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Aluminio CM

  1. 1. CIENCIA DE MATERIALES EL ALUMINIO Y SUS APLICACIONES Carlos Guinea Pérez Grupo A 1
  2. 2. Historia[1]El aluminio se utilizaba en la antigüedad clásica en tintorería y medicina bajo la forma de una saldoble, conocida como alumbre y que se sigue usando hoy en día. En el siglo XIX, con el desarrolloy la física y la química, se identificó el elemento. A medida que se sistematizaban los nombres delos distintos elementos, se le nombró aluminium, forma preferida por la IUPAC.En el año 1825, el físico danés Hans Christian Ørsted, descubridor del electromagnetismo,consiguió aislar por electrólisis unas primeras muestras, bastante impuras. El aislamiento total fueconseguido dos años después por Friedrich Wöhler. La extracción del aluminio a partir de las rocas que lo contenían se reveló como una tarea ardua. A mediados de siglo, podían producirse pequeñas cantidades, reduciendo con sodio un cloruro mixto de aluminio y sodio, gracias a que el sodio era más electropositivo. Durante el siglo XIX, la producción era tan costosa que el aluminio llegó a considerarse un material exótico, de precio exorbitado, y tan preciado o más que la plata o el oro.Con el tiempo hubo un perfeccionamiento de las técnicasde extracción y un consiguiente aumento de laproducción. En el año 1889, Karl Bayer patentó unprocedimiento para extraer la alúmina u óxido dealuminio a partir de la bauxita, la roca natural. Poco antes,en 1886, el francés Paul Héroult y el norteamericanoCharles Martin Hall habían patentado de formaindependiente y con poca diferencia de fechas un procesode extracción, conocido hoy como proceso Hall-Héroult.Con estas nuevas técnicas la producción de aluminio seincrementó vertiginosamente. Si en 1882 la producciónanual alcanzaba apenas las 2 toneladas, en 1900 alcanzólas 6.700 toneladas, en 1939 las 700.000 toneladas, 2.000.000 en 1943, y en aumento desdeentonces, llegando a convertirse en el metal no férreo más producido en la actualidad.La abundancia conseguida produjo una caída del precio, y que perdiese la vitola de metal preciadopara convertirse en metal común. Hoy en día las líneas generales del proceso de extracción semantienen, aunque se recicla de manera general desde 1960, por motivos medioambientales perotambién económicos ya que la recuperación del metal a partir de la chatarra cuesta un 5% de laenergía de extracción a partir de la roca. 2
  3. 3. CaracterísticasSu ligereza, conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión y bajo punto fusión le convierten enun material idóneo para multitud de aplicaciones; sin embargo, la elevada cantidad de energíanecesaria para su obtención limita su mayor utilización; dificultad que puede compensarse por subajo costo de reciclado, su dilatada vida útil y la estabilidad de su precio.- LigerezaEl aluminio es un metal muy ligero con un peso específico de 2.7 g/cm3, un tercio que el acero,permitiendo obtener importantes ahorros de peso en sus aplicaciones. Su resistencia puede adaptarse a la aplicación que se desee modificando la composición de su aleación. [2] - Muy dúctil El aluminio es dúctil y tiene una densidad y un punto de fusión bajos. Esta situación de fundido, puede procesarse de diferentes manera. Su ductibilidad permite que los productos de aluminio se fabriquen en una fase muy próxima al diseño final del producto. - Muy resistente a la corrosiónEl aluminio genera de forma natural una película que lo hace muy resistente a la corrosión, no estásometido a problemas de corrosión atmosférica, habituales en el hierro y el cobre. Los diferentestipos de tratamiento de revestimiento pueden mejorar aún más esta propiedad. Resultaespecialmente útil para aquellos productos que requieren de protección y conservación.- Excelente conductor de la electricidadEl aluminio es un excelente conductor del calor y la electricidad, lo que lo hace indispensable parala electrónica y las aplicaciones eléctricas, y, en relación con su peso, es casi dos veces mejor que elcobre.- Buenas propiedades de reflexiónEl aluminio es un buen reflector tanto de la luz como del calor. Esta característica, junto con su bajopeso, hacen de él el material ideal para reflectores, por ejemplo, de la instalación de tubosfluorescente, bombillas o mantas de rescate.- Completamente impermeable e inocuoLa lámina de aluminio, incluso cuando se lamina a un grosor de 0.007 mm. sigue siendocompletamente impermeable y no permite que las sustancias pierdan ni el más mínimo aroma osabor. Además, el metal no es tóxico, ni desprende olor o sabor.- VersatilidadLa posibilidad de utilizar el metal en aleaciones, quepueden ser rígidas o elásticas, especialmente sólidas yresistentes a la corrosión, permite adaptar el aluminio a unaamplia gama de necesidades.- Totalmente reciclableEl aluminio es cien por cien reciclable sin merma de suscualidades. El refundido del aluminio necesita pocaenergía. El proceso de reciclado requiere sólo un 5% de laenergía necesaria para producir el metal primario inicial. 3
  4. 4. - Propiedades AtómicasEstructura Cristalina Cúbico cara centradaEstructura Electrónica Ne 3s2 3p1Número Atómico 13Peso Atómico ( amu ) 26.98154Sección trans. de Absorción de 0.232Neutrones Térm ( Barns )Valencias indicadas 3- Propiedades EléctricasFuerza Electromotríz Térmica contra el Platino ( mV ) +0.42Coeficiente de Temperatura a 0-100C ( K-1 ) 0.0045Resistividad Eléctrica @20C ( µOhmcm ) 2.67Temperatura Crítica de Superconductividad ( K ) 1.175[3] 4
  5. 5. AplicacionesLa utilización industrial del aluminio ha hecho de este metal uno de los más importantes, tanto encantidad como en variedad de usos, siendo hoy un material polivalente que se aplica en ámbitosmuy diversos. El aluminio se usa en forma pura, aleado con otros metales o en compuestos nometálicos. Su uso más popular, sin embargo, es como papel aluminio, que consiste en láminas dematerial con un espesor tan pequeño que resulta fácilmente maleable y apto por tanto para embalajealimentario. También se usa en la fabricación de latas y tetrabriks.El aluminio se utiliza en numerosos productos de uso doméstico: baterías de cocina,electrodomésticos, escaleras, cabinas de ducha, mobiliario, equipos de iluminación, componentes dedecoración, equipamiento para deportes y tiempo libre, ...Por sus propiedades eléctricas es un buen conductor, capaz de competir en coste y prestaciones conel cobre tradicional. Dado que, a igual longitud y masa, el conductor de aluminio tiene másconductividad, resulta un componente útil donde el exceso de peso no es importante. Es el caso dela aeronáutica y de los tendidos eléctricos donde el menor peso implica en un caso menos gasto de combustible y mayor autonomía, y en el otro la posibilidad de separar más las torres de alta tensión. En los transportes, gracias a su elevada relación resistencia/peso, el aluminio se utiliza para la construcción de motores, bombas, pistones, ruedas, bielas, cubos, válvulas, marcos y acabados, 5
  6. 6. paragolpes, compuertas, elementos de carrocería, radiadores e intercambiadores de calor. El sectorde los transportes es el que más utiliza el aluminio, aproximadamente un tercio de todo el metalconsumido en Europa. Una de las principales razones es que mover peso, cuesta energía.[4]En la construcción se utiliza en cerramientos, fachadas continuas, marcos, puertas, ventanas,persianas, vallas, construcción prefabricada, radiadores e intercambiadores de calor, chapas paracontratechos, paneles solares, coberturas, etc.Además de eso, aleado con otros metales, se utiliza para lacreación de estructuras portantes en la arquitectura y parafabricar piezas industriales de todo tipo de vehículos ycalderería. También está presente en enseres domésticostales como utensilios de cocina y herramientas. Se utilizaasimismo en la soldadura aluminotérmica y comocombustible químico y explosivo por su alta reactividad. [5]Verdaderamente, son pocos los sectores de aplicación enlos que no se usa el aluminio. Su uso está destinado aaumentar progresivamente ya que sus propiedades son especialmente apreciadas por diseñadores,arquitectos e ingenieros, constructores y usuarios finales del producto.Consumo de aluminioEl aluminio es el metal cuyo consumo evoluciona en forma más acelerada, lo cual se debe a lamultiplicidad e importancia de sus aplicaciones y a su gran capacidad para sustituir con ventajas aotros metales. Tanto es así que según los datos estadísticos, el consumo mundial se duplica cadadiez años o menos, puesto que crece a razón de 10 % anual.Los principales países productores de Aluminio son Brasil, Estados Unidos, Canadá, Rusia yAustralia. [6] 6
  7. 7. El precio internacional del Aluminio (para la semana del 5 de Octubre de 2003) fue de 1497 dólares por tonelada para el Aluminio de 99,5 % de pureza. Las reservas mundiales se estiman en 40.000 millones de toneladas que se calculan bastan para cuatro siglos más. Pero si tenemos en cuenta las casi 7 millones de toneladas de aluminio recicladas, a un menor costo que el aluminio electrolítico, la disponibilidad de este metal está asegurada.Impacto medioambientalLos efectos del Aluminio han atraido nuestra atención, mayormente debido alos problemas de acidificación. El Aluminio puede acumularse en las plantasy causar problemas de salud a animales que consumen esas plantas. Lasconcentraciones de Aluminio parecen ser muy altas en lagos acidificados. Enestos lagos un número de peces y anfibios están disminuyendo debido a lasreacciones de los iones de Aluminio con las proteinas de las agallas de lospeces y los embriones de las ranas.Elevadas concentraciones de Aluminio no sólo causan efectos sobre los peces, también sobre lospájaros y otros animales que consumen peces contaminados e insectos y sobre animales querespiran el Aluminio a través del aire.Altas concentraciones de Aluminio no sólo pueden ser encontrados en lagos ácidos y arie, tambiénen aguas subterráneas y suelos ácidos. Hay fuertes indicadores de que el Aluminio puede dañar lasraices de los árboles cuando estas están localizadas en las aguas subterráneas. [7]A la hora de la adquisición de las materias primas también se crean problemas para el medio ambiente. El aluminio representa más del 8% en peso de la corteza terrestre. Generalmente se encuentra bajo la forma de silicato o de mezcla de silicatos metálicos. Todo el aluminio producido comercialmente proviene de un mineral llamado bauxita. 7
  8. 8. La extracción de la bauxita es intensiva en el uso de energía. Su conversión en alúmina (óxido dealuminio) mediante el proceso Bayer (que data de más de 100 años, pero que se sigue usando), esuno de los procesos industriales más contaminantes del medio ambiente. Se genera un residuollamado "lodo rojo" [8] que contiene óxidos y silicatos así como hidróxido de sodio y todos losresiduos alcalinos del proceso. La región de las minas de bauxita generalmente acabaconvirtiéndose en una zona árida con la desaparición casi total de las especies animales y vegetalesque existían.[9]Afortunadamente ya han empezado a usarse nuevas tecnologías que generan un menor impactoambiental. Actualmente, siete de cada diez latas son de aluminio y tres de acero laminado. El 70% del acero que se produce en España procede de la chatarra, lo cual convierte a este metal en el más reciclado de todos. A esta cifra ha contribuido la existencia de muchas formas de recogida del mismo, como los chatarreros, los separadores magnéticos en los vertederos o los contenedores públicos para este tipo de residuos. De hecho, la aparición del contenedor amarillo ha contribuido a que en España se reciclen 2 de cada 3 latas, más del doble de lo que sereciclaba hace una década; todo un valor teniendo en cuenta que somos el segundo consumidor delatas de bebidas del mundo (nada menos que 7.500 millones de latas en 2007[10]), detrás de EE.UU.El aluminio es reutilizable al 100% y puede fundirse de forma continua sin perder sus propiedades.Se puede almacenar y transportar de forma sencilla aplastándolo. De una lata se aprovecha todo, yaque tanto envase como tapa son del mismo material. Conseguir nuevos lingotes a través delreciclado consume hasta un 95% menos de energía que si se hace a partir del tratamiento de sumateria prima, la bauxita.Las latas metálicas son fácilmentereciclables, pero se necesitan plantasrecuperadoras con un nivel de sofisticaciónque permita separar la hojalata de la basuratriturada. Se trata de unas tecnologías muycostosas pero en estos momentos puederecuperar casi el 2% del metal procedente delas latas que se encuentran en los residuossólidos urbanos. Para la recuperación delacero de las latas es preciso desestañarlas yextraerles el aluminio. Éste es un procesobastante contaminante, aunque mucho menosque el de producir acero de nuevo. Enconsecuencia, es preciso consumir lo menosposible productos domésticos fabricados conderivados del acero, como la hojalata. Las siderurgias pertenecen al grupo de las empresas máscontaminantes que existen. 8
  9. 9. Centros relevantes de investigaciónEl Instituto Tecnológico del Acero y del Aluminio (ACEAL)[11] es un centro especializado en lainvestigación y desarrollo de materiales dirigidos entre otros al sector metalúrgico. Para ello cuentacon el apoyo de un laboratorio de ensayos y de un centro de formación, ambos integrados en laestructura empresarial de Laboratorio de Inspección y Control de Calidad S.L.El instituto para el desarrollo de sus programas, también cuenta con la colaboración deUniversidades y Empresas de prestigio tanto nacionales como internacionales.Líneas de trabajo preferentes: Estudio del comportamiento de materiales base hierro y aluminio. Recubrimientos metálicos. Diseño y desarrollo de materiales cerámicos. Pulvimetalurgia. Proyectos de ingeniería.El Instituto es una empresa de nueva creación y su personal técnico posee una dilatada experienciaen investigación y desarrollo aplicado a sectores como el metalúrgico y otros.Desarrolla proyectos de investigación de forma conjunta con otras empresas y con Universidades deprestigio. Todo ello encaminado al estudio y resolución de los problemas que afectan a las empresasimplicadas en los distintos sectores industriales.El Instituto ofrece una variada relación de ensayos de laboratorio y servicio de consultoría en lossectores del acero y del aluminio, tanto en España como en América de Sur.El Instituto actualmente está desarrollando su Escuela de Formación, dirigida a responsables decalidad y técnicos de laboratorio de los sectores del acero y del aluminio.Los ensayos de materiales son de vital importancia para las empresas transformadoras de acero yaluminio. Permiten validar las materias primas y los productos finales permitiendo un perfectoseguimiento de las marcas de calidad.El Instituto es una solución para pequeñas y medianas empresas que no tienen capacidad paramantener su propio laboratorio de calidad y además les facilita una vía de acceso a Universidades yCentros Tecnológicos de prestigio y así satisfacer sus necesidades de desarrollo.Otros sectores también están incluidos en las actividades desarrolladas por el laboratorio.Fundiciones, estudio de defectos en piezas acabadas, diseño de materiales, estudios sobre soldadura,etc, son campos donde los miembros del laboratorio han desarrollado su actividad durante años, lacual ha quedado reflejada en numerosas publicaciones y presentaciones en Congresos nacionales yextranjeros de elevado prestigio. 9
  10. 10. En los últimos años los miembros del laboratorio han realizado trabajos de investigación ydesarrollo de materiales novedosos en campos como la tecnología de polvos, materiales cerámicosde alta tecnología, etc.Para el desarrollo de una investigación de calidad se utilizan técnicas como la microscopía óptica yelectrónica de barrido apoyada con el microanálisis de espectros obtenidos mediante energíasdispersivas, difracción de Rayos-X, etc.Referencias[1] http://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio#Historia[2] http://www.quiminet.com/articulos/el-aluminio-un-metal-con-aplicaciones-singulares-13680.htm[3] http://www.emmegi.es/Sezione.jsp?titolo=Caracter%EDsticas+del+aluminio&idSezione=2684[4] http://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio#Aplicaciones_y_usos[5] http://www.emmegi.es/Sezione.jsp?idSezione=2685[6] http://materias.fi.uba.ar/7106/Resumen%200302/Texido/ResumenTPaluminio.pdf[7] http://www.lenntech.es/periodica/elementos/al.htm[8] http://es.wikipedia.org/wiki/Barro_rojo[9] http://es.scribd.com/doc/39564349/Impacto-Al-Medio-Ambiente-y-Efectos-en-La-Salud-Humana[10] http://twenergy.com/reciclaje/el-reciclaje-de-aluminio-y-sus-beneficios-86[11] http://aceal.es/ 10

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