ALUMINIO

Descripción:

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.
En estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos, plagioclasas y micas). 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 mecánica, tales como su baja densidad (2.700 kg/m3) y su alta resistencia a la corrosión.
Mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecánica. Es buen conductor de la electricidad y del calor, se mecaniza con facilidad y es relativamente barato. Por todo ello es desde mediados del siglo XX el metal que más se utiliza después del acero.
Fue aislado por primera vez en 1825 por el físico danés H. C. Oersted. 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 dilatada vida útil y la estabilidad de su precio.

Características:

Características físicas
Entre las características físicas del aluminio, destacan las siguientes:

• Es un metal ligero, cuya densidad es de 2.700 kg/m3 (2,7 veces la densidad del agua), un tercio de la del acero.
• Tiene un punto de fusión bajo: 660 °C (933 K).
• El peso atómico del aluminio es de 26,9815 u.
• Es de color blanco brillante, con buenas propiedades ópticas y un alto poder de reflexión de radiaciones luminosas y térmicas.
• Tiene una elevada conductividad eléctrica comprendida entre 34 y 38 m/(Ω mm2) y una elevada conductividad térmica (80 a 230 W/(m·K)).
• Resistente a la corrosión, a los productos químicos, a la intemperie y al agua de mar, gracias a la capa de Al2O3 formada.
• Abundante en la naturaleza. Es el tercer elemento más común en la corteza terrestre, tras el oxígeno y el silicio.
• Su producción metalúrgica a partir de minerales es muy costosa y requiere gran cantidad de energía eléctrica.
• Material fácil y barato de reciclar.

Características mecánicas
Entre las características mecánicas del aluminio se tienen las siguientes:

• De fácil mecanizado debido a su baja dureza.
• Muy maleable, permite la producción de láminas muy delgadas.
• Bastante dúctil, permite la fabricación de cables eléctricos.
• Material blando (Escala de Mohs: 2-3). Límite de resistencia en tracción: 160-200 N/mm2 [160-200 MPa] en estado puro, en estado aleado el rango es de 1.400-6.000 N/mm2. El duraluminio fue la primera aleación de aluminio endurecida que se conoció, lo que permitió su uso en aplicaciones estructurales.
• Para su uso como material estructural se necesita alearlo con otros metales para mejorar las propiedades mecánicas, así como aplicarle tratamientos térmicos.
• Permite la fabricación de piezas por fundición, forja y extrusión.
• Material soldable.
• Con CO2 absorbe el doble del impacto.
  

Características químicas

• Debido a su elevado estado de oxidación se forma rápidamente al aire una fina capa superficial de óxido de aluminio (Alúmina Al2O3) impermeable y adherente que detiene el proceso de oxidación, lo que le proporciona resistencia a la corrosión y durabilidad. Esta capa protectora, de color gris mate, puede ser ampliada por electrólisis en presencia de oxalatos. Ciertas aleaciones de alta dureza presentan problemas graves de corrosión intercristalina.
• El aluminio tiene características anfóteras. Esto significa que se disuelve tanto en ácidos (formando sales de aluminio) como en bases fuertes (formando aluminatos con el anión [Al (OH)4]-) liberando hidrógeno.
• La capa de óxido formada sobre el aluminio se puede disolver en ácido cítrico formando citrato de aluminio.

• El principal y casi único estado de oxidación del aluminio es +III como es de esperarse por sus tres electrones en la capa de valencia (Véase también: metal pesado, electrólisis).
  

El aluminio reacciona con facilidad con HCl, NaOH, ácido perclórico, pero en general resiste la corrosión debido al óxido.
Sin embargo cuando hay iones Cu2+ y Cl- su pasivación desaparece y es muy reactivo. Los alquilaluminios, usados en la polimerización del etileno, son tan reactivos que destruyen el tejido humano y producen reacciones exotérmicas violentas al contacto del aire y del agua.
El óxido de aluminio es tan estable que se utiliza para obtener otros metales a partir de sus óxidos (cromo, manganeso, etc.) por el proceso aluminotérmico.

Aplicaciones y usos:

Ya sea considerando la cantidad o el valor del metal empleado, el uso industrial del aluminio excede al del cualquier otro metal exceptuando el hierro / acero. Es un material importante en multitud de actividades económicas y ha sido considerado un recurso estratégico en situaciones de conflicto.

Aluminio metálico

El aluminio se utiliza rara vez 100% puro y casi siempre se usa aleado con otros metales para mejorar alguna de sus características. El aluminio puro se emplea principalmente en la fabricación de espejos, tanto para uso doméstico como para telescopios reflectores.

Los principales usos industriales de las aleaciones metálicas de aluminio son:

• Transporte; como material estructural en aviones, automóviles, tanques, superestructuras de buques y bicicletas.
• Estructuras portantes de aluminio en edificios (véase Eurocódigo 9)
• Embalaje de alimentos; papel de aluminio, latas, tetrabriks, etc.
• Carpintería metálica; puertas, ventanas, cierres, armarios, etc.
• Bienes de uso doméstico; utensilios de cocina, herramientas, etc.
• Transmisión eléctrica. Un conductor de aluminio de misma longitud y peso es más conductivo que uno de cobre y más barato. Sin embargo el cable sería más grueso. Medida en volumen la conductividad eléctrica es tan sólo el 60% de la del cobre. Su mayor ligereza reduce el esfuerzo que deben soportar las torres de alta tensión y permite una mayor separación entre torres, disminuyendo los costes de la infraestructura. En aeronáutica también sustituye al cobre
• Recipientes criogénicos (hasta -200 °C), ya que contrariamente al acero no presenta temperatura de transición dúctil a frágil. Por ello la tenacidad del material es mejor a bajas temperaturas.Calderería.
  

Debido a su gran reactividad química, el aluminio se usa finamente pulverizado como combustible sólido de cohetes espaciales y para aumentar la potencia de los explosivos.
También se usa como ánodo de sacrificio y en procesos de aluminotermia (termita) para la obtención y soldadura de metales.

Sustitutos del aluminio:

• El cobre puede reemplezar al aluminio en las aplicaciones eléctricas.
• El magnesio, titanio y acero puede sustituirlo en usos en estructuras y transporte terrestre.
• Los composites, el acero y la madera pueden sustituirlo en la construcción y usos estructurales.
• El vidrio, el papel y el acero pueden sustituirlo en el empaquetado.

Corrosión del aluminio:

El aluminio metálico se recubre espontáneamente de una delgada capa de óxido que evita su corrosión.
Sin embargo, esta capa desaparece en presencia de ácidos, particularmente del perclórico y clorhídrico; asimismo, en soluciones muy alcalinas de hidróxido potásico (KOH) o hidróxido sódico (NaOH) ocurre una enérgica reacción.
La presencia de CuCl2 o CuBr2 también destruye el óxido y hace que el aluminio se disuelva enérgicamente en agua.
Con mercurio y sales de éste, el aluminio reacciona si está limpio formando una amalgama que impide su pasivación.
Reacciona también enérgicamente en frío con bromo y en caliente con muchas sustancias, dependiendo de la temperatura, reduciendo a casi cualquier óxido (proceso termita).
Es atacado por los haloalcanos. Las reacciones del aluminio a menudo van acompañadas de emisión de luz.
No obstante, las aleaciones de aluminio se comportan bastante peor a corrosión que el aluminio puro, especialmente si llevan tratamientos de recocido, con los que presentan problemas graves de corrosión intercristalina y bajo tensiones debido a la microestructura que presentan en estos estados.

Reciclaje. Aluminio secundario:

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 un 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.
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.
Se utilizan combustibles, fundentes y aleaciones, mientras que la remoción del magnesio se practica mediante la adición de cloro, cloruro de aluminio o compuestos orgánicos clorados.

Las mejores técnicas disponibles incluyen:

• Hornos de alta temperatura muy avanzados.
• Alimentación libre de aceites y cloro.
• Cámara de combustión secundaria con enfriamiento brusco.
• Adsorción con carbón activado.
• Filtros de tela para eliminación de polvos.

Para proceder al reciclaje del aluminio primero hay que realizar una revisión y selección de la chatarra según su análisis y metal recuperable para poder conseguir la aleación deseada.
La chatarra preferiblemente se compactará, generalmente en cubos o briquetas o se fragmentará, lo cual facilita su almacenamiento y transporte.
La preparación de la chatarra descartando los elementos metálicos no deseados o los inertes, llevarán a que se consiga la aleación en el horno de manera más rápida y económica.
El residuo de aluminio es fácil de manejar porque es ligero, no arde y no se oxida y también es fácil de transportar.
El aluminio reciclado es un material cotizado y rentable. El reciclaje de aluminio produce beneficios ya que proporciona ocupación y una fuente de ingresos para mano de obra no calificada.

Toxicidad:

Este metal fue considerado durante muchos años como inocuo para los seres humanos. Debido a esta suposición se fabricaron de forma masiva utensilios de aluminio para cocinar alimentos, envases para alimentos, y papel de aluminio para el embalaje de alimentos frescos.
Sin embargo, su impacto sobre los sistemas biológicos ha sido objeto de mucha controversia en las décadas pasadas y una investigación ha demostrado que puede producir efectos adversos en plantas, animales acuáticos y seres humanos.
La exposición al aluminio por lo general no es dañina, pero la exposición a altos niveles puede causar serios problemas para la salud.
La exposición al aluminio se produce principalmente cuando:

• Se consumen medicamentos que contengan altos niveles de aluminio.
• Se inhala polvo de aluminio que esté en la zona de trabajo.
• Se vive donde se extrae o procesa aluminio.
• Se colocan vacunas que contengan aluminio.
  

Cualquier persona puede intoxicarse con aluminio o sus derivados, pero algunas personas son más propensas a desarrollar toxicidad por aluminio.