Obtención electrolítica de metales
Numerosos procedimientos en la metalurgia son llevados a cabo a través de la utilización de energía eléctrica. Entre todas ellos podemos hacer mención especial a los procedimientos de tipo electrolíticos que se encuentran indicados para la obtención de diferentes metales reductores, como pueden ser el potasio, el aluminio o el magnesio entre otros. Estos se encuentran colocados en la parte alta de la serie de potenciales estándar de reducción, por lo que no es tarea fácil conseguirlos a través del uso de reductores químicos. A través de electrólisis de sus menas se consigue en cada caso el metal en el cátodo de la cuba de electrólisis. A continuación veremos detenidamente el ejemplo del aluminio.
Aluminio:
El aluminio se encuentra en la corteza terrestre, donde ocupa un 7,5% de su masa, por lo que se dice que es el metal más abundante en ella. Se suele encontrar principalmente en forma de silicatos.
El aluminio es un metal con una baja densidad, bastante maleable y resistente, gracias a su capa externa, a la corrosión, además cuenta con una buena conductividad, tanto térmica como eléctrica.
Este metal forma aleaciones con otros muchos elementos, de gran interés por sus utilidades. Puede formar aleaciones con el manganeso, silicio, cobre, magnesio, etc., haciendo que mejoren notablemente sus propias propiedades, siendo así más útil para aplicaciones en la construcción, en la fabricación de objetos y utensilios, en aeronáutica, en la industria ferroviaria, y automovilística, etc.
Para obtener aluminio se usa un recipiente (cuba electrolítica), siguiendo el procedimiento conocido como de Hall- Héroult, el cual fue descubierto en el año 1886.
Para realizar el procedimiento, se parte del compuesto Bauxita, un mineral que normalmente se presenta en forma impura (Al2O3.n H2O), mezclado con sílice y distintos óxidos de titanio y hierro.
Para realizar la electrólisis, se necesita una mena altamente pura, por lo cual la bauxita se purifica previamente hasta alcanzar la alúmina pura ( Al2O3).
Para bajar el punto de fusión (como fundente) del Al2O3, que es unos 2045ºC, y también como medio ionizante, se usa el compuesto de criolita ( Na3AlF6), el cual se obtiene de manera sintética.
El recipiente donde se coloca hace también las veces de horno, debido al calor que se genera en la electrólisis, se trabaja a unos 950ºC, con la finalidad de mantener fundida la carga. Además el recipiente, o cuba electrolítica se encuentra revestida en su parte interna por grafito, el cual hace el papel de cátodo, siendo los ánodos las barras de grafito.
La alúmina, se adiciona a la criolita, la cual ha sido previamente fundida, pasando a metal libre los iones de aluminio en las paredes del recipiente, donde se descargan, mientras se va desprendiendo oxígeno en los ánodos, lo que lleva a una combustión de ellos, lo que hace que deban ser reemplazados a menudo.
Cátodo: 4 [Al3+ + 3e- → Al (l)]
Ánodo: 3 [2 O2- – 2e- → O2 (g)]
Reacción global: 2Al2O3 → 4 Al3+ + 6 O2- → 4 Al (l) + 3 O2
El aluminio que se encuentra fundido, debido a la densidad que presenta, la cual es mayor respecto a otros materiales, tiende a depositarse en el fondo del recipiente, de donde periódicamente se va extrayendo y solidificando en forma de lingotes.
Conseguir aluminio electrolíticamente es bastante costoso económicamente, pues consume altas cantidades de energía eléctrica. Se cree que se consumen unos 20 KWh para poder obtener un kilo de aluminio por electrólisis. La cantidad de energía consumida es cinco veces más alta que la que se necesita para conseguir un kilo de acero; es por ello que su reciclado partiendo de objetos de aluminio ya usados, es bastante rentable.
