INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE XALAPA
INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
GRUPO 2A
TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES
EME – 1028
PROF....
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 1...
1INTRODUCCIÓN
El aluminio es uno de los elementos más abundantes en la corteza terrestre.
Generalmente se encuentra en for...
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EL ALUMINIO
DEFINICIÓN
El aluminio es un elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Se trata
de un metal no fe...
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CARACTERÍSTICAS
Características físicas
El aluminio es un elemento muy
abundante en la naturaleza, sólo
aventajado por e...
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OBTENCIÓN DEL ALUMINIO
El aluminio no surge en la corteza terrestre como aluminio puro, sino como un
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La solución de Al(OH)4-
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En el mundo
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En México
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USOS DEL ALUMINIO
Electricidad y comunicación
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En el sector aeroespacial es indispensable gracias a su ligereza. Desde que se
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2006, dos de cada tres latas de bebidas (tanto de aluminio como de hojalata) se
reciclaron, lo que sitúa a este envase ...
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CONCLUSIÓN
El aluminio se produce en forma comercial hace tan solo 144 años por lo que es
considerado un metal joven.
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FUENTES BIBLIOGRÁFICAS
E. Tippens, Paul
Física. Conceptos y aplicaciones
Séptima edición
Editorial Mc Graw Hill
México ...
14
CUESTIONARIO
1. ¿Qué es el Aluminio?
El aluminio es un elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Se trata
de...
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6. ¿Cómo se le conoce al aluminio reciclado y cuáles son sus principales
usos?
Se le conoce como aluminio secundario. M...
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  1. 1. INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE XALAPA INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA GRUPO 2A TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES EME – 1028 PROF. ING. ROXANA GONZÁLEZ GUTIÉRREZ TRABAJO – ALUMINIO; OBTENCIÓN Y USOS INTEGRANTES CUELLAR MARTÍNEZ YAEL OSMAR CHÁVEZ BARBOSA MANUEL IVÁN GÓMEZ PÉREZ JULIA ANEL JIMÉNEZ MENDOZA ANDRÉS GIOVANNI JIMÉNEZ TRIANA JAIR PÉREZ SILVA KEVIN MARTÍN
  2. 2. ÍNDICE INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 1 EL ALUMINIO.......................................................................................................... 2 DEFINICIÓN........................................................................................................ 2 CARACTERÍSTICAS ........................................................................................... 3 Características físicas ...................................................................................... 3 Características mecánicas ............................................................................... 3 Características químicas.................................................................................. 3 OBTENCIÓN DEL ALUMINIO................................................................................. 4 PROCESOS DE OBTENCIÓN ............................................................................ 4 Proceso Bayer.................................................................................................. 4 Proceso Hall–Héroult ....................................................................................... 6 PRODUCCIÓN .................................................................................................... 7 En el mundo..................................................................................................... 7 En México ........................................................................................................ 8 USOS DEL ALUMINIO............................................................................................ 9 Electricidad y comunicación............................................................................. 9 Transporte........................................................................................................ 9 Edificación y Construcción ............................................................................. 10 Envases ......................................................................................................... 10 RECICLAJE........................................................................................................... 11 CONCLUSIÓN ...................................................................................................... 12 FUENTES BIBLIOGRÁFICAS............................................................................... 13 CUESTIONARIO................................................................................................... 14
  3. 3. 1INTRODUCCIÓN El aluminio es uno de los elementos más abundantes en la corteza terrestre. Generalmente se encuentra en forma de aluminosilicatos y conforme el pH del suelo disminuye se solubiliza. La toxicidad del aluminio ha sido reconocida como el factor limitante más importante para la producción agrícola en suelos ácidos. El síntoma principal de la toxicidad por aluminio es la inhibición del crecimiento de las raíces. La toxicidad del aluminio ha sido asociada a una reducción de la absorción de varios nutrientes de las plantas. Se ha señalado que produce precipitación de los fosfatos en el interior de la pared celular; ha sido observado que un exceso de aluminio interfiere la división celular en las raíces, así como el proceso de absorción y utilización de algunos iones, en especial el Ca, Mg, y P. La finalidad de este trabajo en particular es conocer los puntos más importantes sobre el aluminio, que es un material fundamental en nuestra formación como ingenieros electromecánicos; además de saber su forma de obtención, dónde están los bancos más grandes de aluminio y los usos que se le da en las industrias. Pero más importante aún, es llegar a responder a la pregunta ¿Cómo podemos reciclar el aluminio?; la cuál será respondida durante el desarrollo de este trabajo de investigación.
  4. 4. 2 EL ALUMINIO DEFINICIÓN 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. El aluminio es el elemento más reactivo de su grupo, y todas sus formas están recubiertas por una delgada capa de óxido de aluminio, que le confiere resistencia frente a la mayoría de los reactivos, siendo ésta una de las características más destacables de este material. Así, el aluminio metálico es resistente a la acción de ácidos minerales diluidos o a soluciones que contengan iones metálicos menos electropositivos que el aluminio, así como también al oxígeno de la atmósfera.
  5. 5. 3 CARACTERÍSTICAS Características físicas El aluminio es un elemento muy abundante en la naturaleza, sólo aventajado por el silicio y el oxígeno. 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 34 y 38 m/(O mm2)) y térmico (80 a 230 W/(m·K)). Características mecánicas Mecánicamente 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 él 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 ulteriores 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.
  6. 6. 4 OBTENCIÓN DEL ALUMINIO El aluminio no surge en la corteza terrestre como aluminio puro, sino como un compuesto, siendo la bauxita el más común. Después del oxígeno (un 47,3%) y el silicio (un 25,8%), el aluminio es, con un 8,1%, el tercer elemento más abundante, a la vez que el metal más común, de la corteza terrestre. Su extracción se realiza en dos fases. El óxido de aluminio se separa de la bauxita mediante el proceso Bayer. A continuación, el óxido de aluminio fundido se someta a electrólisis en horno de fusión para descomponerlo en aluminio y oxígeno. Son necesarios más de 2000 °C para fundir el óxido de aluminio. Hoy en día, la metodología se adapta a la aleación que se desea obtener finalmente. Con la ayuda de aditivos (magnesio, silicio, manganeso, etc.), se preparan distintas aleaciones que posteriormente conforman las propiedades mecánicas del producto final. Por lo tanto, las posibilidades de procesado del cliente pueden establecerse en una fase muy temprana. PROCESOS DE OBTENCIÓN Proceso Bayer La bauxita es la mena de aluminio más importante pero sólo contiene entre un 30 y un 54% de aluminio (expresado como Al2O3), siendo el resto una mezcla de sílice, óxidos de hierro y dióxido de titanio. El aluminio de la bauxita se encuentra normalmente formando hidróxidos o mezclas de hidróxidos y óxidos. En el proceso Bayer, primero se tritura la bauxita y luego se lava con una solución caliente de hidróxido de sodio (sosa), NaOH. La sosa disuelve los minerales de aluminio pero no los otros componentes de la bauxita, que permanecen sólidos. La temperatura de la digestión se escoge en función de la composición de la bauxita. Para disolver el hidróxido de aluminio basta una temperatura de 140ºC pero para la mezcla de hidróxido y óxido hace falta subir hasta unos 240ºC. 2 A continuación se retiran de la solución los sólidos no disueltos, principalmente en un decantador seguido de unos filtros para eliminar los últimos restos. Los sólidos recogidos en el decantador, llamados "lodo rojo", se tratan para recuperar la sosa no reaccionada, que se recicla al proceso.
  7. 7. 5 La solución de Al(OH)4- , ya libre de impurezas, se precipita de forma controlada para formar hidróxido de aluminio puro. Para favorecer la cristalización se opera a baja temperatura y se "siembra" la solución con partículas de hidróxido de aluminio. La solución de sosa libre de aluminio se concentra en unos evaporadores y se recicla al comienzo del proceso. Por último, el hidróxido se calienta a unos 1050°C, en una operación llamada "calcinación", para convertirlo en alúmina, liberando vapor de agua al mismo tiempo. La alúmina obtenida se utiliza principalmente para producir aluminio mediante electrólisis.
  8. 8. 6 Proceso Hall–Héroult En este proceso la alúmina (Al2O3) es disuelta dentro de una cuba electrolítica revestida interiormente de carbón en un baño electrolítico con criolita (Na3AlF6) fundida. La cuba actúa como cátodo, mientras que como los anódos se suelen utilizar unos electrodos de carbón de Soldberg. La alúmina se descompone en aluminio y oxígeno molecular. Como el aluminio líquido es más denso que la criolita se deposita en el fondo de la cuba, de forma que queda protegido de la oxidación a altas temperaturas. El oxígeno se deposita sobre los electrodos de carbón, quemándose y produciendo el CO2. Los parámetros del proceso son los siguientes:  Tensión: 5-6 V.  Densidad de corriente: 1,5-3 A/cm2, lo que supone una corriente de 150 000 amperios.  Los electrodos han de estar siempre a la misma altura, por lo que hay que regularlos ya que se van descomponiendo durante la reacción.  Hay que controlar que la proporción de alúmina sea constante durante el proceso, por lo que habrá que ir vertiendo más según avance el proceso.
  9. 9. 7 PRODUCCIÓN En el mundo Dentro de la producción mundial que fue reportada de 44.1 millones de toneladas de aluminio; los países que más produjeron en 2011 fueron la República Popular de China con 18 millones de toneladas, Rusia con 4 millones y Canadá con 2.97 millones de toneladas de aluminio. México no figura en las primeras 15 posiciones.
  10. 10. 8 En México Alcoa, uno de los productores líderes de aluminio en el mundo, suministra soluciones innovadoras para clientes a través de México. Activos en todas las facetas importantes de la industria del aluminio en Latinoamérica, desde el refino y la fundición hasta la fabricación, reciclado y otras actividades relacionadas. Su extensa red en Sudamérica de producción y comercialización, combinada con sus recursos mundiales, proporciona a los clientes una tecnología de vanguardia, así como soluciones expertas e integradas para una amplia variedad de productos.
  11. 11. 9 USOS DEL ALUMINIO Electricidad y comunicación El aluminio ha ido reemplazando progresivamente al cobre desde la década de los 50 en las líneas de transmisión de alto voltaje y actualmente es una de las formas más económicas de transportar electricidad, además de que puede hacerlo más eficientemente que el cobre (actualmente se usan conductores de aluminio para transmitir electricidad a 700.000 voltios o más). Por otra parte, el aluminio también está presente en las antenas para televisores y satélites. Transporte Durante la última década la utilización de aluminio en la industria automovilística ha aumentado de forma constante y la industria del aluminio está dedicando importantes recursos para aumentar su participación en este sector. Este interés responde a criterios ecológicos, además de económicos. Actualmente, se fabrican en aluminio piezas fundidas (pistones, ruedas, cajas de transmisión, conjuntos de suspensión), radiadores, y estructuras y carrocerías Ya existen algunos coches no sólo deportivos sino berlinas de alta gama (Audi A8) y utilitarios (Audi A4) fabricados totalmente en aluminio. La utilización de este material en la fabricación de vehículos conlleva grandes ventajas medioambientales: la ligereza del material supone una reducción del peso del vehículo de hasta un 30%, lo que se traduce en un ahorro de combustible, ya que el vehículo requiere menor fuerza y potencia para moverse, y por lo tanto genera un menor porcentaje de polución. En términos de reciclabilidad, en América del Norte y Europa más del 98% del aluminio contenido en los automóviles es recuperado y reciclado. Asimismo el sector ferroviario también utiliza el aluminio en sus locomotoras. Como ejemplo: un tren de aluminio aporta un ahorro de energía del 87% a lo largo de los 40 años de vida media, en comparación con otros trenes fabricados con elementos más pesados.
  12. 12. 10 En el sector aeroespacial es indispensable gracias a su ligereza. Desde que se fabricara el primer aeroplano, el aluminio ha formado parte importante en su construcción y ha reemplazado a materiales que se utilizaban en sus inicios como la madera y el acero. De hecho, el primer avión de aluminio se fabricó en la década de 1920 y desde entonces sigue vinculado a este sector gracias a la combinación de su resistencia, ligereza y maleabilidad. Edificación y Construcción En España y otros países mediterráneos, en el sector de la construcción, el uso del aluminio es mayoritario en comparación con otros metales. La demanda ha crecido de manera considerable a lo largo de los últimos 50 años y actualmente es utilizado en estructuras de ventanas y puertas y en otras estructuras como cubiertas para grandes superficies y estadios como el de Francia en París y el nuevo parlamento europeo en Bruselas. Por otra parte, cada vez más, diseñadores, arquitectos y artistas utilizan el aluminio con fines ornamentales y decorativos como por ejemplo Dumia, una cúpula realizada enteramente de aluminio y que mide más de cinco metros de altura y 12 de diámetro, situada en la plaza Real de Torino, o la Torre de Comunicaciones de Shanghai. Envases En este sector, las aplicaciones son múltiples y abarcan desde la fabricación de latas, el papel de envolver, la capa intermedia de envases de cartón (tetra brick) hasta láminas para cerrar yogures, medicamentos, etc. En cuanto a la utilización de latas de aluminio cabe destacar sus ventajas en comparación con otros envases: protegen el contenido durante largos periodos ante la entrada de oxígeno y contra la luz, son muy ligeras, permiten enfriar las bebidas rápidamente, son difíciles de romper, presentan una gran comodidad de manejo y ocupan muy poco espacio. Y lo más importante: son 100% reciclables. Las latas de aluminio necesitan el 40% menos del metal que las latas que se fabricaban hace 25 años y menos energía y materia prima. En España, durante el
  13. 13. 11 2006, dos de cada tres latas de bebidas (tanto de aluminio como de hojalata) se reciclaron, lo que sitúa a este envase en primer lugar. Los sistemas de recogida selectiva y de devolución son utilizados cada vez más por la sociedad, consciente de la importancia que tiene un pequeño gesto, como el de tirar la lata a su contenedor correspondiente, ya que supone un beneficio para el medio ambiente. RECICLAJE El reciclado de un material es la única alternativa que existe para dañar lo menos posible el medio ambiente y no vernos rodeados de montones de chatarra y residuos. El aluminio es 100% reciclable sin merma de sus cualidades físicas, y su recuperación por medio del reciclaje se ha convertido en una faceta importante de la industria del aluminio. El proceso de reciclaje del aluminio necesita poca energía. El proceso de refundido requiere sólo un 5% de la energía necesaria para producir el metal primario inicial. El reciclaje del aluminio fue una actividad de bajo perfil hasta finales de los años sesenta, cuando el uso creciente del aluminio para la fabricación de latas de refrescos trajo el tema al conocimiento de la opinión pública. En Europa, el aluminio disfruta de tasas de reciclado altas que oscilan entre el 42% de las latas de bebidas y el 85% de la construcción y el 95% del transporte.[32] Al aluminio reciclado se le conoce como aluminio secundario, pero mantiene las mismas propiedades que el aluminio primario. El aluminio secundario se produce en muchos formatos y se emplea en un 80% para aleaciones de inyección. Otra aplicación importante es para la extrusión. Además de ser más baratos, los secundarios son tan buenos como los primarios. También tienen las certificaciones ISO 9000 e ISO 14000. La fundición de aluminio secundario implica su producción a partir de productos usados de dicho metal, los que son procesados para recuperar metales por pretratamiento, fundición y refinado.
  14. 14. 12 CONCLUSIÓN El aluminio se produce en forma comercial hace tan solo 144 años por lo que es considerado un metal joven. A pesar de que el hombre ha utilizado el bronce, el hierro y el estaño por miles de años, el aluminio es considerado ya el metal el siglo XXI. Esto se debe a que actualmente es el metal más importante de los no ferrosos a lo cual se suman sus características de: bajo peso específico, resistencia a la corrosión, alta conductividad térmica y eléctrica así como su alta resistencia mecánica. Además de que es el elemento más abundante en la corteza terrestre después del silicio y al ser aleado con otros metales adquiere una gama de aplicaciones dónde el único límite es la inventiva del hombre. Su producción actual de 29 millones de toneladas (incluyendo el obtenido del reciclaje) es muy superior a la producción anual del bronce (11.5 millones de toneladas), del hierro (5.4 millones de toneladas) y del estaño (0.2 millones de toneladas). Esto es un factor que nos indica la importancia que está adquiriendo. El aluminio va ganando terreno en la aplicación dentro de la industria, siendo muy valioso por no pesar tanto y ser fácil de reciclar. En nuestro país no se tiene una gran producción, la cual sumada con toda América latina no alcanza ni la mitad de la producida por Estados Unidos y Canadá. Por estas razones y por su característica de ser 100% reciclable sin perder sus propiedades hacen al aluminio un metal ideal para múltiples aplicaciones ya conocidas y otras más que el mundo aún no ha descubierto.
  15. 15. 13 FUENTES BIBLIOGRÁFICAS E. Tippens, Paul Física. Conceptos y aplicaciones Séptima edición Editorial Mc Graw Hill México 2011. F. Smith William & Hashemi Javad Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de los Materiales Cuarta edición Editorial Mc Graw Hill México 2006. R. Askeland, Donald Ciencia e Ingeniería de los Materiales Tercera edición International Thomsom Editores Estados Unidos 1998. Villarmet Framery, Christine Química II Cuarta edición Editorial BookMart México 2011. http://www.inforeciclaje.com/reciclaje-aluminio.php, Consultado el lunes 06 de Abril de 2015. http://aluminio.org/?p=821, Consultado el lunes 06 de Abril de 2015. http://html.rincondelvago.com/aluminio_1.html, Consultado el domingo 05 de Abril de 2015. http://quimica.laguia2000.com/quimica-inorganica/obtencion-del-aluminio, Consultado el domingo 05 de Abril de 2015. http://www.educ.ar/dinamico/UnidadHtml__get__a2884513-1b60-4cbb-9b13- 144dc5e6685f/15048-edi/data/2b088488-c851-11e0-823e- e7f760fda940/index.htm, Consultado el sábado 04 de Abril de 2015.
  16. 16. 14 CUESTIONARIO 1. ¿Qué es el Aluminio? 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. 2. ¿Cómo de obtiene el Aluminio? Su extracción se realiza en dos fases. El óxido de aluminio se separa de la bauxita mediante el proceso Bayer. A continuación, el óxido de aluminio fundido se someta a electrólisis en horno de fusión para descomponerlo en aluminio y oxígeno. 3. Sintetiza las fases del proceso de Bayer. Se tritura la bauxita y se lava con sosa, la cual disuelve los minerales de aluminio. Se retiran de la solución los sólidos no disueltos con un decantador y unos filtros; éstos sólidos se llaman lodo rojo y se trata para recuperar la sosa no reaccionada y reciclarla. Se precipita la solución de hidróxido de aluminio anión de forma controlada y con baja temperatura para obtener hidróxido de aluminio puro. Se pasa a la fase de calcinación a 1050°C para convertirlo en alúmina. 4. Sintetiza las fases del proceso de Hall-Héroult. La alúmina es disuelta dentro de una cuba electrolítica revestida interiormente de carbón (cátodo) en un baño electrolítico con criolita fundida, junto con un electrodo de carbón (ánodo). La alúmina se descompone en aluminio y oxígeno molecular, éste es más denso que la criolita por lo que se va al fondo de la cuba, el oxígeno se deposita en los electrodos de carbón, quemándolo y produciendo dióxido de carbono. 5. ¿Cuáles son los principales usos del aluminio? El aluminio se utiliza en redes de electricidad y comunicación, ya que es una forma económica de transportar electricidad. En transporte ya que la industria automovilística ve en este material calidad, además de contribuir a reducir los costos. También se utiliza en la construcción por ser un material resistente y en la industria en la creación de envases ya que es un material reciclable.
  17. 17. 15 6. ¿Cómo se le conoce al aluminio reciclado y cuáles son sus principales usos? Se le conoce como aluminio secundario. Mantiene las mismas propiedades que el aluminio primario. Se emplea en un 80% para aleaciones de inyección. Otra aplicación importante es para la extrusión. Además de ser más baratos, los secundarios son tan buenos como los primarios

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