El aluminio es un elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Se trata de un metal no ferroso. 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.[1] En estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos, plagioclasas y micas). Como metal se extrae del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación primero en alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en aluminio mediante electrólisis. Este metal posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería mecánica, 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, se mecaniza con facilidad y es relativamente barato. Por todo ello es 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 dilatada vida útil y la estabilidad de su precio. Conocimientos adicionales recomendadosHistoriaTanto en Grecia como en la Antigua Roma se empleaba el alumbre (del latín alūmen, -ĭnis, alumbre), una sal doble de aluminio y potasio como mordiente en tintorería y astringente en medicina, uso aún en vigor. Generalmente se reconoce a Friedrich Wöhler el aislamiento del aluminio en 1827. Aun así, el metal fue obtenido, impuro, dos años antes por el físico y químico danés Hans Christian Ørsted. En 1807, Humphrey Davy propuso el nombre aluminum para este metal aún no descubierto, pero más tarde decidió cambiarlo por aluminium por coherencia con la mayoría de los nombres de elementos, que usan el sufijo -ium. De éste derivaron los nombres actuales en inglés y en otros idiomas; no obstante, en los EE. UU. con el tiempo se popularizó el uso de la primera forma, hoy también admitida por la IUPAC aunque prefiere la otra.[2]
Cuando fue descubierto se encontró que era extremadamente difícil su separación de las rocas de las que formaba parte, por lo que durante un tiempo fue considerado un metal precioso, más caro que el oro. Se exhibieron barras de aluminio junto con las joyas de la corona de Francia en la Exposición Universal de 1855 y se dijo que Napoleón III había encargado un juego de platos de aluminio para sus más ilustres invitados. En 1884 se seleccionó el aluminio como material para realizar el vértice del Monumento a Washington, en una época en que la onza (30 gramos) costaba el equivalente al sueldo diario de los obreros que intervenían en el proyecto;[3] tenía el mismo valor que la plata. Sin embargo, con las mejoras de los procesos los precios bajaron continuamente hasta colapsarse en 1889 tras descubrirse un método sencillo de extracción del metal Aluminio. La invención del proceso Hall-Héroult en 1886 abarató el proceso de extracción del aluminio a partir del mineral, lo que permitió, junto con el proceso Bayer inventado por esas mismas fechas, que se extendiera su uso hasta hacerse común en multitud de aplicaciones. Sus aplicaciones industriales son relativamente recientes, produciéndose a escala industrial desde finales del siglo XIX. Ello posibilitó que el aluminio pasara a ser un metal común y familiar.[4] Para 1895 su uso como material de construcción estaba tan extendido que había llegado a Sídney, Australia, donde se utilizó en la cúpula del Edificio de la Secretaría. Actualmente el proceso ordinario de obtención del metal consta de dos etapas, la obtención de alúmina por el proceso Bayer a partir de la bauxita, y posterior electrólisis del óxido para obtener el aluminio. La recuperación del metal a partir de la chatarra (reciclado) era una práctica conocida desde principios del siglo XX. Sin embargo, es a partir de los años 1960 cuando se generaliza, más por razones medioambientales que estrictamente económicas. IsótoposVéase también: Magnesio
El aluminio tiene nueve isótopos cuyas masas atómicas varían entre 23 y 30 u. Tan sólo el 27Al, estable, y 26Al, radiactivo con un periodo de semidesintegración de 7,2×105 años, se encuentran en la naturaleza. El 26Al se produce en la atmósfera al ser bombardeado el argón con rayos cósmicos y protones. Los isótopos de aluminio tienen aplicación práctica en la datación de sedimentos marinos, hielos glaciares, meteoritos, etc. La relación 26Al/10Be se ha empleado en el análisis de procesos de transporte, deposición, sedimentación y erosión a escalas de tiempo de millones de años. El 26Al cosmogénico se aplicó primero en los estudios de la Luna y los meteoritos. Éstos últimos se encuentran sometidos a un intenso bombardeo de rayos cósmicos durante su viaje espacial, produciéndose una cantidad significativa de 26Al. Tras su impacto contra la Tierra, la atmósfera, que filtra los rayos cósmicos, detiene la producción de 26Al permitiendo determinar la fecha en la que el meteorito cayó. CaracterísticasCaracterísticas físicasEntre las características físicas del aluminio, destacan las siguientes:
Características mecánicasEntre las características mecánicas del aluminio se tienen las siguientes:
Características químicas
El aluminio reacciona con facilidad con HCl, NaOH, perclórico, pero en general resiste la corrosión debido al óxido. Sin embargo cuando hay iones Cu++ y Cl- su pasivación desaparece y es muy reactivo. Los alquilaluminios, usados en la polimerización del etileno,[5] son tan reactivos que destruyen el tejido humano y producen reacciones exotérmicas violentas al contacto del aire y del agua.[6] El óxido de aluminio es tan estable que se utiliza para obtener otros metales a partir de sus óxidos (Cromo, Manganeso, etc.) por el proceso aluminotérmico. Aplicaciones y usosYa sea considerando la cantidad o el valor del metal empleado, el uso industrial del aluminio excede al del cualquier otro metal exceptuando el hierro / acero. Es un material importante en multitud de actividades económicas y ha sido considerado un recurso estratégico en situaciones de conflicto. Aluminio metálicoEl aluminio se utiliza rara vez 100% puro, casi siempre se usa aleado con otros metales. El aluminio puro se emplea principalmente en la fabricación de espejos, tanto para uso doméstico como para telescopios reflectores. Los principales usos industriales de las aleaciones metálicas de aluminio son:
Debido a su gran reactividad química, el aluminio se usa finamente pulverizado como combustible sólido de cohetes espaciales y para aumentar la potencia de los explosivos. También se usa como ánodo de sacrificio y en procesos de aluminotermia (termita) para la obtención y soldadura de metales. Compuestos no metálicos de aluminio
ProducciónAunque el aluminio es un material muy abundante en la corteza terrestre (8%), raramente se encuentra libre debido a su alta reactividad, por lo que normalmente se encuentra formando óxidos e hidróxidos, que a su vez se hallan mezclados con óxidos de otros metales y con sílice. El mineral del que se extrae el aluminio se llama bauxita. La bauxita es un mineral rico en óxidos hidratados de aluminio, formado a lo largo de millones de años mediante la erosión química de rocas que contienen silicatos de aluminio. Primero se extrajo en Les Baux --de ahí su nombre, Francia y desde entonces se ha encontrado en muchos lugares en todo el mundo. Actualmente, la mayor parte de la minería de bauxita está situada en el Caribe, Australia y África. Producción mundial de aluminioEn 2006 la producción mundial de este metal ascendía a 33,1 millones de toneladas. Los mayores productores mundiales son China (con 8,7 millones de toneladas al año) y Rusia (con 3,7). De esta producción, una parte muy importante se debe al reciclado, mientras que el resto procede de las reservas de bauxita.[9] Producción de alúmina por proceso BayerEl proceso Bayer, inventado por Karl Bayer en 1889, es el método utilizado mayoritariamente para producir alúmina a partir de la bauxita. El proceso comienza con un lavado de la bauxita molida con una solución de sosa cáustica a alta presión y temperatura. Los minerales de aluminio se disuelven mientras que los otros componentes de la bauxita, principalmente sílice y óxidos de hierro y titanio permanecen sólidos y se depositan en el fondo de un decantador de donde son retirados. A continuación se recristaliza el hidróxido de aluminio de la solución y se calcina a más de 900ºC para producir una alúmina, Al2O3, de alta calidad. Electrólisis de la alúminaEl óxido de aluminio se disuelve en un baño fundido de criolita (Na3AlF6)y se electroliza en una celda electrolítica usando ánodos y cátodo de carbono. De estos baños se obtiene aluminio metálico en estado líquido con una pureza entre un 99,5 y un 99,9%, quedando trazas de hierro y silicio como impurezas principales.[10] La electrólisis es un proceso electroquímico en el que se hace pasar una corriente eléctrica a través de una solución que contiene compuestos disociados en iones para provocar una serie de transformaciones químicas. La corriente eléctrica se proporciona a la solución sumergiendo en ella dos electrodos, uno llamado cátodo y otro llamado ánodo, conectados respectivamente al polo negativo y al polo positivo de una fuente de corriente continua. Para la producción electrolítica del aluminio se opera sobre una solución particular, obtenida disolviendo alúmina en criolita fundida para lo que son necesarias temperaturas del orden de 1000ºC. Por esta razón el consumo energético que se utiliza para obtener aluminio es muy elevado y lo convierte en uno de los metales más caros de obtener, ya que es necesario gastar entre 17 y 20 kWh por cada kilo de metal de aluminio. El gran problema del aluminio es el precio de la energía que consume para producirlo y que representa entre un 25% y un 30% del costo de producción del metal. Por esta razón se están desarrollando procesos alternativos que permiten una reducción de la energía necesaria, hasta un 70% menos que con el procedimiento electrolítico.[11] Purificación y conformado del aluminioEl aluminio procedente de las cubas electrolíticas pasa a hornos para mezclarlo de manera precisa con otros metales para formar diversas aleaciones con propiedades específicas diseñadas para diversos usos. El metal se purifica en un proceso denominado adición de fundente y después se vierte en moldes o se funde directamente en lingotes. Para obtener una tonelada de aluminio hacen falta unas dos toneladas de alúmina y una gran cantidad de electricidad. A su vez, para producir dos toneladas de alúmina se necesitan unas cuatro toneladas de bauxita, en un proceso complejo que requiere equipos de gran tamaño. Producción mundial de aluminio
La producción mundial de aluminio secundario a partir del reciclado se eleva a 7,6 Mt en 2005, siendo el 20 % de la producción total de este metal. Sustitutos del aluminio
Aleaciones
Desde el punto de vista físico, el aluminio puro posee una resistencia muy baja a la tracción y una dureza escasa. En cambio, unido en aleación con otros elementos, el aluminio adquiere características mecánicas muy superiores. A estas aleaciones se las conoce con el nombre genérico de Duraluminio, y pueden ser centenares de aleaciones diferentes. El duraluminio contiene pequeñas cantidades de cobre (Cu) (3 - 5%), magnesio (Mg) (0,5 - 2%), manganeso (Mn) (0,25 - 1%) y Zinc (3,5 - 5%). Son también importantes los diversos tipos de aleaciones llamadas anticorodal, a base de aluminio (Al) y pequeños aportes de magnesio (Mg) y silicio (Si). Pero que pueden contener a veces manganeso (Mn), titanio (Ti) y Cromo (Cr). A estas aleaciones se las conoce con el nombre de avional, duralinox, silumin, hidronalio, peraluman, etc. Como hay distintas composiciones de aluminio en el mercado, es importante considerar las propiedades que éstas presentan, pues, en la industria de la manufactura, unas son mas favorables que otras. Aportaciones de los elementos aleantesLos principales elementos aleantes del aluminio son los siguientes y se enumeran las ventajas que proporcionan.
Tipos de aleaciones normalizadasLas aleaciones de aluminio forjado se dividen en dos grandes grupos, las que no reciben tratamiento térmico y las que reciben tratamiento térmico.[12] Aleaciones de aluminio forjado sin tratamiento térmicoLas aleaciones que no reciben tratamiento térmico solamente pueden ser trabajadas en frío para aumentar su resistencia. Hay tres grupos principales de estas aleaciones según la norma AISI-SAE que son los siguientes:
Aleaciones de aluminio forjado con tratamiento térmicoAlgunas aleaciones pueden reforzarse mediante tratamiento térmico en un proceso de precipitación. El nivel de tratamiento térmico de una aleación se representa mediante la letra T seguida de un número por ejemplo T5. Hay tres grupos principales de este tipo de aleaciones.
ExtrusiónLa extrusión es un proceso tecnológico que consiste en dar forma o moldear una masa haciéndola salir por una abertura especialmente dispuesta para conseguir perfiles de diseño complicado.[14] Se consigue mediante la utilización de un flujo continuo de la materia prima, generalmente productos metalúrgicos o plásticos. Las materias primas se someten a fusión, transporte, presión y deformación a través de un molde según sea el perfil que se quiera obtener. El aluminio debido a sus propiedades es uno de los metales que más se utiliza para producir variados y complicados tipos de perfiles que se usan principalmente en las construcciones de carpintería metálica. Se puede extruir tanto aluminio primario como secundario obtenido mediante reciclado. Para realizar la extrusión, la materia prima, se suministra en lingotes cilíndricos también llamados “tochos”. El proceso de extrusión consiste en aplicar una presión al cilindro de aluminio (tocho) haciéndolo pasar por un molde (matriz), para conseguir la forma deseada. Cada tipo de perfil, posee un “molde” llamado matriz adecuado, que es el que determinará su forma. El tocho es calentado (aproximadamente a 500ºC, temperatura en que el aluminio alcanza un estado plástico) para facilitar su paso por la matriz, y es introducido en la prensa.Luego,la base del tocho es sometida a una llama de combustión incompleta, para generar una capa fina de carbono. Esta capa evita que el émbolo de la prensa quede pegado al mismo. La prensa se cierra, y un émbolo comienza a empujar el tocho a la presión necesaria, de acuerdo con las dimensiones del perfil, obligándolo a salir por la boca de la matriz. La gran presión a la que se ve sometido el aluminio hace que este eleve su temperatura ganando en maleabilidad. Los componentes principales de una instalación de extrusión partes son, el contenedor donde se coloca el tocho para extrusión bajo presión, el cilindro principal con pistón que prensa el material a través del contenedor, la matriz y el portamatriz. Del proceso de extrusión y temple, dependen gran parte de las características mecánicas de los perfiles, así como la calidad en los acabados, sobre todo en los anodizados. El temple, en una aleación de aluminio, se produce por efecto mecánico o térmico, creando estructuras y propiedades mecánicas características.[15] Acabado del extrusionadoA medida que los perfiles extrusionados van saliendo de la prensa a través de la matriz, se deslizan sobre una bancada donde se les enfría con aire o agua, en función de su tamaño y forma, así como las características de la aleación involucrada y las propiedades requeridas. Para obtener perfiles de aluminio rectos y eliminar cualquier tensión en el material, se les estira. Luego, se cortan en longitudes adecuadas y se envejecen artificialmente para lograr la resistencia apropiada. El envejecimiento se realiza en hornos a unos 200ºC y están en el horno durante un periodo que varía entre 4 a 8 horas. Todo este proceso de realiza de forma automatizada.[16] Temple de los perfilesLos procesos térmicos que aumentan la resistencia del aluminio. Hay dos proceso de temple que son el tratamiento térmico en solución, y el envejecimiento. El temple T5 se consigue mediante envejecimiento de los perfiles que pasan a los hornos de maduración, los cuales mantienen una determinada temperatura durante un tiempo dado. Normalmente 185º C durante 240 minutos para las aleaciones de la familia 6060, de esta forma se consigue la precipitación del silicio con el magnesio en forma de siliciuro de magnesio (Si2Mg) dentro de las dentritas de aluminio, produciéndose así el temple del material. La temperatura de salida de extrusión superior a 510 ºC para las aleaciones 6060 más el correcto enfriamiento de los perfiles a 250 ºC en menos de cuatro minutos, es fundamental para que el material adquiera sus propiedades. [17] Fundición de piezasLa fundición de piezas consiste fundamentalmente en llenar un molde con la cantidad de metal fundido requerido por las dimensiones de la pieza a fundir, para que después de la solidificación, obtener la pieza que tiene el tamaño y la forma del molde. Existen tres tipos de procesos de fundición diferenciados aplicados al aluminio:
En el proceso de fundición con molde de arena se hace el molde en arena consolidada por una apisonado manual o mecánico alrededor de un molde, el cual es extraído antes de recibir el metal fundido. A continuación se vierte la colada y cuando solidifica se destruye el molde y se granalla la pieza. Este método de fundición es normalmente elegido para la producción de:
La fundición en molde metálico permanente llamados coquillas, sirven para obtener mayores producciones. En este método se vierte la colada del metal fundido en un molde metálico permanente bajo gravedad y bajo presión centrífuga. Las piezas fundidas así tienen una estructura de grano más fino, y son más resistentes que las piezas fundidas con moldes de arena, debido a que la velocidad de enfriamiento es más rápida. Además, las piezas fundidas en molde permanente poseen generalmente menores contracciones y porosidad que las piezas fundidas en arena. Sin embargo, los moldes permanentes tienen limitaciones de tamaño, y para piezas complejas porque puede resultar caro, difícil o imposible fundirlas por moldeo. En el método de fundición por inyección a presión se funden piezas idénticas al máximo ritmo de producción forzando el metal fundido bajo grandes presiones en los moldes metálicos. Las dos partes de la matriz de metal son engatilladas de forma segura para poder resistir la alta presión. El aluminio fundido es obligado a repartirse por las cavidades de la matriz. Cuando el metal se ha solidificado, las matrices son desbloqueadas y abiertas para extraer la pieza fundida caliente. Las ventajas de la fundición a presión son:
Mediante el sistema de fundición adecuado se pueden fundir piezas que puede variar desde pequeñas piezas de prótesis dental, con peso de gramos, hasta los grandes bastidores de máquinas de varias toneladas, de forma variada, sencilla o complicada, que son imposibles de fabricar por otros procedimiento convencionales, como forja, laminación, etc. El proceso de fundición se puede esquematizar de la siguiente manera:
Características de las aleaciones para fundiciónLas aleaciones de aluminio para fundición han sido desarrolladas habida cuenta de que proporcionan calidades de fundición idóneas, como fluidez y capacidad de alimentación, así como valores optimizados para propiedades como resistencia a la tensión, ductilidad y resistencia a la corrosión. Difieren bastante de las aleaciones para forja. El silicio en un rango entre el 5 al 12 % es el elemento aleante más importante porque promueve un aumento de la fluidez en los metales fundidos. En menores cantidades se añade magnesio, o cobre con el fin de aumentar la resistencia de las piezas.[20] MecanizadoEl mecanizado del aluminio y sus aleaciones en máquinas herramientas de arranque de virutas en general, es fácil y rápido y está dando paso a una nueva concepción del mecanizado denominada genéricamente mecanizado rápido. Durante el arranque de viruta, las fuerzas de corte que tienen lugar son considerablemente, menores que en el caso de las generadas con el acero (la fuerza necesaria para el mecanizado del aluminio es aproximadamente un 30% de la necesaria para mecanizar acero).[21] Por consiguiente, los esfuerzos sobre los útiles y herramientas así como la energía consumida en el proceso es menor para el arranque de un volumen igual de viruta. El concepto de mecanizado rápido se refiere al que se produce en las modernas máquinas herramientas de Control Numérico con cabezales potentes y robustos que les permiten girar a muchos miles de revoluciones por minuto hasta del orden de 30000 rpm, y avances de trabajo muy grandes cuando se trata del mecanizado de materiales blandos y con mucho vaciado de viruta tal y como ocurre en la fabricación de moldes o de grandes componentes de la industria aeronáutica. El aluminio tiene unas excelentes características de conductividad térmica, lo cual es una importante ventaja, dado que permite que el calor generado en el mecanizado se disipe con rapidez. Su baja densidad hace que las fuerzas de inercia en la piezas de aluminio giratorio (torneados) sean asimismo mucho menores que en otros materiales. Ocurre sin embargo que el coeficiente de fricción entre el aluminio y los metales de corte es, comparativamente con otros metales, elevado. Este hecho puede causar el embotamiento de los filos de corte, deteriorando la calidad de la superficie mecanizada a bajas velocidades de corte e incluso a elevadas velocidades con refrigeración insuficiente. Siempre que la refrigeración en el corte sea suficiente, hay una menor tendencia al embotamiento con aleaciones más duras, con velocidades de corte mayores y con ángulos de desprendimiento mayores. El desarrollo del mecanizado rápido permite que muchas piezas complejas no sea necesario fundirlas previamente sino que se mecanicen a partir de unos prismas a los cuales se les realiza todo el vaciado que sea necesario. El mecanizado rápido puede representar una reducción de costes en torno al 60%. En este tipo de mecanizado rápido se torna crítico la selección de las herramientas y los parámetros de corte. La adopción del mecanizado de alta velocidad es un proceso difícil para el fabricante, ya que requiere cambios importantes en la planta, una costosa inversión en maquinaria y software, además de una formación cualificada del personal.[22] Herramientas de cortePara el mecanizado rápido que se realiza en las máquinas herramientas de Control Numérico es conveniente que se utilicen herramientas especiales para el mecanizado del aluminio. Se distinguen de las empleadas en el mecanizado del acero en que tienen mayores ángulos de desprendimiento y un mayor espacio para la evacuación de la viruta, así como unos rebajes para que la viruta fluya mejor. La mayoría de las herramientas de filo múltiple como por ejemplo las fresas, tienen pocos dientes. Hay tres grandes familias de herramientas de corte para el mecanizado del aluminio:
Refrigeración del mecanizadoComo lubricante de corte para el aluminio es recomendable que se utilicen productos emulsionables en agua con aditivos de lubricación específicamente formulados a tal fin que estén exentos de compuestos en base cloro y azufre La lubricación se utiliza en operaciones de taladrado, torneado, fresado, brochado, escariado y deformación.[24] Mecanizado por electroerosiónLas aleaciones de aluminio permiten su mecanizado por procedimientos de electroerosión que es un método inventado para el mecanizado de piezas complejas. Se conoce como electroerosión a un proceso de mecanizado que utiliza la energía suministrada a través de descargas eléctricas entre dos electrodos para eliminar material de la pieza de trabajo, siendo ésta uno de los electrodos.[25] Al electrodo que hace las funciones de herramienta se le suele denominar simplemente electrodo mientras que al electrodo sobre el cual se desea llevar a cabo el arranque se le conoce como pieza de trabajo. Este sistema permite obtener componentes con tolerancias muy ajustadas a partir de los nuevos materiales que se diseñan. SoldaduraLos procedimientos de soldeo en aluminio pueden ser al arco eléctrico, bajo atmósfera inerte que puede ser argón, helio, por puntos o por fricción.
La soldadura TIG (Tungsten Inert Gas), se caracteriza por el empleo de un electrodo permanente de tungsteno, aleado a veces con torio o zirconio en porcentajes no superiores a un 2%. Dada la elevada resistencia a la temperatura del tungsteno (funde a 3410 ºC), acompañada de la protección del gas, la punta del electrodo apenas se desgasta tras un uso prolongado. Los gases más utilizados para la protección del arco en esta soldadura son el argón y el helio, o mezclas de ambos. Una varilla de aportación alimenta el baño de fusión. Esta técnica es muy utilizada para la soldadura de aleaciones de aluminio y se utiliza en espesores comprendidos entre 1 y 6 mm y se puede robotizar el proceso.
Soldadura de aluminio por fricciónLa soldadura por fricción es un proceso de penetración completa en fase sólida, que se utiliza para unir chapas de metal, principalmente de aluminio, sin alcanzar su punto de fusión. El método está basado en el principio de obtener temperaturas suficientemente altas para forjar dos componentes de aluminio, utilizando una herramienta giratoria que se desplaza a lo largo de una unión a tope. Al enfriarse deja una unión en fase sólida entre las dos piezas. La soldadura por fricción, puede ser utilizada para unir chapas de aluminio sin material de aportación. Se consiguen soldaduras de alta calidad e integridad con muy baja distorsión, en muchos tipos de aleaciones de aluminio, incluso aquellas consideradas de difícil soldadura por métodos de fusión convencionales.[27] DobladoEl aluminio se presenta en el mercado en diversas formas, ya sean estas barras con diversos perfiles u hojas de varios tamaños y grosores entre otras. Cuando se trabaja con aluminio, específicamente en crear algún doblez en una hoja, o en una parte de ésta, es importante considerar la dirección del grano; esto significa que la composición en el metal, después de haber sido fabricado, ha tomado una tendencia direccional en su microestructura, mostrando así una mayor longitud hacia una dirección que hacia otra. Así es que el aluminio puede quebrarse si la dirección del grano no es considerada al crear algún doblez, o si el doblez es creado con un radio demasiado pequeño, el cual sobrepase la integridad elástica del tipo de aluminio. Tratamientos protectores superficialesAnodizado
Este metal, después de extruido o decapado, para protegerse de la acción de los agentes atmosféricos, forma por sí solo una delgada película de óxido de aluminio; esta capa de Al2O3, tiene un espesor más o menos regular del orden de 0,01 micras sobre la superficie de metal que le confiere unas mínimas propiedades de inoxidacción y anticorrosión.[28] Existe un proceso químico electrolítico llamado anodizado que permite obtener de manera artificial películas de óxido de mucho más espesor y con mejores características de protección que las capas naturales. El proceso de anodizado llevado a cabo en un medio sulfúrico produce la oxidación del material desde la superficie hacia el interior, aumentando la capa de oxido de aluminio, con propiedades excelentes por resistencia a los agentes químicos, dureza, baja conductividad eléctrica y estructura molecular porosa, esta última junto con las anteriores, que permite darle una excelente terminación, que es un valor determinante a la hora de elegir un medio de protección para este elemento. Según sea el grosor de la capa que se desee obtener existen dos procesos de anodizados:
Las ventajas que tiene el anodizado son:
Los anodizados más comerciales son los que se utilizan coloreados por motivos decorativos. Se emplean diversas técnicas de coloración tanto orgánicas como inorgánicas. Anodizado duro Cuando se requieren meojorar de forma sensible la superficie propectora de las piezas se procede a un denominado anodizado duro que es un tipo de anodizado donde se pueden obtener capas de alrededor de 150 micras, según el proceso y la aleación. La dureza de estas capas es comparable a la del cromo-duro, su resistencia a la abrasión y al frotamiento es considerable. Las propiedades del anodizado duro son:
Es muy importante a la hora de seleccionar el material para un anodizado duro, verificar la pieza que se vaya a mecanizar y seleccionar la aleación también en función de sus características y resistencia mecánica. Pintura
El proceso de pintura de protección que se da al aluminio es conocido con el nombre de lacado y consiste en la aplicación de un revestimiento orgánico o pintura sobre la superficie del aluminio. Existen diferentes sistemas de lacado para el aluminio El lacado, que se aplica a los perfiles de aluminio, consiste en la aplicación electrostática de una pintura en polvo a la superficie del aluminio. Las pinturas más utilizadas son las de tipo poliéster por sus características de la alta resistencia que ofrecen a la luz y a la corrosión. Los objetivos del lacado son:
El proceso de lacado, puede dividirse en tres partes:
El proceso de lacado exige una limpieza profunda de la superficie del material, con disoluciones acuosas ácidas, para eliminar suciedades de tipo graso. Este proceso consigue una mayor adherencia a las pinturas. Mejora la resistencia a la corrosión y a los agentes atmosféricos. La imprimación con la pintura deseada se realiza en cabinas equipadas con pistolas electrostáticas. La pintura es polvo de poliéster, siendo atraído por la superficie de la pieza que se laca. Combinando todos los parámetros de la instalación se consiguen las capas de espesor requeridas que en los casos de carpintería metálica suele oscilar entre 60/70 micras. El polimerizado se realiza en un horno de convención de aire, de acuerdo con las especificaciones de tiempo y temperatura definidos por el fabricante de la pintura. El sistema industrial de lacado puede estar robotizado.[30] Corrosión del aluminioEl aluminio metálico se recubre espontáneamente de una delgada capa de óxido que evita su corrosión. Sin embargo, esta capa desaparece en presencia de ácidos, particularmente del perclórico y clorhídrico; asimismo, en soluciones muy alcalinas de hidróxido potásico (KOH) o hidróxido sódico (NaOH) ocurre una enérgica reacción. La presencia de CuCl2 o CuBr2 también destruye el óxido y hace que el aluminio se disuelva enérgicamente en agua. Con mercurio y sales de éste, el aluminio reacciona si está limpio formando una amalgama que impide su pasivación. Reacciona también enérgicamente en frío con bromo y en caliente con muchas sustancias, dependiendo de la temperatura, reduciendo a casi cualquier óxido (proceso termita). Es atacado por los haloalcanos. Las reacciones del aluminio a menudo van acompañadas de emisión de luz.[31] Reciclaje. Aluminio secundarioEl reciclado de un material es la única alternativa que existe para dañar lo menos posible el medio ambiente y no vernos rodeados de montones de chatarra y residuos. El aluminio es cien por cien reciclable sin merma de sus cualidades. El refundido del aluminio necesita poca energía. El proceso de reciclado requiere sólo un 5% de la energía necesaria para producir el metal primario inicial. En Europa, el aluminio disfruta de tasas de reciclado altas que oscilan entre el 42% de las latas de bebidas y el 85% de la construcción y el 95% del transporte.[32] Al aluminio reciclado se le conoce como aluminio secundario, pero mantiene las mismas propiedades que el aluminio primario. El aluminio secundario se produce en muchos formatos y se emplea en un 80% para aleaciones de inyección. Otra aplicación importante es para la extrusión. Además de ser más baratos, los secundarios son tan buenos como los primarios. También tienen las certificaciones ISO 9000 e ISO 14000. La fundición de aluminio secundario implica su producción a partir de productos usados de dicho metal, los que son procesados para recuperar metales por pretratamiento, fundición y refinado. Se utilizan combustibles, fundentes y aleaciones, mientras que la remoción del magnesio se practica mediante la adición de cloro, cloruro de aluminio o compuestos orgánicos clorados.[33] Las mejores técnicas disponibles incluyen:
Durante el año 2002 se produjeron en España 243.000 toneladas de aluminio reciclado y en el conjunto de Europa occidental esta cifra ascendió a 3,6 millones de toneladas.[34] Para proceder al reciclaje del aluminio primero hay que proceder a realizar una clasificación de selección de la chatarra y compactarla adecuadamente. Un residuo de aluminio es fácil de manejar porque es ligero, no arde y no se oxida y también fácil de transportar. El aluminio reciclado es un material cotizado y rentable. El reciclaje de aluminio produce beneficios ya que proporciona fuente de ingresos y ocupación para la mano de obra no calificada.[35] ToxicidadEste metal ha sido 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, su impacto sobre los sistemas biológicos ha sido objeto de mucha controversia en las décadas pasadas y una profusa investigación ha demostrado que puede producir efectos adversos en plantas, animales acuáticos y seres humanos.[36]
La exposición al aluminio se produce principalmente cuando:
Cualquier persona puede intoxicarse con aluminio o sus derivados, pero algunas personas son más propensas a desarrollar toxicidad por aluminio.[37] El aluminio y los suelosEn algunos suelos del mundo el aluminio tiende a concentrarse en algunos de los horizontes del perfil, otorgándole características muy particulares. De los 11 órdenes de suelos que se reconocen según la clasificación del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, dos de ellos presentan una alta concentración de aluminio: los oxisoles, que se desarrollan en latitudes tropicales y subtropicales y los spodosoles, que se hallan en climas fríos y bajo vegetación de coníferas.[38] En este tipo de suelos el contenido en nutrientes disponibles para las plantas es bajo, sólo el magnesio puede ser abundante en algunos casos; además su elevado contenido en aluminio agrava el problema por su toxicidad para las plantas. En las regiones tropicales y subtropicales en las que se presentan estos suelos lo habitual es que se cultiven plantas con bajas necesidades nutritivas y con fuerte resistencia al aluminio, tales como el té, el caucho y la palma de aceite.[39] Véase tambiénReferenciasLa mayoría de referencias que se citan a continuación se refieren a artículos técnicos realizados por empresas dedicadas a diferentes procesos relacionados con el aluminio, en estos enlaces el lector puede encontrar de foma mucho más desarrollada los procesos relacionados con el alumninio y sus aleaciones. También se hace referencia a trabajos realizados por diversos investigadores.
Bibliografía
Enlaces externos
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| Este articulo se basa en el articulo Aluminio publicado en la enciclopedia libre de Wikipedia. El contenido está disponible bajo los términos de la Licencia de GNU Free Documentation License. Véase también en Wikipedia para obtener una lista de autores. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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