ALUMINIO Iajaira Diéguez Fernández

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1. Historia del aluminio

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 estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos, plagioclasas y micas). Como metal se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación primero en alúmina mediante el proceso Bayer 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 (2.700 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 relativamente barato. Por todo ello es desde mediados del siglo XX 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.

2. Imágenes relevantes del aluminio

Aluminio

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Producción de aluminio

Ciclo de producción del aluminio

Producción de aluminio

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Trabajo con aluminio

3. Características del aluminio

Características físicas:

El aluminio es un elemento muy abundante en la naturaleza, sólo aventajado por el silicio y el oxígeno. Se trata de un metal ligero, con una densidad de 2700 kg/m3, y con un bajo punto de fusión (660 °C). Su color es blanco y refleja bien la radiación electromagnética del espectro visible y el térmico. Es buen conductor eléctrico (entre 34 y 38 m/(Ω mm2)) y térmico (80 a 230 W/(m·K)).

Características mecánicas:

Mecánicamente es un material blando (Escala de Mohs: 2-3-4) y maleable. En estado puro tiene un límite de resistencia en tracción de 160-200 N/mm2 (160-200 MPa). Todo ello le hace adecuado para la fabricación de cables eléctricos y láminas delgadas, pero no como elemento estructural. Para mejorar estas propiedades se alea con otros metales, lo que permite realizar sobre él operaciones de fundición y forja, así como la extrusión del material. También de esta forma se utiliza como soldadura.

Características químicas:

La capa de valencia del aluminio está poblada por tres electrones, por lo que su estado normal de oxidación es III. Esto hace que reaccione con el oxígeno de la atmósfera formando con rapidez una fina capa gris mate de alúmina Al2O3, que recubre el material, aislándolo de ulteriores corrosiones. Esta capa puede disolverse con ácido cítrico. A pesar de ello es tan estable que se usa con frecuencia para extraer otros metales de sus óxidos. Por lo demás, el aluminio se disuelve en ácidos y bases. Reacciona con facilidad con el ácido clorhídrico y el hidróxido sódico.

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4. Aplicaciones del aluminio

La combinación de la ligereza con resistencia y alta conductibilidad eléctrica y térmica es la propiedad que convirtió el aluminio y sus aleaciones en materiales de construcción importantísimos para la construcción de aviones, de automóviles, de máquinas de transporte, para la electrotecnia, la fabricación de motores de combustión interna, etc.

En la industria química el aluminio y sus aleaciones se utilizan para fabricar tubos, recipientes y aparatos. Un volumen dado 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. Debido a su elevada proporción resistencia-peso es muy útil para construir aviones, vagones ferroviarios y automóviles, y para otras aplicaciones en las que es importante la movilidad y la conservación de energía. Por su elevada conductividad térmica, el aluminio se emplea en utensilios de cocina y en pistones de motores de combustión interna. Solamente presenta un 63% de la conductividad eléctrica del cobre para alambres de un tamaño dado, pero pesa menos de la mitad. Un alambre de aluminio de conductividad comparable a un alambre de cobre es más grueso, pero sigue siendo más ligero que el de cobre. El peso tiene mucha importancia en la transmisión de electricidad de alto voltaje a larga distancia, y actualmente se usan conductores de aluminio para transmitir electricidad a 700.000 voltios o más. El metal es cada vez más importante en arquitectura, tanto con propósitos estructurales como ornamentales.

Las tablas, las contraventanas y las láminas de aluminio constituyen excelentes aislantes. Se utiliza también en reactores nucleares a baja temperatura porque absorbe relativamente pocos neutrones. Con el frío, el aluminio se hace más resistente, por lo que se usa a temperaturas criogénicas. El papel de aluminio de 0,018 cm de espesor, actualmente muy utilizado en usos domésticos, protege los alimentos y otros productos perecederos. Debido a su poco peso, a que se moldea fácilmente y a su compatibilidad con comidas y bebidas, el aluminio se usa mucho en contenedores, envoltorios flexibles, y botellas y latas de fácil apertura. El reciclado de dichos recipientes es una medida de conservación de la energía cada vez más importante. La resistencia a la corrosión al agua del mar del aluminio también lo hace útil para fabricar cascos de barco y otros mecanismos acuáticos. Se puede preparar una amplia gama de aleaciones recubridoras y aleaciones forjadas que proporcionen al metal más fuerza y resistencia a la corrosión o a las temperaturas elevadas. Algunas de las nuevas aleaciones pueden utilizarse como planchas de blindaje para tanques y otros vehículos militares.

5. Indicadores de consumo del aluminio

El aluminio es uno de los elementos más abundantes de la corteza terrestre (8%) y uno de los metales más caros en obtener. La producción anual se cifra en unos 33,1 millones de toneladas, siendo China y Rusia los productores más destacados, con 8,7 y 3,7 millones respectivamente. Una parte muy importante de la producción mundial es producto del reciclaje. En 2005 suponía aproximadamente un 20% de la producción total.

A continuación, veremos en la imagen, las toneladas de producción primaria de aluminio a nivel mundial en este último año 2012.

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Y en la tabla, se muestra la producción de aluminio en estos últimos 10 años:

Periodo África

Asia

(ex

China)

Norte

América

Sur

América

Oeste

Europa

Este &

Centro

Europa

Oceanía China Est. Un-

reported Total

2011 1,805 2,533 4,969 2,185 4,027 4,319 2,306 17,786 576 43,989

2010 1,742 2,500 4,689 2,305 3,800 4,253 2,277 16,131 732 41,153

2009 1,681 4,400 4,759 2,508 3,722 4,117 2,211 12,964 624 36,986

2008 1,715 3,923 5,783 2,660 4,618 4,658 2,297 13,105 732 39,491

2007 1,815 3,717 5,642 2,558 4,305 4,460 2,315 12,588 732 38,132

2006 1,864 3,493 5,333 2,493 4,182 4,230 2,274 9,349 720 33,938

2005 1,753 3,139 5,382 2,391 4,352 4,194 2,252 7,806 636 31,905

2004 1,711 2,735 5,110 2,356 4,295 4,139 2,246 6,689 576 29,857

2003 1,428 2,475 5,495 2,275 4,068 3,996 2,198 5,547 504 27,986

2002 1,372 2,261 5,413 2,230 3,928 3,825 2,170 4,321 636 26,156

2001 1,369 2,234 5,222 1,991 3,885 3,728 2,122 3,371 588 24,510

2000 1,178 2,221 6,041 2,167 3,801 3,689 2,094 2,794 672 24,657

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6. Impacto medioambiental

Toxicidad

Este metal fue considerado durante muchos años como inocuo para los seres humanos. Debido a esta suposición se fabricaron de forma masiva utensilios de aluminio para cocinar alimentos, envases para alimentos, y papel de aluminio para el embalaje de alimentos frescos. Sin embargo, la investigación ha demostrado que puede producir efectos adversos en plantas, animales acuáticos y seres humanos.

La exposición al aluminio por lo general no es dañina, pero la exposición a altos niveles puede causar serios problemas para la salud, como por ejemplo:

Daño al sistema nervioso central. Demencia. Pérdida de memoria. Apatía. Temblores severos.

La exposición al aluminio se produce principalmente cuando:

Se consumen medicamentos que contengan altos niveles de aluminio. Se inhala polvo de aluminio que esté en la zona de trabajo. Se vive donde se extrae o procesa aluminio. Se colocan vacunas que contengan aluminio. Se ingieren alimentos cítricos preparados sobre una superficie de aluminio.

Cualquier persona puede intoxicarse con aluminio o sus derivados, pero algunas personas son más propensas a desarrollar toxicidad por aluminio.

El aluminio puede acumularse en las plantas y ser dañino para los animales que se alimentan de estas. En los lagos con alto nivel de Al, los peces y anfibios también están disminuyendo. Este elemento también puede dañar las raíces de los árboles ya que puede encontrarse en las aguas subterráneas.

Impactos en el medio ambiente

La extracción de la bauxita es intensiva en el uso de energía. Su conversión en alúmina (óxido de aluminio) mediante el proceso Bayer (que data de más de 100 años, pero que se sigue usando), es uno de los procesos industriales más contaminantes del medio ambiente. Se genera un residuo llamado "lodo rojo" que contiene óxidos y silicatos así como hidróxido de sodio y todos los residuos alcalinos del proceso. La región de las minas de bauxita generalmente acaba convirtiéndose en una zona árida con la desaparición casi total de las especies animales y vegetales que existían. Afortunadamente ya han empezado a usarse nuevas tecnologías que generan un menor impacto ambiental.

Los procesos industriales para transformar la alúmina en aluminio (lingote) consumen enormes cantidades de energía eléctrica. La transformación del lingote en lámina es ya

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un proceso que, relativamente, consume menos energía y, por tanto, contamina menos el ambiente.

7. Implantación en el sector industrial riojano.

Actualmente en La Rioja encontramos muchas empresas que trabajan con aluminio de diferentes formas. Algunos ejemplos son:

Carpinterías metálicas y de aluminio: INOXGAR, ANCAR S.L... Negocios de fabricación y comercialización de artículos de metal: FIDELSA

SL… Construcción y obras públicas: METALMALLA, INCONAL…

8. Centros nacionales relevantes de investigación

A continuación se nombrarán distintos centros de investigación del acero españoles.

CEDINOX: es el principal centro para la promoción y el servicio técnico sobre el acero inoxidable, del mercado español. Fue creado en 1985 por los principales productores de acero inoxidable, en España, y los principales suministradores de materias primas, del mundo.

UNESID: este centro tecnológico se dedica básicamente a la investigación, desarrollo e innovación del acero.

ITMA: es el centro tecnológico del acero y materiales metálicos. Es una fundación privada sin ánimo de lucro que surge en 1991 a partir de la Asociación de Investigación sobre Materiales y Materias Primas. Su función primordial consiste en realizar proyectos de investigación aplicada, desarrollo e innovación y servicios tecnológicos en estrecha colaboración con los departamentos de I+D de las empresas.

9. Líneas de investigación nacionales o internacionales que utilizan el acero.

A continuación se nombrarán una serie de instituciones nacionales o internacionales que hacen uso del acero.

BAMESA CENTRO ACERO S.A IP S.L ALUMINIUM GROUP WORLD ALUMINIUM EUROPEAN ALUMINIUM ASSOCIATION ALAS ALUMINIUM Y todos los centros antes mencionados.

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10. Referencias del trabajo.

http://es.wikipedia.org/wiki/Wikipedia

http://www.unesid.org/documentos/revista/2011/idi-platea.html

http://www.elcomercio.es/gijon/20071027/aviles/centro-acero-arcelor-lideran-20071027.html

http://www.itma.es/v2/index.php/es/itma/entidad

http://www.aceralia.es/

http://www.bamesa.com/es/

http://www.centroacero.com.ec/

http://www.ipsl.es/news.html

http://www.aluminium-messe.com/

http://www.world-aluminium.org/

http://www.alueurope.eu/

http://www.alasaluminium.com/

http://www.google.es/imghp?hl=es&ie=UTF-8&rlz=1T4LENN_esES457ES457&tab=wi

http://www.emmegi.es/Sezione.jsp?titolo=Caracter%EDsticas+del+aluminio&idSezione=2684

http://www.revesconsult.com/descargas/propiedades_aluminio.pdf

http://html.rincondelvago.com/aluminio_5.html

http://www.buenastareas.com/ensayos/Caracteristicas-Principales-Aluminio/1161033.html

http://elementos.org.es/aluminio

http://quimica.laguia2000.com/general/el-aluminio-y-sus-propiedades

http://www.quimicaweb.net/tablaperiodica/paginas/aluminio.htm

http://www.todoexpertos.com/categorias/ciencias-e-ingenieria/ingenieria-industrial/respuestas/1784254/propiedades-del-aluminio

http://aluminio.org/

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http://www.biodegradable.com.mx/latas_aluminio.html

http://www.hydro.com/es/Hydro-en-Argentina/Aluminio/Reciclaje/

http://www.inforeciclaje.com/reciclaje-aluminio.php