Proceso Electrolitico De Obtencion Del Aluminio

Proceso electrolítico de obtención de aluminio


Lucía Pérez Trigo


La obtención industrial del aluminio primario o metalúrgico se realiza por electrólisis de la alúmina en criolita fundida, según el proceso ideado por Hall y Héroult en 1886.
La criolita es un fluoroaluminato de sodio (Na3AlF6) que se encuentra en la naturaleza solamente en Groenlandia. En general, se prefiereproducir criolita sintética, tanto debido al largo transporte como a que la criolita natural es menos adecuada que la artificial. Su producción se lleva a cabo en reactores según la reacción:
2Al(OH)3 + 12HF + 3Na2CO3 ⋄ 2AlF3 + 6NaF + 9H2O + 3CO2
y a continuación se lleva a un filtro prensa, se seca y se calcina.
La criolita fundida no sólo es capaz de solubilizar la alúmina (entre15-20 %) sino que permite disminuir su alto punto de fusión (2054ºC) y realizar la electrólisis a unos 900-950ºC. Para ello, es necesario añadir también AlF3 y CaF2 ya que el punto de fusión de la criolita pura es de 1009ºC.
La eficiencia de la célula depende de la relación NaF/AlF3 que suele fijarse en 1,50. Sin embargo, dicha proporción difícilmente se mantiene constante debido a la absorcióndel electrolito en el recubrimiento y el aislante de la celda, la volatilización de fluoruros, la reacción del AlF3 con la sosa caústica residual en la alúmina o por la hidrólisis debida al aire o a materiales añadidos. El control de la composición del electrólito es muy importante en el proceso. Cuando se agota la alúmina en el baño, ocurre el llamado “efecto de ánodo” en el cual se forma unapelícula delgada de tetrafluoruro de carbono sobre el ánodo que actúa de capa aislante, de modo que el baño ya no moja su superficie, causando una abrupta elevación en el voltaje de la celda y una disminución del flujo de corriente. Para que esto no ocurra el porcentaje de alúmina en el baño debe de ser de un 2 a un 6% en peso.
La electrólisis industrial tiene lugar en cubas electroquímicas queactúan a la vez como hornos de fusión y electrolizadores. La parte catódica (negativa) está formada por una cuba abierta, rectangular, de chapa de acero, con revestimiento de aislante térmico, refractario y el fondo de carbono con raíles de acero incrustados para la conducción de la corriente catódica. La parte anódica (positiva) es un electrodo de carbono que permite diferenciar el tipo decelda empleada. En la actualidad se utilizan dos variantes principales, las que tienen ánodos múltiples precocidos y las de ánodo autococido o ánodo Soderberg. En ambos tipos, los ánodos están suspendidos en una superestructura que se extiende sobre la cavidad de la célula, y están conectados a una barra colectora anódica móvil, de modo que se puede ajustar su posición vertical.


Los bloquesde ánodos precocidos (SWPB – precocido lateral, CWPB – precocido central). se fabrican a partir de una mezcla de coque de petróleo calcinado y alquitrán o brea; se forman en prensas hidráulicas y se cuecen hasta unos 1100ºC.


Las celdas anódicas de Soderberg (HSS – de barra horizontal, VSS de barra vertical) tienen un solo ánodo grande, encerrado en una caja de acero, que ocupa lamayor parte de la cavidad de la célula. Introduciendo una columna descendiente de brea y pasta de coque se puede formar un ánodo continuo, el cual se hornea dentro de la celda de electrólisis. Esta última es una tecnología más antigua y contaminante que la que utiliza ánodos precocidos con lo que, en la actualidad, se utilizan mucho menos.


Entre el ánodo y el cátodo se hace circular unacorriente eléctrica de bajo voltaje y alta intensidad (200-350 kA). En el proceso se reducen los iones de aluminio produciéndose aluminio metal en el cátodo y, por otro lado, se forma oxígeno en el ánodo de grafito que reacciona con el carbono produciendo CO2.
2Al2O3 + 3C ⋄ 4Al + 3CO2


Sin embargo, parte del metal, en lugar de depositarse en el...