La bauxita es la principal materia prima utilizada para fabricar aluminio. Este mineral arcilloso se compone de hidr\u00f3xidos de aluminio, como la gibbsita, la boemita y el di\u00e1sporo, que se han formado mediante intensos procesos de meteorizaci\u00f3n later\u00edtica.<\/p>\n
El mineral de bauxita se tritura y lava primero antes de disolverlo en una soluci\u00f3n caliente de sosa c\u00e1ustica, conocida como \"licor verde\". Una vez que esta soluci\u00f3n verde se ha transferido a tanques precipitadores altos con semillas de hidr\u00f3xido de aluminio a\u00f1adidas para la precipitaci\u00f3n del hidrato de al\u00famina s\u00f3lido a medida que se enfr\u00eda la temperatura, tambi\u00e9n se pueden utilizar tanques precipitadores para acelerar la solidificaci\u00f3n.<\/p>\n
En las grandes plantas industriales, el Proceso Bayer es donde reside toda la magia. Aqu\u00ed es donde la qu\u00edmica industrial toma forma al convertir las materias primas en productos que benefician a la sociedad. Este proceso de varias etapas utiliza diversos equipos de filtraci\u00f3n y separaci\u00f3n y tambi\u00e9n implica problemas medioambientales; sus subproductos, como el lodo rojo, requieren una manipulaci\u00f3n cuidadosa antes de su eliminaci\u00f3n.<\/p>\n
El mineral de bauxita se procesa utilizando una soluci\u00f3n de sosa c\u00e1ustica y se digiere a presiones y temperaturas elevadas para extraer sus valores de al\u00famina soluble, creando un licor de aluminato s\u00f3dico diluido y un residuo c\u00e1ustico insoluble conocido como lodo rojo. Este material refractario requiere una manipulaci\u00f3n especial, ya que puede contener metales pesados, compuestos alcalinos y compuestos fen\u00f3licos; de ah\u00ed su clasificaci\u00f3n como residuo peligroso por los organismos reguladores locales.<\/p>\n
A continuaci\u00f3n, la soluci\u00f3n de sosa c\u00e1ustica se hace pasar por una serie de tanques de precipitaci\u00f3n de seis pisos de altura donde se a\u00f1aden cristales semilla de hidrato de al\u00famina y se deja que crezcan, atrayendo hacia ellos todas las mol\u00e9culas de agua de la soluci\u00f3n, creando finalmente un s\u00f3lido blanco de hidr\u00f3xido de al\u00famina que se utilizar\u00e1 posteriormente en el proceso de fundici\u00f3n de Hall-Heroult para producir aluminio met\u00e1lico.<\/p>\n
A continuaci\u00f3n, la al\u00famina filtrada y lavada se somete a un nuevo proceso para eliminar los restos de sosa c\u00e1ustica y otras impurezas, antes de secarla y calentarla para expulsar el exceso de humedad causado por la cristalizaci\u00f3n mediante calcinaci\u00f3n, una etapa esencial.<\/p>\n
La al\u00famina anhidra producida durante su procesamiento est\u00e1 lista para su uso inmediato y, a continuaci\u00f3n, se moldea en diversas formas utilizando m\u00e9todos como el prensado en seco, el prensado isost\u00e1tico, el conformado por rodillos, el moldeo por inyecci\u00f3n y\/o los procesos de colada en barbotina. Una vez moldeada, puede convertirse en piezas de fundici\u00f3n en forma de l\u00e1minas y barras, as\u00ed como en materiales de aislamiento y sellado prensados isost\u00e1ticamente que se utilizan en diversas industrias. La mayor parte de la producci\u00f3n se destina a usos metal\u00fargicos, mientras que el resto se utiliza en aplicaciones especializadas o en productos qu\u00edmicos derivados.<\/p>\n
Charles Martin Hall empez\u00f3 a investigar m\u00e9todos de producci\u00f3n de aluminio en 1880. Descubri\u00f3 que el uso de corriente el\u00e9ctrica a trav\u00e9s de la al\u00famina provocaba su descomposici\u00f3n en ox\u00edgeno y aluminio met\u00e1lico. El descubrimiento posterior de Hall fue que la soluci\u00f3n de criolita pod\u00eda disolver este material y liberar sus preciosas propiedades; de ah\u00ed la creaci\u00f3n del proceso electrol\u00edtico Hall-Heroult, que se convirti\u00f3 en una ruta esencial para la producci\u00f3n de aluminio primario en 1908.<\/p>\n
La fundici\u00f3n de aluminio requiere grandes cantidades de energ\u00eda el\u00e9ctrica. Un ba\u00f1o de criolita debe permanecer a una temperatura de funcionamiento ideal para permitir su producci\u00f3n continua, y el exceso de aluminio que se acumula en el c\u00e1todo se extrae peri\u00f3dicamente y se env\u00eda a grandes hornos de retenci\u00f3n donde pueden eliminarse las impurezas, a\u00f1adirse elementos de aleaci\u00f3n y fundirse en lingotes.<\/p>\n
Para que este proceso sea econ\u00f3micamente viable, es fundamental que la tasa de alimentaci\u00f3n de al\u00famina en un ba\u00f1o de criolita se gestione de forma que se mantenga una concentraci\u00f3n constante dentro de un rango \u00f3ptimo. Muchos factores, como el tama\u00f1o de las part\u00edculas y la agitaci\u00f3n, pueden influir en este factor.<\/p>\n
Realizando un an\u00e1lisis de difracci\u00f3n de rayos X del ba\u00f1o de criolita, se pueden controlar f\u00e1cilmente las cantidades de calcio y magnesio presentes. Desgraciadamente, sin embargo, esta t\u00e9cnica de rayos X adolece de varios inconvenientes que limitan su precisi\u00f3n: entre ellos, la dificultad para analizar su patr\u00f3n de polvo, as\u00ed como el solapamiento entre el an\u00e1lisis de los picos de la criolita semiamorfa NaCaAlF6 con los picos anal\u00edticos tanto de la chiolita como de la weberita; \u00a1es dif\u00edcil diferenciar la neiborita de la neibourita s\u00f3lo con este m\u00e9todo de rayos X!<\/p>\n
Los fundidores utilizan sistemas de difracci\u00f3n de alta presi\u00f3n para controlar con precisi\u00f3n y en tiempo real las temperaturas del ba\u00f1o de criolita y predecir cu\u00e1ndo se congelar\u00e1, dos componentes esenciales de su proceso. Adem\u00e1s, este sistema puede detectar impurezas de carbono -que suponen un peligro para la salud de los trabajadores expuestos a \u00e9l en minas, fundiciones y f\u00e1bricas-, as\u00ed como inclusiones minerales como pirita o calcita que indican impurezas dentro de la propia al\u00famina.<\/p>\n
El aluminio puede extraerse (a un coste antiecon\u00f3mico) de algunas arcillas, pero la mayor parte de la producci\u00f3n procede de la extracci\u00f3n y refinado de la bauxita en al\u00famina (\u00f3xido de aluminio). La al\u00famina sirve entonces como materia prima para fabricar aluminio met\u00e1lico; este proceso, que consume mucha energ\u00eda, utiliza grandes cantidades de electricidad. En la actualidad, la producci\u00f3n mundial de al\u00famina se est\u00e1 expandiendo r\u00e1pidamente utilizando variaciones de la tecnolog\u00eda del proceso Bayer (aunque las bauxitas m\u00e1s dif\u00edciles con alto contenido de di\u00e1spora pueden requerir otras variaciones).<\/p>\n
La bauxita finamente molida se combina a presi\u00f3n en digestores con soluciones calientes de sosa c\u00e1ustica (NaOH) para disolver sus minerales portadores de aluminio - gibbsita, bohmita y di\u00e1spora - en una soluci\u00f3n sobresaturada de aluminato s\u00f3dico conocida como licor de pre\u00f1ez. La s\u00edlice reactiva presente en la soluci\u00f3n tambi\u00e9n debe eliminarse mediante un tratamiento posterior para crear una suspensi\u00f3n de lodo rojo, tambi\u00e9n denominada \"lodo de al\u00famina\", antes de bombearla a presas selladas que contienen materiales impermeables para evitar fugas y la contaminaci\u00f3n de los entornos circundantes.<\/p>\n
Las ollas de reducci\u00f3n combinan al\u00famina (con algo de sosa c\u00e1ustica sobrante) con carbono para formar un electrolito fundido, y una corriente el\u00e9ctrica pasa a trav\u00e9s de este electrolito, rompiendo los enlaces qu\u00edmicos entre el aluminio y el ox\u00edgeno de la al\u00famina, liberando as\u00ed ox\u00edgeno, con lo que el aluminio acaba deposit\u00e1ndose en el fondo como metal an\u00f3dico mientras que el gas di\u00f3xido de carbono asciende como metal cat\u00f3dico.<\/p>\n
En los recipientes precipitadores altos, la soluci\u00f3n de hidrato de al\u00famina se separa a\u00fan m\u00e1s de la sosa c\u00e1ustica a\u00f1adiendo peque\u00f1as cantidades de polvo de al\u00famina cristalina fina a la soluci\u00f3n l\u00edquida, lo que hace que se precipite en forma de s\u00f3lidos de hidrato de al\u00famina de aluminosilicato duro que luego pueden filtrarse, lavarse y secarse en forma de polvo blanco conocido como \"al\u00famina calcinada\".<\/p>\n
Este polvo de al\u00famina puede moldearse en diversos productos mediante diferentes t\u00e9cnicas -prensas secas, isost\u00e1ticas y de prensado en caliente, colada en barbotina o colada en cinta, por ejemplo- con o sin adici\u00f3n de materiales adicionales (aglutinantes o termopl\u00e1sticos) para facilitar la fabricaci\u00f3n y los procesos de producci\u00f3n, como el moldeo por inyecci\u00f3n o la producci\u00f3n de sustratos finos para circuitos microelectr\u00f3nicos. Adem\u00e1s, su uso como relleno ayuda a mejorar las propiedades aislantes de la cer\u00e1mica.<\/p>\n
El residuo de bauxita puede seguir proces\u00e1ndose mediante calcinaci\u00f3n, que consiste en introducirlo en un horno rotatorio donde se expone a altas temperaturas para expulsar el agua restante y los elementos qu\u00edmicamente ligados, produciendo un polvo de al\u00famina adecuado para darle forma o utilizarlo como materia prima en aplicaciones cer\u00e1micas.<\/p>\n
Las reacciones que generan calor son catalizadas por sosa c\u00e1ustica caliente (NaOH). Tambi\u00e9n pueden a\u00f1adirse reactivos de composici\u00f3n variable -por ejemplo, combinando diaspora con gibbsita- para controlar los perfiles de temperatura y producir distintos grados de al\u00famina.<\/p>\n
Aunque la mayor parte de la producci\u00f3n de al\u00famina se destina a las industrias de fundici\u00f3n de aluminio, existe un mercado importante de al\u00faminas especiales utilizadas como materiales refractarios y cer\u00e1micas t\u00e9cnicas. Estos productos especiales presentan estructuras finas y cristalinas con superficies espec\u00edficas muy elevadas para resistir los ataques corrosivos; adem\u00e1s, poseen propiedades aislantes, altos niveles de resistencia y estabilidad t\u00e9rmica, lo que los convierte en componentes inestimables de los proyectos de construcci\u00f3n de hornos.<\/p>\n
Otras aplicaciones de la al\u00famina son la fabricaci\u00f3n de cer\u00e1micas, como refractarios, abrasivos y soportes de catalizadores. Los termopl\u00e1sticos para piezas moldeadas por inyecci\u00f3n, por ejemplo, se calientan y mezclan con al\u00famina antes de quemarse durante los procesos de enfriamiento. Otro uso de la fundici\u00f3n en cinta consiste en mezclarla con un l\u00edquido org\u00e1nico para producir sustratos finos para circuitos microelectr\u00f3nicos.<\/p>\n
A diferencia de otros materiales cer\u00e1micos que tienden a ser blandos y quebradizos y, por tanto, no pueden soportar esfuerzos de impacto o tracci\u00f3n en servicio, la al\u00famina es dura, duradera y tiene un bajo coeficiente de dilataci\u00f3n, cualidades ideales para cojinetes y juntas. Por desgracia, su fina estructura puede provocar defectos de debilitamiento, como grietas y desintegraci\u00f3n, cuando se somete a esfuerzos de impacto o a una tensi\u00f3n de tracci\u00f3n excesiva.<\/p>\n
La calcinaci\u00f3n es un m\u00e9todo de calentamiento industrial utilizado para lograr la separaci\u00f3n qu\u00edmica de materiales s\u00f3lidos mediante la vaporizaci\u00f3n del agua, la volatilizaci\u00f3n de contaminantes y la descomposici\u00f3n de porciones oxidantes de la masa. La calcinaci\u00f3n se emplea desde hace mucho tiempo como m\u00e9todo eficaz para producir al\u00famina anhidra; producir tableros de yeso a partir de materiales residuales de yeso; extraer rutilo de gran pureza de la anatasa para producir rutilo de gran pureza, as\u00ed como para otros fines industriales.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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