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.2 En estado natural se encuentra en muchos
silicatos (feldespatos, plagioclasas y micas). Este 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 de materiales, tales como su baja densidad (2812,5
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
muy barato. Por todo ello es desde mediados del siglo XX3 es el metal que más
se utiliza después del acero.
Características físicas
El aluminio es un elemento muy abundante en la naturaleza, solo
aventajado por el oxígeno y el silicio. Se trata de un metal ligero, con una
densidad de 2700 kg/m³, y con un bajo punto de fusión (660 °C). Su color es
grisáceo y refleja bien la radiación electromagnética del espectro visible y el
térmico. Es buen conductor eléctrico (entre 35 y 38 m/(Ω mm²)) y térmico (80 a
230 W/(m·K)).
Características mecánicas
Es un material blando (escala de Mohs: 2-3-4) y maleable. En estado puro
tiene un límite de resistencia en tracción de 160-200 N/mm² (160-200 MPa). Todo
ello le hace adecuado para la fabricación de cables eléctricos y láminas
delgadas, pero no como elemento estructural. Para mejorar estas propiedades se
alea con otros metales, lo que permite realizar sobre las operaciones de
fundición y forja, así como la extrusión del material. También de esta forma se
utiliza como soldadura.
Características químicas
La capa de valencia del aluminio está poblada por tres electrones, por
lo que su estado normal de oxidación es III. Esto hace que reaccione con el
oxígeno de la atmósfera formando con rapidez una fina capa gris mate de alúmina
Al2O3, que recubre el material, aislándolo de posteriores corrosiones. Esta
capa puede disolverse con ácido cítrico. A pesar de ello es tan estable que se
usa con frecuencia para extraer otros metales de sus óxidos. Por lo demás, el
aluminio se disuelve en ácidos y bases. Reaccionan con facilidad con el ácido
clorhídrico y el hidróxido sódico.
Aplicaciones y usos
La utilización industrial del aluminio ha hecho de este metal uno de los
más importantes, tanto en cantidad como en variedad de usos, siendo hoy un
material polivalente que se aplica en ámbitos económicos muy diversos y que
resulta estratégico en situaciones de conflicto. Hoy en día, tan solo superado
por el hierro/acero. El aluminio se usa en forma pura, aleado con otros metales
o en compuestos no metálicos. En estado puro se aprovechan sus propiedades
ópticas para fabricar espejos domésticos e industriales, como pueden ser los de
los telescopios reflectores. Su uso más popular, sin embargo, es como papel
aluminio, que consiste en láminas de material con un espesor tan pequeño que
resulta fácilmente maleable y apto por tanto para embalaje alimentario. También
se usa en la fabricación de latas y tetrabriks.
Por sus propiedades eléctricas es un buen conductor, capaz de competir
en coste y prestaciones con el cobre tradicional. Dado que, a igual longitud y
masa, el conductor de aluminio tiene poco menos conductividad, resulta un
componente útil para utilidades donde el exceso de peso es importante. Es el
caso de la aeronáutica y de los tendidos eléctricos donde el menor peso implica
en un caso menos gasto de combustible y mayor autonomía, y en el otro la
posibilidad de separar las torres de alta tensión.
Además de eso, aleado con otros metales, se utiliza para la creación de
estructuras portantes en la arquitectura y para fabricar piezas industriales de
todo tipo de vehículos y calderería. También está presente en enseres
domésticos tales como utensilios de cocina y herramientas. Se utiliza asimismo
en la soldadura aluminotérmica y como combustible químico y explosivo por su
alta reactividad. Como presenta un buen comportamiento a bajas temperaturas, se
utiliza para fabricar contenedores criogénicos. Cuanto más puro, será más
liviano y en algunas piezas de aviación, tendrá una alta resistencia gracias al
oxígeno que lo compone. Es conocido como "Aluminio oxigenado o Aero
Aluminio".
El uso del aluminio también se realiza a través de compuestos que forma.
La misma alúmina, el óxido de aluminio que se obtiene de la bauxita, se usa
tanto en forma cristalina como amorfa. En el primer caso forma el corindón, una
gema utilizada en joyería que puede adquirir coloración roja o azul, llamándose
entonces rubí o zafiro, respectivamente. Ambas formas se pueden fabricar
artificialmente. y se utilizan como el medio activo para producir la
inversión de población en los láser. Asimismo, la dureza del corindón permite
su uso como abrasivo para pulir metales. Los medios arcillosos con los cuales
se fabrican las cerámicas son ricos en aluminosilicatos. También los vidrios
participan de estos compuestos. Su alta reactividad hace que los haluros,
sulfatos, hidruros de aluminio y la forma hidróxida se utilicen en diversos
procesos industriales tales como mordientes, catálisis, depuración de aguas,
producción de papel o curtido de cueros. Otros compuestos del aluminio se
utilizan en la fabricación de explosivos.
PRODUCCIÓN
El aluminio es uno de los elementos más abundantes de la corteza
terrestre (8 %) y uno de los metales más caros en obtener. La producción anual
se cifra en unos 33,1 millones de toneladas, siendo China y Rusia los
productores más destacados, con 8,7 y 3,7 millones respectivamente. Una parte
muy importante de la producción mundial es producto del reciclaje. En 2005
suponía aproximadamente un 20 % de la producción total.
La materia prima a partir de la cual se extrae el aluminio es la
bauxita, que recibe su nombre de la localidad francesa de Les Baux, donde fue
extraída por primera vez. Actualmente los principales yacimientos se encuentran
en el Caribe, Australia, Brasil y África porque la bauxita extraída allí se
disgrega con más facilidad. Es un mineral rico en aluminio, entre un 20 % y un
30 % en masa, frente al 10 % o 20 % de los silicatos alumínicos existentes en
arcillas y carbones. Es un aglomerado de diversos compuestos que contiene
caolinita, cuarzo óxidos de hierro y titania, y donde el aluminio se presenta
en varias formas hidróxidas como la gibbsita Al (OH)3, la boehmita AlOOH y la
diásporo AlOOH.
La obtención del aluminio se realiza en dos fases: la extracción de la
alúmina a partir de la bauxita (proceso Bayer) y la extracción del aluminio a
partir de esta última mediante electrolisis. Cuatro toneladas de bauxita
producen dos toneladas de alúmina y, finalmente, una de aluminio. El proceso
Bayer comienza con el triturado de la bauxita y su lavado con una solución
caliente de hidróxido de sodio a alta presión y temperatura. La sosa disuelve
los compuestos del aluminio, que al encontrarse en un medio fuertemente básico,
se hidratan
El óxido de aluminio así obtenido tiene un punto de fusión muy alto
(2000 °C) que hace imposible someterlo a un proceso de electrolisis. Para
salvar este escollo se disuelve en un baño de criolita, obteniendo una mezcla
eutéctica con un punto de fusión de 900 °C. A continuación se procede a la
electrólisis, que se realiza sumergiendo en la cuba unos electrodos de carbono
(tanto el ánodo como el cátodo), dispuestos en horizontal. Cada tonelada de
aluminio requiere entre 17 y 20 MWh de energía para su obtención, y consume en
el proceso 460 kg de carbono, lo que supone entre un 25 % y un 30 % del precio
final del producto, convirtiendo al aluminio en uno de los metales más caros de
obtener. De hecho, se están buscando procesos alternativos menos costosos que
el proceso electrolítico. El aluminio obtenido tiene un pureza del 99,5 % al
99,9 %, siendo las impurezas de hierro y silicio principalmente. De las
cubas pasa al horno donde es purificado mediante la adición de un fundente o se
alea con otros metales con objeto de obtener materiales con propiedades
específicas. Después se vierte en moldes o se hacen lingotes o chapas.
