Aluminio

ESCUELA:
Ingeniería Química.
ASIGNATURA:
Materiales de Ingeniería
DOCENTE:
Ing. Ana María Gimenez
INTEGRANTES:
Vega Leyva Cinthia
Flores Quihue Liz
Castillo Cruz Johana
Rojas Ccochachi Judith
L Loyola Real Yeanpier Alexander
CICLO Y SECCIÓN: V-B
“AÑODELALUCHACONTRA LACORRUPCIÓN E
IMPUNIDAD”
2019

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En la actualidad el aluminio es uno de los materiales metálicos más utilizados,
generalmente este no se encuentra en la naturaleza de forma pura. Las aleaciones que se
producen a base de él son muy utilizadas actualmente en diferentes campos. El área naval
es una que actualmente utiliza las aleaciones del este para construir embarcaciones y
otros componentes de barcos o lanchas. Se debe resaltar que el aluminio es sometido a
procesos de fabricación y se le aplican tratamientos, los cuales se dan cualidades a sus
aleaciones y permite el mejor funcionamiento y utilización de estas en cual sea su
aplicación. Este trabajo se harealizado conel fin derealizar unestudio acercadel aluminio
y susaleaciones, ademásdedara conocersusprincipales característicasy las aplicaciones
que presenta él y sus aleaciones en la actualidad. También se explicará los métodos por
los cuales se obtiene y a los procesos que es sometido para obtenerlo en su pureza más
alta.

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Las aleaciones del aluminio tiene como principal objetivos mejorar la dureza y
resistencia del aluminio, que es en estado puro un metal muy blando
Conocer las características físicas y químicas del aluminio y sus principales ale
antes a si conocer sus aplicaciones y usos en la industria.

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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 su estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos, plagioclasas y micas).
Este metal se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita, por
transformación primero en alúmina mediante el procesoBayer y a continuación en aluminio
metálico mediante electrólisis. Este metal posee una combinación de propiedades que lo
hacen muy útil en ingeniería de materiales, tales como su baja densidad (2812,5 kg/m³) y su
alta resistencia a la corrosión. Mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar
sensiblemente su resistencia mecánica (hasta los 690 MPa). Es buen conductor de
la electricidad y del calor, se mecaniza con facilidad y es muy barato. Por todo ello es desde
mediados del siglo XX2 es 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
extendida vida útil y la estabilidad de su precio.

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Metal muy electropositivo extremamente reactivo
Al contacto con el aire se4 cubre rápidamente con una capa
dura y transparente de óxido de aluminio resiste a la corrosión
.esto hace que sea inerte a los ácidos, pero no al álcalis.
Es un metal ligero
Es un buen conductor de electricidad, solo superado con el
cobre.
El aluminio puro tiene unas propiedades mecánicas reducidas
pero sus aleaciones consiguen puntos muy elevados.
Tiene una buena conductividad térmica.
Es maleable y dúctil pero tiene escasa resistencia mecánica

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Proceso de Hall – Heroult
El proceso Hall-Heroult es el principal proceso de obtención de aluminio.
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 grafito de Soldberg. La reacción química total es la siguiente:
2Al2O3 + 3 C → 4 Al + 3 CO2
Laalúmina sedescomponeenaluminio 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 alumina sea constante durante el
proceso, por lo que habrá que ir vertiendo más según avance el proceso.
Este proceso fue descubierto independientemente en 1886 por el estadounidense
Charles Martin Hall y el francés Paul Héroult. Resulta curioso que ambos científicos
naciesen y muriesen en los mismos años y que patentaran su descubrimiento con tan
poca diferencia de tiempo sin conocerse.
Este proceso se usa en todo el mundo y es el único utilizado actualmente por la
industria para producir aluminio.

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Proceso de 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, Al(OH)3, o mezclas de hidróxidos y óxidos, AlO(OH).
En el proceso Bayer, primero se tritura la bauxita y luego se lava con una disolución
caliente de hidróxido de sodio (sosa cáustica a no confundir con sosa quees carbonato de
sodio[Na2CO3]), NaOH. La sosa disuelve los minerales de aluminio, pero no los otros
componentesdela bauxita, quepermanecensólidos.Las reaccionesquímicas queocurren
en esta etapa, llamada "digestión" son las siguientes:
Al(OH)3 + OH- + Na+ → Al(OH)4- + Na+
AlO(OH) + OH- + H2O + Na+ → Al(OH)4- + Na+
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 140 ºC pero parala mezcla de
hidróxido y óxido hace falta subir hasta unos 240 ºC.
A continuación, se retiran de la disolución los sólidos no disueltos, principalmente en un
decantador seguido de unos filtros para eliminar los últimos restos. Los sólidos recogidos

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en el decantador, llamados "lodo rojo" o "barro rojo", se tratan para recuperar la sosa no
reaccionada, que se recicla al proceso.
La disolución 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 disolución con partículas de hidróxido de aluminio:
Al(OH)4- + Na+ → Al(OH)3 + OH- + Na+
La disolución de sosa libre de aluminio se concentra en unos evaporadores y se recicla al
comienzo del proceso.3
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:
2 Al(OH)3 → Al2O3 + 3 H2O
La alúmina obtenida se utiliza principalmente para producir aluminio mediante
electrólisis.

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Los aleaciones de aluminio tanto las forjadas como las moldeadas se clasifican en
función del elemento ale ante usado al menos el que está en mayor proporción los
elementos ale antes más usados son:
Cromo (Cr) Aumenta la resistencia mecánica cuando está combinado con otros
elementos Cu, Mn, Mg.
Cobre (Cu) Incrementa las propiedades mecánicas pero reduce la resistencia a la
corrosión.
Magnesio (Mg) Tiene una gran resistencia tras el conformado en frío.
Manganeso (Mn) Incrementa las propiedades mecánicas y reduce la calidad de
embutición.
Silicio (Si) Combinado con magnesio (Mg), tiene mayor resistencia mecánica.
Zinc (Zn) Aumenta la resistencia a la corrosión.
Al
Cu
Si
Mg
Zn
Mn
Mg+Si

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Exógena: Provienen de impurezas que se incorporan al aluminio y sus productos
durante su fabricación. Ejemplo: Alúmina, Pedazos o polvo de ladrillos refractarios, polvo
de colada, hidrógeno, escoria, fundentes, etc.
Endógena: Incorporadas al aluminio de manera intencional o producto de reacciones
fisicoquímicas y termodinámicas de los elementos de aleación con el aluminio, aire y/o
gases de combustión. Se pueden generar soluciones (normalmente deseadas) o
compuestos químicos o intermetálicos. Ejemplo, carburos, óxidos, partículas de segunda
fase (TIBOR), siliciuro de Magnesio, Inclusiones de elementos alcalino –térreos (Li, Na, K),
Eutécticos de Fe, etc.
Hierro: es una impureza remanente después de refinar la bauxita y de la fusión. El
diagrama de fases predice que durante la solidificación de una aleación de aluminio-
hierro, la mayor parte del hierro se mantiene en fase líquida hasta que solidifica el
eutéctico formado por una solución sólida más partículas del intermetálico Al3Fe.
Dependiendo de la velocidad de solidificación y de la presencia de otros elementos tales
como manganeso, se pueden formar partículas metas estables: Al6Fe, ortorrómbicas, en
lugar de la fase de equilibrio Al3Fe.

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Silicio: una impureza omnipresenteen todas las aleacionesde aluminio comerciales. Dos
fases ternarias: α (Al12Fe3Si), cúbica y β (Al9Fe2Si2), monoclínica, se forman por medio de
una reacción eutéctica. A bajos contenidos de silicio, casi todo el hierro está presente
como Al3Fe. A medida que aumenta el contenido de silicio, aparece primero la fase α (Al-
FeSi) y luego la fase β (Al-Fe-Si). En los productos comerciales, las fases pueden no ser las
predichas por los diagramas de equilibrio debido los extensos tiempos requeridos a altas
temperaturas para acercarse al equilibrio.
Manganeso: Las aleaciones comerciales AlMn contienen tanto hierro como silicio.
Durante la solidificación de los lingotes de tamaño comercial, se forman por reacción
eutécticas las fasesAL6 (Mn,Fe) y AL12(Fe,Mn)Si. El manganeso restante permanece en
solución y precipita durante el precalentamiento de lingotes como Al12(Mn, Fe)Si y
dispersiones Al6(Mn,Fe).

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Alúmina:
 TITANIO: 2-3% en las bauxitas, se solubiliza y precipita como NaHTiO3
perdiéndose sosa.
 CARBONATOS: hasta un 4% principalmente como CaCO3 Se descomponen en la
digestión ligando las cantidades correspondientes de sosa. El carbonato sódico se
cristaliza como Na2CO3 ·H2Ode loslicores yse caustifica paradevolverlo al circuito.
 COMPONENTES ORGÁNICOS: pueden dar problemas en la precipitación o
calcinación.
 AZUFRE: Como pirita o sulfatos. Éstos pasan a la solución. <0.6% S en la bauxita no
causa problemas en el proceso.
 FÓSFORO Y VANADIO: presentes en pequeñas cantidades en la bauxita (0.6%
P2O5, 0.1% V2O5). Si se acumulan en exceso pueden impurificar el hidrato. El
fósforo queda parcialmente en el lodo rojo si se emplea cal. El vanadio se controla
y recupera retirando disolución del circuito.
 FLUOR: presente en pequeñas cantidades en las bauxitas. O se precipita como
fluorita o como NaF en la cristalización del vanadio.
 GALIO: 0.05-0.20 kg de Ga2O3 por tonelada de Al2O3 en las bauxitas. Se extrae en la
digestión y se acumula en solución hasta 0.8-1 kg de Ga2O3 por tonelada de Al2O3

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Las aleaciones que no reciben tratamiento térmico solamente pueden ser trabajadas en frío para
aumentar su resistencia. Hay tres grupos principales de estas aleaciones según la norma AISI-
SAE que son los siguientes:
 Aleaciones 1xxx. Son aleaciones de aluminio técnicamente puro, al 99,9% siendo sus
principales impurezas el hierro y el silicio como elemento aleante. Se les aporta un 0.1%
de cobre para aumentar su resistencia. Tienen una resistencia aproximada de 90 MPa. Se
utilizan principalmente para trabajos de laminados en frío.
 Aleaciones 3 xxx. El elemento aleante principal de este grupo de aleaciones es el
manganeso (Mn) que está presente en un 1,2% y tiene comoobjetivoreforzaral aluminio.
Tienen una resistencia aproximada de 16 ksi (110MPa) en condiciones de recocido. Se
utilizan en componentes que exijan buena maquinabilidad.
 Aleaciones 5xxx. En este grupo de aleaciones el magnesio es el principal componente
aleante, su aporte varía del 2 al 5%. Esta aleación se utiliza cuando se necesita conseguir
reforzamiento en solución sólida. Tiene una resistencia aproximada de 28 ksi (193MPa)
en condiciones de recocido.
Aleaciones de aluminio forjado con tratamiento térmico
Algunas aleaciones pueden reforzarse mediante tratamiento térmico en un proceso de
precipitación. El nivel de tratamiento térmico de una aleación se representa mediante la
letra T seguida de un número por ejemplo T5. Hay tres grupos principales de este tipo de
aleaciones.
 Aleaciones 2xxx: El principal aleante de este grupo de aleaciones es el cobre (Cu),
aunque también contienen magnesio Mg. Estas aleaciones con un tratamiento T6
tiene una resistencia a la tracción aproximada de 64ksi (442 MPa) y se utiliza en la
fabricación de estructuras de aviones, concretamente en la parte inferior y en el
fuselaje donde se precisa de una gran tenacidad a fractura además de buena
resistencia.
 Aleaciones 6xxx. Los principales elementos aleantes de este grupo son magnesio
y silicio. Con unas condiciones de tratamiento térmico T6 alcanza una resistencia
a la tracción de 42 ksi (290MPa) y es utilizada para perfiles y estructuras en
general.

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 Aleaciones 7xxx. Los principales aleantes de este grupo de aleaciones son zinc,
magnesio y cobre. Con un tratamiento T6 tiene una resistencia a la tracción
aproximada de 73ksi (504MPa) y se utiliza para fabricar estructuras de aviones,
concretamente la parte superior de las alas en las que se precisa una gran
resistencia. También se usa en aplicaciones deportivas de alto nivel, como platos y
piñonesdebicicletas (Mountain Bike y deCarrera)yparabastonesdeesquíusados
en competición, siendo la aleación 7040 la más usada debido a su ligereza y buena
flexibilidad aun a bajas temperaturas.

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Es uno de los aspectos importantes del uso del aluminio es su reciclaje total, de esta
manera se disminuye considerablemente a los gastos para producir este metal.
 Por su alta resistencia a la corrosión, las magníficas propiedades estructurales, la
calidad de fabricación y su costo relativamente bajo, en arquitectura e industria se
puede utilizar en puertas, ventanas, contraventanas, muros.
 Por su proporción resistencia – peso (un volumen de aluminio pesa menos que
1/3 del mismo volumen de acero .los únicos metales más ligeros son el litio ,el
berilio y el magnesio ) se utiliza para construir aviones ,bicicletas ,automóviles y
otras aplicaciones .

P á g i n a 15 | 20
 Por su elevada conductividad del calor, el aluminio se emplea en radiadores,
utensilios de cocina y en pistones de motores de combustión interna.
 Por su buena relación conductividad eléctrica – 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 transmisión de electricidad de alto voltaje a larga
distancia y actualmente se usan conductores de aluminio en tendidos eléctricos .

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 Por su alta resistencia sometido a bajas temperaturas .el papel de aluminio de
0.018 cm de espesor ,actualmente muy utilizado en usos domésticos , protege
los alimentos y otros productos perecederos .
 Por su resistencia a la corrosión al agua del mar, se utiliza `para fabricar cascos
de barco y otros mecanismos acuáticos.

P á g i n a 17 | 20
 Por su elevada reflexión para la luz visible y el calor radiante, el aluminio
evaporado al vacío forma una capa oxido que no se deteriora como las de plata se
usan para la construcción de espejos de telescopios, papeles decorativos
,empaquetado ,juguetes .etc.

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https://www.slideshare.net/jomiraq/el-aluminio-y-sus-aleaciones
http://cesarmetalugista.blogspot.com/p/aleaciones-de-aluminio.html?m=1
https://www.alu-stock.es/multimedia/descargas/13/Cap10-el-aluminio.pdf
http://ocw.usal.es/eduCommons/ensenanzas-tecnicas/materiales-ii/contenidos/METALES%202.pdf
https://ubtjrialca.files.wordpress.com/2012/02/elaluminio_y_su_desarrolloactual1.pdf
file:///C:/Users/DESKTOP-J58HG82/Downloads/ALUMINIIO%20y%20SUS%20ALEACIONES%20(1).pdf
https://fido.palermo.edu/servicios_dyc/blog/docentes/trabajos/39742_149291.pdf
https://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_Hall-H%C3%A9roult
https://www.academia.edu/7193280/ALUMINIO_Y_SUS_ALEACIONES_TRABAJO_WOR
D

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ÍNDICE
INTRODUCCIÓN.........................................................................1
OBJETIVOS................................................................................ 2
DEFINICIÓN...............................................................................3
PROPIEDADES........................................................................... 4
PROCESO DE OBTENCIÓN DEL ALUMINIO ............................... 5
ALEANTES ................................................................................ 8
IMPUREZAS .............................................................................. 9
ALEACIONES............................................................................12
APLICACIONES.........................................................................14
BIBLIOGRAFÍA .........................................................................18
ÍNDICE.....................................................................................19

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