trabajo aluminio
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Ciencia de Materiales
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Celia Gutiérrez
Ruth Jubera
Marta Alesón
ALUMINIO Y ALEACIONES
INDICE
● ¿Qué es?
● Historia
● Extracción
● Características
● Aleaciones
● Aleantes
● Aplicaciones
● Reciclado
● Datos de Producción y Consumo
¿Qué es?
El aluminio es un metal no ferromagnético. Es el tercer elemento más común encontrado
en la corteza terrestre, y uno de los más caros en obtener. 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.
Como 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 (2700 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 XX el
metal que más se utiliza después del acero.
El principal inconveniente para su obtención reside en la elevada cantidad de energía
eléctrica que requiere su producción. Este problema se compensa por su bajo coste de
reciclado, su extendida vida útil y la estabilidad de su precio.
Historia
El aluminio se utilizaba en la antigüedad clásica en tintorería y medicina bajo la forma de
una sal doble, conocida como alumbre y que se sigue usando hoy en día.
En el siglo XIX, con el desarrollo de la física y la química, se identificó el elemento. Su
nombre inicial, aluminum, fue propuesto por el británico Sir Humphrey Davy en 1809.
A medida que se sistematizaban los nombres de los distintos elementos, se cambió por
coherencia a la formaaluminium,
La extracción del aluminio a partir de las rocas que lo contenían se reveló como una tarea
ardua. Durante el siglo XIX, la producción era tan costosa que el aluminio llegó a
considerarse un material exótico, de precio desorbitado, y tan preciado o más que la plata
o el oro. Durante la Exposición Universal de 1855 se expusieron unas barras de aluminio
junto a las joyas de la corona de Francia.
Diversas circunstancias condujeron a un perfeccionamiento de las técnicas de extracción y
un consiguiente aumento de la producción. La primera de todas fue la invención de
la dinamo en 1866, que permitía generar la cantidad de electricidad necesaria para realizar
el proceso de extracción.
En el año 1889, Karl Bayer patentó un procedimiento para extraer la alúmina u óxido de
aluminio a partir de la bauxita, la roca natural.
Poco antes, en 1886, el francés Paul Héroult y el norteamericano Charles Martin
Hall habían patentado de forma independiente y con poca diferencia de fechas un proceso
de extracción, conocido hoy como proceso Hall-Héroult. Con estas nuevas técnicas se
incrementó vertiginosamente la producción de aluminio.
La abundancia conseguida produjo una caída del precio y que perdiese la vitola de metal
preciado para convertirse en metal común. Ya en 1895 abundaba lo suficiente como para
ser empleado en la construcción, como es el caso de la cúpula del edificio de la secretaría
de Sídney, donde se utilizó este metal.
Hoy en día las líneas generales del proceso de extracción se mantienen, aunque se recicla
de manera general desde 1960, por motivos medioambientales pero también económicos,
ya que la recuperación del metal a partir de la chatarra cuesta un 5 % de la energía de
extracción a partir de la roca.
Extracción
La obtención del aluminio se realiza en dos fases:
1. Separación de la alúmina (Al2O3) de las bauxitas por el
procedimiento Mayer, que comprende las siguientes
operaciones:
Se calientan las bauxitas para deshidratarlas, una vez
molidas; se atacan a continuación con lejía de sosa en
caliente y a presión para formar aluminato sódico
(Na2O.Al2O3), que se separa del resto de los
componentes de la bauxita.
Después, bajo la influencia de una pequeña cantidad de
alúmina que inicia la reacción, se hidroliza el aluminato de
sodio, quedando alúmina hidratada e hidróxido de sodio.
Finalmente, se calcina la alúmina hidratada a 1.200ºC, con
lo que queda preparada para la fase siguiente.
2. Reducción de la alúmina disuelta en un baño de criolita (Fna, F3AI), y con cierta
cantidad de fundente, por electrolisis con electrodos de carbón.
Para obtener una tonelada de aluminio son necesarias 4 Tm. de bauxita, 80 kgs. de
criolita, 600 kgs. de electrodos de carbón y 22.000kw-hora. La metalurgia de aluminio es,
por tanto, esencialmente electrolítica.
Estas son las principales minas de Bauxita. Actualmente las principales minas están
ubicadas en el Caribe, Australia, Brasil y África.
Características
Características físicas
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 blanco 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: 2-4) y maleable. En estado puro tiene un límite de
resistencia en tracción de 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 él operaciones
de fundición y forja, así como la extrusión del material. También de esta forma se utiliza
como soldadura.
Características químicas
Reacciona con el oxígeno de la atmósfera formando con rapidez una fina capa gris mate
de alúmina Al2O3, que recubre el material, aislándolo de 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. Reacciona con facilidad con el ácido clorhídrico y el hidróxido sódico.
Aleaciones
Las aleaciones de aluminio son materiales obtenidas a partir de aluminio y otros elementos.
Forman parte de las llamadas aleaciones ligeras, con una densidad mucho menor que
los aceros, pero no tan resistentes a la corrosión como el aluminio puro, que forma en su
superficie una capa de óxido de aluminio (alúmina). Las aleaciones de aluminio tienen
como principal objetivo mejorar la dureza y resistencia del aluminio, que es en estado puro
un metal muy blando.
La corrosión galvánica se produce rápidamente en las aleaciones de aluminio cuando
entran en contacto eléctrico con acero inoxidable u otras aleaciones con
mayor electronegatividad en un ambiente húmedo, por lo que si se usan conjuntamente
deben ser adecuadamente aisladas.
Aleantes
Los principales elementos de aleación del aluminio son los siguientes y se enumeran las
ventajas que proporcionan.
Cromo (Cr) Aumenta la resistencia mecánica cuando está combinado con otros
elementos Cu, Mn, Mg.
Cobre (Cu) Incrementa las propiedades mecánicas pero reduce la resistencia a la
corrosión.
Hierro (Fe) Aumenta la resistencia mecánica.
Magnesio (Mg) Tiene una gran resistencia tras el conformado en frío.
Manganeso (Mn) Incrementa las propiedades mecánicas y reduce la calidad de
embutición.
Silicio (Si) Combinado con magnesio (Mg), tiene mayor resistencia mecánica.
Titanio (Ti) Aumenta la resistencia mecánica.
Zinc (Zn) Aumenta la resistencia a la corrosión.
Escandio (Sc) Mejora la soldadura
Las aleaciones de aluminio se dividen en dos grandes grupos, las que no reciben
tratamiento térmico y las que reciben tratamiento térmico.
Aplicaciones
Aplicaciones Aluminio
El aluminio tiene multitud de aplicaciones: su bajo peso específico lo hace útil para la
fabricación de aleaciones ligeras, extensamente empleadas en construcciones
aeronáuticas y en general, cada vez más en los vehículos de transporte (automotores,
TALGO, automóviles,...). Su elevada conductividad eléctrica lo hace útil para la fabricación
de conductores eléctricos de aluminio técnicamente puro o en forma de cables armados
con acero galvanizado.
Su elevada conductividad calorífica e inalterabilidad lo hacen útil para la fabricación de
utensilios de cocina y, en general, para aparatos de intercambio de calor. Su maleabilidad
lo hace útil para la fabricación de papel de aluminio, en lo que se emplea actualmente un
10% de su producción total.
Su resistencia a la corrosión lo hace útil para fabricación de depósitos para ácido acético,
cerveza,... También se emplea en forma de chapas para cubiertas de edificios. Y reducido
a polvo para la fabricación de purpurinas y pinturas resistentes a la corrosión atmosférica.
Sus propiedades reductoras lo hacen útil para la desoxidación del hierro y de otros
metales, y para las soldaduras aluminio-térmicas.
Aplicaciones de las aleaciones
Las aleaciones de aluminio tienen cada día una mayor aplicación, utilizándose
extensamente para la fabricación de piezas que deben ser resistentes y al mismo tiempo
ligeras para las construcciones aeronáuticas, vagones de ferrocarriles de trenes
articulados modernos,... También se emplean para la fabricación de culatas, cráteres, y
émbolos de motores de explosión.
En la edificación se emplean las aleaciones de aluminio para la construcción de puertas y
ventanas, molduras,...
En las construcciones navales se emplean ampliamente determinadas aleaciones de
aluminio por su resistencia a la corrosión marina.
Reciclado
El reciclado del aluminio es un proceso complejo, en el que intervienen diversos factores.
Tanto sus canales de recuperación como sus aplicaciones y mercados presentan múltiples
posibilidades. El papel del recuperador se convierte en fundamental ya que se encuentra
en el centro del “ciclo” y colabora en forma decisiva para darle el mejor uso posible a un
material que puede ser reciclado prácticamente en un 100%
El aluminio usado llega principalmente por dos canales: de los desechos del consumo ya
sea doméstico o industrial (por ejemplo, cables eléctricos, planchas litográficas, latas de
bebidas, otros envases y embalajes, desguace de vehículos, derribos, etc.) y de los
recortes y virutas que se producen durante la fabricación de productos de aluminio. Por lo
tanto, para los recuperadores mayoristas, pueden haber diferentes tipos de proveedores:
la industria en general, fábricas, pequeños talleres, plantas de selección, minoristas o
mayoristas, poniéndose de manifiesto una creciente internacionalización de este sector.
Existen muchos tipos de aluminio distintos que se comercializa en el mercado de la
recuperación, pero se pueden agrupar básicamente en cuatro: los productos
laminados (planchas de construcción, planchas de imprentas, papel de aluminio, partes de
carrocerías de vehículos…), los extrusionados (perfiles para ventanas, piezas para
vehículos…), los aluminios moldeados ya sea por gravedad o por inyección (piezas para
motores, manubrios de las puertas, etc.) los trefilados para la fabricación de cables y otros
usos.
La industria también clasifica el aluminio en primario, cuando se extrae de su mineral
bauxita, y de segunda fusión, cuando su materia prima básica son las chatarras y recortes
de aluminio provenientes de aluminio ya usado y de recortes de fabricación.
Se utiliza aquí el término “chatarra” en sentido amplio, como desechos de productos
metálicos ya utilizados, conscientes de que el sector recuperador aplica principalmente
este término a los desechos de productos de hierro y acero.
Datos de producción y consumo
A la hora de comercializar con el aluminio, hay que tener en cuenta los factores que
influyen en su precio. A priori, el más cotizado será siempre el material más puro, como es
el caso del aluminio cable, que contiene un 99,7% de pureza, por lo que se puede destinar
para cualquier otro uso. Es decir, cuanto más puro es el material, más salidas puede
obtener. El precio está condicionado, además, por los diferentes materiales aleados que
contiene la chatarra. También una parte del aluminio recuperado, en efecto, puede tener
revestimientos, lacados, etc., con lo que su precio es más bajo por el efecto de las mermas
y por los sofisticados sistemas de filtrado de humos que encarecen el reciclado. También
hay que tener en cuenta que el aluminio está sujeto a la cotización de la Bolsa de Metales
de Londres o LME y del dólar diariamente.
Este hecho condiciona también el proceso del reciclaje, ya que cuando los precios caen se
recupera menos material. En cualquier caso, gracias a que cotiza en Bolsa (LME), el del
aluminio es un mercado abierto, por lo que los precios son los mismos en cualquier parte
del mundo. Eso sí, la ley de la oferta y la demanda, como en cualquier otro sector, es la
que dicta las pautas en cada momento.
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