Proceso de Obtención del Aluminio

Proceso de Obtención de Aluminio

Fabricación de Aluminio Minado

de Bauxita

Fabricación de Aluminio Minado

de Bauxita

• A diferencia de otros minerales, la bauxita no requiere un proceso muy complejo ya que la calidad es aceptable o puede ser mejorada por procesos relativamente simples y económicos. Para separar el barro de la bauxita se puede utilizar lavado, cribado húmedo y ciclones

Fabricación de Aluminio Refinación

• Los procesos de producción de alúmina pura de bauxita (Proceso Bayer) ha cambiado poco desde que se empezó a utilizar en 1893

• El proceso Bayer considera tres etapas: Extracción, Precipitación y Calcinación

• La Extracción consiste en la extracción selectiva de los componentes insolubles (principalmente óxidos) disolviéndolos en una solución de hidróxido de sodio (soda cáustica)

• Al(OH)3 +Na++OH- → Al(OH)4-+Na+ Gibsita

• AlO(OH) +Na++OH-+ H2O → Al(OH)4-+ Na+ Böhemita y Diaspore


• Dependiendo de la calidad del mineral, este puede ser lavado para mejorar la ley antes del proceso de extracción

• El mineral molido se mezcla con el licor del proceso y se envía como un lodo al digestor a presión caliente

• Las condiciones del digestor (concentración, temperatura y presión) se adecuan a la composición del mineral. Los minerales con alta concentración de Gibsita se pueden procesar a 140°C, la Böhmite requiere entre 200 y 240°C, a 240°C la presión del sistema es de 35 atmósferas

• Después de la extracción, los residuos insolubles de la bauxita son separados del licor que contiene el aluminio por medio de un proceso de asentamiento

Fabricación de Aluminio Refinación • El licor rico en aluminio es filtrado para asegurar su pureza antes de pasarlo al precipitado

• Los residuos insolubles de la extracción son tratados y lavados para recuperar la sosa cáustica para reciclarla al proceso de nuevo

• La precipitación consiste en precipitar del licor del digestor la Gibsita (Óxido de Aluminio trihidratado)

• Al(OH)4-+Na+ → Al(OH)3 +Na++OH-

• Esta reacción es la inversa de la reacción de extracción, excepto que las condiciones son cuidadosamente controladas por las condiciones de la planta, incluyendo el proceso de sembrado o de nucleación selectiva


• Los cristales precipitados son clasificados por su tamaño y alimentados a un horno rotatorio o de lecho fluidizado para su calcinación. Las partículas de bajo tamaño son regresadas al proceso de precipitación como semillas

• El hidratado obtenido de la precipitación es calcinado para formar alúmina que es la materia prima del proceso de fusión

• 2Al(OH)3→Al2O3+3H2O Δ

• El proceso de calcinación debe ser cuidadosamente controlado ya que determina la características del producto final

Fabricación de Aluminio Fusión

• La base de todas las plantas productoras de aluminio primario es el proceso Hall-Héroult inventado en 1886.

• La alúmina del proceso de calcinación es disuelta en un baño electrolítico de criolita fundida (fluoruro de sodio y aluminio) en un contenedor de acero forrado de grafito llamado celda.

• Una corriente eléctrica se hace pasar través del electrolito a bajo voltaje (de 4 a 6 volts) pero con muy alta corriente, típicamente alrededor de 150,000 amp. La corriente fluye por electrolito desde un ánodo de carbón fabricado con coque de petróleo y el cátodo formado por las paredes de grafito de la celda

Fabricación de Aluminio Fusión • La celda trabaja a una temperatura de 950 a 980°C

• El aluminio obtenido se colecta en el fondo de la celda y periódicamente se saca de la celda a un horno retenedor para vaciarlo o agregar aleaciones y limpiarlo para vaciar una aleación especifica

• Una planta típica puede tener hasta 300 celdas para producir alrededor de 300,000 tons por año, sin embargo existen plantas hasta 400,000 t/a

• En promedio el consumo de energía para producir un kilo de aluminio a partir de alúmina es de 15.7 kwh

• El aluminio se forma alrededor del 900°C, pero su punto de fusión es de 660 °C, por lo que el calor sobrante se puede utilizar para fundir chatarra de aluminio e incrementar la producción

Fabricación de Aluminio Celda

Electrolítica


• El fundir chatarra con el calor sobrante es una buena práctica considerando que la chatarra requiere solamente el 5% de la energía para producir aluminio primario

• El proceso de fusión es un proceso continuo y no puede ser fácilmente detenido y arrancado. Si por algún problema se interrumpe la energía eléctrica por mas de cuatro horas, el metal en las celdas se solidificaría requiriendo costosas reparaciones para volver a producir. Eventualmente cuando una celda tiene que cambiar el revestimiento de grafito se saca de operación y se repara para volver a entrar en operación

• La mayoría de las plantas producen un aluminio con una pureza de 99.7%, sin embargo en algunos casos se produce aluminio con una pureza de 99.9%


• La reacción de reducción es continua y consume el ánodo de carbón a un a razón de 0.45kg C/kg Al

• El producto de esta reacción es:

2Al2O3 + 3C → 4Al + 3CO2

Sin embargo una parte del Al se reoxida bajando la eficiencia del proceso y consumiendo carbón del ánodo con la siguiente reacción:

2Al+ 3CO2 → Al2O3 + 3CO


• El electrolito usado, criolita (Na3AlF6), es el mejor solvente para la alúmina, para mejorar la eficiencia de las celdas se agregan algunos aditivos como fluoruro de aluminio y fluoruro de calcio, usados para bajar el punto de congelación del electrolito

• El electrolito asegura la separación física entre el aluminio líquido (en el cátodo) y el dióxido y monóxido de carbono (en el ánodo)


• El ánodo se consume durante el proceso de electrolisis, existen dos diseños de electrodo

• Electrodo verde o Söderberg, donde una pasta de coque de petróleo se agrega continuamente y la pasta se va cocinando a medida que baja a la parte caliente de la celda

El otro tipo de electrodo es pre-cocido en donde un electrodo nuevo se agrega cada vez que se consume


Söderberg


Pre_quemada


• El cátodo se consume durante el proceso de electrolisis, y eventualmente se tiene que reponer

• La vida del cátodo es la vida de la celda, ya que para reponerlo se requiere reconstruir toda la celda. La vida promedio del cátodo es del orden de 7 a 10 años en condiciones óptimas

• En ocasiones se aplican recubrimientos de TiB2 para aumentar la resistencia al desgaste y poder bajar la resistividad del cátodo para lograr una mejor conducción de la corriente electrolítica

Fabricación de Aluminio Fusión de Chatarra Aluminio Secundario

• La producción de aluminio secundario es muy importante para la industria porque requiere de muy poca energía comparado con el aluminio primario (6% de la energía, alrededor de 0.65 a 0.80 kwh/kg Al)

• Las fuentes de chatarra para la producción de aluminio secundario son la chatarra “nueva” generado dentro de los procesos de transformación del aluminio y la chatarra obsoleta que proviene de productos de aluminio que terminaron su ciclo de vida como puertas y ventanas, latas de bebidas, etc. y de la recuperación del aluminio del “dross”

• Los productos vaciados son los que mas consumen la producción de aluminio secundario


• Parte de la problemática de la chatarra obsoleta es que puede contener piezas que tienen recubrimientos de barniz, laca, pintura o porcelana, muchos de estos compuestos son oxidantes que reducen el rendimiento en el horno por lo que requieren un tratamiento antes de cargarlos al horno. Honor rotatorios tipo kiln son utilizados para quitar los recubrimientos

• El sistema mas común en la industria del aluminio secundario es el horno de reverbero utilizando gas natural, este tipo de hornos se usan para las grandes producciones (110,000 a 130,000 tons/a)

• Hornos de inducción se usan para fundir rápidamente chatarra ligera, adicionalmente a estos hornos existen otras tecnologías menos usadas.


• La eficiencia de los hornos de reverbero va de 25 a 45%, los hornos rotatorios tipo kiln tienen básicamente la misma eficiencia

• Los hornos de inducción tipo “coreless” tienen eficiencias del orden del 85% pero su capacidad está limitada y generan un mayor oxidación por la agitación que producen

• Después de fundir, generalmente se requiere un tratamiento adicional al aluminio líquido para limpiarlo de impurezas, este tratamiento se puede hacer en el horno o en otro horno dedicado y que se utiliza para distribuir al metal líquido a los moldes

• Estos hornos operan a temperaturas de 650 a 750°C

Fabricación de Aluminio Fusión de Chatarra Crisol de Resistencias Eléctricas

Fabricación de Aluminio Fusión de Chatarra Horno de Reverbero

chimenea

quemadores

Compartimiento De carga

Fosa de bombeo

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Fabricación de Aluminio Fusión de Chatarra Horno de Reverbero

Fabricación de Aluminio Laminación

Fabricación de Aluminio Extrusión

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