Aluminio

El aluminio es tercer elemento ms abundante de la tierra. Constituye aproximadamente el 8% de su corteza. Slo el silicio y el oxgeno son ms abundantes.

Slo existe en la naturaleza en combinacin con otros materiales - silicatos y xidos- muy estables, que dificultaron el desarrollo de mtodos paraobtener el aluminio en un estado razonablemente puro.Como metal su uso comn es muy reciente.

Las primeras civilizaciones utilizaban adobes ricos en aluminio para crear cermica y sales dealuminio para hacer medicinas y colorantes.

En 1808, Sir Humphrey Davy de Gran Bretaa, estableci la existencia del aluminio y le dio su nombre.

En 1821, Pierre Vertier encuentra en Provenza una piedra dura, rojiza y parecida a la arcilla,que contenia un 52% de xido de aluminio, a la que denomin Bauxita.

El aluminio no fue aislado como tal hasta 1825. El primer lingote de aluminio se present almundo en 1855 en la Exposicin Universal.

30 aos ms tarde, en 1886 simultneamente el francs Paul Heroult y el americano CharlesMartin Hall hallaran el procedimiento industrial para la obtencin del aluminio a partir de la electrlisis.

La presencia de este metal en la arquitectura se remonta a 1897 con la construccin de lacpula de la iglesia de Sant Joaquino con aluminio impuro.

5.1. Propiedades.

SmboloNmero AtmicoPunto de FusinPunto de EbullicinDensidadColor

Al13660,32 C 2519 C 2,70 g/cm3 a 20 CPlateado-blanco.

- Metal muy electropositivo y extremamente reactivo. - Al contacto con el aire se cubre rpidamente con una capa dura y transparente de xido dealuminio resiste a la corrosin. Esto hace que sea inerte a los cidos, pero no a los alcals. - Es un metal ligero.- Es un buen conductor de electricidad, slo superado por el cobre.- El aluminio puro tiene unas propiedades mecnicas reducidas pero sus aleacionesconsiguen puntos muy elevados.- Tiene una buena conductibidad trmica. - Es maleable y dctil pero tiene escasa resistencia mecnica.

5.2.Minerales

Se encuentra normalmente en forma de silicato de aluminio puro o mezclado con otros metalescomo sodio, potasio, hierro, calcio y magnesio, pero nunca como metal libre. Los silicatos no son menas tiles, porque es extremamente difcil y caro extraer el aluminio de ellas.

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Entre estas combinaciones naturales destacan: ortosa o feldespato potsico [KAlSi3O8], albita o feldespato sdico [NaAlSi3O8], anortita o feldespato clcico [CaAl2Si3O8], moscovita o mica depotasio [KAl2(AlSi3O10)(OH,F)2], caoln o caolinita [Al4(Si4O10)(OH)8], corindn [Al2O3] y arcillas (mezclas de productos de descomposicin de silicatos de aluminio (granito, gneis, feldespatos)por accin del agua, dixido de carbono, calor, etc).

La bauxita [Al2O3.xH2O], xido de aluminio hidratadoimpuro, es la fuente comercial de aluminio y de suscompuestos.

5.3. Obtencin

El procedimiento de extraccin consta de dos fases:

-Extraccin del xido de aluminio puro Al2O3 (almina) de la bauxita.La almina se obtiene a partir del mtodo qumico desarrollado por K. J. Bayer consistente en una serie de reacciones qumicas desencadenadas cclicamente que comienzan mezclando bauxita triturada con soda custica liquida y calentada a baja presin obteniendo as hidrxido de aluminio. Este se separa del residuo insoluble (lodo rojo) por precipitacin. Por calcinacin del hidrxido se obtiene la almina con apariencia de un polvo blanco como la sal de cocina.

-Reduccin electroltica del xido de aluminio.

En 1886 Charles Martin Hall en los Estados Unidos y Paul L. T. Hroult en Franciadescubrieron por separado y casi simultneamente que el xido de aluminio o almina (P.F.2050C) se disuelve en criolita (Na3AlF) fundida (a 950C) en una mezcla de densidad inferior a la del aluminio, con lo que ste sedimenta, evitndose su oxidacin con el oxgenoatmosfrico, pudiendo ser descompuesta electrolticamente en una cuba que acta de ctodo con electrodos de carbn que actan de nodo.

En el ctodo se deposita aluminio lquido, ya que el bao se encuentra a una temperatura superior a la de su punto de fusin, que cae por gravedad al fondo de la cuba electroltica de donde se retira.

De este proceso sale, el aluminio con un 93.3 y 99.8 % de pureza. Para producir una tonelada de aluminio se requieren de cinco toneladas de bauxita para dos toneladas de almina con un consumo de 13000 Kw/H.

El aluminio obtenido se denomina primario y no es utilizado en esta forma sino aleado con otros metales que le aumentan sus cualidades y propiedades como resistencia a la corrosin y caractersticas mecnicas y de elasticidad. Las aleaciones del aluminio se presentan en forma de tochos para extrusin, placas para laminacin y lingotes para fundiciones y son materia prima para las industrias transformadoras.

El consumo energtico del proceso es muy grande. Actualmente, el mineral criolita ha sido reemplazado por una mezcla de fluoruros de sodio, aluminio y calcio. Otro mtodo msmoderno es la electrlisis del AlCl3, sin fundente. El reciclado requiere menos de un 5% del consumo elctrico gastado para obtener la misma cantidad de aluminio de la bauxita.

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5.3.1. Manufacturas del aluminio.

El proceso productivo se inicia con la fundicin del aluminio primario (con una riqueza del99.7%), alendolo con diferentes elementos como el magnesio, silicio, cobre, manganeso,entre otros, que le proporcionan diferentes propiedades fsicas y mecnicas, dependiendo de su uso final.

La planta de fundicin provee de materia prima a la planta de extrusin con lingotes, a la planta de laminacin con placas en gran variedad de anchos y longitudes.

Con el fn de asegurar la uniformidad en propiedades y composicin de las placas y lingotes,estos se introducen en hornos de homogeneizado, donde se consigue una composicin homognea y la liberacin de tensiones internas que puedan haberse creado durante el coladodel metal.

5.3.1.1. Extrusin.

El proceso de extrusin consiste en hacer pasar a una gran presin unlingote cilndrico precalentado, por el orificio de una matriz queconfigura la forma del perfil de aluminio. Este perfil puede ser tubular yslido dependiendo de la necesidad.

Una vez esta barra est fra se corta en piezas ms pequeas y cada una de esta se alarga de las puntas para que queden completamenterectas.

Por ser un proceso de trabajo en caliente, la mayora de los perfiles se deben tratar trmicamente para aumentar su resistencia.

5.3.1.2. Laminacin.

El proceso de laminacin consiste en hacerpasar una placa de aluminio a travs de dosrodillos, los cuales ejercen una presindeterminada que aplasta dicha placa hasta lograr el calibre deseado. De esta manera se producen lminas lisas y en rollos, discos....

5.3.1.3. Templado.

Las deformaciones a que se someten los productos de aluminio durante su elaboracin,ocasionan que sus propiedades mecnicas varien en relacin directa a la magnitud de dichasdeformaciones. Algunas aleaciones de alumino pueden aumentar o disminuir sus propiedadesmecnicas mediante tratamientos trmicos, mientras que otras slo pueden ablandarse poreste medio; las primeras se denominan aleaciones tratables trmicamente, y las otras, aleaciones no tratables trmicamente.

El sistema de designacin de temples est basado en las secuencias de los tratamientosbsicos utilizados. Posteriormente a la designacin de la aleacin, separada por un guin entrelas dos aparecen las letras F,T,H y O.

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F:de fabricacin - Se aplica a productos obtenidos por procesos de deformacin en los que no se tiene especial control de las condiciones trmicas ni de endurecimiento por deformacin.

O:recocido - Se aplica a productos trabajados mecnicamente que han sido recocidos con el objeto de obtener el estado de ms baja resistencia.

H:endurecimiento por deformacin - Se aplica a productos obtenidos por trabajo mecnico que han sido reconocidos con el objeto de obtener estados intermedios de resistencia.

T:Previamente tratado trmicamente - Se aplica a productos tratados para obtener temples estables, con o sin endurecimiento por trabajo mecnico.

5.4 Acabados de superficie y estructuras

Para un mejor acabado, las barras de aluminio siguen un proceso de acabado: anodizado olacado.

5.4.1. Anodizado.

El anodizado es un proceso por el que se se transforma la superficie del aluminio en xido de aluminio. Este xido constituye una excelente proteccin y ofrece una alta resistencia a la corrosin en cualquier ambiente al que se exponga.

5.4.2. Lacado.

El lacado es el proceso por el cual se aade un revestimiento de color al aluminio. Es precisocalentar el aluminio a la temperatura justa para conseguir la adherencia del pigmento de color(que es en polvo).

5.5. Aleaciones

El aluminio es un metal con unas propiedades metlicas muy reducidas, por lo que para suutilizacin se alea con otros metles como el magnesio, silicio, cobre, manganeso, entre otros,que le proporcionan diferentes propiedades fsicas y mecnicas, dependiendo de su uso final.Para designar tanto el aluminio como sus diferentes aleaciones se utiliza un sistema numricode cuatro dgitos. (norma ANSIH35.1)

Aluminio de 99,00%mnimo de pureza

1xxx

Grupo de aleaciones de aluminio segn el elemento de aleacin principal

Cobre Manganeso SilicioMagnesioMagnesio y SilicioZinc Otros elementosSeriales no usados

2xxx3xxx4xxx5xxx6xxx7xxx8xxx9xxx

El segundo dgito indica modificaciones de la aleacin original o de lmites de impurezas. Losdos ltimos dgitos identifican la aleacin de aluminio o indican la pureza del aluminio.

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5.6.Aplicaciones

Uno de los aspectos ms importantes del uso del aluminio es su reciclaje total, de esta manera se disminuye considerablemente los gastos para producir este metal.

- Por su alta resistencia a la corrosin, las magnficas propiedades estructurales, lacalidad de fabricacin y su coste relativamente bajo, en arquitectura e industria. Se puede utilizar en puertas, ventanas, contraventanas, muros...

Elperfil de aluminio con puente trmicoest compuesto por dos partes de aluminio unidas mediante poliamidas tipo PA66, cargadas con un 25% de fibra de vidrio (para darrigidez).

La ventaja del perfil de aluminio con puente trmico respecto al normal es el aislamiento entre la parte interna y la externa del perfil; por lo tanto, asegura el aislamiento mucho mejorya sea desde el punto trmico como en el acstico, evitando adems problemas de condensacin.

- Por su proporcin resistencia-peso (un volumen de aluminio pesa menos que 1/3 del mismo volumen de acero. Los nicos metales ms ligeros son el litio, el berilio y el magnesio), se utiliza para construir aviones, bicicletas, automviles... y otras aplicaciones en las prima la movilidad y la conservacin de energa.

- Por su elevada conductividad del calor, el aluminio se emplea en radiadores, utensilios de cocina y en pistones de motores de combustin interna.

- Por su buena relacin conductividad elctrica-peso (si bien es un 63% menos conductor que el cobre, para un mismo volumen, pesa menos de la mitad). El peso tiene mucha importancia en la transmisin de electricidad de alto voltaje a larga distancia, y actualmente se usan conductores de aluminio en tendidos elctricos.

- Por su alta resistencia sometido a bajas temperaturas. El papel de aluminio de 0,018 cmde espesor, actualmente muy utilizado en usos domsticos, protege los alimentos y otros

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productos perecederos. Unido a su poco peso, facilidad de moldeado y a su compatibilidad con comidas y bebidas, el aluminio se usa mucho en contenedores, envoltorios flexibles, ybotellas y latas de fcil apertura.

- Por su resistencia a la corrosin al agua del mar, se utiliza para fabricar cascos de barco yotros mecanismos acuticos.

- Por su elevada reflexin para la luz visible y el calor radiante, el aluminio evaporado alvaco, forma una capa xido que no se deteriora como las de plata. Se usan para laconstruccin de espejos de telescopios, papeles decorativos, empaquetado, juguetes, etc.

- La almina se usa en la fabricacin de vidrios y material refractario y como catalizador.

- El sulfato se usa en la fabricacin de colas, curtientes... en la industria papelera se empleapara coagular fibras de celulosa y obtener una superficie dura e impermeable.

5.7. Compatibilidad con otros materiales.

5.7.1. Aluminio - otros metales.

- El acero no protegido se oxida y los arrastres del xido simplemente manchan el aluminio.En presencia de un electrolito, tal como el agua de mar o las condensaciones de humedaden atmsfera industrial se pueden producir ataques locales. Es conveniente evitar elcontacto directo efectuando sobre el acero tratamientos como: el cincado, pinturapigmentada al cinc, pintura bituminosa; o aislando el aluminio del acero por la interposicinde una banda plstica de neopreno.

- El contacto del cobre y sus aleaciones (latn, bronce, bronce al aluminio) es peligroso para el aluminio y deben aislarse convenientemente los dos metales.

- Aunque el plomo es ms electropositivo que el aluminio, existen numerosos ejemplos de contactos aluminio-plomo que se comportan perfectamente bien. No se aconseja en particular, la utilizacin de pinturas al xido de plomo (minio de plomo).

5.7.2. Aluminio yeso / cemento.

El polvo de yeso o de cemento en presencia de humedad y las salpicaduras de yeso o de cemento fresco provocan un ataque superficial al metal, dejando manchas blancas despus de limpiado, incluso sobre aluminio anodizado. Estas manchas no tienen prcticamente influencia sobre la resistencia misma del producto pero afectan su aspecto superficial. El ataque sobre elaluminio se detiene cuando el yeso o el cemento han fraguado.

Estos inconvenientes pueden ser fcilmente evitables mediante algunas precauciones de proteccin tales como la aplicacin de bandas adhesivas, lacas pelables u otras alternativas.

5.7.3. Aluminio madera.

La mayor parte de las maderas secas no ejercen accin sobre el aluminio. No obstante, ciertas maderas tales como el roble y el castao sufren una reaccin cida en presencia de lahumedad. Por lo tanto es conveniente pintar o barnizar estas maderas antes de ponerlas en contacto con el aluminio.