Todo sobre el aluminio

El primer encuentro de la humanidad con el aluminio fue desagradable, según lo relata el historiador Plinio el Viejo:

Una vez un artesano romano presentó un extraño regalo al emperador Tiberio César (42 a.C. – 37 d.C.). Se trataba de un tazón brillante como la plata pero extremadamente ligero. El artesano reveló que sabía cómo obtener este inédito metal a partir del barro. Tiberio no era muy conocido por ser agradecido, y como gobernante no fue un gran visionario. Asustado de que el nuevo metal y sus maravillosas propiedades devaluaran el tesoro imperial de oro y plata, mandó cortar la cabeza del artesano y destruyó su taller para que nadie pudiera ser enseñado a producir este “peligroso” metal.

Pasaron más de 1,500 años para que el hombre se topara con él nuevamente.

Cuando el aluminio valía más que el oro

Este “peligroso” metal es tan común actualmente que es difícil imaginar que tenerlo fue alguna vez un privilegio reservado para la realeza. Los siguientes detalles revelan interesante información sobre la historia de este “humilde” elemento:

• En el siglo XVI el físico alemán Philippus Aurelius Theophrastus Paracelsus Bombastus von Hohenheim (sí, ese era su nombre), planteó que el alumbre era una sal que contenía un óxido de un “metal desconocido” al que se llamó alúmina.
• Los primeros usos de este metal vinieron con el alumbre. Esta sal que contiene aluminio era utilizada para fijar los colores al teñir telas y también como astringente en medicina.
• Recibió su nombre en 1809 gracias a Sir Humphrey Davy aunque todavía no se había obtenido una muestra física del elemento. La pronunciación aluminium se volvió más común después.
• Obtenerlo era tan costoso que un tiempo su precio fue superior al del oro. Llegó a costar hasta US$500 por libra (0.45 kilogramos).
• La primera presentación pública del material fue durante la Exposición Universal de 1885. Se exhibieron unas barras de aluminio junto a las joyas de la corona francesa usando el apelativo “la plata del barro” para describir el metal. Se cuenta que la noche anterior Napoleón III había ofrecido una cena, en la cual a sus invitados más honorables se les sirvió en una vajilla del preciado elemento, mientras que al resto en una hecha de oro.
• El proceso Bayer, que actualmente se usa para separar el aluminio de la bauxita fue desarrollado en 1889 por Karl Bayer.
• El primer satélite artificial lanzado en 1957 consistía en dos medias esferas de aluminio unidas, y desde entonces todos los vehículos espaciales se han fabricado con este metal.
• 1 billón de toneladas de este material se han producido desde 1886 y actualmente tres cuartas partes de esa cantidad todavía se están usando.

Características del aluminio

Pero ¿qué es el aluminio? Es un elemento químico encontrado (no en forma pura) en la corteza terrestre. Es el tercero más abundante después del oxígeno y el sílice, en un porcentaje de %8.07. Ocupa el lugar 13 en la tabla periódica de los elementos químicos. Lo que indica que su átomo posee 13 protones en su núcleo rodeado de 13 electrones.

Algunas de las características físicas y químicas de este elemento son:

• Densidad: 2700 kg/m³ (2.7 veces la densidad del agua)
• Peso atómico: 26,9815 u
• Punto de fusión: 660 °C
• Punto de ebullición: 2450 °C
• Apariencia: brillante en estado puro
• Color: Gris blanquecino
• Conductividad eléctrica: 37,7 × 106 S/m
• Conductividad térmica: 237 W/(K·m)
• Posee una capa de óxido de aluminio que forma en su superficie al reaccionar con el oxígeno de la atmósfera, lo que lo protege de la corrosión.
• Es anfótero, esto significa que puede disolverse en ácidos y bases.
• Muy maleable, se le puede producir en capas muy delgadas.
• Dúctil

Aunque se encuentra presente en plantas y animales, la bauxita es la roca que más abundantemente posee este elemento. Este mineral recibe su nombre de la localidad francesa de Les Baux, donde fue extraída por primera vez en 1821. Se obtiene transformándolo primero en alúmina mediante el Proceso Bayer y luego se purifica mediante electrólisis con el método conocido como Hall–Héroult.

Producción del aluminio

El proceso Bayer: primer paso para obtener aluminio El Proceso Bayer es una transformación termoquímica. Es el medio más económico de obtener alúmina a partir de la bauxita. Fue inventado por el científico australiano Karl Josef Bayer en 1887. Se requieren cuatro toneladas de bauxita para producir una tonelada de aluminio. El proceso Bayer consta de los siguientes pasos.

1. Se transporta el mineral de la mina a la refinería.
2. Se tritura y lava la bauxita para incrementar su área de superficie.
3. Se disuelven los minerales que contienen aluminio usando una solución de soda cáustica caliente (NaOH).
4. Los residuos sin disolver se remueven del líquido fértil generado.
5. Se recupera la alúmina mediante cristalización.
6. Se calienta y enfría el líquido fértil restante para recuperar la solución de NaOH, que se usa nuevamente.
7. La alúmina obtenida se calienta a 1,100°C para deshidratarla completamente y producir alúmina sólida.
8. Se envía la alúmina a las plantas de fundición.

Proceso de fundición Hall-Héroult El Proceso Hall-Héroult es el principal método industrial para la obtención de este metal. Involucra pasar una gran corriente eléctrica a través de una mezcla fundida de criolita, alúmina y fluoruro de aluminio para obtener el elemento en estado líquido. Los pasos del proceso son:

1. El proceso de reducción electroquímica tiene lugar en una celda o crisol. Se conectan en serie filas de crisoles dentro de una línea de fundición.
2. La solución o “baño” electrolítico hecho de criolita derretida y fluoruro de aluminio se mantiene a una temperatura de entre 960°C y 980°C.
3. Se introduce la alúmina al crisol inyectándola directamente dentro de la solución.
4. Se hace pasar una corriente eléctrica de 600kA a través del baño. Este proceso de reducción requiere una gran cantidad de energía generada en estaciones de poder.
5. El electrodo positivo de la celda está formado por grandes bloques de carbón que conducen la electricidad y reaccionan con el oxígeno de la alúmina (óxido de aluminio) produciendo así aluminio líquido.
6. El revestimiento de carbón de la celda o crisol actúa como el electrodo negativo. La corriente eléctrica pasa de los ánodos de carbón a través del baño hasta el revestimiento de carbón del crisol que actúa como cátodo.
7. El aluminio líquido es depositado en el fondo del crisol y luego extraído para usarse en diferentes procesos de fundición y formación de aleaciones y materiales.

De alimentos enlatados a vehículos espaciales

“Denme 30,000 toneladas de aluminio, y ganaré la guerra” Escrito por Joseph Stalin a F. Roosevelt en 1941

Para la década de 1890 el precio del material había disminuido permitiendo su uso en joyería, instrumentos ópticos y artículos cotidianos. En 1931 aparecieron los primeros vagones hechos con este material. Su alta resistencia a la corrosión lo hizo popular en la fabricación de botes en esa misma década. Además de empezar a usarse para la construcción en interiores y exteriores, así como para la fabricación de vehículos y aviones militares. Durante la segunda guerra mundial se excedió por primera vez la cifra de un millón de toneladas de aluminio producido. En esa época Inglaterra lanzó una exitosa campaña de reciclaje, animando a las personas a entregar el material existente en sus hogares para la fabricación de aviones militares. Para mediados del siglo XX ya se había convertido en parte de la vida cotidiana. Las latas de aluminio comenzaron a usarse en el sector alimentario a partir de 1950. Su ligereza lo hizo propicio para la fabricación de los vagones para trenes ligeros en la década de 1970. Y esa característica es la que ha potenciado enormemente su uso en la industria automovilística.

Por ejemplo, en 1940 el auto de pasajeros promedio tenía en total de 40 a 80 kilogramos de aluminio. Para el 2012 el promedio era entre 120 y 150 kilogramos por auto. Y para el 2025, se calcula que el auto promedio contendrá 250 kilogramos. Cuando la compañía Audi decidió producir su modelo A8 con aluminio en lugar de acero, redujo 239 kilogramos del peso total del vehículo. Eso significa más eficiencia en motor y combustible. Algunos estudios revelan ahorros en el peso de los autos fabricados con este metal que van del 50% al 100%.

El aluminio está por todas partes de forma casi imperceptible. Muchos aparatos electrónicos cuentan con un cuerpo fabricado en este material. Desde 2008, los ingenieros de Apple han fabricado con una sola pieza de aluminio los cuerpos de sus MacBooks, iPads y iPhones, tecnología llamada “unibody”.

Debido a que es un excelente conductor de calor (2.5 veces más que el acero) este material es ideal para utensilios de cocina. La legendaria cafetera italiana Bialetti, se ha fabricado con aluminio desde su creación en 1933. La fuerza, su gran resistencia a la tensión y la ligereza de este elemento lo han hecho ideal para la industria aeroespacial. Los aviones modernos se componen de este material de un 75% a un 80%. El escritor Julio Verne fue el primero en entender el potencial de este componente. Su novela Viaje a la Lunapublicada en 1903 describe detalladamente un cohete espacial hecho de aluminio. La Estación Espacial Internacional fue fabricada en su mayoría con la aleación de Aluminio 2219-T6. Y el cuerpo y ruedas del vehículo de exploración Curiosity enviado a Marte, fueron fabricados de este elemento.

“La NASA no podría haber llegado a Marte sin el aluminio” Dr. John Grotzinger, Científico en Jefe  de la Misión Mars Rover

Este metal se encuentra entretejido en la sociedad moderna. Según la World Aluminium Organization, los usos más generalizados actualmente son:

1. Construcción
2. Cables eléctricos y maquinaria
3. Transporte

La gráfica siguiente muestra los porcentajes de su uso en cada sector de acuerdo a datos de la organización.

El “Efecto Aluminio”

La modernidad que está redefiniendo a las sociedades se refleja en la elección de los productos que más se consumen actualmente. La preferencia por artículos producidos con bajas emisiones de carbón, innovación en las tecnologías de la información y los nuevos modelos de negocio entre otros, son parte de este cambio. El metal objeto de este artículo está jugando un papel importante en esta transformación. A esto se le ha llamado el “Efecto Aluminio”. Se debe a su versatilidad y atractivas propiedades. Este metal se ha convertido en el segundo más utilizado en el mundo. Y nadie puede negar su presencia casi universal. El manejo del aluminio requiere de manos experimentadas en todas sus etapas. En Elementos de Apoyo, contamos conun grupo de expertos que aseguran la calidad de nuestros productos fabricados con el mejor aluminio.