El aluminio se obtiene mediante procesos metalúrgicos. La metalurgia es un área que estudia la transformación de minerales en metales o aleaciones metálicas. Mediante este método se obtienen varios metales, como cobre, titanio, hierro y manganeso.
En el caso del aluminio, el principal mineral utilizado es el bauxita (figura), que contiene óxido de aluminio hidratado (Aℓ2O3. x H2O) y diversas impurezas.
En la metalurgia del aluminio, ocurren los siguientes cuatro pasos:
Cuando el óxido de aluminio (Aℓ2O3 (s)) se separa de la bauxita, su nombre pasa a ser alúmina.
Previamente, se hizo lo siguiente: se trató alúmina con ácido clorhídrico para generar cloruro de aluminio; que se puso a reaccionar con potasio o sodio metálico, provocando la reducción del compuesto y dando lugar al aluminio metálico:
Aℓ2O3 (s) + 6 HCℓ(aquí)→ 4 AℓCℓ3 (aq) + 3 H2O(ℓ)
ACℓ3 (aq) + 3K(s)→ 3 KCℓ(s) + Aℓ(s)
Sin embargo, este método era muy caro e ineficaz, por lo que el aluminio se consideraba un metal raro.
Pero en 1886, dos científicos desarrollaron por separado el método mencionado anteriormente, en el que se utilizó la electrólisis ígnea. Estos científicos fueron el estadounidense Charles M. Hall y el francés Paul Héroult, por lo que este método pasó a llamarse
Proceso Hall-Héroult o simplemente,Proceso Hall, mientras que Charles M. Hall lo patentó.El punto clave que descubrieron fue cómo hacer líquido óxido de aluminio para hacerlo. poder realizar su electrólisis ígnea, ya que el problema era que su punto de fusión estaba por encima 2000 ° C. Utilizaron un fundente, mineral de criolita (Na3AℓF6), que pudo reducir la temperatura de fusión del óxido de aluminio a aproximadamente 1000 ° C.
Por lo tanto, como se muestra en el diagrama a continuación, esta mezcla de óxido de aluminio y criolita se colocó en un recipiente electrolítico de acero revestido de carbono. Una corriente eléctrica pasa a través de esta mezcla fundida. Las paredes del recipiente que están en contacto con la mezcla actúan como un polo negativo de electrólisis (cátodo), donde se produce la reducción de los cationes de aluminio. El ánodo (polo positivo) son cilindros hechos de grafito o carbono, es decir, ambos hechos de carbono, donde se produce la oxidación de los aniones de oxígeno:
Semirreacción del cátodo: 4 Aℓ3+(ℓ) + 12 y- → 4 Aℓ(ℓ)
Semirreacción del ánodo: 6 O2-(ℓ) → 12 y- + 3 O2 (g)
El oxígeno formado reacciona con el carbono en el ánodo y también genera dióxido de carbono:
3 O2 (g) + 3 C(s) → 3 CO2 (g)
Entonces, la reacción general y el esquema de esta electrólisis ígnea que da lugar al aluminio está dada por:
El aluminio obtenido se encuentra en forma líquida, debido a que su punto de fusión es de 660,37 ºC, es decir, inferior al de una mezcla de alúmina y criolita. El aluminio también es más denso que la mezcla y, por tanto, se deposita en el fondo del recipiente, donde se recoge.
En la producción de 1 tonelada de aluminio se utiliza:
- 4 a 5 toneladas de bauxita, de donde 2 toneladas de alúmina;
- 50 kilogramos de criolita (No existen muchas reservas naturales de criolita, por lo tanto, generalmente se obtiene a través de su síntesis a partir de fluorita (CaF2), un mineral más abundante en la naturaleza);
- 0,6 toneladas de carbón para los electrodos.
La producción anual de aluminio supera 27,4 millones de toneladas.
Entre las principales aleaciones de aluminio metálico, tenemos las siguientes:
Por Jennifer Fogaça
Licenciada en Química
Fuente: Escuela Brasil - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/obtencao-aluminio-por-meio-eletrolise.htm
