Industria del aluminio. ¿Cómo se obtiene el aluminio de alta pureza?

Este metal se conoce desde hace más de 2000 años y se caracteriza por una amplia aplicación técnica. Entonces, ¿para qué podemos usarlo? El aluminio se utiliza en la industria principalmente en forma de aleaciones, lo que mejora sus propiedades de uso. De esta forma se convierte en un material de construcción universal con una aplicación muy versátil. Entre las aleaciones de aluminio, se pueden distinguir las aleaciones de fundición y las aleaciones utilizadas para la formación de plásticos. Además del aluminio, en su composición se incluyen elementos como el cobre, el magnesio, el silicio y el manganeso. Las aleaciones de aluminio se utilizan, entre otros, en la aviación, la industria química, la industria del automóvil e incluso en la construcción naval. El aluminio es ampliamente utilizado en la industria también en su forma pura. De tal forma, se utiliza para la producción de diversos objetos de uso cotidiano, como espejos, latas de bebidas y alimentos, utensilios de cocina o el conocido papel de aluminio. También se utiliza para la producción de equipos químicos, cables eléctricos e incluso explosivos. Para aislar este elemento del mineral de bauxita, es necesario realizar dos pasos. El primero de ellos es el proceso Bayer, que permite obtener óxido de aluminio del mineral. Luego, el compuesto se somete a electrólisis, lo que da como resultado la producción de aluminio de alta pureza.

¿De qué está hecho el aluminio?

El aluminio puro no se encuentra naturalmente en la naturaleza debido a su capacidad de pasivación. Este fenómeno implica la oxidación del metal en presencia de aire, dando como resultado una capa protectora pasiva en su superficie. En el caso del aluminio, primero se recubre con una capa de óxido de aluminio (Al ₂ O ₃ ) de unos pocos nm de espesor. Luego, bajo la influencia de la humedad, la capa exterior sufre una hidrólisis parcial, que además forma hidróxido, es decir, Al(OH) ₃ . El aluminio es parte de varias rocas minerales que se encuentran en la naturaleza en forma de minerales. Para producir aluminio puro, se utilizan principalmente minerales arcillosos de bauxita. Aparecen con mayor frecuencia en lugares de meteorización de rocas de aluminosilicato en un clima cálido y también contienen compuestos de hierro. Son rocas con un característico color rojo o pardo, que se presentan en dos variedades: silicatadas y carbonatadas.

Producción de aluminio de alta pureza.

El aluminio de alta pureza (más del 99%) se obtiene industrialmente como resultado de dos procesos consecutivos. En la primera se obtiene óxido de aluminio (proceso Bayer), y en la siguiente etapa se lleva a cabo un proceso de reducción electrolítica (proceso Hall-Héroult), gracias al cual se obtiene aluminio puro. Debido a la reducción de costos asociados con el transporte del mineral de bauxita, la mayoría de las plantas de procesamiento se construyen en las cercanías de las minas.

El proceso Bayer

La primera etapa después de la extracción del mineral es lavarlo con agua. De esta manera, se eliminan la mayoría de las impurezas solubles en agua. Luego se agrega CaO, u óxido de calcio, a dicha materia prima preparada. A continuación, se tritura utilizando molinos tubulares especiales hasta que los granos tienen un diámetro muy pequeño, es decir, por debajo de 300 μm. Es extremadamente importante moler finamente la materia prima, ya que proporciona una superficie específica de granos suficientemente grande, lo que a su vez se traduce en un proceso de extracción más eficiente. La siguiente etapa en la producción de óxido de aluminio es la disolución de granos con una solución acuosa de soda cáustica. En el Grupo PCC, el hidróxido de sodio se produce por electrólisis de membrana. El producto obtenido de esta manera se caracteriza por una calidad y pureza inusualmente altas, al mismo tiempo que cumple con los requisitos de la última edición de la Farmacopea Europea. La mezcla que contiene granos molidos e hidróxido de sodio se almacena durante varias horas en reactores especiales llamados autoclaves. Durante el proceso de precipitación, se mantienen altas presiones y temperaturas elevadas en los reactores. De esta forma, se obtiene aluminato de sodio, que luego se purifica mediante varios filtros. En el siguiente paso, la solución purificada de aluminato de sodio se descompone. Como resultado se obtiene lejía de soda (es una solución acuosa de sosa cáustica) y cristales de hidróxido de aluminio con un alto grado de pureza. A continuación, el precipitado obtenido por cristalización se filtra y se lava con agua. A su vez, la lejía de sosa restante se calienta y se recicla para su reutilización en el proceso. La última etapa de la producción de óxido de aluminio es la calcinación. Consiste en calentar hidróxido de aluminio a una temperatura superior a los 1000 ^o C, lo que provoca su descomposición en Al ₂ O ₃ , que se obtiene en forma de polvo blanco puro. El óxido de aluminio así preparado se transporta a los hornos para obtener aluminio metálico en el proceso de reducción electrolítica.

Electrólisis de óxido de aluminio

El siguiente paso para obtener aluminio puro es realizar el proceso de electrólisis mediante el método de Hall-Héroult. En primer lugar, el Al ₂ O ₃ obtenido en el proceso Bayer se funde con criolita y luego se somete a electrolisis a una temperatura no superior a 900°C. El aluminio líquido así obtenido se separa del electrolito y se extrae de los baños electrolíticos mediante los llamados sifones de vacío. Luego, la materia prima se envía a un dispositivo de fundición, donde luego se introduce en hornos calientes en los que se lleva a cabo el proceso de refinación. Consiste en purificar el aluminio para obtener su máxima pureza. El aluminio se puede purificar industrialmente usando dos métodos. El primero consiste en fundir aluminio y pasar cloro por él, gracias a lo cual se ligan las impurezas en forma de cloruros y se eliminan del proceso. El segundo método implica la reducción electrolítica de aluminio – aleación de cobre. El producto final obtenido de esta manera se caracteriza por una pureza muy alta.

Aluminio: el material del futuro

El desarrollo de un método para la producción de aluminio puro a partir de bauxita mediante el proceso Bayer y la electrólisis Hall-Héroult ha ampliado la aplicación de este elemento. Además, debido a la combinación de alta resistencia y ligereza del aluminio, en algunas aplicaciones puede reemplazar al acero más costoso. Además, debido a su resistencia a la intemperie, el aluminio se utiliza para la producción de perfiles para ventanas y puertas. Otra ventaja es la posibilidad de que pueda reciclarse repetidamente, lo que lo convierte en un material relativamente respetuoso con el medio ambiente. En resumen, el aluminio es un material extremadamente versátil, muy utilizado en la industria alimentaria, energética, química, del transporte, de la construcción, de la automoción y aeroespacial. Debido a sus numerosas ventajas, el alcance de su uso probablemente aún no se ha agotado y el aluminio seguirá ganando popularidad en un futuro próximo.