De la bauxita a la alúmina: el proceso Bayer
La bauxita es el principal mineral del aluminio, una roca que contiene entre un 40% y un 60% de óxido de aluminio junto con óxido de hierro, sílice y otras impurezas. La primera etapa de extracción, el proceso Bayer, separa el óxido de aluminio de estas impurezas.
La bauxita triturada se mezcla con una solución concentrada de hidróxido de sodio caliente y se digiere bajo presión a temperaturas de entre 150 y 250 grados centígrados. El óxido de aluminio se disuelve para formar aluminato de sodio, mientras que el óxido de hierro, la sílice y otras impurezas permanecen como un residuo sólido llamado lodo rojo. La suspensión se filtra para eliminar el lodo rojo, dejando una solución transparente de aluminato de sodio.
Luego se precipita hidróxido de aluminio de la solución mediante siembra y enfriamiento, y el precipitado se lava y calcina en hornos rotatorios o calcinadores de lecho fluido-a aproximadamente 1000 grados Celsius para eliminar el agua. El producto es polvo de alúmina blanca, óxido de aluminio casi puro.
De la alúmina al aluminio: el proceso Hall-Heroult
La alúmina tiene un punto de fusión superior a 2000 grados Celsius, lo que haría que la fusión directa fuera antieconómica. El proceso Hall-Heroult disuelve alúmina en criolita fundida, un mineral de fluoruro, lo que reduce la temperatura de funcionamiento a aproximadamente 950 grados Celsius.
Una fuerte corriente continua, normalmente de 150.000 a 600.000 amperios, pasa a través de la celda entre los ánodos de carbono y un cátodo revestido de carbono-. En el cátodo, se forma aluminio líquido y se acumula en el fondo de la celda; en los ánodos, el oxígeno reacciona con el carbono para liberar dióxido de carbono. El aluminio líquido se extrae de la celda y se moldea en lingotes, palanquillas o desbastes para su posterior procesamiento.
Consideraciones energéticas y ambientales
La electrólisis consume mucha energía: producir una tonelada de aluminio primario requiere aproximadamente de 13 a 15 megavatios-hora de electricidad, razón por la cual las fundiciones están ubicadas cerca de fuentes de energía de bajo-costo, incluidas las plantas hidroeléctricas. El proceso también emite dióxido de carbono de los ánodos, y el lodo rojo del proceso Bayer debe gestionarse con cuidado en instalaciones de almacenamiento diseñadas.
Estos impactos explican los sólidos argumentos ambientales a favor del reciclaje: la fundición de chatarra de aluminio utiliza alrededor del 5% de la energía de la producción primaria y evita por completo el ciclo de la bauxita y el lodo rojo, razón por la cual el aluminio reciclado ya abastece una gran parte de la demanda mundial.
Rutas alternativas y emergentes
Existen rutas de extracción alternativas, pero son menos comunes. La lixiviación ácida puede extraer aluminio de ciertos minerales y desechos industriales, pero generalmente es más costosa y compleja que el proceso de Bayer. Continúan las investigaciones sobre ánodos inertes que eliminarían las emisiones de dióxido de carbono de la electrólisis y sobre diseños de celdas más eficientes, pero los procesos de Bayer y Hall-Heroult siguen siendo la columna vertebral industrial de la producción de aluminio.
Preguntas frecuentes
P: ¿Qué es la bauxita y de dónde viene?
La bauxita es un mineral sedimentario de color rojizo que contiene entre un 40 y un 60 % de óxido de aluminio (alúmina) en forma de gibbsita, boehmita o diáspora, extraído principalmente en Australia, Guinea, China, Brasil e India; Para producir 1 tonelada de aluminio se necesitan aproximadamente entre 4 y 6 toneladas de bauxita.
P: ¿Qué sucede dentro de la celda de electrólisis Hall-Heroult?
La alúmina se disuelve en criolita fundida a aproximadamente 950-970 grados y se divide mediante una corriente eléctrica en aluminio fundido en el cátodo de carbono y dióxido de carbono en el ánodo de carbono; el proceso se ejecuta continuamente con alimentación de alúmina y cambios de ánodo.
P: ¿Cuánta electricidad consume la producción primaria de aluminio?
El paso de electrólisis suele consumir entre 13 y 15 kWh por kilogramo de aluminio, y las fundiciones modernas promedian entre 14.000 y 15.500 kWh por tonelada; Por eso las fundiciones de aluminio siempre están situadas junto a fuentes de energía baratas, como por ejemplo centrales hidroeléctricas.
P: ¿Qué es el barro rojo y qué le sucede?
El lodo rojo es el residuo alcalino rico en hierro-que queda después del proceso Bayer, aproximadamente entre 1 y 1,5 toneladas por tonelada de alúmina; se almacena en estanques de relaves cuidadosamente gestionados y nuevos procesos recuperan hierro y tierras raras o lo utilizan en cemento y materiales de construcción para reducir los vertederos.
P: ¿Cómo se ha vuelto más limpia la producción de aluminio?
Las fundiciones modernas utilizan ánodos inertes o precocidos con tratamiento de humos para reducir las emisiones, energía hidroeléctrica y renovable para reducir la huella de carbono, y la industria recicla internamente la chatarra del proceso; La producción de aluminio a partir de metal reciclado utiliza sólo alrededor del 5% de la energía de la producción primaria.
P: ¿Cuánta bauxita se necesita para producir una tonelada de aluminio?
Como regla general, se refinan entre 4 y 5 toneladas de bauxita para obtener aproximadamente 2 toneladas de alúmina, que luego se funde para obtener aproximadamente 1 tonelada de aluminio primario. La proporción exacta depende de la ley del mineral y de la eficiencia de la refinería y la fundición.