Anteriormente hemos estudiado los materiales férricos que, por su importancia, les hemos dedicado la unidad 9 entera. El tema 10 trata de unos materiales no menos importantes: los materiales no ferrosos. Uno de estos materiales, el aluminio, ha cobrado actualidad debido a un desastre ocurrido recientemente en una fábrica de Hungría. Por ello lo explicamos un poco en detalle.
Las actividades del libro que hay que realizar son las siguientes:
pág. 179 , 1, 2, 3, 4, 5
pág. 183 8, 12
pág. 185 14, 15
pág.187 17, 18, 19, 20
pág.189 21, 22, 23
Autoevaluación
pág. 192 23, 29, 30, 31, 32, 35, 36 y 37.
Actividades propuestas sobre el aluminio que aparecen en este artículo.
Proceso de obtención del aluminio El mineral del que se obtiene el aluminio se llama bauxita. La bauxita es la mena de aluminio más importante pero sólo contiene entre un 30 y un 54% de aluminio (expresado como Al2O3 o alúmina), siendo el resto una mezcla de sílice, óxidos de hierro y dióxido de titanio. El aluminio de la bauxita se encuentra normalmente formando hidróxidos, Al(OH)3, o mezclas de hidróxidos y óxidos, (AlO(OH)2).
Para obtener aluminio se suele utilizar el método Bayer que consta de dos fases: obtención de la alúmina ( Al2O3 ) y, a partir de ésta, obtención del aluminio (Al).
1. La bauxita se transporta desde la mina al lugar de transformación (cerca de los puertos, ya que la mayoría se importa.
2. Se tritura y muele hasta que queda pulverizada.
3. Se almacena en silos hasta que se vaya a consumir.
4. En un mezclador se introduce bauxita en polvo, sosa cáustica (NaOH o hidróxido sódico), cal (CaO u óxido de calcio) y agua caliente. Todo ello hace que la bauxita se disuelva en la sosa. Las reacciones que tienen lugar en esta fase llamada también "
digestión" son las siguientes:
- Al(OH)3 + OH- + Na+ → Al(OH)4- + Na+
- AlO(OH)2 + OH- + H2O + Na+ → Al(OH)4- + Na+
5. En el decantador se separan los residuos (óxido de hierro, silicio, etc que se hallan en estado sólido y no fueron atacados por la sosa). A esto se le suele llamar "
lodo rojo" por su color característico debido al óxido de hierro.
6. En el intercambiador de calor se enfría la disolución y se le añade agua.
7. En la cuba de precipitación, la alúmina se precipita en el fondo de la cuba.
8. Un filtro permite separar la alúmina de la sosa.
9. La alúmina se calienta a unos 1200 ºC en un horno, para eliminar por completo la humedad.
10. En el refrigerador se enfría la alúmina hasta la temperatura ambiente.
11. Para obtener aluminio a través de la alúmina, ésta se disuelve en criolita fundida (fluoruro de aluminio y sodio Na
3AlF
6), que protege al baño de la oxidación, a una temperatura de unos 1000 ºC, y se la somete a un proceso de electrólisis que descompone el material en aluminio y oxígeno.
La criolita actúa como fundente de la alúmina, es decir, que permite separar las impurezas del material fundamental y reduce la temperatura de fusión. Al final de este artículo puedes ver un texto de la wikipedia sobre la electrólisis de la alúmina para obtener aluminio.
Actividad 17 de la página 187 del libro: Representar mediante un diagrama conceptual o diagrama de bloques el proceso de obtención del aluminio.
Actividad sobre los vídeos. En los siguientes vídeos sobre el proceso de obtención del aluminio, trata de identificar qué bloques de los que has puesto en la actividad anterior aparecen reflejados o explicados en el vídeo.
Vídeo 1
http://www.youtube.com/watch?v=jvnzIGSPHqY&NR=1Vídeo 2
http://www.youtube.com/watch?v=CGDV_v-aiRU&feature=related
Por último, puedes ver alguna fotografía por satélite sobre el desastre ocurrido en una fábrica de aluminio de Hungría y un gráfico sobre la fabricación del aluminio aparecido en la prensa. Compara dicho gráfico con lo expuesto anteriormente.
Lodo tóxico en Hungría
Electrólisis de la alúmina
El óxido de aluminio (o alúmina) se disuelve en un baño fundido de criolita (Na3AlF6) y se electroliza en una celda electrolítica usando ánodos y cátodo de carbono. Se realiza de esta manera, ya que la alúmina proveniente del proceso Bayer tiene un punto de fusión extremadamente alto (por encima de los 2.000 °C), muy caro y difícil de alcanzar en la práctica industrial. La mezcla con la criolita da una mezcla eutéctica, que logra bajar el punto de fusión a alrededor de los 900 °C. Por esta razón el consumo energético que se utiliza para obtener aluminio es muy elevado y lo convierte en uno de los metales más caros de obtener, ya que es necesario gastar entre 17 y 20 kWh por cada kilo de metal de aluminio. De estos baños se obtiene aluminio metálico en estado líquido con una pureza entre un 99,5 y un 99,9%, quedando trazas de hierro y silicio como impurezas principales.
La electrólisis es un proceso electroquímico en el que se hace pasar una corriente eléctrica a través de una solución que contiene compuestos disociados en iones para provocar una serie de transformaciones químicas. La corriente eléctrica se proporciona a la solución sumergiendo en ella dos electrodos, uno llamado cátodo y otro llamado ánodo, conectados respectivamente al polo negativo y al polo positivo de una fuente de corriente continua.
La celda electrolítica usada para obtener el aluminio tiene unos electrodos dispuestos en forma horizontal, a diferencia de los usados para afinar Fe o Cu. El baño electrolítico debe tener menor densidad que el aluminio a esa temperatura (alrededor de 2.300 kg/m3 a 900 °C), ya que el aluminio ya refinado debe depositarse en el fondo de la cuba electrolítica, saliendo por el fondo del recipiente. Se calcula que por cada tonelada producida de aluminio metálico, se consumen 460 kg de carbono, proveniente de los electrodos.
El gran problema del aluminio es el precio de la energía que consume para producirlo y que representa entre un 25% y un 30% del costo de producción del metal. Por esta razón se están desarrollando procesos alternativos que permiten una reducción de la energía necesaria, hasta un 70% menos que con el procedimiento electrolítico.
(Obtenido de la Wikipedia:
Aluminio)
Entradas
