Tarea aluminio

El Aluminio se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de Bauxita (óxido
de aluminio hidratado impuro), primero se transforma en alúmina mediante el proceso
Bayer y a continuación en aluminio metálico mediante electrólisis.

PROCESO BAYER:

El químico austriaco Karl Bayer patentó en 1889 el proceso para obtener alúmina a partir
de bauxita mediante una solución de hidróxido sódico. Hasta entonces, la alúmina se
producía por el proceso de Le Chatelier (1869), el cual consistía en mezclar la bauxita con
carbonato sódico y se sometía la mezcla a calcinación en un horno a 1000 – 1100 ºC.
Como producto de reacción se obtenía aluminato sódico, que se lixiviaba a 80 ºC,
consiguiéndose una solución de aluminio de la que, una vez saturada, se precipitaba la
alúmina por medio de CO2 procedente del horno. El proceso de Le Chatelier fue perdiendo
competitividad desde la aparición del proceso Bayer hasta quedar casi desbancado a
finales de los años 1940. Desde los años 1960 toda la alúmina producida en el mundo lo es
por el proceso Bayer.

El proceso Bayer tiene 5 etapas principales, sin embargo se debe tener en cuenta que las
condiciones del proceso son influenciadas por el tipo de bauxita usada, las etapas son:

 Preparación de la bauxita:

En este paso se tiene como función reducir la bauxita a un tamaño de partículas apropiado
para extracción de alúmina. Al reducir el tamaño, se incrementa la superficie de reacción y
facilita su manejo. Esto se realiza a través de una trituración utilizando diferentes
trituradores como de mandíbula, de rodillo, de martillo y de impacto. Se realiza en tres
pasos:

1. Trituración seca: se obtiene un tamaño de partícula con un diámetro básico de
varios centímetros.

2. Trituración seca o húmeda: para obtener partículas menores de 1 cm

3. Molienda húmeda: se obtiene un tamaño de partículas más pequeño.

 Digestión:
En esta operación, la pulpa proveniente del área de molienda, es disuelta en caústica
fuerte para formar una solución enriquecida en aluminato sódico, de acuerdo a las
reacciones siguientes:
Metalurgia Básica - Actividad 1 – Semana 1

 Para el trihidrato:

(Al2O3 . 3H2O + impurezas) + 2NaOH ----- 2NaAlO2 + 4H2O + "L.R."
 Para el monohidrato:

(Al2O3 . H2O + impurezas) + 2NaOH ------ 2NaAlO2 + 2H2O + "L.R."

La digestión es una operación complicada, cuyos parámetros: temperatura, concentración
de NaOH y presión, dependen de la naturaleza del mineral de bauxita. De aquí, que se
habla de dos tipos de proceso Bayer, los que utilizan monohidrato (Bayer Europeo) y los
que utilizan trihidrato (Bayer Americano).

En las plantas modernas, el proceso de digestión se realiza en forma contínua, utilizando
para ello varios digestores (4-5 ó 6 digestores) trabajando en serie, donde el lechado de
bauxita o pasta aguada es introducida al primer reactor y al mismo tiempo puesta en
contacto con el licor fuerte precalentado.

 Dilución y separación de residuos:

Al final de la digestión, la suspensión que abandona el último digestor conteniendo la
solución de aluminato, arenas (material con un tamaño > 100pm) y lodos rojos (partículas
finas), está a una temperatura por encima de su punto de ebullición a presión atmosférica,
de manera que es pasada a través de un sistema de enfriamiento por expansión en el cual
ocurre una depresurización en forma escalonada hasta la presión atmosférica y una
disminución de la temperatura hasta aproximadamente 105-100ºC.
La suspensión acuosa después del paso por los tanques de expansión es entonces diluida,
para facilitar el proceso de sedimentación de impurezas, mediante la reducción de la
viscosidad del licor, puesto que:
1. Mayor viscosidad del licor implica menos velocidad de sedimentación en los
espesadores.
2. A mayor viscosidad, mayor energía es requerida para transferir la suspensión.

Este proceso se lleva a cabo en tres etapas:

Desarenado
La pulpa que proviene de la digestión, después de todos los pasos de recuperación
térmica ya diluida, se somete a la separación de los lodos y arenas que contiene. La
suspensión acuosa diluida fluye dentro de hidroseparadores (hidrociclones), donde las
partículas relativamente gruesas (100 r m a más) denominadas arenas compuestas en su
mayor parte por sílice, son separadas de las partículas finas.

Sedimentación, lavado y desecho de lodos rojos
La sedimentación se lleva a cabo en tanques espesadores, y el lodo rojo depositado en el
fondo de éstos, es removido continuamente por un sistema de rastrilleo. Este lodo rojo
saliente por la parte inferior de los espesadores, es lavado con el fin de recuperar la
solución caústica y el licor que contiene alúmina disuelta, produciéndose
simultáneamente un lodo que ha de ser desechado, mientras que el agua de lavado es
enviada al área disolución.
Filtración de seguridad
Las partículas finas en suspensión que aún permanecen en el licor, deben ser separadas,
de lo contrario contaminarían el producto, y ello es logrado mediante una filtración de
seguridad. El proceso se realiza por medio de filtros a presión "Kelly". Una vez que la
solución pase a través de esta filtración, es enviada a una sección de enfriamiento por
expansión instantánea, donde se le confiere al licor la temperatura requerida para la
precipitación 50 ó 70ºC, según el tipo de proceso Bayer Europeo o Americano
respectivamente. Al disminuir la temperatura, la sobresaturación de la solución es
aumentada y favorece la precipitación del trihidrato de alúmina.

 Precipitación:

A pesar de bajar la temperatura del licor, es difícil que se produzca una precipitación
espontánea. Se precisa de siembra de cristales de hidrato, generalmente fino y en
cantidad controlada, De esta manera, se puede conseguir la granulometría deseada. La
reacción de precipitación es la siguiente:

Al(OH)4- + Na+ → Al(OH)3 + OH- + Na+

En las plantas de alúmina Bayer tradicionales, la precipitación se llevaba a cabo en forma
discontinua. Las tendencias en los últimos años han evolucionado hacia la precipitación
continua, ya que tiene un mejor control y resulta más barata. Su desarrollo va asociado a
los diseños de plantas grandes con producciones en el entorno de 106 Mg.

 Calcinación:

El hidrato lavado se somete a secado y calcinación. El secado se consigue aprovechando
los gases calientes del calcinador y, una vez seco el mismo, se pone en contacto a alta
temperatura (900-1200ºC) en un horno. De esta forma se obtiene el producto final, la
alúmina (Al2O3). La reacción es la siguiente:


2Al(OH)3 1100ºC Al2O3 + 3H2O

Como tecnologías da calcinación ha, fundamentalmente, dos:
- Horno rotativo.
- Lecho fluido.
La primera fue tradicional, que siempre produjo alúmina a , y en la actualidad adaptada
para obtener alúmina mayoritariamente g . Este tipo de horno es muy parecido a los
hornos de cemento.
Los hornos de lecho fluido producen una alúmina bastante uniforme y de características
"sandy" (con alto contenido en fase g ). Dichos lechos fluidos están llegando a tal grado de
perfección en su tecnología que el producto final tienen ya propiedades buenas, no sólo
desde el punto de vista de distribución granulométrica, sino también en cuanto a su
contenido en hidrato residual y alúmina a.
En la figura 1 se muestra las etapas del proceso Bayer.

Figura 1.Etapas proceso Bayer

Fuente: http://www.geocities.ws/mcandrew33/Folder/resumen.htm

PROCESO ELECTROLÍTICO DE OBTENCIÓN DE ALUMINIO

La electrólisis es un proceso donde se separan los elementos del compuesto que forman,
usando para ello la electricidad; este proceso consiste en aplicar una corriente eléctrica
continua mediante un par de electrodos conectados a una fuente de alimentaciones
eléctricas y sumergidos en la disolución. El electrodo conectado al polo positivo se conoce


como ánodo, y el conectado al negativo como cátodo. Cada electrodo atrae a los iones
de carga opuesta. Así, los iones negativos, o aniones, son atraídos y se desplazan hacia el
ánodo (electrodo positivo), mientras que los iones positivos, o cationes, son atraídos y se
desplazan hacia el cátodo (electrodo negativo).

El proceso Hall-Héroult es el principal proceso de obtención de aluminio (Figura 2). 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 anódos se suelen utilizar unos electrodos de
carbón de Soldberg.
La reacción química total es la siguiente:

2 Al2O3 + 3 C → 4 Al + 3 CO2

Figura 2. Proceso Hall-Héroult

Fuente: http://www.elmhurst.edu/~chm/onlcourse/chm110/outlines/aluminum.html

La alúmina se descompone en aluminio 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 alúmina sea constante durante el proceso,
por lo que habrá que ir vertiendo más según avance el proceso.


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