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EL ALUMINIO, METAL DEL SIGLO XX

Sabemos perfectamente que bajo la costra de arcillas y arenas, formada en distintos períodos como resultado de la erosión por el viento y el agua y la destrucción de los macizos rocosos, se halla la ininterrumpida y compacta envoltura pétrea de la Tierra, a la que por lo general llamamos corteza terrestre.

Esta corteza terrestre tiene un espesor mínimo de cien kilómetros y, como se deduce de investigaciones recientes, es posible que sea mucho mayor. Al ir profundizando, esta envoltura es remplazada, pasando por una zona de transición gradual, por otra capa envolvente concéntrica de estructura mineral, compuesta de hierro y otros metales, hasta llegar al centro de la Tierra donde se encuentra, por lo visto, un núcleo de hierro.

En la superficie de la Tierra, dicha envoltura rocosa forma enormes salientes, las masas continentales o continentes, en los cuales, a su vez, se originaron grandes pliegues a modo de largas cordilleras.

Esta envoltura rocosa de la Tierra, que constituye la base de los continentes y sus cordilleras, se compone de aluminosilicatos. Los aluminosilicatos, como su nombre indica, constan de silicio, aluminio y oxígeno. He aquí por qué a la capa discontinua que envuelve a la Tierra se le llama frecuentemente "sial", por combinación de las primeras sílabas de las denominaciones latinas de los elementos esenciales que la componen, silicio y aluminio.

Figura 21.1 Mineral criolita, fluoruro de aluminio y sodio. Es importado en Europa procedente de Groenlandia. La criolita se emplea para obtener aluminio metálico

La composición en peso aproximada de esta capa envolvente, formada principalmente de rocas graníticas, es la siguiente: oxígeno 50%, silicio 25% y aluminio 10%. Por tanto, en lo que respecta a su grado de difusión, el aluminio ocupa el tercer lugar entre todos los elementos químicos constituyentes de la Tierra, y el primer puesto entre los metales. En la Tierra, es más abundante que el hierro.

Los tres elementos: aluminio, silicio y oxígeno, son los componentes fundamentales de la corteza terrestre, a base de Los cuales se forman, en la capa rocosa exterior de la Tierra, numerosos y variadísimos minerales.

Estos minerales son combinaciones atómicas de estructura tetraédrica. En el centro de cada tetraedro se halla un átomo de silicio o de aluminio, rodeado de átomos de oxígeno dispuestos simétricamente en los cuatro vértices.

De este modo, junto con los tetraedros oxisilícicos se forman también oxialumínicos. En este caso, el aluminio desempeña un doble papel: bien, a semejanza de otros metales, se sitúa entre los tetraedros oxisilícicos, ligándolos unos con otros, bien se coloca en el centro de algunos tetraedros remplazando al silicio.

Al unirse entre sí estos tetraedros silícicos y alumínicos, se obtiene multitud de minerales importantes de la corteza terrestre, unificados bajo la denominación común de aluminosilicatos. A primera vista, el complicado esquema de distribución de los átomos de aluminio, silicio y oxígeno, nos recuerda los finos encajes o los dibujos de los tapices. Estos esquemas de distribución han sido establecidos con ayuda de los rayos X, que tienen la facultad de fotografiar la estructura interna de los minerales.

Figura 21.2 Tetraedros oxisilícicos

Recordemos el aspecto externo gris y uniforme de las piedras cuando las observábamos durante nuestra infancia y el aspecto tan complejo y variado que adquieren cuando profundizamos en su estructura.

El grado de difusión de algunos aluminosilicatos en la naturaleza es enorme. Basta con decir que más de la mitad de la corteza terrestre está constituida por los minerales llamados feldespatos. Estos minerales toman parte en la composición de los granitos, gneises y otras rocas, que envuelven a la Tierra a modo de continua coraza pétrea y que sobresalen de su superficie en forma de potentes cordilleras.

Por la acción del viento y el agua sobre los feldespatos, se fueron formando, en el transcurso de miles de años, enormes concentraciones de arcilla, que contienen del 15 al 20% de aluminio.

Por fortuna, el aluminio se halla en la naturaleza no sólo como arcilla, de la que es muy difícil extraerlo. Una parte considerable de este elemento se encuentra en forma de alúmina, o sea, la combinación natural del aluminio con el oxígeno. La alúmina se presenta en la naturaleza en aspectos muy diversos.

El óxido anhidro de aluminio (Al ₂ O ₃ ) constituye el mineral corindón, caracterizado por su extremada dureza y, a veces, por su extraordinaria belleza. Las variedades transparentes de alúmina, en las que el aluminio y el oxígeno van unidos con cantidades insignificantes de otros elementos (cromo, hierro, titanio) que les conceden diversas y bellas coloraciones, constituyen gemas preciosas de primera calidad. ¡Qué diversidad y riqueza de colorido adquiere una misma clase de alúmina cuando se adicionan cantidades ínfimas de una a otra substancia! Esto lo vemos en el rubí rojo y el zafiro azul de tonalidades vivas y relucientes, que fascinaron al hombre desde tiempos inmemoriales. ¡Cuántas leyendas están ligadas a estas piedras preciosas! También desde tiempos remotos el hombre emplea las variedades cristalinas menos puras de corindón, opacas, con coloraciones parda, gris, azulada y rojiza, como material abrasivo, pues sigue al diamante en lo que respecta a su dureza.

Los usamos para pulimentar diversos materiales duros, como el acero para instrumentos, armas, tornos, máquinas, etc.

Todos conocemos la mezcla íntima y finamente granular de corindón con magnetita y otros minerales, llamada "esmeril", que ustedes más de una vez habrán empleado para limpiar su cortaplumas.

Es natural que el corindón podría utilizarse para obtener aluminio metálico, pero es demasiado caro y poco abundante en la naturaleza,

Figura 21.3 Diversas formas de agruparse los tetraedros oxisilícicos: tetraedros individuales, dobles (tipo reloj de arena), anulares, en cadena, en fila y en retícula plana a base de anillos hexagonales. En la parte inferior del dibujo están representadas, en dos proyecciones distintas, las estructuras de carcasa del feldespato y de la natrolita (mineral perteneciente al grupo de las zeolitas)

Desde los tiempos más antiguos, en los albores de la civilización humana, desde la edad de piedra hasta nuestros días, el hombre emplea ampliamente los granitos, basaltos, pórfidos, arcillas y otras rocas aluminosilicáticas para construir edificios, ciudades enteras, crear obras de arte, fabricar utensilios diversos, cerámica, loza y porcelana.

Pero en el transcurso de milenios, el hombre no llegó a sospechar las maravillosas propiedades del aluminio, metal que se halla oculto en estas rocas.

En la naturaleza, el aluminio nunca se encuentra en estado metálico, siempre se halla combinado, formando diferentes compuestos de propiedades y aspecto totalmente diferentes a los del metal puro.

Y fue preciso el genio humano, su actividad laboriosa y perseverante para llegar a extraer y despertar a la villa este prodigioso metal.

Aproximadamente unos 135 años atrás, se consiguió obtener, por primera vez, una pequeña cantidad de este metal brillante, de color argéntico. Y nadie pudo pensar sobre el papel tan importante que habría de desempeñar en la vida del hombre, tanto más que su proceso de obtención presentó enormes dificultades. A principios del siglo pasado varios hombres de ciencia obtuvieron aluminio por electrólisis de los compuestos de aluminio fundidos a altas temperaturas. El aluminio se deposita en el cátodo debajo de una costra de escorias. Este era ya metal puro, plateado, "plata de arcilla", como le llamaban en aquel tiempo.

Cuando el método electrolítico se aplicó a la obtención industrial del aluminio, este metal adquirió rápidamente una utilización amplísima. Su color es parecido al de la plata. Posee propiedades realmente maravillosas.

En la actualidad, el óxido puro de aluminio no se obtiene a partir de la arcilla. El mineral más adecuado para la producción de aluminio es el hidróxido (hidrato de alúmina), que se encuentra en la naturaleza formando los minerales diasporo e hidrargilita. Estos minerales, que contienen con frecuencia óxido de hierro y sílice, forman depósitos arcillosos o pétreos, las bauxitas, especialmente en los estratos sedimentarios del litoral marítimo.

La bauxita contiene gran cantidad de óxido alumínico (del 50 al 70%) y constituye el principal mineral de aluminio para fines industriales. Los químicos soviéticos han ideado y puesto en explotación un nuevo procedimiento para transformar el mineral de Jibini, la nefelina (Na ₂ Al ₂ Si ₂ O ₈ ), en óxido alumínico. En los últimos tiempos, con este objeto, se trata de utilizar las pizarras disténicas, con 50-60% de óxido alumínico, así como otros minerales, la leucita y la alunita. Pero ninguno de estos minerales, a excepción de la nefelina, puede competir con la bauxita.

La obtención de aluminio metálico está fundada en dos procesos independientes. Primero se extrae el óxido anhidro alumínico, la alúmina, de la bauxita a base de tratamientos bastante complicados. Después, se somete el óxido alumínico a electrólisis en baños especiales construidos de placas de grafito.

En estos baños se carga una mezcla de alúmina y criolita previamente pulverizadas. Se hace pasar corriente eléctrica de alta tensión, lo que produce una temperatura elevada (de unos 1.000°C). La criolita se funde y disuelve en su seno a la alúmina, que después se descompone, por efecto de la corriente eléctrica, en aluminio y oxígeno. El fondo del baño cumple la función de cátodo (polo negativo) y en él se va acumulando el aluminio fundido, al que se le da salida de vez en cuando a través de una llave especial, vaciándose la masa líquida en moldes, donde se deja enfriar, obteniéndose el metal en forma de barras o lingotes brillantes de color plateado.

Cien años atrás, la obtención de este metal blanco y ligero constituía una tarea muy difícil, y la libra de aluminio costaba cuarenta rublos en oro.

Figura 21.4 Agujas de natrolita, variedad de zeolita, sobre una roca eruptiva, la fonolita. Esta muestra se conserva en el Museo Mineralógico de la Academia de Ciencias de la URSS

Actualmente, la poderosa energía de los ríos, convertida en energía eléctrica, permite obtenerlo en cantidades enormes a precios más económicos.

Figura 21.5 Maestra de bauxita de forma esférica, mineral de aluminio, encontrado en el yacimiento "Caperucita roja" de los Urales

Algunas de sus propiedades son muy conocidas. El aluminio es un metal ligero, casi tres veces menos pesado que el hierro, muy dúctil y maleable, puede estirarse en alambres finos y extenderse en láminas sumamente delgadas. No menos interés presentan sus propiedades químicas. Por una parte parece como si no tuviera miedo a la oxidación, lo que se aprecia, por ejemplo, en el comportamiento de las baterías de cocina, cacerolas, sartenes y bidones de aluminio. Por otro lado, su afinidad con el oxígeno es enorme. Esta aparente contradicción ya fue señalada par el propio Mendeléev. Es que el aluminio de brillo argéntico que se obtiene después del proceso de fundición, se recubre en contacto con el aire de una película fina de óxido que le protege de la oxidación ulterior. No todos los metales poseen esta capacidad de autoprotección. Por ejemplo, el óxido de hierro, la herrumbre que todos conocemos, no impide en lo más mínimo la destrucción ulterior del metal, pues es permeable al aire y al agua; debido a su alta porosidad. Por el contrario, la delgada película de oxido con que se recubre el aluminio, es muy compacta, elástica y le sirve de sólida cubierta, que obstaculiza la propagación del proceso de oxidación. Cuando se calienta el aluminio se une ávidamente al oxígeno, transformándose en óxido. Esta reacción va acompañada de un gran desprendimiento de calor, propiedad que se aprovecha en la industria para la fusión y obtención de otros metales a partir de sus óxidos, mezclándolos con polvo de aluminio finamente dividido. En este proceso, llamado aluminotermia, el aluminio metálico se apodera del oxígeno de los óxidos, los reduce y deja los metales en libertad.

Si mezclan ustedes óxido de hierro pulverizado con polvo de aluminio y provocan la ignición de la mezcla con una cinta de magnesia encendida, observarán una violenta reacción exotérmica, elevándose la temperatura hasta 3.000°C. El hierro, desplazado por el aluminio, funde a esta temperatura y el óxido alumínico formado surge a la superficie de la masa fundida en forma de escoria. El hombre aplica esta interesante propiedad del aluminio para obtener ciertos metales refractarios, muy apreciados para diversos fines industriales.

De este modo se funden el titanio, canadio, cromo, manganeso y otros metales. Debido a que por el método aluminotérmico se obtienen temperaturas muy elevadas, la mezcla de óxido férrico y aluminio, llamada "termita", se usa para soldar el acero.

¡Pocos metales pueden contarse que hayan hecho una carrera tan rápida y brillante como la del aluminio!

El aluminio se ha introducido de modo impetuoso en las industrias del automóvil, de construcción de maquinaria y otras ramas, remplazando en muchos casos al acero y al hierro. En la construcción de barcos de guerra, su aplicación produjo una verdadera revolución técnica, permitiendo construir, por ejemplo, "acorazados de bolsillo" (barcos de dimensiones semejantes a un crucero ligero, pero con la potencia de un dreadnought).

Figura 21.6 Lingotes de aluminio metálico

El hombre aprendió a obtener en gran escala esta "plata" a partir de los minerales nativos. Y la "plata de arcilla" le permitió subyugar definitivamente al elemento aéreo.

El aluminio o sus aleaciones ligeras constituyen el material más adecuado para la construcción de aeróstatos ligeros, fuselajes, alas o aviones de estructura enteramente metálica.

Esta nueva industria, que de forma tan amplia utiliza el aluminio, experimentó un incremento prodigioso.

Cuando vemos un avión volando sobre nuestras cabezas, debemos recordar que el 69% de su peso, sin contar el motor, corresponde al aluminio y a sus aleaciones. Incluso en los motores de aviación, el peso de aluminio y magnesio, de estos dos ligeros metales, alcanza el 25%.

Simultáneamente con el enorme consumo de aluminio en la industria pesada, en la construcción de trenes, de maquinaria y, sobre todo, en la industria aeronáutica, cientos de miles de toneladas de este elemento se emplean en la fabricación de cables y piezas diversas para fines electrotécnicos.

Pero con lo dicho no terminan las aplicaciones del aluminio.

Podemos agregar también los espejos reflectores para proyectores, las piezas importantes de los proyectiles y de las cintas de ametralladora,

las bengalas luminosas, el polvo de aluminio mezclado con óxido férrico para las bombas incendiarias, etc.

Recordemos la enorme significación de la alúmina cristalina artificial (electrocorindón, alundum) obtenida en la actualidad de las bauxitas y utilizable en la llamada técnica abrasiva, principalmente, en la pulimentación de metales.

Figura 21.7 Vaciado en moldes del aluminio en un taller de fundición

Cuando se cristaliza el óxido alumínico puro mezclado con ciertos aditivos colorantes, obtenemos rubíes y zafiros que compiten con las variedades naturales de estas piedras preciosas en lo que se refiere a su dureza y belleza. Los empleamos como piedras de apoyo, por su gran resistencia al desgaste, en los aparatos de precisión: mecanismos de relojería, balanzas, contadores eléctricos, galvanómetros, etc.

Figura 21.8 Tren expreso moderno, construido fundamentalmente de aleaciones ligeras de aluminio

El polvo de aluminio se extiende, por medio de "muñecas", sobre la superficie del objeto, previamente impregnada con aceite. De esta forma se obtiene un fondo plateado, donde el artista pinta los dibujos complejos y coloreados del cuadro.

¿Por qué llamamos al aluminio el metal del siglo XX?

Porque, debido a las excelentes propiedades de que está dotado, su empleo se incrementa de año en año y las colosales reservas naturales de este metal son inagotables, por lo que hay razón para considerar que el aluminio penetra actualmente en la vida diaria del hombre en grado semejante a como en su tiempo se introdujo el empleo del hierro.

¡Pasarán varios siglos y posiblemente llamaremos a nuestra época la era de aluminio!