Procesos industriales del cobre Minería del cobre

El cobre nativo suele acompañar a sus minerales en bolsas que afloran a la superficie explotándose en minas a cielo abierto. El cobre se obtiene a partir de minerales sulfurados (80%) y de minerales oxidados (20%), los primeros se tratan por un proceso denominado pirometalurgia y los segundos por otro proceso denominado hidrometalurgia. Generalmente en la capa superior se encuentran los minerales oxidados (cuprita, melaconita), junto a cobre nativo en pequeñas cantidades, lo que explica su elaboración milenaria ya que el metal podía extraerse fácilmente en hornos de fosa. A continuación, por debajo del nivel freático, se encuentran las piritas (sulfuros) primarias calcosina (CuS2) y covellina (CuS) y finalmente las secundarias calcopirita (FeCuS2) cuya explotación es más rentable que la de las anteriores. Acompañando a estos minerales se encuentran otros como la bornita (Cu5FeS4), los cobres grises y los carbonatos azurita y malaquita que suelen formar masas importantes en las minas de cobre por ser la forma en la que usualmente se alteran los sulfuros.La tecnología de obtención del cobre está muy bien desarrollada aunque es laboriosa debido a la pobreza de la ley de los minerales. Los yacimientos de cobre contienen generalmente concentraciones muy bajas del metal. Ésta es la causa de que muchas de las distintas fases de producción tengan por objeto la eliminación de impurezas.El proceso técnológico que utiliza la Empresa Corporación Nacional del Cobre (CODELCO) de Chile es el siguiente:1) Exploración geológicaEn la exploración se identifica la presencia de un yacimiento y sus características, se determina la ley de mineral y la forma de explotarlo.2) Extracción Las rocas mineralizadas extraídas de la mina (a rajo abierto o subterránea) y de un tamaño adecuado, son cargadas y transportadas a la planta en camiones o tren en forma eficiente y segura, para continuar el proceso productivo del cobre.3) Chancado A partir de las etapas de chancado primario y secundario (eventualmente terciario), se obtiene un material mineralizado de un tamaño máximo de 1,5 a 1,¾ pulgadas, el que se ordena en pilas para realizar la lixiviación. En tres etapas y utilizando grandes chancadores eléctricos, se reduce el tamaño de los fragmentos más grandes de material mineralizado que vienen de la mina, hasta obtener un tamaño uniforme de no más de ½ pulgada (1, 27 cm).4) Molienda Mediante el trabajo de molinos, se continúa reduciendo el tamaño de las partículas de mineral hasta obtener un tamaño máximo de 180 micrones (0,18 mm), con el que se forma una pulpa con agua y reactivos específicos que se lleva a la flotación.5) Flotación En las celdas de flotación, se genera espuma cuyas burbujas arrastran el cobre y otros minerales sulfurados contenidos en la pulpa. Luego de varios ciclos, se recolecta y seca esta espuma para obtener el concentrado de cobre que continua su purificación en los procesos de fundición y refinado.

Metalurgia del cobre

Cátodo de cobre

La metalurgia del cobre depende de que el mineral se presente en forma de sulfuros o de óxidos.Para los sulfuros se utiliza para producir cátodos la vía llamada pirometalurgia, que consiste en el siguiente proceso: Concentración del mineral -> fundición en horno -> paso a convertidores -> afino -> moldeo de ánodos -> electrorefinación -> cátodo. El proceso de

refinado produce unos cátodos con un contenido del 99,9% de cobre. Los cátodos son unas planchas de un metro cuadrado y un peso de 55 kg.Otros componentes que se obtienen de este proceso son hierro (Fe) y azufre (S), además de muy pequeñas cantidades de plata (Ag) y oro (Au). Como impurezas del proceso se extraen también plomo (Pb), arsénico (As) y mercurio (Hg).Como regla general una instalación metalúrgica de cobre que produzca 300.000 t/año de ánodos, consume 1.000.000 t/año de concentrado de cobre y como subproductos produce 900.000 t/año de ácido sulfúrico y 300.000 t/año de escorias. Cuando se trata de aprovechar los residuos minerales, la pequeña concentración de cobre que hay en ellos se encuentra en forma de óxidos y sulfuros, y para recuperar ese cobre se emplea la tecnología llamada hidrometalurgia, más conocida por su nomenclatura anglosajona Sx-Ew.El proceso que sigue esta técnica es el siguiente: Mineral de cobre-> lixiviación-> extracción-> electrólisis-> cátodoEsta tecnología se utiliza muy poco porque la casi totalidad de concentrados de cobre se encuentra formando sulfuros, siendo la producción mundial estimada de recuperación de residuos en torno al 15% de la totalidad de cobre producido.

Tratamientos térmicos del cobre

El cobre y sus aleaciones permiten determinados tratamientos térmicos para fines muy determinados siendo los más usuales los de recocido, refinado y temple.El cobre duro recocido se presenta muy bien para operaciones en frío como son: doblado, estampado y embutido. El recocido se produce calentando el cobre o el latón a una temperatura adecuado en un horno eléctrico de atmósfera controlada, y luego se deja enfriar al aire. Hay que procurar no superar la temperatura de recocido porque entonces se quema el cobre y se torna quebradizo y queda inutilizado.El refinado es un proceso controlado de oxidación seguida de una reducción cuyo objeto es volatilizar o reducir a escorias todas las impurezas contenidas en el cobre con el fin de obtener cobre de gran pureza. Los tratamientos térmicos que se realizan a los latones son principalmente recocidos de

homogeneización, recristalización y estabilización. Los latones con más del 35% de Zn pueden templarse para hacerlos más blandos.Los bronces habitualmente se someten a tratamientos de recocidos de homogenización para las aleaciones de moldeo; y recocidos contra acritud y de recristalización para las aleaciones de forja. El temple de los bronces de dos elementos constituyentes es análogo al templado del acero: se calienta a unos 600 ºC y se enfría rápidamente. Con esto se consigue disminuir la dureza del material, al contrario de lo que sucede al templar acero y algunos bronces con más de dos componentes.

Aleaciones de Cobre

Latón (Cu-Zn)

El latón, también conocido como cuzin, es una aleación de cobre, zinc (Zn) y, en menor proporción, otros metales. Se obtiene mediante la fusión de sus componentes en un crisol o mediante la fusión y reducción de menas sulfurosas en un horno de reverbero o de cubilote. En los latones industriales el porcentaje de Zn se mantiene siempre inferior a 50%. Su composición influye en las características mecánicas, la fusibilidad y la capacidad de conformación por fundicíón, forja y mecanizado. En frío, los lingotes obtenidos se deforman plásticamente produciendo láminas de diferentes espesores, varillas o se cortan en tiras susceptibles de estirarse para fabricar alambres. Su densidad depende de su composición y generalmente ronda entre 8,4 g/cm3 y 8,7 g/cm3.

Las características de los latones dependen de la proporción de elementos que intervengan en la aleación de tal forma que algunos tipos de latón son maleables únicamente en frío, otros exclusivamente en caliente, y algunos no lo son a ninguna temperatura. Todos los tipos de esta aleación se vuelven quebradizos cuando se calientan a una temperatura próxima al punto de fusión.

El latón es más duro que el cobre, pero fácil de mecanizar, grabar y fundir, es resistente a la oxidación, a las condiciones salinas y es dúctil, por lo que puede laminarse en planchas finas. Su maleabilidad varía según la composición y la temperatura, y es distinta si se mezcla con otros metales, incluso en cantidades mínimas.

Una pequeña aportación de plomo en la composición del latón mejora la maquinabilidad porque facilita la fragmentación de las virutas en el mecanizado. El plomo también tiene un efecto lubricante por su bajo punto de fusión, lo que permite ralentizar el desgaste de la herramienta de corte.

El latón admite pocos tratamientos térmicos y únicamente se realizan recocidos de homogenización y recristalización. El latón tiene un color amarillo brillante, con gran parecido al oro y por eso se utiliza mucho en joyería conocida como bisutería, y elementos decorativos. Otras aplicaciones de los latones abarcan los campos más diversos, desde el armamento, calderería, soldadura, fabricación de alambres, tubos de condensador y terminales eléctricos. Como no es atacado por el agua salada, se usa también en las construcciones de barcos y en equipos pesqueros y marinos.

El latón no produce chispas por impacto mecánico, una propiedad atípica en las aleaciones. Esta característica convierte al latón en un material importante en la fabricación de envases para la manipulación de compuestos inflamables.

Bronce (Cu-Sn)

Las aleaciones en cuya composición predominan el cobre y el estaño (Sn) se conocen con el nombre de bronce y son conocidas desde la antigüedad. Hay muchos tipos de bronces que contienen además otros elementos como aluminio, berilio, cromo o silicio. El porcentaje de estaño en estas aleaciones está comprendido entre el 2 y el 22%. Son de color amarillento y las piezas fundidas de bronce son de mejor calidad que las de latón, pero son más difíciles de mecanizar y más caras.

La tecnología metalúrgica de la fabricación de bronce es uno de los hitos más importantes de la historia de la humanidad pues dio origen a la llamada Edad de Bronce. El bronce fue la primera aleación fabricada voluntariamente por el ser humano: se realizaba mezclando el mineral de cobre (calcopirita, malaquita, etc.) y el de estaño (casiterita) en un horno alimentado con carbón vegetal. El anhídrido carbónico resultante de la combustión del carbón, reducía los minerales de cobre y estaño a metales. El cobre y el estaño que se fundían, se aleaban entre un 5 y un 10% en peso de estaño.

El bronce se emplea especialmente en aleaciones conductoras del calor, en baterías eléctricas y en la fabricación de válvulas, tuberías y uniones de fontanería. Algunas aleaciones de bronce se usan en uniones deslizantes, como cojinetes y descansos, discos de fricción; y otras aplicaciones donde se requiere alta resistencia a la corrosión como rodetes de turbinas o válvulas de bombas, entre otros elementos de máquinas. En algunas aplicaciones eléctricas es utilizado en resortes.

Alpaca (Cu-Ni-Zn)

Las alpacas o platas alemanas son aleaciones de cobre, níquel (Ni) y cinc (Zn). en una proporción de 50-70% de cobre, 13-25% de níquel, y del 13-25% de zinc. Sus propiedades varían de forma continua en función de la proporción de estos elementos en su composición, pasando de un máximos de dureza a mínimos de conductividad Estas aleaciones tienen la propiedad de rechazar los organismos marinos (antifouling). Si a estas aleaciones de cobre-níquel-cinc, se les añaden pequeñas cantidades de aluminio o hierro, constituyen aleaciones que se caracterizan por su resistencia a la corrosión marina, por lo que se utilizan ampliamente en la construcción naval, principalmente en los condensadores y tuberías, así como en la fabricación de monedas y de resistencias eléctricas.

Con las aleaciones de cobre-níquel-cinc se consigue una buena resistencia a la corrosión y buenas cualidades mecánicas. Por esas propiedades se utilizan principalmente para la fabricación de material de telecomunicaciones, piezas para instrumentos, artículos de grifería y accesorios de tubería de buena calidad, en la industria eléctrica, para artículos de ferretería y de ornamentación

y artículos utilizados en la fabricación de construcciones metálicas, así como para diversos aparatos de las industrias químicas y alimentarias. Algunas calidades de alpaca se utilizan también para fabricar vajillas y artículos de orfebrería de mesa, etc.

El monel es una aleación que se obtiene directamente de los minerales canadienses, y tiene una composición de Cu=28-30%, Ni=66-67%, Fe=3-3,5%. Este material tiene una gran resistencia a los agentes corrosivos y a las altas temperaturas.

El platinoide es un metal blanco compuesto de 60% de cobre,14% de níquel, 24% de zinc y de 1-2% de tungsteno.

Otras aleaciones

Otras aleaciones de cobre con aplicaciones técnicas son las siguientes:

Cobre-cadmio (Cu-Cd): son aleaciones de cobre con un pequeño porcentaje de cadmio y tienen con mayor resistencia que el cobre puro. Se utilizan en líneas eléctricas aéreas sometidas a fuertes solicitaciones mecánicas como catenarias y cables de contacto para tranvías.

Cobre-cromo (Cu-Cr) y Cobre-cromo-circonio (Cu-Cr-Zr): tienen una alta conductividad eléctrica y térmica. Se utilizan en electrodos de soldadura por resistencia, barras de colectores, contactores de potencia, equipos siderúrgicos y resortes conductores.

Cobre-hierro-fósforo (Cu-Fe-P). Para la fabricación de elementos que requieran una buena conductividad eléctrica y buenas propiedades térmicas y mecánicas se añaden al cobre partículas de hierro y fósforo. Estas aleaciones se utilizan en circuitos integrados porque tienen una buena conductividad eléctrica, buenas propiedades mecánicas y tienen una alta resistencia a la temperatura.

Cobre-aluminio (Cu-Al): también conocidas como bronces al aluminio, contienen al menos un 10% de aluminio. Estas aleaciones son muy parecidas al oro y muy apreciadas para trabajos artísticos. Tienen buenas propiedades mecánicas y una elevada resistencia a la corrosión. Se utilizan también para los trenes de aterrizaje de los aviones , en ciertas construcciones mecánicas.

Cobre-berilio (Cu-Be): es una aleación constituida esencialmente por cobre. Esta aleación tiene importantes propiedades mecánicas y gran resistencia a la corrosión. Se utiliza para fabricar muelles, moldes para plásticos, electrodos para soldar por resistencia y herramientas antideflagrantes. Cobre-plata (Cu-Ag) o cobre a la plata: es una aleación débil por sus altos componentes de cobre, que se caracteriza por una alta dureza que le permite soportar temperaturas de hasta 226 ºC, manteniendo la conductividad eléctrica del cobre.

Algunas aleaciones de cobre tienen pequeños porcentajes de azufre y de plomo que mejoran la maquinabilidad de la aleación. Tanto el plomo como el azufre tienen muy baja solubilidad en el cobre, separándose respectivamente como plomo (Pb) y como sulfuro cuproso (Cu2S) en los bordes de grano y facilitando la rotura de las virutas en los procesos de mecanizado, mejorando la maquinabilidad de la aleación.

Procesos industriales del cobre

Producción minera

La producción mundial de cobre a partir de minas es de unos 15,6 millones de toneladas al año (2007). El principal país productor es Chile, con más de un tercio del total, seguido por Perú y Estados Unidos.

Rango Estado Producción( en mill. ton/año )

1 Chile 5,702 Perú 1,203 Estados Unidos 1,194 China 0,925 Australia 0,866 Indonesia 0,787 Rusia 0,738 Canadá 0,599 Zambia 0,5310 Polonia 0,4711 Kazajistán 0,4611 México 0,40

Fuente: USGS 2008

De entre las diez mayores minas de cobre del mundo, cinco se encuentran en Chile (Escondida, Codelco Norte, Collahuasi, El Teniente y Los Pelambres), dos en Indonesia, una en Estados Unidos, una en Rusia y otra en Perú (Antamina)

Procesos básicos en la obtención de cobre

Recepción de materias primas y mezclado:

Los minerales recibidos son transportados hasta los almacenes de la Fundición, donde se mezclan para obtener una liga de composición adecuada para su alimentación al proceso.

Secado de los concentrados:

Para fundir el concentrado en el Horno Flash se requiere un 0,2% de humedad. Para conseguirlo empleamos tres secadores: uno rotativo de gas natural y dos de vapor.

Fusión:

El proceso de fusión de concentrados en el Horno Flash permite obtener un producto intermedio conocido como mata, donde se eleva de 30 a un 62% el contenido medio de cobre. Además de la mata se obtienen escorias y gases con un alto contenido en SO2 .

Conversión de la mata:

Durante este proceso se separan los restos de azufre, hierro y otros metales del cobre. En él se genera energía que permite fundir los recirculantes producidos en la Fundición y las chatarras adquiridas en el mercado. Los productos que se obtienen de este proceso son: el cobre blister, con un contenido medio del 99,5% en cobre, escorias, y gases con SO2, que unidos a los obtenidos en la Fusión, son finalmente transformados en ácido sulfúrico.

Tratamiento de las escorias:

Las escorias obtenidas en el Horno Flash y los convertidores se tratan en un horno eléctrico para reducir el cobre contenido del 2 y 6% respectivamente, a menos del 1%. La mata obtenida se vuelve a introducir en el proceso productivo, mientras que las escorias finales se comercializan.

La escoria granulada tiene los siguientes usos:

- Abrasivo (chorro a presión para superf. metálicas).- Construcción de carreteras.- Hormigones pesados.- Rellenos de material drenante.- Fabricación de materiales de construcción.- Fabricación de morteros para suelos industriales.- Fabricación de cemento.

Afino térmico y moldeo del cobre:

En este proceso se eliminan el oxígeno y el azufre que aún están disueltos en el cobre blister. Para ello se dispone de tres hornos de afino. A continuación el cobre se moldea en forma de ánodos usando dos ruedas de moldeo.

Lavado de gases:

Los gases con SO2 procedentes de la Fundición son enviados a la Sección de Lavado de las Plantas de Ácido para eliminar el polvo arrastrado durante el proceso.

Producción de Ácido Sulfúrico:

Atlantic Copper es el mayor productor de España (y el 2º de Europa) de esta materia prima, que es fundamental para la industria de fertilizantes y otras ramas de la industria química.

La totalidad del SO2 producido en el proceso de fusión de los concentrados se trata para su transformación en ácido sulfúrico que se obtiene en las tres Plantas de Ácido.

El sistema utilizado es el de contacto con catalizadores de pentóxido de vanadio y cesio. Las tres plantas tienen tecnología de doble absorción y doble contacto, permitiendo una fijación de azufre superior al 99,8%.

El ácido sulfúrico se almacena y distribuye, bien por tubería o mediante camiones cisterna homologados.

Como subproducto del proceso de fundición, se obtiene ácido sulfúrico a partir de la captura del SO 2 procedente del azufre contenido en los concentrados de cobre. El proceso de producción está garantizado bajo la Norma ISO 9002.

Este ácido se comercializa para la producción de:

- Abonos y fertilizantes- Productos químicos (industria de la pintura)- Metacrilatos- Industria de detergentes- Procesos electrolíticos- Tratamientos de aguas- Industria del curtido- Galvanotecnia, y- Fabricación de explosivos.

Planta de Yeso Artificial:

Los ácidos débiles producidos en la Planta de Ácido se utilizan para producir yeso artificial que se utiliza en la construcción, cementeras, refuerzo y sellado de vertederos, etc. En Atlantic Copper producimos unas 240 toneladas al día.

Refino Electrolítico:

El cobre del ánodo se disuelve en el electrolito, el cobre puro se deposita en el cátodo, y las impurezas y metales preciosos se posan en el fondo de las cubas en forma de lodos que se secan y comercializan. El resto del ánodo no disuelto se recircula en los convertidores.

Planta de Níquel:

Permite recuperar níquel del electrolito en forma de sulfato de níquel, que también se comercializa de forma separada.

Planta de Tratamiento de Efluentes Líquidos:

Todos los efluentes de los procesos son depurados antes de su vertido o reutilización, obteniendo óxido de zinc vendible.

Lodos Electrolíticos

Es el subproducto resultante del refino electrolítico del ánodo y procede de la deposición de partículas en el fondo de las cubas electrolíticas. Tiene un alto contenido en oro, plata, y otros metales preciosos y se comercializa en bidones sobre palets.

Composición

Oro: (1,5 - 4)% - Plata: (4,5 - 11)%

Aplicaciones

Los principales clientes son refinerías de metales preciosos, quienes recuperan el oro, plata y paladio que contiene para la obtención de lingotes.

El aluminio es el tercer elemento más abundante en la corteza terrestre y constituye el 7.3% de su masa. En su forma natural, sólo existe en una combinación estable con otros materiales (particularmente en sales y óxidos) y no fue sino hasta 1808 cuando fue descubierto. A partir de entonces, demandó muchos años de investigación y ensayos el poder aislar el aluminio puro del mineral en su estado original, para poder hacer viable su producción, comercialización y procesamiento.

De esta manera, el aluminio sólo se produjo para ser comercializado durante el último siglo y medio y es todavía un material muy joven. La humanidad ha utilizado cobre, plomo y estaño por miles de años; sin embargo en la actualidad se produce más aluminio que la suma del resto de la producción de los otros metales no ferrosos. La producción de aluminio primario durante el año 2006 fue de 33.9 millones de toneladas y se prevé crezca a tasas superiores al 5% durante los próximos años.

El aluminio es un material sustentable. Dados los actuales niveles de producción, las reservas conocidas de bauxita –de las cuales se obtiene el mineral de aluminio- durarán por cientos de años. Más del 55% de la producción mundial de aluminio se realiza utilizando energía hidroeléctrica renovable.

Casi la totalidad de los productos de aluminio pueden desde un punto de vista técnico (factibilidad) y económico (rentabilidad) ser reciclados repetidamente para producir nuevos productos, sin perder el metal su calidad y propiedades. La utilización de metales reciclados ahorra energía y preserva las fuentes de recursos naturales. Es por eso que el creciente uso del aluminio reciclado en diversas aplicaciones le da el reconocimiento de metal verde.

El mineral del cual se extrae el aluminio, comúnmente llamado bauxita, es abundante y se encuentra principalmente en áreas tropicales y subtropicales:

África, Antillas, América del Sur y Australia. Hay también algunas minas de bauxita en Europa. La bauxita se refina para obtener óxido de aluminio (alúmina) y luego a través de un proceso electrolítico ser reducida a aluminio metálico.Las plantas de producción de aluminio primario están localizadas por todo el mundo, por lo general en áreas donde hay abundantes recursos de energía eléctrica barata.

Se requieren de dos a tres toneladas de bauxita para producir una tonelada de alúmina. Se necesitan aproximadamente dos toneladas de alúmina para producir una tonelada de aluminio.

Hay numerosos depósitos de bauxita, principalmente en las regiones tropicales y subtropicales, así como también en Europa. La bauxita es generalmente extraída por un sistema de minería a cielo abierto, aproximadamente a unos 4-6 metros de profundidad de la tierra.

De acuerdo a información relevada por el internacional Aluminium Institute, una mina de bauxita tipo emplea aproximadamente 200 personas por cada millón de toneladas/años de bauxita producida o aproximadamente 11 personas por hectárea. Por lo general estas minas ofrecen empleos relativamente bien remunerados y las compañías mineras tienden a proporcionar ayuda a sus comunidades vecinas.

Hay atractivas razones comerciales y sociales para promover el desarrollo de una mina de bauxita. La compañía minera quiere el mineral para su uso o venta, mientras que los gobiernos nacionales aprueban el desarrollo de las minas, no sólo por motivos de empleo y sociales sino también por los ingresos que obtienen de estas compañías mineras. Tales razones son complementadas, según últimos estudios llevados a cabo por el International Aluminium Institute, por una mayor concientización de las compañías mineras en cuanto a los factores ambientales. Las áreas de explotación están siendo restauradas a una condición del medio ambiente estable, el 90 % de compañías consultadas ya tiene un plan de rehabilitación en el lugar.

Cada vez más, las compañías mineras están comprometidas con temas del medio ambiente. La explotación de bauxita es acompañada por una rehabilitación de tierra y control ambiental a fin de restaurar el área, de acuerdo a una condición ambiental sostenible.

La alúmina es un material de color blanco tiza de consistencia similar a la arena fina. La industria emplea el proceso Bayer para producir alúmina a partir de la bauxita. La alúmina es vital para la producción de aluminio–se requieren aproximadamente dos toneladas de alúmina para producir una tonelada de aluminio-.

En el proceso Bayer, la bauxita es lavada, pulverizada y disuelta en soda cáustica (hidróxido de sodio) a alta presión y temperatura; el líquido resultante contiene una solución de aluminato de sodio y residuos de bauxita que contienen hierro, silicio, y titanio. Estos residuos se van depositando gradualmente en el fondo del tanque y luego son removidos. Se los conoce comúnmente como "barro rojo".

La industria del aluminio primario utiliza la alúmina fundamentalmente como materia prima básica para la producción del aluminio. Además, la alúmina se utiliza de manera complementaria para:

1. Aislante térmico para la parte superior de las cubas electrolíticas.2. Revestimiento de protección para evitar la oxidación de los ánodos de carbón.3. Absorción de las emisiones provenientes de las cubas.

Producción de AlúminaLa solución de aluminato de sodio clarificada es bombeada dentro de un enorme tanque llamado precipitador. Se añaden finas partículas de alúmina con el fin de inducir la precipitación de partículas de alúmina puras, una vez que el líquido se enfría. Las partículas se depositan en el fondo del tanque, se remueven y luego son sometidas a 1100°C en un horno o calcinador, a fin de

eliminar el agua que contienen, producto de la cristalización. El resultado es un polvo blanco, alúmina pura. La soda cáustica es devuelta al comienzo del proceso y usada nuevamente.

El proceso para obtener alúmina pura de la bauxita ha cambiado muy poco desde finales del siglo XIX. El Proceso Bayer puede ser considerado en tres etapas:

ExtracciónEl hidrato de alúmina es selectivamente removido de los otros óxidos (insolubles) disolviéndolo en una solución de hidróxido de sodio (soda cáustica):

Al2O3.xH2O + 2NaOH ---> 2NaAlO2 + (x+1)H2O

El proceso es mucho más eficiente cuando el mineral es reducido a un tamaño de partícula mucho más pequeño que antes de la reacción. Esto se logra a través de la molienda del mineral pre-lavado. Este es entonces enviado a un asimilador de alta presión.Las condiciones dentro del digestor (concentración, temperatura y presión) varían según las propiedades de la bauxita utilizada. Aunque las temperaturas más altas son teóricamente favorables, éstas producen varias desventajas incluyendo problemas de corrosión y la posibilidad de que se encuentren otros óxidos (además de la alúmina) disueltos en el líquido cáustico.Las plantas modernas operan entre unos 200 y 240° C y pueden implicar

presiones de aproximadamente 30atm.Después de la extracción, el líquido (conteniendo Al2O3 disuelto) debe ser separado del residuo de bauxita insoluble, purificado tanto como sea posible y filtrado, antes de ser depositado en el precipitador.El barro es espesado y lavado de modo que la soda cáustica pueda ser removida y reciclada.

PrecipitaciónEl trihidrato de alúmina cristalino, denominado "hidrato", es precipitado a partir del licor del digestor:

2NaAlO2 + 4H2O ---> Al2O3.3H2O + 2NaOH

Este es básicamente lo opuest del proceso de extracción, salvo que aquí la naturaleza del producto puede ser controlada por diferentes condiciones de la planta. Los cristales de hidrato son entonces clasificados en fracciones por tamaño e introducidos dentro de un horno de rotativo o un lecho fluidificado para su calcinación.

Calcinación El hidrato se calcina para extraer el agua y formar alúmina para el proceso de producción del aluminio.

2Al (OH)3 ---> Al2O3 + 3H2O

E El reactor donde se desarrolla el proceso, usualmente conocido como celda o cuba de electrólisis, es un recipiente de aproximadamente y dependiendo de la tecnología de producción utilizada, 4.5 m de ancho por 8.5 m de largo por 1.5 m de altura, conformado por carbón y material refractario, soportados externamente por una rígida estructura de acero. En dicho reactor pueden distinguirse desde arriba hacia abajo cuatro elementos constitutivos bien diferenciados: ánodos de carbón (polo positivo); mezcla de sales fundidas; aluminio líquido y cátodos de carbón (polo negativo). En este sistema la corriente eléctrica continua circula desde el ánodo hacia el cátodo. Al atravesar el baño electrolítico la corriente produce la descomposición de la alúmina disuelta en aluminio metálico y oxígeno. El aluminio metálico obtenido se deposita en el fondo de la cuba, mientras que el oxígeno generado consume el carbón de los ánodos produciendo dióxido de carbono.

Aluar ha iniciado a mediados del año 2007 el proceso de puesta en marcha de 168 nuevas cubas lo que le permitirá contar a principios del año 2008 con un total de 712 cubas que le posibilitará a la empresa alcanzar una capacidad instalada de 410.000 toneladas anuales. Dicho número de cubas se distribuye en 8 naves o salas de electrólisis de aproximadamente 500 metros de longitud cada una.

Periódicamente, el aluminio obtenido en cada celda de electrólisis se extrae de la misma por succión, utilizando para el transporte recipientes térmicamente

aislados de 6 toneladas de capacidad. Estos recipientes se trasladan a la fundición próxima a las salas de electrólisis donde el metal líquido se solidifica en diferentes aleaciones y formatos que constituyen los productos finales del proceso.l proceso industrial de obtención de aluminio, denominado proceso Hall-Heroult, consiste en la electrólisis de alúmina (óxido de aluminio) disuelta en una mezcla de sales fundidas o baño electrolítico. Esta mezcla se mantiene permanentemente en estado líquido a una temperatura de 960°C.

La alúmina es reducida al aluminio en celdas electrolíticas llamadas cubas, las cuales son organizadas en series.

Las series de cubasLas cubas son organizadas en series dentro de la planta de producción de aluminio. Las series de cubas más modernas, tienden a tener las cubas colocadas “lado a lado” y la mayoría de las tareas de mantenimiento se llevan a cabo usando puentes grúas multiuso, (algunas tareas deben realizarse regularmente), como por ejemplo el cambio de los ánodos, la remoción del producto terminado etc.

La cubaUna cuba consta de dos partes principales:

1. Un bloque de carbono el cuál se ha obtenido a partir de una mezcla de coque y brea. Este bloque actúa como ánodo (o electrodo positivo).:2. El cátodo (o electrodo negativo) que comprende un cajón de acero rectangular asentado sobre hormigón, que contiene un crisol carbonoso sobre el cual descansa el aluminio líquido.

Entre el ánodo y el cátodo hay un espacio donde se encuentra el electrolito. Este se encuentra en estado líquido a 960°C. Se le agrega la alúmina refinada que se disuelve entonces en el electrolito fundido.

El electrolitoEl electrolito usado es la criolita, que es el mejor solvente para la alúmina. Para mejorar la performance de las cubas, se agregan otros componentes como el fluoruro de aluminio y el fluoruro de calcio (utilizados para bajar el punto de solidificación del electrolito).

El ánodoEl carbón o coque calcinado, utilizado para producir los ánodos que se consumen durante la electrólisis, es un subproducto de la refinación del petróleo. El coque calcinado utilizado en la planta de ALUAR proviene del complejo petroquímico ubicado en la ciudad de Ensenada de la provincia de Buenos Aires. A partir de este material, ALUAR fabrica sus propios ánodos en instalaciones específicas de su planta de Puerto Madryn.Los ánodos de carbono utilizados en el Proceso Hall Héroult, se consumen durante la electrólisis. Los ánodos precocidos se forman separadamente, usando partículas de coque aglutinadas con brea y cocinadas en un horno. Una vez que estos ánodos se consumen hasta una cierta altura deben ser cambiados.

El Cátodo

El cátodo consiste en un armazón de grafito incrustado en barras de acero para realizar la conexión eléctrica. Durante el proceso el aluminio líquido funciona como cátodo. Generalmente la vida útil de un cátodo es de 1.500 a 3.000 días.

La mayoría de las aplicaciones del aluminio requieren que se lo combine con otros metales para formar aleaciones específicas para cada proceso de fabricación.

Los principales metales usados como aleantes son el silicio, el cinc, el cobre, el magnesio y el manganeso.

Una vez obtenida la aleación deseada, el aluminio puede ser procesado de la siguiente manera:

Laminación

Aleaciones

Fundición

Extrusión

Estos procesos pueden a su vez ser combinados con otros procesos industriales como el pintado, el anodizado, la soldadura, el forjado, entre otros. Además, una vez alcanzada su forma final, las propiedades del producto pueden ser modificadas mediante tratamientos térmicos.

La gran variedad de procesos industriales a los cuales es posible someter al aluminio explican la enorme cantidad de aplicaciones de este metal.

El aluminio se procesa en primera instancia en laminadores en caliente para luego ser transferido a laminadores en frío

Laminadores en calientePrevio al proceso de laminación, el aluminio tiene forma de un gran lingote o placa (ver Placa para deformación). Este lingote es calentado hasta unos 500ºC y pasado repetidas veces por este primer tipo de laminadores. Este proceso reduce gradualmente el espesor del lingote hasta unos 6mm, y una

vez finalizado, el aluminio es enfriado y transportado a los laminadores en frío para su posterior tratamiento.

Laminadores en frío

Hay una gran diversidad de laminadores en frío. Grande también es la gama de productos que se obtienen, que llegan hasta espesores de 0.05mm. En general, el tipo de producto depende de la aleación utilizada, el proceso de deformación vía laminación y el tratamiento térmico aplicado al producto, ajustando así sus propiedades mecánicas y físicas.

Productos Los productos pueden ser agrupados en grandes categorías: laminados finos y laminados gruesos.Entre los primeros, se puede distinguir el foil del resto de los laminados finos. El foil tiene un espesor menor a los 0.2mm y es utilizado por lo general en la industria de packaging en envases o coberturas. También se lo utiliza en aplicaciones eléctricas, y como componente en aislamientos térmicos. El resto de los laminados finos, con espesores entre 0.2mm y 6mm se aplican de manera muy diversa en el sector de la construcción (sea en revestimientos o techos). También tienen como destino el sector de transporte (paneles laterales y estructuras de automotores, barcos y aviones).Los laminados gruesos tienen un espesor superior a los 6mm. Suele ser utilizado también en estructuras de aviones, vehículos militares y componentes estructurales de puentes y edificios.

El rango de propiedades del aluminio es amplio y se potencia por la diversidad de aleaciones comercialmente disponibles

La composición de esas aleaciones está regulada por clasificaciones internacionales. Cada una de aquellas se describe por un conjunto de cuatro dígitos, con letras y números adicionales que indican el temple de la aleación. Por ejemplo, 6082-T6 es una aleación de resistencia media basada en la familia de productos de aluminio-magnesio-silicio.La clasificación prevé:

1XXX Aluminio de pureza mínima de 99%2XXX Aleaciones de aluminio y cobre3XXX Aleaciones de aluminio y manganeso4XXX Aleaciones de aluminio y silicio5XXX Aleaciones de aluminio y magnesio6XXX Aleaciones de aluminio, magnesio y silicio7XXX Aleaciones de aluminio, cinc y magnesio8XXX Otras aleaciones

Las aleaciones de aluminio pueden ser ser divididas principalmente en dos grupos, según el tipo de proceso en que son utilizadas: las aleaciones para trabajado mecánico (extrusión, forja, laminación, etc.) y las aleaciones de moldeo (colada de piezas). Además, ambos grupos contienen ciertas

aleaciones que pueden endurecerse mediante tratamientos térmicos y otras que no son susceptibles de endurecimiento al tratarlas térmicamente.

Los productos fundidos y moldeados tienen una amplia variedad de aplicaciones:

Componentes livianos para vehículos, aeronaves, barcos y naves espaciales Componentes de máquinas productivas en las que el peso reducido y la resistencia a la corrosión son condiciones indispensables Bienes de alta tecnología para la oficina y el hogar.

Se reconocen dos métodos básicos de fundición: moldeo en arena y moldeo en coquilla (molde permanente)Los productos extruídos de aluminio, conocidos como "perfiles", son confeccionados a partir de cilindros de aluminio llamados barrotes (ver Barrotes para extrusión). Los barrotes se encuentran disponibles en variados tamaños, aleaciones, tratamientos térmicos y dimensiones, dependiendo de los requerimientos del usuario.

El proceso de extrusión se caracteriza por hacer pasar a presión el aluminio a través de una matriz para obtener el perfil deseado. Esto es posible tras haber calentado los barrotes a utilizar a una temperatura cercana a los 450-500°C y haberles aplicado una presión de 500 a 700 MPa (equivalente a la presión registrada en el fondo de un tanque de agua de unos 60km de altura). El metal precalentado es impulsado dentro de la prensa y forzado a salir por la matriz, obteniéndose así, el perfil extruido.

El proceso de extrusión lleva la temperatura de las prensas a unos 500ºC y la temperatura de salida es cuidadosamente controlada para conservar las propiedades mecánicas, una alta calidad en la superficie de los productos terminados y una elevada productividad.

La prensa de extrusiónLa prensa genera la fuerza necesaria para forzar el paso del aluminio precalentado a través de la matriz. Consiste fundamentalmente en:

· Un depósito donde se aloja el barrote a ser extruido· El cilindro principal que empuja el barrote contra el panel frontal.· Un panel frontal que aloja la matriz.· La matriz, por donde sale el aluminio extruido y que le imprime la forma final al perfil.· Columnas de amarre, con las que se conjugan los componentes descriptos.

Los principios del proceso de extrusión pueden ser observados en el siguiente diagrama.

AplicacionesLos productos extruídos son vastamente utilizados en el sector de la

construcción , particularmente en ventanas y marcos de puertas, en casas prefabricadas y estructuras de edificios, en techos y cortinas. También son utilizados en automotores, trenes y aviones y en el sector de la náutica.