Análisis de aluminio

La bauxita es la principal fuente de aluminio del mundo, y la mena de bauxita se extrae en minas a tajo abierto antes de clasificarse en grados de calidad. Las menas se someten a digestión química para separar el valioso óxido de aluminio, llamado alúmina, del material de desecho, que se conoce como barro rojo. Una vez purificado, el metal de aluminio se extrae de la alúmina en baños electrolíticos. Este proceso parece bastante similar en todo el mundo, y la producción de bauxita a gran escala se realiza en muchos países. Algunos de los mayores productores son Brasil, Australia, Guinea, Jamaica, China y Rusia.

No todas las menas se crean de la misma forma: la bauxita se halla en tres fases principales de gibbsita, boehmita y diásporo. Algunas fases necesitan temperaturas más altas que otras durante el proceso de digestión de Bayer, y la mayoría de los fabricantes priorizan la gibbsita, ya que necesita las temperaturas más bajas y, por lo tanto, consume la menor cantidad de energía. Para ordenar y clasificar las diferentes menas, es fundamental realizar un análisis preciso.

Cualquier proceso complejo y de varios pasos requiere un control cuidadoso, y el procesamiento de bauxita también lo requiere. En la mina, un analizador continuo de neutrones (CNA) de banda en línea puede hacer que la clasificación de menas sea eficiente, lo que permite organizar mejor la pila de almacenamiento y reducir el desperdicio de recursos en los procesos posteriores. 

La fase cristalina desempeña un papel clave en el procesamiento de menas, generalmente medidas con un instrumento como el Aeris a través de la difracción de rayos X. La fluorescencia de rayos X se utiliza para representar la composición elemental, y nuestra popular gama Zetium viene en una edición de Zetium Metals especializada para uso industrial. Por último, la comprensión del tamaño de partículas es crucial para la etapa de alúmina, con el Mastersizer, una solución estándar para la difracción láser.

La alúmina (Al₂O₃) es una materia prima intermedia generada durante la producción de aluminio a partir de mena de bauxita. Los parámetros de procesamiento, como el tamaño de partícula, los polimorfos de Al2O3 o las impurezas, tienen un impacto directo en el uso de energía y productos químicos durante la refinación y la fundición y, por lo tanto, afectan tanto a la eficiencia como a la rentabilidad del proceso. 

El tamaño de partícula afecta directamente la tasa de disolución de alúmina en los baños electrolíticos de la fundición. Además, las partículas finas representan un problema tanto para la salud y la seguridad como para el transporte de productos. El análisis de tamaño de partícula en línea durante la producción de alúmina ha aumentado el rendimiento en un 50 % y ha permitido una amortización en 12 meses, ya que evita la necesidad de reprocesar materiales “fuera de especificaciones”.

El conocimiento de las diferentes modificaciones de Al₂O₃ es vital para predecir y optimizar el comportamiento durante el proceso de fundición. γ-Al₂O₃ es el polimorfo deseado para la electrólisis, ya que se disuelve con más facilidad durante el proceso de fundición que α-Al₂O₃. Por eso, la proporción de los diferentes polimorfos de alúmina debe monitorizarse con difracción de rayos X (XRD, del inglés X-ray Diffraction). 

El impulso para la fabricación sostenible de metales y el aumento de los requisitos de ESG hacen que el monitoreo rápido y preciso de impurezas sea obligatorio en soluciones y barro rojo. Nuestras soluciones de fluorescencia de rayos X permiten el análisis elemental en tiempo real durante el proceso y en el laboratorio. Los instrumentos de XRD permiten monitorizar la composición de fase del barro rojo, lo que garantiza el cumplimiento de las normas ambientales y de seguridad.

La producción de aluminio a partir de alúmina purificada por electrólisis (el proceso Hall-Héroult) requiere una inmensa cantidad de energía eléctrica. El monitoreo continuo de la composición del baño es de suma importancia para determinar, ajustar y mantener las condiciones óptimas, lo que da como resultado un ahorro significativo de costos y energía si se realiza con éxito.

La difracción de rayos X (XRD, del inglés X-ray Diffraction) permite monitorizar la composición del baño electrolítico, así como predecir de forma rápida y precisa los parámetros de proceso relevantes de los diferentes tipos de baños electrolíticos (con la adición de Ca, Mg, Li y K). El método calcula la relación de baño junto con el exceso de AIF ₃ y CaF ₂ , así como el contenido de alúmina libre y la temperatura liquidus.

La vida útil correspondiente a los ánodos de carbono, que se requieren y se consumen durante la fundición de aluminio, se controla principalmente por el tamaño medio de cristalita (Lc) de las plaquetas de grafito, así como por el tamaño de partícula y los contaminantes. XRD es un método estándar (ASTM D5178) para determinar el tamaño de cristalita que se implementa en la solución de Malvern Panalytical para el análisis de baños electrolíticos.

Para garantizar análisis frecuentes y seguros, Malvern Panalytical ofrece soluciones de laboratorio completamente automatizadas, incluida la preparación de muestras adaptadas a las necesidades específicas de cada fundición de aluminio.

El metal de aluminio y sus aleaciones se encuentran en todas partes en nuestra vida diaria; en automóviles, latas, teléfonos inteligentes y aviones. Para garantizar estándares de alta calidad para las aleaciones o los revestimientos de aluminio, los fabricantes deben realizar un control permanente de la composición y las impurezas, ya sea que el aluminio se produzca a partir de materias primas nuevas o de material reciclado. 

Nuestras soluciones analíticas de alto rendimiento basadas en la tecnología XRF permiten la monitorización de metales y aleaciones de aluminio, y se pueden automatizar y adaptar a cada proceso de fabricación. XRD también puede comprobar las propiedades del metal, como el estrés y la textura, para evitar la producción de metales fuera de las especificaciones.

A medida que la industria de los metales comienza a implementar procesos más sostenibles, el reciclaje de materiales se está convirtiendo en una estrategia cada vez más importante para reducir el impacto ambiental. Además de evitar los residuos, los materiales reciclados suelen requerir menos procesamiento y, por lo tanto, menos energía. 

El aluminio reciclado ya está creciendo en popularidad como un producto con menor huella de carbono. Sin embargo, trabajar con materiales reciclados hace que el control de calidad y el análisis preciso sean muy importantes. Sin control sobre el proceso de producción, los fabricantes necesitan comprender en profundidad las propiedades del material para garantizar la seguridad y el rendimiento confiable. 

Cuando la precisión es clave, se necesita una solución especializada. La gama de analizadores de fluorescencia de rayos X Zetium de Malvern Panalytical incluye una edición Metals, diseñada para las necesidades específicas de la industria de los metales. Zetium se adapta perfectamente a las exigentes aplicaciones de control de calidad y permite que los fabricantes saquen el máximo provecho de los materiales reciclados, lo que reduce el impacto medioambiental y maximiza la rentabilidad.