Aluminio: Propiedades, Limitaciones y Procesos de Producción (Bayer y Hall-Heroult)

Aleaciones Férreas y Metales No Férreos

El acero y otras aleaciones férreas son las más consumidas debido a la gran variedad de propiedades que presentan, a la facilidad en su producción y al bajo costo de fabricación.

Por estos motivos, se han desarrollado muchos tipos de aleaciones que abarcan una enorme gama de propiedades tanto físicas como químicas, principalmente de resistencia a ambientes muy agresivos.

Inconvenientes de las Aleaciones Férreas

Sin embargo, los principales inconvenientes de estas aleaciones son:

1. Densidad relativamente alta.
2. Conductividad eléctrica comparativamente baja.
3. Susceptibilidad a la corrosión en medios comunes.

Clasificación de Metales No Férreos

Los metales no férreos se clasifican generalmente por su densidad:

• Pesados: Cobre, Plomo, Cinc, Cromo, Wolframio, Estaño, Níquel, Mercurio, Latón, Bronce.
• Ligeros: Aluminio, Titanio.
• Ultraligeros: Magnesio.

El Aluminio: Propiedades y Aplicaciones en Ingeniería

El aluminio posee una combinación de propiedades que lo convierten en un material extremadamente útil en ingeniería.

Ventajas del Aluminio

• Baja densidad (2,7 g/cm³).
• Alta conductividad eléctrica y térmica.
• Puede ser fácilmente conformado por los procesos de laminación, extrusión, forja y embutido.
• Debido a su elevada proporción resistencia-peso, es muy útil para construir aviones, vagones ferroviarios y automóviles.
• Resistencia a la corrosión en la mayoría de los entornos naturales, debido a la película de óxido que se forma en su superficie.

Propiedades Adicionales y Usos Específicos

1. Es un metal muy electropositivo y muy reactivo. Al contacto con el aire, se cubre rápidamente con una capa dura y transparente de óxido de aluminio que resiste la acción corrosiva. Por esta razón, los materiales hechos de aluminio “no se oxidan”.
2. El aluminio puro se lamina fácilmente hasta hojas muy delgadas, se puede estampar y prensar. La resistencia y dureza del aluminio se pueden elevar por deformación en frío.
3. Baja densidad y no es tóxico. Facilita el transporte de productos manufacturados y puede ser empleado para empaquetar y contener alimentos.
4. Su conductividad eléctrica, facilidad de fabricación y apariencia son características atractivas. Además, no es magnético.

Limitaciones del Aluminio

• Relativamente bajo módulo de elasticidad (aproximadamente 1/3 del acero y 1/2 del cobre).
• Es preferiblemente atacado cuando se une con la mayoría de otros metales en medios corrosivos (corrosión galvánica).
• Resistencia a la fatiga relativamente baja.
• Capacidad limitada a alta temperatura.

Aplicaciones Comunes de las Aleaciones de Aluminio

• Partes estructurales de los aviones y aeronaves.
• Latas para bebidas refrescantes.
• Partes de la carrocería de los autobuses y de los automóviles (culatas, pistones y colectores de escape).

Procesos de Obtención del Aluminio

Para la obtención del aluminio, se requieren los siguientes procesos:

1. La obtención de Alúmina a partir de la Bauxita (Proceso Bayer).
2. La Electrólisis del óxido para obtener el Aluminio (Proceso Hall-Heroult).

El Proceso Bayer

El Proceso Bayer, desarrollado por el científico austriaco Karl Joseph Bayer en 1880, consiste en la digestión de la Bauxita previamente molida, utilizando hidróxido de sodio, para luego retirarle las impurezas (arena y lodo). Una vez cristalizado el hidróxido de aluminio, presecado y luego calcinado, se obtiene la Alúmina grado metalúrgico.

El Proceso Hall-Heroult

La obtención del metal tiene lugar por la electrólisis de la Alúmina disuelta en Criolita fundida, según el Principio de Hall-Heroult. Este proceso consiste en retirar el oxígeno, bajo los efectos de una corriente eléctrica directa suministrada por una fuente externa. Al fluir la corriente eléctrica, el oxígeno de la alúmina se une con el carbón y se libera en forma de dióxido de carbono (CO₂), mientras que el aluminio precipita en forma líquida.