Producción de aluminio

Producción de aluminio

El aluminio es el elemento metálico más abundante en la Tierra ya que constituye el 8% de la porción sólida de la corteza terrestre, pero nunca se encuentra en forma libre en la naturaleza, su símbolo es “Al”, su número atómico es 13, y su peso atómico 26.9815 g/mol.
El aluminio metálico fue obtenido en forma pura, por primera vez, en 1825, por Oersted, quien calentó elcloruro de aluminio con una amalgama de potasio y mercurio. En 1854, Henri Sainte- Claire Deville produjo aluminio a partir de cloruro de Na-Al, calentándolo con sodio metálico. El proceso funciono durante unos 35 años, y el metal se vendía a 220 dólares el Kg. Ya para 1886 el precio se había reducido a 17 dólares el Kg. En 1886, Charles Hall produjo el primer aluminio por el proceso actual, agran escala. En el mismo año Paul Heroult obtuvo una patente francesa por un proceso similar al de Hall. En 1893, la producción de aluminio había aumentado ya tan rápidamente por el método de Hall que el precio se había desplomado hasta 4.40 dólares el Kg. La industria creció en forma segura, basada firmemente en los mercados nuevos y en aumento creados, sobre todo, por sus propios estudios sobrelas propiedades del aluminio y las rutas de consumo económico de este nuevo metal.
Hoy en día, todos los países poseen grandes existencias de materiales que contienen aluminio, pero los procesos para obtener aluminio metálico a partir de la mayor parte de estos compuestos no son económicos todavía.

Para la obtención del aluminio se usan menas que contienen Al2O3. Entre las cuales están las:1. Bauxitas: 30-57% de Al2O3
2. Nefelinas: 30% de Al2O3
3. Alunitas: 20-21% Al2O3
Las menas principales para la producción de aluminio son las bauxitas y las nefelinas. Al usarse las nefelinas para la producción de aluminio se obtienen valiosos productos derivados; la potasa y la sosa caústica.
El proceso tecnológico para la elaboración del aluminio se divide, en lo fundamental, endos etapas:
1. La obtención de la alúmina (Al2O3) a partir de la mena.
2. La obtención del aluminio a partir de la alúmina. (Proceso Hall-Héroult)
Obtención de la alúmina.
Para obtener la alúmina desde la mena se usan diferentes procedimientos, dos de los cuales son:
1. Tratamiento con sosa caústica.
2. Tratamiento con carbonatos.
Tratamiento con sosa caústica.
Este métodoes más conveniente cuando la cantidad de de sílice (SiO2) es menor del 5% en la mena.
Según este procedimiento, la bauxita se muele y se carga a unos autoclaves para aplicarle un proceso de extracción sólida llamado lixivación. A los autoclaves de agrega una disolución de sosa caústica y se da vapor hasta una presión de trabajo de 12 atm y una temperatura de 160-170oC.
La alúmina, que seencuentra en la bauxita en forma de hidróxido de aluminio, reacciona con la sosa y pasa a la disolución en forma de aluminato sódico (Na2O.Al2O3):
2Al(OH)3 + 2NaOH ==> Na2O.Al2O3 + 4H2O

Finalmente se ha obtenido el aluminato sódico (Na2O.Al2O3) como una masa pastosa en el autoclave. Del autoclave se envía a un aparato de evaporación especial, donde la masa se enfría y se hidroliza el aluminatosódico para obtener el hidróxido de aluminio (Al(OH)3) cristalino precipitado. Este proceso se mezcla con cristales de hidróxido de aluminio para servir de centros de cristalización.
Na2O.Al2O3  + 4H2O <==> NaOH + 2Al(OH)3

Finalmente se hace la calcinación a 1200oC del hidróxido obtenido en hornos rotatorios para convertirlo en alúmina (Al2O3):
2Al(OH)3 ==> Al2O3 + H2O

El rendimientode alúmina a partir de la mena, por este procedimiento es cerca del 85%.

Tratamiento con carbonatos.
Las menas se trituran y se mezclan con carbonato de sodio y carbonato de calcio y se calienta a  1100°C, como resultado se obtiene el aluminato sódico sólido (Na2O.Al2O3).
Al2O3 + Na2CO3  ==> Na2O.Al2O3 + CO2

Luego el aluminato de sodio se somete a la carbonatación con CO2 para formar...