgánicos, como las sales. Para aumentar su resistencia mecánica y sus cualidades de fundición es aleado con otros metales. Entre los compuestos más importantes del Aluminio están el Óxido, el Hidróxido, el Sulfato y el Sulfato mixto. Entre las aleaciones del Aluminio tienen la mayor importancia el DurAluminio y los Alpaxes. Además del Aluminio, forman parte del DurAluminio de 3.4% a 4% de Cu, 0.5% de Mg, se admiten no más de 0.8% de Fe y 0.8% de Si, el DurAluminio se deforma bien y por sus propiedades mecánicas es próximo a algunos surtidos del acero, aunque es 2.7 veces más ligero que este metal (la densidad del DurAluminio es de 2.85 g/cm 3) las propiedades mecánicas de esta aleación se mejoran después de su tratamiento térmico y deformación en estado frío. La resistencia a la rotura se eleva de 147-216 mpa (megapascal) (15 a 22 kgf/ mm2) a 353 a 412 mpa (36 a 42 kgf/mm 2 y la dureza brinell aumenta de 490 a 588 mpa (50 a 60 kgf/mm 2) a 880 a 980 mpa (90 a 100 kgf/mm 2). Con ello el alargamiento permanente de la aleación casi no varía y queda bastante alto (de 18% a 24%). Los Alpaxes son las aleaciones de fundición del Aluminio con Silicio. Poseen buenas cualidades de fundición y propiedades mecánicas. Puesto que el Aluminio tiene gran anidad química con el Oxígeno, él se emplea en la metalurgia como oxidante y para obtener los metales difícilmente reducibles (Calcio, Litio, y otros) valiéndose del así llamado procedimiento aluminotérmico muchas gemas, como el rubí y el zaro por ejemplo, consisten principalmente en Óxido de Aluminio cristalino.

Estado natural El Aluminio es el elemento metálico más abundante en la corteza terrestre; junto con los no metales Oxígeno y Silicio. Se encuentra normalmente en forma de Silicato de Aluminio puro o mezclado con otros metales como Sodio, Potasio, Hierro, Calcio y Magnesio, pero nunca como metal libre. Los silicatos son menos Semana 1 - El Aluminio


útiles, porque es extremamente difícil, y por tanto muy caro extraer el Aluminio de ellas. La Bauxita, un Óxido de Aluminio hidratado impuro, es la fuente comercial de Aluminio y de sus compuestos. En 1886, Charles Martin Hall en Estados Unidos y Paúl l. T. Héroult en Francia descubrieron por separado y casi simultáneamente que el Óxido de Aluminio o Alúmina se disuelve en criolita fundida Na 3AlF6, pudiendo ser descompuesta electrolíticamente para obtener el metal fundido en bruto. El proceso Hall-Héroult sigue siendo el método principal para la producción comercial de Aluminio, aunque se están estudiando nuevos formas. La pureza del producto se ha incrementado hasta un 99,5% de Aluminio puro, un lingote comercialmente puro; puede ser renado hasta un 99,99%.

Aplicaciones La combinación de la ligereza con resistencia y alta conductibilidad eléctrica y térmica es la propiedad que convirtió el Aluminio y sus aleaciones en materiales de construcción muy importantes para la fabricación de aviones, automóviles, máquinas de transporte, para la electrotecnia, la confección de motores de combustión interna, entre otros. En la industria química el Aluminio y sus aleaciones se utilizan para obtener tubos, recipientes y aparatos. Un volumen dado de Aluminio pesa menos que 1/3 del mismo volumen de acero. Los únicos metales más ligeros son el Litio, el Berilio y el Magnesio. Debido a su elevada proporción resistencia - peso es muy útil para construir aviones, vagones ferroviarios y automóviles. También para otras aplicaciones en las que es importante la movilidad y la conservación de energía. Por su elevada conductividad térmica, el Aluminio se emplea en utensilios de cocina y en pistones de motores de combustión interna. Solamente presenta un 63% de la conductividad eléctrica del Cobre para alambres de un tamaño dado, pero pesa menos de la mitad. Un alambre de Aluminio de conductividad comparable a un alambre de Cobre es más grueso, pero sigue siendo más ligero que el de Cobre. El peso tiene mucha importancia en la transmisión de electricidad de alto voltaje a larga distancia, y actualmente se usan conductores de Aluminio para transmitir electricidad a 700.000 voltios o más.


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El metal es cada vez más importante en arquitectura, tanto con propósitos estructurales como ornamentales. Las tablas, las contraventanas y las láminas de Aluminio constituyen excelentes aislantes. Se utiliza también en reactores nucleares a baja temperatura porque absorbe relativamente pocos neutrones. Con el frío, el Aluminio se hace más resistente, por lo que se usa a temperaturas criogénicas. El papel de Aluminio de 0,018 cm de espesor, actualmente muy utilizado para usos domésticos, protege los alimentos y otros productos perecederos. Debido a su poco peso, a que se moldea fácilmente y a su compatibilidad con comidas y bebidas, el Aluminio se usa mucho en contenedores, envoltorios exibles, botellas y latas de fácil apertura. El reciclado de dichos recipientes es una medida de conservación de la energía cada vez más importante. La resistencia del Aluminio a la corrosión y al agua del mar también lo hace útil para fabricar cascos de barco y otros mecanismos acuáticos. Se puede preparar una gama amplia de aleaciones recubridoras y aleaciones forjadas que proporcionen al metal más fuerza y resistencia a la corrosión o a las temperaturas elevadas. Algunas de las nuevas aleaciones pueden utilizarse como planchas de blindaje para tanques y otros vehículos militares.

Producción Globalmente 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 1994 la producción de Aluminio primario fue de unos 19 millones de toneladas. Los principales países productores son: Estados Unidos, Rusia, Canadá, China y Australia.

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Principales métodos de obtención del Aluminio Proceso de la alúmina Antes de adentrarnos en los diferentes procesos de obtención del Aluminio seria importante mencionar la forma mediante la cual se obtiene la alúmina, ya que esta será materia prima esencial para la elaboración del Aluminio. La alúmina se obtiene por diversos procedimientos según sean la composición y las propiedades de la materia prima. Estos procedimientos se pueden dividir en: químico - térmicos, ácidos y alcalinos. Pertenecen a los procedimientos químico - térmicos los de obtención de la alúmina con ayuda de la sinterización. Por ejemplo, las Bauxitas con elevado contenido de SiO2, se sintetizan con sosa y caliza. Se forman el aluminato de Sodio Na2O -Al2O3, y el Monosilicato de Calcio (Ca0) 2.Si02. Después de triturar el sintetizado, se procede a la lixiviación del Aluminato de Sodio por el agua caliente. Si se emplean las Nefelinas, ellas se someten a la sintonización con la caliza. Las Nefelinas se descomponen por la caliza formando los aluminatos de Sodio y de Potasio y el Monosilicato de Calcio. El sintetizado, una vez triturado, se lixivia por la solución de sosa de retorno. Las alunitas se someten a la tostación reductora y la lixiviación, ulterior. A veces las Bauxitas o las menas de Hierro con alto contenido de Al 2O3 (Alúmina), se refunden, empleando la función reductora, en los altos hornos, hornos eléctricos o cubilotes con el n de obtener las escorias ricas en alúmina. Valiéndose del procedimiento Bayer, se elaboran generalmente las Bauxitas de alta calidad con bajo contenido de Sílice (de 2% a 3%). A continuación se examinan los principales pasos hechos por este método: 1.

Preparación de la Bauxita. Una Bauxita bruta o calcinada se machaca y

luego se desintegra en los molinos. Se suministran a los molinos Bauxita, álcali cáustico y solución de retorno. A veces se agrega un poco de cal que ejerce una acción activante sobre la separación de Al2O3. La pulpa húmeda obtenida se envía para la lixiviación.


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La lixiviación se lleva a cabo en autoclaves especiales a una temperatura

de entre 105º C a 240º C y una presión hasta 3.4 mpa (34 atm) respecto a la normal, según sea la característica de la Bauxita. Para el calentamiento se utiliza el vapor de agua que va suministrado, con más frecuencia, directamente a la pulpa. En el proceso de lixiviación la Gibbsita Al(OH)3, la Bohemita AlOOH que forman parte de la Bauxita y los hidratos de Óxido de Aluminio, interaccionando con el hidrato sódico forman el Aluminato de Sodio. Estos procesos se desarrollan por las siguientes reacciones: 2Al(OH)3+2NaOH=Na2O.Al2O3+4H2O 2AlOOH+2NaOH=Na2O.Al2O3+2H2O Al2O3. 3H2O +2NAOH = Na2Al203 +4H2O

Durante la lixiviación se logra hacer que la Sílice pase a las colas, ya que se forma el Silicato de Sodio por la reacción: SiO2 + 2NaOU = Na2SiO3 + H2O

El cual, interaccionando con el Aluminato de Sodio, forma el Aluminio Silicato Sódico Na2O.Al2O3. –2SiO2.2H2O poco soluble en una solución alcalina de aluminato: 2(Na2O. SiO2) + Na2O. Al2O3 + 4H2O = Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O + 4NaOH

Como vemos, este proceso da lugar a las pérdidas de Al 2, O 3 y NaOH, por esta razón no se recomienda transformar por el procedimiento Bayer, las Bauxitas con elevado contenido de Sílice. Los Óxidos de Titanio y de Hierro pasan al residuo insoluble conriéndolo el color de ladrillo rojo y por eso este residuo ha recibido el nombre de fango rojo.



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La separación de la solución de Aluminato y el fango o lodo rojo, se lleva

a cabo de ordinario valiéndose del espesado, el lavado se r ealiza con ayuda de unos dispositivos especiales llamados espesadores. 4.

La descomposición de la solución de aluminato ocurre espontáneamente

con la separación del, Hidróxido de Aluminio Na2O.Al2O3+4H2O=Al(OH)3+2NaOH

Ahora bien, en el proceso de descomposición la Alúmina, pasada durante la lixiviación a la solución a partir de la Bauxita, se precipita, y el álcali gastado para la formación del aluminato de Sodio se libera. El proceso se acelera agregando el hidróxido cristalino de Aluminio obtenido en el ciclo precedente para crear los centros de cristalización. 5.

La separación del Hidróxido de Aluminio y su clasicación se efectúan

en hidrociclones y los ltros de vacío, con ello el hidróxido de Aluminio se divide en clases con la separación de la así llamada parte productiva del precipitado la cual está compuesta de 50% a 60% por partículas mayores que 50 μm (Micras). La solución madre se somete a la concentración por evaporación con el n de excluir del proceso una parte del agua y elevar el contenido de álcali en esta solución. Como resultado de la concentración por evaporación de la solución madre se obtiene la pulpa constituida por la solución de retorno y los cristales de la sosa calcinada Na 2CO3. Esta sosa se somete a la causticación, o sea, a la transformación en NaOH, desarrollándose, por ejemplo, la reacción siguiente: Na2CO3+Ca(OH)2=2NaOH+CaCO3

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La deshidratación del Hidróxido de Aluminio o la así llamada calcinación

se lleva a cabo por el calentamiento del Hidróxido indicado a una temperatura del orden de 1.200º C en los hornos tubulares o bien en las instalaciones de lecho uidizado.


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Al emplear el procedimiento Bayer descrito, la extracción de la alúmina constituye cerca de 87% para producir 1 ton de alúmina se gastan de 2.0 a 2.5 toneladas de Bauxita, 70 a 90 Kg. de NaOH cerca de 120 Kg. de cal, 7 a 9 toneladas de vapor, 160 a 180 Kg. de mazut (convertido en combustible convencional) y cerca de 280 Kwh. de energía eléctrica.

Diferentes esquemas modernos de la producción del Aluminio En este apartado comenzaremos profundizar en los diferentes tipos de procesos para la obtención del Aluminio. Es importante mencionar que el proceso al que haremos mención es el de electrólisis (proceso Hall-Héroult) la razón , es por que este será más eciente y por ende el método predominante y casi único a escala comercial. Para continuar seria importante explicar en lo que consiste una electrólisis, ya que la acción de una corriente sobre un electrolito puede entenderse con un ejemplo sencillo. Supongamos que tenemos Sulfato de Cobre y este lo disolvemos en agua, este se disociara en iones Cobre positivos así como iones sulfato negativos. Al aplicar una diferencia de potencial a los electrodos, los iones Cobre se mueven hacia el electrodo negativo, se descargan, y se depositan en el electrodo como elemento Cobre. Los iones Sulfato, al descargarse en el electrodo positivo, son inestables y combinan con el agua de la disolución formando ácido Sulfúrico y Oxígeno. Esta descomposición producida por una corriente eléctrica se llama electrólisis

Otros tipos de procesos para la elaboración del Aluminio La gran cantidad de energía eléctrica que requiere el proceso Hall-Héroult ha llevado a un continuo esfuerzo tanto para reducir esta necesidad de energía, para mejorar la eciencia de la cámara de reducción como para hallar otros medios de reducción que contaran con las condiciones ya enunciadas. Las mejoras graduales en la eciencia de las celdas han introducido reducciones de energía de un 20% a un 25%; muchas otras mezclas de sales fundidas se han probado, como el Aluminato de Sodio. Otro enfoque ha sido electrolizar mezclas de sales de metales alcalinotérreos que proporcionen aleacione s de las cuales sea posible obtener el Aluminio. Semana 1 - El Aluminio


Una de las otras opciones más interesantes fue el proceso de extracción basado en la formación de subhaluros de Aluminio, en particular el Cloruro, reduciéndose a continuación para obtener el metal. A pesar de la gran inversión en la investigación y el perfeccionamiento en esta área, el proceso Hall-Héroult es todavía, después de más de 100 años el método predominante y casi único que se usa a escala comercial. Aunque es así, a continuación se presentaran los diferentes procesos de obtención del Aluminio.

El proceso Gross En 1939, Willmore basó una patente en unas observaciones, en presencia de haluros, el Aluminio se vaporiza a una temperatura considerablemente mas baja a la que se evapora con normalidad. Como resultado de los trabajos de Gross en el Fulmer Research Institute, quedo establecido que el proceso Willmore comprendía el subhaluro, el monocloruro de Aluminio (ACl). Al aumentar la temperatura de la reacción a más de 900ª C y disminuir la presión del AlCl3 a menos de 10mm, era posible aislar al metal y las condiciones teóricas de los niveles de energía del electrón trivalente del átomo de Aluminio.

El proceso Toth En este proceso no se usaba necesariamente la Bauxita, sino menas que contenían arcilla. Se calcinaban primero y luego se sometían a cloración. El Cloruro de Aluminio resultante, después de puricado, lo reducía el Manganeso y el Aluminio se obtenía en forma de polvo. El cloro y el Manganeso se recuperab an para reutilizarse. El subproducto principal era arena Sílice na, además de los cloruros de los otros metales. Este procedimiento no llegó a ser importante en el comercio.

El proceso de reducción del aluminato Bonnier ha descrito la electrólisis del aluminato de Sodio y en, particular, los baños de aluminato que contienen Calcio, Bario o Magnesio para obtener aleaciones de


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diversas composiciones de Aluminio-Calcio, Aluminio-Bario y Aluminio-Magnesio. Los baños podían operarse a temperaturas signicativamente más bajas, llegando algunas hasta 700º C a 800º C, aunque este proceso lamentablemente no es muy práctico. A continuación se describirá el proceso de electrólisis del Aluminio así como su puricación. a) Obtención electrolítica del Aluminio. b) Puricación del Aluminio con cloro gaseoso.

Obtención electrolítica del Aluminio El Aluminio se obtiene por la electrólisis de la alúmina disuelta en una criolita fundida. La criolita y la alúmina son sólo componentes principales del electrólito. Al electrólito se le agregan MgF 2, Caf 2 y NaCl que sirven, en lo fundamental, para disminuir la temperatura de fusión. La cantidad de estos ad itivos contenidos en el electrólito no excede de 8% a 10%. Por criolita se entiende prácticamente no el compuesto químico Na 3.AlF6 sino sus aleaciones con AlF 3 y NaF. Para caracterizar la composición del electrólito se usa la relación de criolita que no es más que la relación molar de NaF: AlF 3, para el compuesto químico Na 3.AlF6 (NaF. AlF3) esta relación es igual a tres (3). Si el electrólito está enriquecido en el Fluoruro de Sodio, esta relación es más de tres (3) y si está enriquecido en el Fluoruro de Aluminio, la relación es menos de tres (3). En el primer caso el electrólito se llama alcalino y en el segundo, ácido. Esta relación se mantiene generalmente a un nivel de 2,6 a 2,9, empleando para la corrección de la composición el uoruro de Aluminio y el sodio. El proceso de electrólisis se efectúa en una cuba electrolítica llamada también baño de Aluminio. El tamaño de la celda depende en gran manera de la corriente de electrólisis que se haya de emplear. La celda electrolítica es una caja de acero revestida interiormente de Carbono. El revestimiento de Carbono, que se forma con una mezcla de coque, brea y alquitrán, se apisonan en la caja de acero y luego se cuece a alta temperatura. La tensión que manejan las celdas es de 5v de los cuales 1.7v son útiles y el resto se consume por resistencia. Las celdas se colocan en serie, para que constituyan Semana 1 - El Aluminio


conjuntos de 200v, 500v y hasta 1.000v. La caída de voltaje a través de una celda es de 5v a 6v. Actualmente la intensidad llega a alcanzar valores del orden de 100 a 125,000 Amp. (Amperios). El dispositivo de cátodo está dotado de una envoltura revestida interiormente de la capa de material refractario y de Carbono. El cátodo sirve de supercie del Aluminio líquido que se halla en contacto con el electrolito. El revestimiento lateral de Carbono junto con la solera forma un baño cuya profundidad es de 400mm a 600mm. En el baño se hallan el Aluminio fundido y la criolita. La corriente eléctrica se suministra por las barra s de acero a las barras conductoras dispuestas en un lado y cerca del nivel de la celda. El dispositivo de ánodo consta del ánodo de Carbón sumergido parcialmente en el electrolito. Los ánodos de carbono se hacen con una mezcla similar a la de la celda electrolítica y se cuecen para darles densidad, dureza y solidez. Por lo común, son de sección cuadrada o rectangular y de 30cm a 50cm de largo. Estos ánodos se suspenden de una barra colectora que se puede alzar o bajar según sea necesario. También se puede variar la altura de un solo ánodo. El Carbono del ánodo se oxida en el curso de la electrólisis y se convierte en dióxido de Carbono. La alúmina se suministra al baño por arriba. Con ello, debido al enfriamiento por el aire del ambiente aparece la costra del electrolito. En la supercie lateral se forma una capa del electrolito solidicado, llamada guarnición, que protege el revestimiento contra la destrucción, protege el baño contra el frío y evita que la corriente se pierda a través del revestimiento de Carbón lateral. El electrolito puede ser criolita, pero se acostumbra agregarle algo de uoruro de Calcio para reducir el punto de fusión y aumentar la uidez del baño. Actualmente se emplean los baños de Aluminio monoanódicos con un ánodo de auto cocción y el suministro de corriente por la parte superior de éste. El Aluminio fundido es más pesado que el electrolito de criolita y se acumula en la solera del baño debajo de la capa del electrolito, donde sirve de cátodo. El tiempo de extracción del Aluminio es de tres o cuatro días con ayuda del caldero de vacío o el sifón. A veces el Aluminio se evacua una vez por día. A causa de la oxidación electrolítica de los ánodos se consumen aproximadamente 2/3 de kilogramos de Carbono por cada kilogramo de Aluminio metálico que se produce. Las impurezas de los ánodos (Hierro o Silicio) se disuelven en el baño, El Aluminio - Semana 1

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se reducen a la vez que la alúmina y contaminan el Aluminio metálico; por tanto, es indispensable que sean muy puros los materiales con que se hacen los electrodos de Carbono. Es algo limitada la solubilidad de la alúmina en el electrolito. El baño tiene normalmente 5% de alúmina en solución, y cuando se reduce bastante esta proporción, por ejemplo, a 3%, se produce el llamado efecto de ánodo, que se maniesta en aumento súbito de la caída de voltaje a través de la celda, acrecentamiento del calor generado en la celda y formación de arco entre los ánodos de carbono y el electrolito. Añadiendo más alúmina al electrolito y agitándolo se suprime rápidamente dicho efecto del ánodo. Entonces el electrolito moja los ánodos como en la operación normal, y continúa rápidamente la electrólisis hasta que se vuelve a reducir considerablemente el contenido de alúmina y se produce otro efecto de ánodo.

Cinética de la reacción La masa fundida de criolita y alúmina puede considerarse como una solución iónica constituida por Al 3+, Na+, Ca2+, Mg2+ y otros cationes y por los aniones Alf 6-, F-, Cl-, AlO33-. Bajo la inuencia del campo electrolítico aplicado, al cátodo se desplazan los cationes, pero se descargan en éste, en primer lugar, los iones de Aluminio, puesto que el Aluminio es un metal más electropositivo en comparación con el sodio, magnesio y calcio. Hacia el ánodo se trasladan todos los aniones, pero se descargan aq uí solamente los iones AlO33- que son más negativos. El proceso se puede representar en tal forma:

(1) El Oxígeno desprendido interacciona con el Carbono del ánodo, formándose la mezcla de gases CO y CO 2 que se van a la atmósfera.



Por consiguiente, el proceso de electrólisis se reduce de hecho a las siguientes reacciones sumarias: (2) (3)

Como resultado se consumen la alúmina y el Carbono de los electrodos y se obtienen el Aluminio y los óxidos de Carbono. Los gases anódicos succionados del baño contienen el Flúor, alquitranes y partículas pulverizadas de Al3, al2O3 y criolita. Los gases se someten a la depuración eliminando el polvo con el n de utilizarlo y no contaminar la atmósfera. Para fabricar 1 ton de Aluminio se necesitan cerca de 2 ton de alúmina, 0.7 t de pasta anódica, 0.1 ton de criolita y otros uoruros y cerca de 18 Mwh de energía eléctrica. La energía eléctrica constituye más de 30% de costo de Aluminio y cerca de 50% de costo está constituido por las materias primas y otros materiales que toman parte en el proceso.

Eliminación de impurezas del Aluminio y su puricación mediante Cloro gaseoso El Aluminio que se extrae de los baños electrolizadores se llama Aluminio bruto. Contiene impurezas metálicas (Fe, Si, Cu, Zn y otras) y no metálicas (Al 2O3, c y otras), así los gases (Hidrogeno, Oxígeno, Nitrógeno, Óxido de Carbono, Dióxido de Carbono, Gas Sulfuros). Para eliminar las impurezas no metálicas y gaseosas, así como el Sodio, Magnesio, y Calcio, el Aluminio fundido se sopla con Cloro y se sedimenta en los altos hornos eléctricos o calderos. Al hacer pasar el Cloro gaseoso a través del Aluminio líquido se forma el Cloruro de Aluminio:

2 Al+3Cl = 2AlCl3 El Aluminio - Semana 1

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A una temperatura del proceso que es superior a 700° C el Cloruro de Aluminio se halla en el estado de vapor. Al pasar por el metal fundido el se absorbe en las partículas de alúmina, uoruros, Carburo y Carbón. Estas partículas se cubren de una envoltura gaseosa de cloruro de Aluminio, suben a la supercie, en forma de un polvo gris friable y se evacua. El Cloro forma unos compuestos con Na, Ca, y Mg, descomponiendo los compuestos de estos elementos con el Aluminio. Los compuestos de estos metales con Cloro también suben a la supercie. El paso del Cloro contribuye, además, al desprendimiento de los gases disueltos en el Aluminio. Al sedimentarse en el horno, el Aluminio fundido se depura de modo que se eliminen los gases e inclusiones no metálicas; Con ello mezclando el Aluminio procedente de diversos baños, se puede obtener los lotes de marca deseable. Con ayuda de los procedimientos corrientes de puricación la pureza del Aluminio primario llega de 99.5% a 99.85%. Para la mayoría de los consumidores el Aluminio de tal pureza reúne las cualidades necesarias. Sin embargo, en algunas ramas de la técnica moderna, por ejemplo, para fabricar los recticadores y condensadores eléctricos, hojas de alta calidad y aparatos químicos, equipos de radiolocalización e instalaciones de energía atómica, se requiere un Aluminio de pureza más alta, de 99.996% y más. El Aluminio de tal pureza se obtiene por el ano electrolítico, la fusión por zonas o la destilación a través de subcompuestos. Durante la puricación electrolítica se produce un electrolito fusible con una temperatura próxima a la de la fusión del Aluminio y valiéndose de las altas propiedades electropositivas de este metal en comparación con Mg, Ca, y Na se le deposita en el cátodo. Las impurezas más electropositivas que el Aluminio (tales como Cobre, Hierro o Silicio) no se disuelven anodicamente y se acumulan en la aleación de ánodo. La puricación electrolítica permite obtener el Aluminio con una pureza que llega al 99.996%. Otro tipo de puricación es la llamada fusión por zonas, esta se fundamenta en que la solubilidad de las impurezas en un metal sólido es mas baja que en el fundido, esto incluye al Aluminio. Para una fusión por zonas a partir del Aluminio procedente de la puricación electrolítica se obtienen barras de 15 a 20 mm de diámetro y 250 a 300 mm de largo. Una de tales barras se coloca en la caja hecha de grato muy puro. La caja se coloca en el tubo de cuarzo en el cual hay creado un vacío con la presión Semana 1 - El Aluminio


residual cerca de 13μpa (micro Pascal) [10 -4mmHg (milímetros de mercurio)]. El vacío protege el Aluminio contra la oxidación. En torno al tubo de cuarzo se coloca el inductor anular conectado a una fuente de corriente eléctrica de alta frecuencia. Debajo del inductor la barra de Aluminio se funde y surge la zona de Aluminio líquido de 10 a 15 mm de largo, mientras que la parte restante de la barra queda sólida. El inductor se desplaza a lo largo de la barra con una velocidad determinada, por ejemplo, 1mm/min, y la zona de Aluminio líquido también se traslada. Con ello las impurezas se acumulan en la masa fundida y junto con ella va el extremo del lingote. Después de 10 a 15 pasadas el lingote se extrae y su extremo de 80 a 100mm de largo se corta. La parte que queda esta compuesta de un Aluminio de alta pureza. Por tal vía se puede obtener el Aluminio cuya pureza es de 99.99%. La fusión por zonas es un procedimiento caro y de bajo rendimiento. Por eso se emplea solo para depurar pequeñas cantidades de metal necesario para la fabricación de los semiconductores y otros artículos importantes. Últimamente se ha ideado y ahora se emplea un procedimiento especial de destilación del Aluminio. En este caso la puricación o destilación del Aluminio se lleva acabo a través de los subcompuestos haciendo pasar el Cloruro o Floruro de Aluminio, en estado de vapor por encima del Aluminio fundido a una temperatura de 1.000º C y más. Se forma un compuesto gaseoso inestable, o sea, el Aluminio de valencia inferior:

2Al+AlCl3=3AlCl o bien 2Al + AlF3=3Al Estos subcompuestos, una vez enfriados de 700º C a 800º C, se descomponen formando el Aluminio y el Cloruro o Floruro de Aluminio. Las impurezas contenidas en el Aluminio bruto no se someten a la destilación. Por tal vía se obtiene un Aluminio de pureza muy alta de 99.99997% a 99.99999%.


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El esquema general de la producción de Aluminio primario se resume en el siguiente diagrama de proceso:

Bibliografía http://www.lablaa.org/ayudadetareas/matcon/matcon20.htm. Fecha de consulta: 30 de Septiembre de 2005. http://pdf.rincondelvago.com/aluminio_2.html. Capítulos 3 y 4. Fecha de consulta: 30 de Septiembre de 2005.


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