PRINCIPIOS TEORICOS Y PRACTICOS DE SALES FUNDIDAS EN LA ELECTROTERMIA DEL ALUMINIO
INTRODUCCIÓN
El uso de la calefacción y la conversión de energía eléctrica en energía quíica! de fusión de ciertos etales coo sales y electrolitos "ara el "roceso de electrólisis! e#tracción y "uri$cación de etales etal%rgicos& 'a electrólisis electrólisis de sales fundidas fund idas a "rinci"ios del siglo (I( se )a a"licado! con el desarrollo de la electroquíica de sales fundidas! a $nales del siglo (I( con la "roducción a escala industrial de aluinio! agnesio y otros etales ligeros& Des"ués! y "ara la "roducción de etales "reciosos&
1)¿QUÉ ES ELECTROTERMIA? * Es la trans transfor forac ación ión de de la ener energía gía eléc eléctri trica ca en calo calorr a +ase de de diversos "rocesos&
2)¿DE DONDE PROVIENE EL ALUMINIO? *'a +au#ita es una roca sedientaria de origen quíico co"uesta ayoritariaente "or al%ina ,-l.O/0 y! en enor edida! ó#ido de )ierro y sílice& Es la "rinci"al fuente de aluinio utili1ada "or la industria& Es un residuo "roducido "or la eteori1ación de las rocas ígneas en condiciones geoorfológicas y cli2ticas favora+les& No+rado "or 'es 3au#! 4roven1a! 5rancia! 5rancia! donde )a sido descu+ierto "or geólogo 4ierre 4ierre 3ert)ier en 67.6& 'as +au#itas son rocas ayoritariaente co"uestas co"uestas "or )idró#idos )idró#idos de aluinio derivados de la alteración de los aluinosilicatos que constituyen la ayoría de las rocas y de los sedientos& 8e foran f oran +a9o clias tro"icales y su+tro"icales )%edos ,en la actualidad! "or de+a9o de los /:; de latitud0& El "rier estado de la alteración de los silicatos es la foración de inerales arcillosos que! 9unto con el cuar1o! son los "rinci"ales constituyentes de las rocas sedientarias& En las regiones
tro"icales! sin e+argo! el "roceso de disolución de los silicatos aca+a ta+ién $nalente desesta+ila1ando esas arcillas neoforadas& Ese "roceso de disolución de las arcillas y de foración de ó#idos e )idró#idos )idró#idos de aluinio "uede ilustrarse con la siguiente reacción< -l.8i.O/,O=0 -l.8i.O/,O=0 > ,caolinita0 ? @ =.O A . -l ,O=0/ ,gi++sita0 ? . 8i ,O=0 > 'as +au#itas son! "or así decir! el Bresiduo insolu+le de la alteración de las rocas& 8e foran en 1onas tectónicaente esta+les y "rotegidas de la erosión! en las que la acción de los agentes que "rovocan la lateri1ación del aterial original "ueda actuar durante largos "eriodos de tie"o ,uc)os de"ósitos se )an forado "or la acción continua de esos agentes durante illones de aos0& Esto ocurre "rinci"alente so+re las rocas aluinosas de los cratones esta+les ,+au#itas lateríticas0 o coo resultado de la transforación de los ateriales silíceos acuulados en el sistea 2rstico de las cali1as ,+au#itas 2rsticas0& En algunos casos! ta+ién "ueden ser el resultado de la resedientación resedientación de +au#itas "reviaente erosionadas& -unque los "rocesos que llevan a la foración de las +au#itas siguen actuando en las regiones tro"icales! la ayoría de los grandes yaciientos de +au#ita se foraron durante el Terciario! Terciario! a"areciendo en uc)os casos interestrati$cados en otros ti"os de de"ósitos& Eso ta+ién e#"lica que tales yaciientos se encuentren en 1onas que )oy en día no re%nen las condiciones necesarias "ara su foración& 'a +au#ita es una i"ortante ena del aluinio co"uesta "or ó#ido de aluinio con varios grados de )idratación& 8uele estar e1clada con i"ure1as! en es"ecial con )ierro& Entre los inerales con contenido en aluinio de la +au#ita est2n la gi+osita! -l ,O=0/! y el di2s"oro! =-lO.& 'a +au#ita es un ineral +lando! con una dure1a que varía entre 6 y /! y una densidad relativa entre . y .!@@& 8u color "uede variar del +lanco al castao y es de as"ecto ate& 'a +au#ita suele encontrarse en agregados del taao de un guisante& 5ue descu+ierto en el siglo (I(& El aluinio ,-l0 es un e#celente e#celente conductor de calor y de electricidad& 8u ayor venta9a es suligere1a! "ues "esa casi tres veces enos que el acero ordinario&
'a +au#ita que se "resenta generalente en fora de e1cla de gi+sita -l ,O=0/ y caolinita -l.8i.O@ ,O=0>! y que se conoce ta+ién coo +oe)ita! es la ateria "ria de la cual se o+tiene la al%ina! del "rocesaiento de esta se o+tiene el -luinio& Este "rocesaiento e#ige un alto consuo de energía eléctrica! de+ido a esto se dice que la energía eléctrica es ateria "ria esencial en la o+tención del aluinio& El color y la "aragénesis característicos de la +au#ita e#cluyen cualquier "osi+le confusión con otros inerales& 'a +au#ita se utili1a coo ateria "ria "ara o+tener aluinio! con el cual se fa+rica "a"el de aluinio! aviones! l2inas y tec)o! utensilios del )ogar! cristal +lindado! etc& Estos co"onentes )acen la "roducción de una diversa gaa de "roductos inerales dentro de los que se destacan el car+ón! la arcilla! la arena! la grava! la cali1a! el caolín y el yeso! )an disinuido en los %ltios aos! fundaentalente "or la crisis de la industria de la construcción que deanda estos "roductos& -de2s! con el alto índice de "roducción de +au#ita! que se )a increentado con el "asar de los aos! se reduce la deanda de co"ra de este aterial& *'a al%ina 'a al%ina es un aterial de color +lanco ti1a de consistencia siilar a la arena $na& 'a industria e"lea el "roceso 3ayer "ara "roducir " roducir al%ina a "artir de la +au#ita& 'a al%ina es vital "ara la "roducción de aluinioFse requieren a"ro#iadaente a"ro#iadaente dos toneladas de al%ina "ara "roducir una tonelada de aluinio& En el "roceso 3ayer! la +au#ita es lavada! "ulveri1ada y disuelta en soda c2ustica ,)idró#ido de sodio0 a alta "resión y te"eraturaG el líquido resultante contiene una solución de aluinato de sodio y residuos de +au#ita que contienen )ierro! silicio! y titanio& Estos residuos se van de"ositando gradualente en el fondo del tanque y luego son reovidos& 8e los conoce co%nente coo H+arro ro9oH& 'a industria del aluinio "riario utili1a la al%ina fundaentalente coo ateria "ria +2sica "ara la "roducción del aluinio& -de2s! la al%ina se utili1a de anera co"leentaria "ara< 6& -islante térico "ara la "arte su"erior de las cu+as electrolíticas& .& Revestiiento Revestiiento de "rotección "ara evitar la o#idación de los 2nodos de car+ón& /& -+sorción de las eisiones "rovenientes de las cu+as&
4roducción de -l%ina 'a solución de aluinato de sodio clari$cada es +o+eada dentro de un enore tanque llaado "reci"itado& 8e aaden $nas "artículas de al%ina con el $n de inducir la "reci"itación de "artículas de al%ina "uras! una ve1 que el líquido se enfría& 'as "artículas se de"ositan en el fondo del tanque! se reueven y luego son soetidas a 66::;C en un )orno o calcinador! a $n de eliinar el agua que contienen! "roducto de la cristali1ación& El resultado es un "olvo +lanco! al%ina "ura& 'a soda c2ustica es devuelta al coien1o del "roceso y usada nuevaente&
3) ¿QUÉ TIPOS DE PROCESOS SE REALIZA PARA PARA OBTENER EL ALUMINIO? El "roceso "ara o+tener al%ina "ura de la +au#ita )a ca+iado uy "oco desde $nales del siglo (I(& El 4roceso 3ayer "uede ser considerado en tres eta"as< E#tracción
El )idrato de al%ina a l%ina es selectivaente reovido reovido de los otros ó#idos ,insolu+les0 disolviéndolo en una solución de )idró#ido de sodio ,soda c2ustica0< Al2O3.x2O ! 2N"O ###$ 2N"AlO2 ! %x!1) 2O
El "roceso es uc)o 2s e$ciente cuando el ineral es reducido a un taao de "artícula uc)o 2s "equeo que antes de la reacción& Esto se logra a través de la olienda del ineral "re*lavado& Este es entonces enviado a un asiilador a siilador de alta "resión& 'as condiciones dentro del digestor ,concentración! te"eratura y "resión0 varían seg%n las "ro"iedades de la +au#ita utili1ada& -unque las te"eraturas 2s altas son s on teóricaente favora+les! éstas "roducen varias desventa9as incluyendo "ro+leas de corrosión y la "osi+ilidad de que se encuentren otros ó#idos ó#idos ,ade2s de la al%ina0 disueltos en el líquido c2ustico& 'as "lantas odernas o"eran entre unos .:: y .>:; C y "ueden i"licar "resiones de a"ro#iadaente a"ro#iadaente /:at& Des"ués de la e#tracción! el líquido ,conteniendo -l.O/ disuelto0 de+e ser se"arado del residuo de +au#ita insolu+le! "uri$cado tanto coo sea "osi+le y $ltrado! antes de ser de"ositado en el "reci"itador& "reci"itador& El +arro es es"esado y lavado de odo que la soda c2ustica "ueda ser reovida y reciclada& 4reci"itación El tri)idrato de al%ina cristalino! denoinado H)idratoH! es "reci"itado a "artir del licor del digestor< 2N"AlO2 ! &2O ###$ Al2O3.32O ! 2N"O
Este es +2sicaente lo o"uesto del "roceso de e#tracción! salvo que aquí la naturale1a del "roducto "uede ser controlada "or diferentes condiciones de la "lanta& 'os cristales de )idrato son entonces clasi$cados en fracciones "or taao e introducidos dentro de un )orno de rotativo o un lec)o uidi$cado "ara su calcinación& Calcinación El )idrato se calcina "ara e#traer el agua y forar al%ina "ara el "roceso de "roducción del aluinio& 2A1 %O)3 ###$ A1 2O3 ! 32O
&)PROCESO DE ELECTROLISIS DEL ALUMINIO'
*El "roceso industrial de o+tención de aluinio! denoinado "roceso =all*=eroult! consiste en la electrólisis electrólisis de al%ina ,ó#ido de aluinio0 disuelta en una e1cla de sales fundidas o +ao electrolítico& electrolítico& Esta e1cla se antiene "eranenteente "eranenteente en estado líquido a una te"eratura de 7J:;C& El reactor donde se desarrolla el "roceso! usualente conocido coo celda o cu+a de electrólisi electrólisiss! es un reci"iente de a"ro#iadaente y de"endiendo de la tecnología de "roducción utili1ada! >&@ de anc)o "or K&@ de largo "or 6&@ de altura! conforado confo rado "or car+ón y aterial refractario! so"ortados e#ternaente "or una rígida estructura de acero& En dic)o reactor "ueden distinguirse desde arri+a )acia a+a9o cuatro eleentos constitutivos +ien diferenciados< 2nodos de car+ón ,"olo "ositivo0G e1cla de sales fundidasG aluinio líquido y c2todos de car+ón ,"olo negativo0& En este sistea la corriente eléctrica continua circula desde el 2nodo )acia el c2todo& -l atravesar el +ao electrolítico electrolítico la corriente "roduce la desco"osición de la al%ina disuelta en aluinio et2lico y o#ígeno& El aluinio et2lico o+tenido se de"osita en el fondo de la cu+a! ientras que el o#ígeno generado consue el car+ón de los 2nodos "roduciendo dió#ido de car+ono& 'a al%ina es reducida al aluinio en celdas electrolíticas electrolíticas llaadas cu+as! las cuales son organi1adas en series& 'as series de cu+as 'as cu+as son organi1adas en series dentro de la "lanta de "roducción de aluinio& 'as series de cu+as 2s odernas! tienden a tener las cu+as colocadas Llado a ladoM y la ayoría de las tareas de anteniiento se llevan a ca+o usando "uentes gr%as ultiuso! ,algunas tareas de+en reali1arse regularente0! coo "or e9e"lo el ca+io de los 2nodos! la reoción del "roducto terinado etc& 'a cu+a Una cu+a consta de dos "artes "rinci"ales< 6& Un +loque de car+ono el cu2l se )a o+tenido a "artir de una e1cla de coque y +rea& Este +loque act%a coo 2nodo ,o electrodo "ositivo0&< .& El c2todo ,o electrodo negativo0 que co"rende un ca9ón de acero rectangular asentado so+re )origón! que contiene un crisol car+onoso so+re el cual descansa el aluinio líquido& Entre el 2nodo y el c2todo )ay un es"acio donde se encuentra el electrolito& electrolito& Este se encuentra en estado líquido a 7J:;C& 8e le agrega la al%ina re$nada que se disuelve entonces en el electrolito electrolito fundido& El electrolito electrolito
El electrolito usado es la criolita! que es el e9or solvente "ara la al%ina& 4ara e9orar la "erforance de las cu+as! se agregan otros co"onentes coo el uoruro de aluinio y el uoruro de calcio ,utili1ados "ara +a9ar el "unto de solidi$cación del electrolito0& El 2nodo El car+ón o coque calcinado! utili1ado "ara "roducir los 2nodos que se consuen durante la electrólisis! es un su+"roducto de la re$nación del "etróleo& El coque calcinado utili1ado en la "lanta de -'U-R "roviene "roviene del co"le9o "etroquíico u+icado en la ciudad de Ensenada de la "rovincia de 3uenos -ires& - "artir de este aterial! -'U-R fa+rica sus "ro"ios 2nodos en instalaciones es"ecí$cas de su "lanta de 4uerto adryn& 'os 2nodos de car+ono utili1ados en el 4roceso =all =éroult! se consuen durante la electrólisis& 'os 2nodos "recocidos se foran se"aradaente! usando "artículas de coque aglutinadas con +rea y cocinadas en un )orno& Una ve1 que estos 2nodos se consuen )asta una cierta altura de+en ser ca+iados& El c2todo El c2todo consiste en un ara1ón de gra$to incrustado en +arras de acero "ara reali1ar la cone#ión eléctrica& Durante el "roceso el aluinio líquido funciona coo c2todo& eneralente la vida %til de un c2todo es de 6&@:: a /&::: días& Per aniación Cu+a Electrolítica
'a reacción anódica En la Electrode"osición con frecuencia el uso de electrodos de car+ono coo 2nodo! y durante dura nte el re$nado electrolítico es el uso de un electrodo de etal duro&El uso de electrodos de car+ono! tales coo el gcl.'a
electrólisis! electrólisis! la reacción anódica "erite a los iones de cloruro y li+eración de cloro< .Cl** * C'.＋.e Q Ta+ién Ta+ién "uede ser la co+inación co+inación de car+ono y el o#ígeno! coo coo al.O&/'a electrólisis en Criolita fundida en la generación o co Co.< .o. *? C * Co.＋>e Q En el re$nado electrolítico! +asta de etal coo 2nodo! la reacción es< a í e ?NE N
Un "otencial de electrodo de etal se e#trae las i"ure1as insolu+les coo "ositivo! ientras que el "otencial de electrodo 2s negativo fue la e#tracción de etales con i"ure1as! aunque se disuelve en sales sa les fundidas! "ero no en el c2todo! "or lo que a los efectos de "uri$cación en ella&
