Obtencion del aluminio desde cero

1. Aluminio
o INTEGRANTES:
• Suárez Eric
• Pajón Ingrid
• Moyano Mauricio
• Maturano Enzo

2. Antecedentes Históricos

3. Aluminio
Elemento metálico más abundante en el
mundo.
Constituye el 8% de la corteza terrestre.
Se presenta en varias formas químicas
en la mayoría de las rocas y suelos, en la
vegetación y se encuentra de forma
natural en las corrientes de agua y en las
partículas de polvo del aire.

4. El aluminio no se encuentra puro en la naturaleza, se
presenta combinado con otros elementos en forma de
compuestos o minerales, de los cuales los más importantes
son las bauxitas.
Las cuales están formadas por:
• Alúmina (Al2O3) 62-65%
• Hasta un 28% de óxido de hierro (Fe2O3)
• Agua de hidratación (H2O) 12-30%
• Hasta un 8% de sílice (SiO2).

5. Propiedades
físicas
• Color: Es un metal blanco, con una alta reflectividad
(Brillante) de la luz y el calor.
• Masa Atómica: 26.98 g/mol.
• Estado de oxidación: 3+
• Densidad: 2.7 g/ml.
• Punto de ebullición: 2450 ºC.
• Punto de fusión: 660 ºC.
• Conductividad térmica: Alta conductividad
térmica, de 80 a 230 W/ m.K.
• Conductividad eléctrica: Es buena, se encuentra
entre los 34 y 38 m/Ω mm2 .
• Estructura cristalina: cúbica centrada en las caras
(FCC).
• Resistente a la corrosión debido a la formación de
una capa de Óxido de Aluminio.

6. Propiedades
mecánicas
• Débil resistencia mecánica
• Gran ductilidad y maleabilidad, que
permite forjarlo, trefilarlo en hilos
delgadísimos y laminarlo hasta de un
espesor de 0,0004 mm (0,4 micras).
• A la temperatura de 500ºC se vuelve
frágil y se puede pulverizar fácilmente.

7. Propiedades Químicas
• Al igual que otros metales pulverizados, el polvo de aluminio arde con flama para dar una nube
de polvo de oxido de aluminio:
4 Al(s) + 3 O2 (g) --> 2 Al2O3 (s)
• El aluminio arde de forma muy exotérmica con los halógenos, como el dicloro, por ejemplo:
2 Al(s) + 2 Cl2(g) --> 2 AlCl3 (s)
• Reacciona tanto con ácidos como con bases:
2 Al (s) + 6 H+ (ac) --> 2 Al+3 (ac) + 3 H2 (g)
2 Al (s) + 2 OH- (ac) + 6 H2O (l) --> 2 [ Al(OH)4 ]- (ac) + 3 H2 (g)

8. OBTENCIÓN DEL
MINERAL

9. LA BAUXITA
• El aluminio no aparece en la naturaleza en
forma de metal, sino en forma de óxido, el
cual se encuentra mayoritariamente en la
bauxita.
• Este mineral está muy extendido por la
corteza terrestre, casi un 8% es bauxita.
• Roca sedimentaria blanda y ligera,
principal fuente de extracción de Al.
• Su color puede variar según la
cantidad de óxido de hierro en su
composición.
• Compuesta en su mayoría por alúmina
y, en menores proporciones óxido de
hierro y sílice
• Se origina por la alteración de rocas
cristalinas ricas en silicatos o bien a
partir de los residuos de rocas.

10. Se forma en
los trópicos,
climas cálidos
y húmedos
Las reservas
mundiales de
bauxita se
elevan a unos
140 mil
millones de
toneladas.

11. Secuencia de operación en mina
• El proceso de obtención de la bauxita se inicia con la explotación por métodos convencionales
de las minas a cielo abierto
• 1) Remoción de la capa vegetal
• 2) Escarificado
• 3) Carga sin voladura con palas hidráulicas
• 4) Triturado del mineral estación de trituración (capacidad nominal 1.600 t/h).

12. PROCESO
DE OBTENCIÓN DE
ALUMINIO

13. Proceso Bayer
1889 Karl J. Bayer
Materia Prima: Bauxita
Producto: Alúmina
Bauxita
Gibbsita
Bohemita
Baja Temp
Americano
Alta Temp
Europeo

14. Etapas
principales
1
• Trituración
2
• Disolución de alúmina en licor caustico
• Al2O3 ∙ xH2O + 2NaOH → 2NaAlO2 + x + 1 H2O
3
• Separación de residuos
4
• Precipitación
• NaAlO2 + 2H2O → Al(OH)3 + NaOH ac
5
• Calcinación
• Al(OH)3→
∆
Al2O3 + 3H2O

15. Condiciones de
operación
Temperatura
Digestión: 150-
250°C
Calcinación:
900-1200°C
Presión
4 a 8 kg/cm2
Tiempo
4 a 8 hrs
4 kg bauxita-
2kg de alúmina
Al2O3 ∙ xH2O + 2NaOH → 2NaAlO2 + x + 1 H2O
NaAlO2 + 2H2O → Al(OH)3 + NaOH ac
Al(OH)3→
∆
Al2O3 + 3H2O

17. Obtención electrolítica del aluminio
• En 1886 el proceso fue descubierto por el estadounidense Charles Martin Hall y el francés Paul
Héroult de forma independiente.
• Es el único proceso de obtención del aluminio.

18. Condiciones de operación
Tensión 5 – 6 volts
Densidad de corriente 1.5 – 3 A/cm²
Corriente 150 000 ampers
Fundente Criolita (Na3AlF6) (También actúa como electrolito)
Se deben regular los electrodos ya que se van descomponiendo y deben permanecer a la misma
altura.
Se debe verter más alumina conforme se vaya consumiendo para mantener la proporción.

19. Proceso Hall – Héroult

20. ELECTRODOS
DE CARBONO

21. Tipos de cuba
Cuba tipo Södenberg Cuba de ánodos precocidos

22. La temperatura de
fusión de la alúmina
es de 2040°C.
Se le agrega Criolita
para bajar su
temperatura de
fusión a alrededor de
1000°C.
El aluminio se
deposita en el fondo
de la cuba (cátodo),
en tanto que el
oxígeno desprendido
origina la
combustión del polo
positivo (ánodo), con
formación de CO y
CO₂.
La electrolisis del
aluminio se rige por
la Ley de Faraday
(reacciones parasitas
bajan la eficiencia).

23. Reacciones
• 𝐴𝑙3+ 𝑁𝑎3𝐴𝑙𝐹6 + 3𝑒− → 𝐴𝑙(𝑙)
• 𝑂2−
𝑁𝑎3𝐴𝑙𝐹6 + 𝐶(𝑠) → 𝐶𝑂(𝑔) + 2𝑒−
• 2𝑂2− 𝑁𝑎3𝐴𝑙𝐹6 + 𝐶(𝑠) → 𝐶𝑂2(𝑔) + 4𝑒−
• Reacción global: 2𝐴𝑙2𝑂3 + 3𝐶(𝑠) → 4𝐴𝑙(𝑠) + 3𝐶𝑂2(𝑔)

24. Constitución de la cuba electrolítica

25. Materiales de partida en el proceso y
residuos generados
Proceso
Materiales de
partida
Emisiones a la
atmósfera
Residuos del
proceso
Otros residuos
Calcinación de la
alúmina
Hidrato de
Aluminio
Partículas de vapor
de agua
Fundición eléctrica
del aluminio
Alúmina, ánodos
de carbón, celdas
electrolíticas,
criolita
Fluoruro (gaseoso
y en partículas),
dióxido de
carbono,ácido
fluorhidrico,
monóxido de
carbono, C₂F₆, CF₄
y carbonos
perfluorados (PFC).
Revestimientos de
cuba (celda
electrolítica)
agotados

26. Tratamientos de protección superficial
• Resistencia a la corrosión
El aluminio, debido a sus características químicas, tiene un elevado estado de oxidación (+3), se
traduce en que es un elemento muy electropositivo y muy reactivo. De modo que en cuento entra en
contacto la pieza de aluminio con el oxigeno, se forma una fina capa de Óxido de Aluminio (Al2O3),
con un espesor aproximado de 0.01 micras.

27. Anodizado
El electrolito es un
ácido, haciéndose
pasar corriente, el
oxigeno reacciona con
el Al formando óxidos
con espesores de
5micras
En el ánodo se
desprende oxígeno, se
disuelve el metal y se
origina una película,
continua y porosa.
En el cátodo se
desprende hidrógeno
y se reducen especies
oxidadas.

28. El proceso de anodizado consta de las siguientes etapas:
• Desengrase
• Lavado
• Decapado o matizado
• Lavado
• Neutralizado
• Lavado
• Anodizado
• Lavado
• Si se desea colorear, se realiza un baño de color, con un previo
lavado con agitación.
• Lavado con agua desionizada
• Sellado

29. Entre las ventajas del aluminio anodizado están las siguientes:
• No necesita mantenimiento.
• El anodizado no se afecta por la luz solar y por tanto no se
deteriora.
• Aumenta la dureza superficial, siendo resistente a la abrasión
y al desgaste.
• La capa superficial del anodizado es más duradera que las
capas obtenidas por pinturas.

30. • Lacado
Procesamiento de protección de la superficie del aluminio con una capa de pintura aplicada, puede ser
ser en polvo o líquida.
• Lacado con pintura líquida
• Lacado con pintura en polvo

31. • Lacado en polvo: se obtienen espesores
de 60 y 80 micras.
• Desengrasado
• Aclarado
• Decapado
• Neutralizado
• Cromatizado
• Lavado
• Secado
• Pintura en cabina: Se pulverizan los
perfiles con polvo de resina de poliéster.
poliéster. Al abandonar el polvo las
pistolas de proyección, las partículas
pulverizadas se cargan eléctricamente
por un campo eléctrico positivo. Ya que
los perfiles de Aluminio están
conectados a tierra con un potencial
negativo, el polvo es atraído y se
deposita sobre las superficies de los
perfiles.
• Termoendurecido: 200º C por 30 min

33. Aplicaciones del aluminio
• Automotriz y Transporte: pistones, carcasas de motores, ruedas, amortiguadores e
intercambiadores de calor para los sistemas de climatización, radiadores, carrocerías, etc.

34. • Aluminio para construcción:
soportes, revestimientos, ventanas,
techos, aislamientos térmicos,
puertas y productos de ferretería
como: tornillos, clavos,
herramientas, etc.
• Eléctrica: su ligereza, resistencia a
la corrosión, es un buen conductor
de electricidad y calor, no es
magnético, no es tóxico y es muy
dúctil, le permiten ser utilizado en
instalaciones eléctricas.

35. • Farmacéutica: empacado de los
medicamentos.
• Confitería: con fines de
protección y decorativos.
• Aire acondicionado: los
intercambiadores de calor tienen
capas de papel de aluminio en el
interior.

36. Electrónica
• El aluminio se encuentra en la fabricación de microchips.
• Numerosas aplicaciones como en la fabricación de sensores, amplificadores, baterías, memorias
y productos inalámbricos, robótica y automatización de procesos.
• Principal característica: su alta conductividad eléctrica.

37. Alimentos
• Otra propiedad útil del aluminio es la formación de una capa de oxido en la superficie en
contacto con el aire, que ayuda a almacenar distintos tipos de comida.
• Los envases de aluminio son fuertes, livianos, compactos, no se corroen, mantienen aromas,
gustos y gasificación, además de ser flexible, dúctil, aislante, no toxico y de fácil esterilización.

38. Utensilios de cocina
• Los elementos de cocina están en su mayoría hechos a base de aluminio.
• Su durabilidad es una propiedad muy importante. No es necesario renovarlos constantemente.
• No impregna olores a la comida, es resistente y tiene excelente capacidad para conducir el calor,
transmite el 93% del calor a la comida que se esta preparando.

39. Decoración
• Ingenieros, diseñadores y arquitectos eligen el aluminio en sus construcciones y proyectos por
su maleabilidad, por su ligereza, o incluso por su aspecto decorativo.
• La resistencia, el bajo peso, la facilidad de conformado y el acabado superficial atractivo son las
características más importantes para elegir el aluminio.

40. Empaque y envase
• Se usa en la fabricación de latas, el papel de envolver, la capa intermedia de envases de cartón
(tetra brick),láminas para cerrar yogures, foil tabaco, confitería, foil institucional, medicamentos,
etc.
• Es considerado el material de envasado más versátil por ser químicamente inerte, con
excelentes propiedades que protegen de la luz, oxigeno, humedad y microorganismos.

41. Uso doméstico
• Una combinación única de características físicas que hacen del papel de aluminio un material
esencial para el uso en el hogar y restaurantes, entre otros. El papel de aluminio proporciona
una barrera total a la luz, el olor y la humedad, por lo que es ideal para la protección de los
alimentos sensibles durante la cocción y el almacenamiento.

42. Subproductos y residuos
Proceso
Bayer
Empleo de soda
cáustica
Generación de óxido
de aluminio y polvo
de carbón
Emisión de humos y
vapores de brea y
flúor
Reducción
electrolítica
Emisión de
cantidades de
humos y vapores de
criolita y ácido
fluorhídrico
Generación de polvo
de fluoruros y
alúmina
Generación de polvo
de carbón y brea
• El problema ambiental de la
producción de aluminio se
concentra en el proceso
electrolítico, donde los
contaminantes como fluoruros,
brea polvo, dióxido de sulfuro,
monóxido y dióxido de carbono
son emitidos a la atmósfera.
El proceso consume una gran
cantidad de energía: para la
obtención de una tonelada de
aluminio se requiere de 15000
kw/h de electricidad

43. Efectos para la salud
La industria del aluminio está clasificada en el Grupo 1 de causas conocidas de
cánceres humanos por la IARC
El aluminio se absorbe por los pulmones y se excreta en la orina
La exposición al humo y partículas de brea expone a un riesgo excesivo de
padecer cáncer de vejiga y enfermedades de la piel
La soda cáustica presenta riesgos de quemaduras químicas de la piel y los ojos
La emisión de gases, humos y polvo que contienen fluoruros debido al empleo
de criolita presenta un riesgo importante de fluorosis ósea
Aparición de asma en el proceso de reducción de aluminio.

44. Reciclaje del aluminio
El reciclaje de aluminio es un proceso muy valioso para ahorrar en recursos. Al reutilizar el metal, se
evita el gasto que supone la fabricación de aluminio desde cero. Para reciclarlo, basta con fundir el
aluminio y volver a darle forma, un procedimiento que cuesta mucho menos dinero y energía que el
proceso original.
PARA QUÉ SIRVE RECICLAR ALUMINIO?
Cada ser humano consume una media de 90 latas al año y genera unos 13 kilos de residuos de este
tipo de envases que, si llegan a la naturaleza, pueden permanecer en estado sólido durante 500 años.
El impacto ambiental y económico de utilizar aluminio primario se puede reducir en gran medida con
el reciclado

45. Reciclaje
• Separación
• Triturado y eliminación de impurezas
del aluminio
• Lavado y secado para eliminar restos
orgánicos y humedad
• Se introducen las virutas de aluminio
en un horno de reverberación donde
se funde el aluminio y se forman
lingotes de aluminio o láminas.
• Fabricación de nuevos productos

46. Normatividad
Las normas se encuentran bajo el siguiente código: NOM-W-No. de norma-Año de publicación
Normatividad
Fundición
Propiedades
mecánicas
Láminas Extrusión Tuberías Construcción Diversos

47. Datos curiosos.
• Para obtener 1 tonelada de aluminio puro se necesitan cuatro toneladas de
bauxita y en este proceso de reducción se consume gran cantidad de
energía.
• Un kilogramo de aluminio es equivalente a 50 latas de bebidas.
• Una lata de aluminio tarda en descomponerse entre 200 y 500 años.
• Si tiras una lata de bebida (o cualquier refresco) estarás desperdiciando la
energía equivalente a una lata de gasolina (que es lo que se ha utilizado en
su fabricación).
• Las latas son un recurso muy valioso de nuestra basura; al fundirse se
fabrican nuevas latas u otros productos.
• Fabricar latas con material reciclado reduce un 95% la contaminación y
necesita un 90% menos de energía que hacerlo a partir de bauxita.
• Se generará 1 tonelada de Aluminio con un consumo energético de 13,000
Kw/h.

48. Conclusión.
• El aluminio por su ligereza y resistencia se convierte en un metal muy usado en los productos
donde los requerimientos de un bajo peso y alta resistencia son inevitables.
• El moldeo de aluminio surge como una industria recicladora, obteniendo así beneficios
ecológicos y de ahorro de energía para su producción.
• El consumo de energía requerido en los procesos es alto, por lo cual la producción de este
metal es costosa.

49. GRACIAS POR SU
ATENCIÓN