Aluminio

El aluminio es el metal más abundante de la corteza terrestre, pero está atrapado en óxidos que ni el fuego ni el carbón vegetal logran romper. Desde 1886 se obtiene refinando la bauxita hasta alúmina, disolviendo la alúmina en criolita fundida y descomponiéndola con una fuerte corriente continua.

Qué es

El aluminio es un metal ligero y plateado, con un tercio de la densidad del acero. Forma alrededor del 8 % del peso de la corteza terrestre, más que ningún otro metal, y sin embargo casi nunca aparece en estado nativo. Está unido al oxígeno en las arcillas, los feldespatos y la mayoría de las rocas comunes, y ese enlace resiste el fuego de carbón vegetal que libera el hierro o el cobre.

Su mena es la bauxita, una roca rojiza formada por la meteorización tropical. Una refinería la convierte en alúmina, un polvo blanco de óxido, y una planta de electrólisis descompone esa alúmina con corriente en la cuba Hall-Héroult de la lámina. Sigue siendo la única vía industrial para obtener aluminio nuevo.

Cómo funciona

Del mineral al metal: de dos a tres toneladas de bauxita dan una tonelada de alúmina, y dos toneladas de alúmina una de aluminio.

De la bauxita a la alúmina. En el proceso Bayer, la bauxita molida se ataca a presión con sosa cáustica caliente, entre 140 y 280 °C según el mineral. Los minerales de aluminio se disuelven; los óxidos de hierro y la arena se depositan como un residuo rojo. Enfriado y sembrado con cristales de una tanda anterior, el licor deja crecer hidróxido de aluminio, que se calcina hasta unos 1100 °C para dar alúmina.

De la alúmina al metal. La alúmina funde por encima de 2000 °C, pero un baño de criolita fundida, un fluoruro de sodio y aluminio, con fluoruro de aluminio añadido, la disuelve hacia 950–980 °C. La cuba es una caja de acero revestida de bloques de carbono, que forman el electrodo negativo. Los ánodos de carbono se sumergen en el baño, colgados de varillas sujetas a una pesada barra colectora.

La corriente continua pasa de los ánodos al revestimiento a través del baño y descompone la alúmina disuelta. El aluminio, más denso que el baño, se acumula líquido en el fondo. El oxígeno va a los ánodos y quema su carbono en dióxido de carbono, entre 0,4 y 0,5 kg de carbono por kilogramo de metal, de modo que los ánodos gastados se cambian por turnos. Una costra de baño solidificado y alúmina conserva el calor. Por ella se añade alúmina, y el metal se extrae por succión a intervalos.

La corriente mantiene además el baño fundido. Las cubas se conectan en serie y cada una lleva mucho más de cien mil amperios con solo cuatro o cinco voltios. Cada átomo de aluminio necesita tres electrones, así que la cuba gasta unos 13 a 15 kilovatios hora por kilogramo, y menos de la mitad se emplea en la reacción misma. La electricidad es el mayor coste, por eso las plantas se instalan donde es barata, junto a las presas de Canadá, Noruega o Islandia o cerca de grandes centrales, con transformadores y rectificadores para obtener corriente continua.

Al aire se forma enseguida sobre el metal una película de óxido de pocos nanómetros que detiene la corrosión y se rehace si se raya. Pequeñas proporciones de cobre, magnesio, silicio o cinc lo hacen bastante resistente para la aviación. El reciclaje solo tiene que refundir chatarra: 8,3 gigajulios por tonelada frente a 186 del metal nuevo en 2019, un ahorro de alrededor del 95 %.

Cómo se construye

No fabrique ni funda aluminio en casa. El baño desprende humos fluorados tóxicos y trabaja cerca de 1000 °C, y una gota de agua atrapada bajo el metal líquido se convierte de golpe en vapor y lo proyecta; las latas fundidas añaden los humos de pinturas y barnices. Un taller puede clasificar el metal, trabajarlo en frío y mostrar la electrólisis con pocos voltios.

El imán se pega a la lata de acero y no atrae la de aluminio.

Clasificar. Un imán atrae el acero, no el aluminio. Para distinguirlo de otros metales no magnéticos, se pesa un trozo y se mide el agua que desplaza: el aluminio da unos 2,7 gramos por centímetro cúbico; el cobre y el latón, más de 8. Hay que enjuagar los restos de comida y apartar las piezas pintadas o plastificadas.

Doblar y taladrar. Los grados blandos se doblan en frío en un tornillo de banco entre tacos de madera dura; las aleaciones duras se agrietan en un pliegue vivo, así que se curvan alrededor de un taco redondeado. Para taladrar, se marca con un granete, se sujeta la chapa sobre madera y se usa una broca afilada con una gota de aceite: una chapa sujeta a mano puede engancharse y girar.

Unir en frío. El aluminio se suelda mal: su óxido funde por encima de 2000 °C, el metal a 660 °C, y no se pone al rojo antes de hundirse. Se une con remaches, tornillos o adhesivo estructural, a ser posible con fijaciones de aluminio. Con humedad, y sobre todo cerca del mar, el aluminio se corroe en contacto con cobre, acero e incluso acero inoxidable; unas arandelas de plástico o una capa de pintura los separan.

Mostrar el principio. Se ponen dos minas de lápiz en un vaso de agua con una cucharadita de carbonato de sodio (sosa de lavar) y se conectan a una pila de 9 voltios. En la mina negativa burbujea hidrógeno y en la positiva oxígeno: la corriente descompone el agua como la cuba descompone la alúmina.

Seguridad. Nada de metal fundido ni de electrólisis de sales fundidas fuera de una planta industrial. Los bordes de la chapa pueden causar cortes: use guantes para manipularla y desbarbe cada corte, pero quíteselos antes de taladrar, y protéjase los ojos. El carbonato de sodio irrita la piel y los ojos, así que lleve gafas. No use nunca sal de mesa en la demostración, porque desprende cloro; mantenga el hidrógeno lejos de las llamas y use solo una pila pequeña, nunca la red eléctrica.

Historia y evolución

Hans Christian Ørsted obtuvo en 1825 una muestra diminuta e impura a partir del cloruro de aluminio. Friedrich Wöhler preparó un polvo en 1827 y pequeñas bolitas en 1845.

Cubiertos de aluminio del Segundo Imperio, cuando el metal valía tanto como la plata.

En Francia, Henri Sainte-Claire Deville redujo el cloruro con sodio y presentó un lingote en la Exposición Universal de París de 1855. Napoleón III lo apoyó y, según se cuenta, reservaba cubiertos de aluminio para sus invitados más ilustres. En diciembre de 1884 una pirámide de aluminio de 100 onzas coronó el Monumento a Washington, a 1,10 dólares la onza, más o menos el precio de la plata.

En 1886 dos hombres de 22 años dieron con la misma solución. El 23 de febrero, en Oberlin (Ohio), Charles Martin Hall, con pilas caseras, obtuvo glóbulos de aluminio a partir de alúmina disuelta en criolita. Paul Héroult, que había gastado su herencia en una dinamo, presentó una patente francesa el 23 de abril. La empresa de Hall en Pittsburgh, la futura Alcoa, empezó a producir en 1888; el proceso de Héroult arrancó en Neuhausen, junto a las cataratas del Rin. Karl Josef Bayer patentó en 1887 la precipitación de la alúmina con cristales de siembra y en 1892 el ataque de la bauxita a presión; juntos abarataron la alúmina pura.

La libra costaba unos 4,86 dólares en 1888 y menos de un dólar a principios de la década de 1890. El motor de los hermanos Wright de 1903 tenía el cárter de aluminio; aleaciones endurecidas por tratamiento térmico como el duraluminio, vendidas desde 1909 aproximadamente, pasaron a los dirigibles y luego a los aviones. En 2025 las plantas de electrólisis produjeron unos 74 millones de toneladas de metal nuevo.