Universidad Nacional Experimental De Guayana

Vicerrectorado Académico
Coordinación General De Pregrado
Departamento De Ciencia y Tecnología
Coordinación De Ingeniería Industrial
Semestre: IV

Proceso Productivo Del Aluminio

Profesor: Integrantes:
Brazon Juan Ibarra Nairisbel
C.I: 26.969.750
Guerra Jennifer
C.I: 27.293.863

Ciudad Guayana, De Diciembre Del 2020

 Introducción:
- El aluminio es el elemento más reactivo de su grupo, y todas sus formas
están recubiertas por una delgada capa de óxido de aluminio, que le
concede resistencia frente a la mayoría de los reactivos, siendo ésta una de
las características más destacables de este material . El aluminio es uno de
los elementos más abundantes de la corteza terrestre (8 %) y uno de los
metales más caros en obtener; aunque una parte muy importante de la
producción mundial es producto del reciclaje. La principal materia prima en
la producción del aluminio es la bauxita de suelo arcilloso, que recibe su
nombre de la región francesa Les Baux donde fue descubierta por primera
vez.
- Los yacimientos de bauxita más importantes de la actualidad se encuentran
en Australia, África Occidental, Brasil y Jamaica; La bauxita se forma
cuando determinadas rocas ricas en aluminio. Mientras el 8% de la corteza
terrestre está compuesta en promedio por aluminio, la bauxita contiene de
un 50 a un 60% de aluminio. La bauxita se convierte en alúmina a través de
un proceso de limpieza, con frecuencia en plantas cercanas a los
yacimientos de bauxita. La importancia del aluminio en nuestro día a día es
realmente alta; y es que se trata de un metal muy usado en todo tipo de
industria. Un metal que además es reciclable 100%, pudiendo reciclarlo
indefinidamente sin que pierda cualidades. Algo que sin duda alguna
adquiere muchísimo atractivo en los procesos de fabricación. Es un material
realmente valioso pues es más ligero que otros metales como puedan ser el
acero o el cobre. Además, cuenta con una resistencia bastante alta, por lo
que sirve para construir piezas clave para diferentes máquinas pudiendo
aguantar mejor el desgaste.
- Por ejemplo, en el mundo las comunicaciones, el aluminio es una
excelente alternativa para el cobre, convirtiéndose en un material
económico y seguro para transportar electricidad, mucho más económico
que cualquier otro. En los transportes, el aluminio es cada vez más
apreciado. Gracias a este material, ligero y económico, es posible crear
coches muchísimo menos pesados, algo que reduce considerablemente
el combustible. Así, podemos decir que el aluminio, en el mundo de los
vehículos, también aporta beneficios ecológicos. También es usado en
la construcción, ahorrando considerablemente los costes de muchos
elementos y creando productos mucho más eficientes, como por ejemplo
los marcos de las ventanas. Asimismo, en este sector también se está
incluyendo cada vez más en la decoración de interiores.
- En nuestro día a día observaremos infinidad de objetos y elementos hechos
con aluminio, desde herramientas o utensilios de cocina, armarios,
ventanas, papel y latas. Así pues, no podemos negar que la importancia de
este metal es muchísima; esto y el hecho de que sea tan fácil y económico
reciclarlo, hacen que cada día se emplee más buscando continuos usos
para el mismo.
 Desarrollo:
- La bauxita es una roca sedimentaria con un contenido
de aluminio relativamente alto y es la principal fuente de aluminio del
mundo; para el proceso del aluminio es muy importante ya que en ella se
encuentra entre el 30% y 54% utilizable para la producción del mismo.
- La materia prima proviene del sur de Venezuela, del estado Bolívar, donde
predomina las mejores minas de bauxita , es uno de los elementos más
abundantes de la corteza terrestre la cual conforma más del 8% de la
corteza, sin embargo fue descubierto a principios del siglo XIX. El proceso
de producción de aluminio se inicia con el proceso de explotación de las
minas de bauxita de Pijiguaos (descubierta en 1974) con el método
tradicional a cielo abierto (explotaciones mineras que se desarrollan en la
superficie del terreno) y sin voladura luego el mineral es transferido por
ferrocarril hasta el puerto sobre el río orinoco para después transportarlo
hasta la planta de alúmina en la Ciudad Guayana a unos 650 km. El
aluminio (Al) es un excelente conductor de calor y de electricidad. Su mayor
ventaja es su ligereza, pues pesa casi tres veces menos que el acero
ordinario. Soler y Lasaga (2000) comentan que la mineralización de los
Pijiguaos está dispuesto de la siguiente manera: el perfil de meteorización
está compuesto por una zona superior bauxıt́ ica, seguido por una saprolita
que cambia gradualmente su composición hasta encontrar el granito
inalterado en la zona más profunda del perfil. La zona bauxı t́ ica contiene
gibbsita, cuarzo, hematita y goethita. La CVG es la empresa que realiza las
operaciones mineras en los yacimientos de la región Guayana. La
capacidad de producción anual de bauxita está en el orden de los 6
millones de toneladas. Las reservas medidas de este yacimiento son de
aproximadamente 82 millones de toneladas, mientras que los recursos
indicados e inferidos suman 248 millones de toneladas para 2010.
- El método de obtención de la alumina se realiza con la explotación del
yacimiento a cielo abierto, sin voladuras. El mineral se obtiene directamente
de los diferentes bloques del yacimiento con el fin de obtener la calidad
requerida del mineral, con palas que arrancan y cargan la bauxita en
camiones que la transportan hasta la estación de trituración y molienda. En
el sistema de trituración se reducirá la bauxita a un tamaño de grano inferior
a los 700 micrones, que es el tamaño de partículas apropiado para
extracción de alúmina; En los trituradores la bauxita se transforma en una
pasta que fluye hacia los molinos por gravedad. La alumina es uno de los
metales que se obtiene industrialmente en mayor escala. La metalurgia
extractiva del aluminio consta de dos etapas:
1) -Transformación de la bauxita en alúmina lo más pura posible.
2) - Electrolisis de esta alúmina disuelta en criolita fundida. Para realizar la
primera etapa, el procedimiento más corriente que se emplea es un
método químico conocido como proceso de Bayer.
- El proceso Bayer es el principal método industrial para producir alúmina a
partir de bauxita. Inventado por el austriaco Karl Bayer en 1889 y basado en
la disolución de la bauxita con hidróxido sódico (Sosa Cáustica). Las
 primeras plantas industriales de producción de alúmina basadas en el
proceso Bayer se instalaron en Francia y en Irlanda en la década de 1890.
Karl era hijo de Friedrich Bayer, fundador de la empresa química y
farmacéutica Bayer; El proceso Bayer consiste en la solubilización de los
óxidos de aluminio tratando la bauxita pulverizada con sosa cáustica
(hidróxido sódico) a alta temperatura y bajo presión. La disolución,
debidamente liberada de sólidos por desarenado, sedimentación y filtración,
al enfriar precipita hidróxido de aluminio que se separa, deshidrata y calcina
para producir alúmina calcinada. Aunque las condiciones del proceso son
influenciadas por el tipo de bauxita usada, hay 5 etapas principales en
todas las plantas. Entre ellas:
1) Preparación de la bauxita, en donde ocurre la reducción del tamaño
partícula de la bauxita, para incrementar la superficie de reacción y
facilitar su manejo, se realiza a través de triturador de placa y molino de
bola, ambos de vía húmeda. En el triturador de placas se mezclan con
cal para disminuir la concentración de fosfatos en la materia prima y se
adiciona licor cáustico a la entrada del molino.
2) Digestión o lixiviación, en donde se diluye la alúmina de manera
selectiva con NaOH (para no disolver el hierro). La carga se trata en
autoclaves de acero durante un periodo que oscila entre 2-8 horas a una
temperatura media de 140 -150 ºC.
3) Dilución y separación de residuos, en donde al final de la digestión, la
suspensión que abandona el último digestor conteniendo la solución de
aluminato, arenas y lodos rojos (partículas finas), está a una
temperatura por encima de su punto de ebullición a presión atmosférica,
de manera que es pasada a través de un sistema de enfriamiento por
expansión en el cual ocurre una despresurización en forma escalonada
hasta la presión atmosférica y una disminución de la temperatura hasta
aproximadamente 105-100 ºC. La dilución y la separación de residuos
se componen de 3 etapas: Desarenado (donde la pulpa se somete a la
separación de los lodos y arenas que contiene), Sedimentación, lavado
y deshecho de lodos rojos (se lleva a cabo en tanques espesadores, y el
lodo rojo depositado en el fondo de éstos, es removido continuamente
por un sistema de rastrilleo), Filtración de seguridad ( las partículas finas
en suspensión se separan para que no contamine el producto).
4) Precipitación, en la cual la solución de aluminato sódico es conducida a
grandes tanques de precipitación, donde se añade como cebo trihidrato
de aluminio que procede de operaciones anteriores y se deja enfriar
lentamente.
5) Calcinación, en donde el hidrato grueso lavado y filtrado se somete a
secado y calcinación. El secado se consigue aprovechando los gases
calientes del calcinador y, una vez seco el mismo, se pone en contacto a
alta temperatura (>1000ºC) en un horno; de esta forma se obtiene el
producto final, la alúmina.
- La alúmina es un material cerámico muy versátil (de color blanco tiza de
consistencia similar a la arena fina), sus propiedades la hacen
especialmente apta para aplicaciones en donde la temperatura es un factor
 crítico. La alúmina obtenida del proceso se utilizara principalmente para
producir aluminio mediante electrolisis procesada en tinas electrolíticas
llamadas celdas reductoras. Estas tinas funcionan como un baño de ciolita
(fluoruro de aluminio sódico), el ánodo es un electrodo de carbón y el
cátodo es la misma tina; En estas tinas se obtiene el aluminio metálico. El
aluminio obtenido de las celas reductoras es moldeado y procesado en
hornos de concentración para la obtención de aluminio de alta calidad;
estos mismos hornos se pueden utilizar para el reciclado de aluminio.
- El aluminio es uno de los metales más modernos si lo comparamos con la
metalurgia nacida hace más de 5000 años. Fue a comienzos del siglo XIX
cuando un químico danés Hans Cristian Oersted aisló el metal por primera
vez en 1825 por medio de un proceso químico que utilizaba una amalgama
de potasio y cloruro de aluminio. En 1854 Bunsen logró preparar
electrolíticamente el aluminio partiendo en sus experiencias del compuesto
cloruro alumínico sódico. Ese mismo año Henri Sainte-Claire Deville
perfeccionó el procedimiento y fabricó por primera vez en la historia
aluminio sustituyendo el potasio por sodio y lo presentó en la exposición de
París de 1855, en forma de lingotes. Puede decirse, por tanto, que Deville
fue el iniciador de la producción industrial del metal cuyo procedimiento, con
ligeras modificaciones se utilizó hasta el año 1888 que fue sustituido por el
método electrolítico. A principios del siglo XIX, la única forma de conseguir
aislarlo era por procedimientos químicos y a un gran costo, en ínfimas
cantidades y de una pésima calidad. No fue hasta más avanzado el siglo
XIX cuando, por medio de la electrólisis, se consiguió aislarlo en cantidades
suficientes y con una pureza aceptable. El aluminio se utilizaba en la
antigüedad clásica en tintorería y medicina bajo la forma de una sal doble,
conocida como alumbre y que se sigue usando hoy en día. Diversas
circunstancias condujeron a un perfeccionamiento de las técnicas de
extracción y un consiguiente aumento de la producción. La primera de
todas fue la invención de la dinamo en 1866, que permitía generar la
cantidad de electricidad necesaria para realizar el proceso. En el año 1889,
Karl Bayer patentó un procedimiento para extraer la alúmina u óxido de
aluminio a partir de la bauxita, la roca natural. Poco antes, en 1886, el
francés Paul Héroult y el norteamericano Charles Martin Hall habían
patentado de forma independiente y con poca diferencia de fechas un
proceso de extracción, conocido hoy como proceso Hall-Héroult. Con estas
nuevas técnicas se incrementó vertiginosamente la producción de aluminio .
En 1960 Se comienza a reciclar el aluminio, ya que el coste de reciclaje es
un 95% menor que el de su extracción desde la bauxita.. Si en 1882, la
producción anual alcanzaba apenas las 2 toneladas, en 1900 alcanzó las
6700 toneladas, en 1939 las 700 000 toneladas, 2 000 000 en 1943, y en
aumento desde entonces, llegando a convertirse en el metal no férreo más
producido en la actualidad.
- El aluminio tiene propiedades de muy buen comportamiento en cuanto a
resistencia mecánica que permite diversas aleaciones y su alta
conductividades térmica, entre otras características, es uno de los
materiales más usados en la industria automotriz y aeronáutica; también es
 estable al aire y resistente a la corrosión, con un tratamiento correcto es un
excelente material para aplicaciones estructurales o decorativas en agua de
mar, así como muchas soluciones acuosas y otros agentes químicos. En
cuanto a las aplicaciones y su uso en la industria el aluminio y sus
aleaciones se utilizan para fabricar tubos, recipientes y aparatos. En
cuestión de transporte, son muy útiles para construir aviones, vagones,
ferroviarios y automóviles. Por su alta conductividad térmica, el aluminio se
emplea en utensilios de cocina y en pistones de motores de combustión
interna. Además de su uso en papel de aluminio que ya conocemos. Es un
material ideal que se moldea fácilmente por lo que se usa en envoltorios
flexibles, botellas y latas de fácil apertura; tiene la enorme ventaja de que
puede ser reciclado infinitas veces sin perder sus propiedades, lo que
permite un ahorro muy importante en costes y en emisiones contaminantes.
Sus aplicaciones son muy variadas y su uso es creciente por su ligereza,
ductilidad y rentabilidad del proceso de reciclaje.
- A la alúmina se le hace un proceso de reducción electrolítica; que es un
método para eliminar oxígeno de un óxido metálico o una mezcla de óxidos
de elementos de aleación apropiados para producir un metal, semimetal
oaleación, mediante electrólisis en una sal fundida o una mezcla de sales,
en las condiciones para eliminar oxígeno, caracterizado porque dicha
electrólisis se realiza en la carga de alimentación que comprende una masa
sinterizada de dichos óxidos que tienen una distribución sustancialmente
bimodal que comprende partículas de tamaño mayor de 20 micrómetros y
partículas más finas de menos de 7 micrómetros. La alúmina es uno de los
componentes para la producción del aluminio muy importante con un
estimado de 16%; después le sigue los ánodos con un 14%; los ánodos
empleados en el proceso electrolítico para la producción de aluminio son
bloques de carbón que constituyen el polo positivo de la celda electrolítica y
es a través de ellos por donde entra la corriente a la celda de reducción de
aluminio. Los ánodos empleados en la producción de aluminio son un
agregado de coque de petróleo calcinado, brea de alquitrán, desecho verde
y cabos, en proporciones definidas, que luego de un tratamiento térmico su
conformación se reduce a tres fases de coque: cabo, coque de petróleo
calcinado y coque residual (formado por el fino de coque y la brea). En la
molienda y preparación del mismo su objetivo principal es fabricar ánodos
verdes; ellos son manufacturados usando tecnología de los ánodos verdes
son manufacturados usando tecnología de mezclado tipo batch (mezclado
de todos los componentes suministrados por el sistema de balanzas para la
formación de la pasta anódica bajo una temperatura determinada en un
tiempo definido); Esta tecnología es usada para mezclar coque de petróleo
y brea de alquitrán líquida. Esta área dispone vibro compactadoras para
transformar la pasta anódica en ánodos verdes. Una vez lo obtenido en el
área de la planta pasa a el envarillado de ánodos; en esta área se realiza el
ensamblaje de las varillas conductoras a los ánodos cocidos de carbón,
utilizados en las celdas para el proceso de reducción electrolítica del
aluminio, esta unión es realizada mediante una fundición gris. La varilla
anódica es una barra conductora de electricidad que forma el corazón de
los ánodos en la celda electrolítica para la producción de hierro primario.
Para unir la varilla anódica al ánodo cocido se usa una fundición gris
laminar de matriz ferrítica; esto se hace realizando una colada en los
orificios de los ánodos para obtener una pieza llamada guardacabo. La
fundición gris utilizada para lo antes descrito tiene un rango de colada entre
1460°C y 1490°C.