El aluminio (o aluminio ) metal es muy raro en su forma nativa , y el proceso para refinarlo a partir de minerales es complejo, por lo que durante la mayor parte de la historia de la humanidad fue desconocido. Sin embargo, el alumbre compuesto se conoce desde el siglo V a. C. y los antiguos lo utilizaban ampliamente para teñir . Durante la Edad Media , su uso para teñir lo convirtió en un bien de comercio internacional. Los científicos del Renacimiento creían que el alumbre era la sal de una nueva tierra ; Durante el Siglo de las Luces , se estableció que esta tierra, la alúmina , era un óxido de un nuevo metal. El descubrimiento de este metal fue anunciado en 1825 por el físico danés Hans Christian Ørsted , cuyo trabajo fue ampliado por el químico alemán Friedrich Wöhler .
El aluminio era difícil de refinar y, por tanto, poco común en su uso real. Poco después de su descubrimiento, el precio del aluminio superó al del oro. Se redujo sólo después del inicio de la primera producción industrial por parte del químico francés Henri Étienne Sainte-Claire Deville en 1856. El aluminio se volvió mucho más disponible para el público con el proceso Hall-Héroult desarrollado de forma independiente por el ingeniero francés Paul Héroult y el ingeniero estadounidense Charles Martin. Hall en 1886, y el proceso Bayer desarrollado por el químico austriaco Carl Joseph Bayer en 1889. Estos procesos se han utilizado para la producción de aluminio hasta el presente.
La introducción de estos métodos para la producción en masa de aluminio condujo a un uso extensivo de este metal ligero y resistente a la corrosión en la industria y en la vida cotidiana. El aluminio comenzó a utilizarse en ingeniería y construcción. En la Primera y Segunda Guerra Mundial , el aluminio fue un recurso estratégico crucial para la aviación . La producción mundial del metal creció de 6.800 toneladas métricas en 1900 a 2.810.000 toneladas métricas en 1954, cuando el aluminio se convirtió en el metal no ferroso más producido , superando al cobre .
En la segunda mitad del siglo XX, el aluminio se empezó a utilizar en el transporte y el embalaje. La producción de aluminio se convirtió en motivo de preocupación por su efecto sobre el medio ambiente y el reciclaje del aluminio ganó terreno. El metal se convirtió en un bien de intercambio en los años 1970. La producción comenzó a trasladarse de los países desarrollados a los países en desarrollo ; En 2010, China había acumulado una participación especialmente grande tanto en la producción como en el consumo de aluminio. La producción mundial siguió aumentando y alcanzó las 58.500.000 toneladas métricas en 2015. La producción de aluminio supera la de todos los demás metales no ferrosos combinados.
Hoy les traigo la victoria sobre el turco. Cada año les arrancan a los cristianos más de trescientos mil ducados por el alumbre con el que teñimos la lana. Porque esto no se encuentra entre los latinos sino en muy pequeña cantidad. [...] Pero he encontrado siete montañas tan ricas en este material que podrían abastecer a siete mundos. Si ordenáis contratar obreros, construir hornos y fundir el mineral, abasteceréis de alumbre a toda Europa y el turco perderá todas sus ganancias. En cambio, te corresponderán a ti...
— Giovanni da Castro a su padrino el Papa Pío II en 1461, después de descubrir una rica fuente de alumbre en Tolfa , cerca de Roma [1]
La historia del aluminio estuvo marcada por el uso de su compuesto alumbre . El primer registro escrito de alumbre fue en el siglo V a. C. por el historiador griego Heródoto . [2] Los antiguos lo usaban como mordiente para teñir , en medicina, en molienda química y como revestimiento resistente al fuego para la madera para proteger las fortalezas de los incendios enemigos. [3] El metal aluminio era desconocido. El escritor romano Petronio menciona en su novela Satyricon que al emperador le habían regalado un vaso inusual: después de arrojarlo al pavimento, no se rompió, sino que sólo se deformó. Se devolvió a su forma anterior mediante un martillo. Después de enterarse por el inventor de que nadie más sabía cómo producir este material, el emperador hizo ejecutar al inventor para que no disminuyera el precio del oro. [4] Las variaciones de esta historia fueron mencionadas brevemente en Historia Natural por el historiador romano Plinio el Viejo (quien señaló que la historia había "estado actual a través de repeticiones frecuentes en lugar de ser auténtica") [5] y en Historia Romana por el historiador romano Cassius Dio . [4] Algunas fuentes sugieren que este vidrio podría ser aluminio. [a] [b] Es posible que se produjeran aleaciones que contenían aluminio en China durante el reinado de la primera dinastía Jin (266–420). [C]
Después de las Cruzadas , el alumbre era un producto de comercio internacional; [9] era indispensable en la industria textil europea. [10] En la Europa católica se explotaban pequeñas minas de alumbre, pero la mayor parte del alumbre procedía de Oriente Medio. [11] El alumbre continuó comercializándose a través del mar Mediterráneo hasta mediados del siglo XV, cuando los otomanos aumentaron considerablemente los impuestos a las exportaciones. En pocos años se descubrió alumbre en gran abundancia en Italia. El Papa Pío II prohibió todas las importaciones del este y utilizó las ganancias del comercio de alumbre para iniciar una guerra con los otomanos. [1] Este alumbre recién descubierto jugó durante mucho tiempo un papel importante en la farmacia europea , pero los altos precios fijados por el gobierno papal finalmente hicieron que otros estados comenzaran su propia producción; La minería de alumbre a gran escala llegó a otras regiones de Europa en el siglo XVI. [12]
Creo que no es demasiado arriesgado predecir que llegará un día en que la naturaleza metálica de la base del alumbre quedará indiscutiblemente demostrada.
— El químico francés Théodore Baron d'Hénouville en 1760 en la Academia de Ciencias de París [13]
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A principios del Renacimiento , la naturaleza del alumbre seguía siendo desconocida. Alrededor de 1530, el médico suizo Paracelso reconoció que el alumbre estaba separado del vitriolo (sulfatos) y sugirió que era una sal de la tierra . [14] En 1595, el médico y químico alemán Andreas Libavius demostró que el alumbre y el vitriolo verde y azul estaban formados por el mismo ácido pero con tierras diferentes; [15] para la tierra no descubierta que formaba el alumbre, propuso el nombre de "alúmina". [14] El químico alemán Georg Ernst Stahl afirmó que la base desconocida del alumbre era similar a la cal o la tiza en 1702; Esta visión errónea fue compartida por muchos científicos durante medio siglo. [16] En 1722, el químico alemán Friedrich Hoffmann sugirió que la base del alumbre era una tierra distinta. [16] En 1728, el químico francés Étienne Geoffroy Saint-Hilaire afirmó que el alumbre estaba formado por una tierra desconocida y ácido sulfúrico ; [16] Creyó erróneamente que al quemar esa tierra se obtenía sílice. [17] (El error de Geoffroy no fue corregido hasta 1785 por el químico y farmacéutico alemán Johann Christian Wiegleb . Él determinó que la tierra de alumbre no podía sintetizarse a partir de sílice y álcalis, contrariamente a la creencia contemporánea.) [18] El químico francés Jean Gello demostró la la tierra en arcilla y la tierra resultante de la reacción de un álcali sobre alumbre eran idénticas en 1739. [19] El químico alemán Johann Heinrich Pott demostró que el precipitado obtenido al verter un álcali en una solución de alumbre era diferente de la cal y la tiza en 1746. [20]
El químico alemán Andreas Sigismund Marggraf sintetizó la tierra de alumbre hirviendo arcilla en ácido sulfúrico y agregando potasa en 1754. [16] Se dio cuenta de que agregar soda, potasa o un álcali a una solución de tierra nueva en ácido sulfúrico producía alumbre. [21] Describió la tierra como alcalina, ya que la había descubierto disuelta en ácidos cuando se secaba. Marggraf también describió las sales de esta tierra: cloruro , nitrato y acetato . [19] En 1758, el químico francés Pierre Macquer escribió que la alúmina [d] se parecía a una tierra metálica. [13] En 1760, el químico francés Théodore Baron d'Hénouville expresó su confianza en que la alúmina era una tierra metálica. [13]
En 1767, el químico sueco Torbern Bergman sintetizó alumbre hirviendo alunita en ácido sulfúrico y añadiendo potasa a la solución. También sintetizó alumbre como producto de reacción entre sulfatos de potasio y tierra de alumbre, demostrando que el alumbre era una sal doble. [14] El químico farmacéutico sueco alemán Carl Wilhelm Scheele demostró que tanto el alumbre como el sílice se originaban a partir de arcilla y el alumbre no contenía silicio en 1776. [22] Escribiendo en 1782, el químico francés Antoine Lavoisier consideraba la alúmina como un óxido de un metal con afinidad por oxígeno tan fuerte que ningún agente reductor conocido podría superarlo. [23]
El químico sueco Jöns Jacob Berzelius sugirió [24] la fórmula AlO 3 para la alúmina en 1815. [25] La fórmula correcta, Al 2 O 3 , fue establecida por el químico alemán Eilhard Mitscherlich en 1821; esto ayudó a Berzelius a determinar el peso atómico correcto del metal, 27. [25]
Esta amalgama se separa rápidamente en el aire y por destilación, en atmósfera inerte, da una masa de metal que en color y brillo se parece un poco al estaño.
— El físico danés Hans Christian Ørsted en 1825, describiendo el aislamiento del aluminio en la Real Academia Danesa de Ciencias y Letras [26]
En 1760, el barón de Hénouville intentó sin éxito reducir la alúmina a su metal. Afirmó que había probado todos los métodos de reducción conocidos en ese momento, aunque sus métodos no estaban publicados. Es probable que mezcló alumbre con carbón o alguna sustancia orgánica, con sal o soda como fundente, y lo calentó en un fuego de carbón. [13] Los químicos austriacos Anton Leopold Ruprecht y Matteo Tondi repitieron los experimentos de Baron en 1790, aumentando significativamente las temperaturas. Encontraron pequeñas partículas metálicas que creían que eran el metal buscado; pero experimentos posteriores realizados por otros químicos demostraron que se trataba de fosfuro de hierro procedente de impurezas del carbón y de las cenizas de huesos. El químico alemán Martin Heinrich Klaproth comentó después: "si existe una tierra que ha sido puesta en condiciones en las que su naturaleza metálica debería revelarse, si la tuviera, una tierra expuesta a experimentos adecuados para reducirla, probada en los fuegos más calientes Por todo tipo de métodos, tanto a gran como a pequeña escala, esa tierra es ciertamente alúmina, pero nadie ha percibido aún su metalización". [27] Lavoisier en 1794 [28] y el químico francés Louis-Bernard Guyton de Morveau en 1795 fundieron alúmina hasta obtener un esmalte blanco en un fuego de carbón alimentado con oxígeno puro, pero no encontraron metal. [28] El químico estadounidense Robert Hare fundió alúmina con una cerbatana de oxihidrógeno en 1802, obteniendo también el esmalte, pero todavía no encontró metal. [27]
En 1807, el químico británico Humphry Davy electrolizó con éxito la alúmina con pilas alcalinas, pero la aleación resultante contenía potasio y sodio , y Davy no tenía medios para separar el metal deseado de estos. Luego calentó alúmina con potasio, formando óxido de potasio , pero no pudo producir el metal buscado. [27] En 1808, Davy puso en marcha un experimento diferente sobre la electrólisis de la alúmina, estableciendo que la alúmina se descomponía en el arco eléctrico pero formaba un metal aleado con hierro ; no pudo separarlos. [29] Finalmente, intentó otro experimento de electrólisis, buscando recolectar el metal en hierro, pero nuevamente fue incapaz de separar el codiciado metal de él. [27] Davy sugirió que el metal se llamara aluminio en 1808 [30] y aluminio en 1812, produciendo así el nombre moderno. [29] Otros científicos utilizaron la grafía aluminio ; La ortografía anterior recuperó su uso en los Estados Unidos en las décadas siguientes. [31]
El químico estadounidense Benjamin Silliman repitió el experimento de Hare en 1813 y obtuvo pequeños gránulos del codiciado metal, que se quemaron casi de inmediato. [27]
En 1824, el físico danés Hans Christian Ørsted intentó producir este metal. Hizo reaccionar cloruro de aluminio anhidro con amalgama de potasio , produciendo un trozo de metal que se parecía al estaño. [26] [32] [33] Presentó sus resultados y demostró una muestra del nuevo metal en 1825. En 1826, escribió, "el aluminio tiene un brillo metálico y un color algo grisáceo y descompone el agua muy lentamente"; esto sugiere que había obtenido una aleación de aluminio y potasio, en lugar de aluminio puro. [34] Ørsted le dio poca importancia a su descubrimiento. [35] No notificó ni a Davy ni a Berzelius, a quienes conocía, y publicó su trabajo en una revista danesa desconocida para el público europeo. [35] Como resultado, a menudo no se le atribuye el mérito de ser el descubridor del elemento; [36] Algunas fuentes anteriores afirmaron que Ørsted no había aislado el aluminio. [37]
Berzelius intentó aislar el metal en 1825 lavando cuidadosamente el análogo de potasio de la sal base en criolita en un crisol. Antes del experimento, había identificado correctamente la fórmula de esta sal como K 3 AlF 6 . No encontró ningún metal, pero su experimento estuvo muy cerca de tener éxito y fue reproducido con éxito muchas veces más tarde. El error de Berzelius fue utilizar un exceso de potasio, lo que hizo que la solución fuera demasiado alcalina y disolvió todo el aluminio recién formado. [38]
El químico alemán Friedrich Wöhler visitó Ørsted en 1827 y recibió permiso explícito para continuar la investigación sobre el aluminio, para la que Ørsted "no tenía tiempo". [35] Wöhler repitió los experimentos de Ørsted pero no identificó ningún aluminio. (Wöhler le escribió más tarde a Berzelius: "lo que Oersted supuso que era un trozo de aluminio ciertamente no era más que potasio que contenía aluminio".) [39] Realizó un experimento similar, mezclando cloruro de aluminio anhidro con potasio, y produjo un polvo de aluminio. . [33] Después de enterarse de esto, Ørsted sugirió que su propio aluminio podría haber contenido potasio. [35] Wöhler continuó su investigación y en 1845 pudo producir pequeñas piezas de metal y describió algunas de sus propiedades físicas. La descripción que hizo Wöhler de las propiedades indica que había obtenido aluminio impuro. [40] Otros científicos tampoco lograron reproducir el experimento de Ørsted, [40] y Wöhler fue acreditado como el descubridor durante muchos años. [41] Si bien a Ørsted no le preocupaba la prioridad del descubrimiento, [35] [e] algunos daneses intentaron demostrar que había obtenido aluminio. [35] En 1921, la razón de la inconsistencia entre los experimentos de Ørsted y Wöhler fue descubierta por el químico danés Johan Fogh, quien demostró que el experimento de Ørsted fue exitoso gracias al uso de una gran cantidad de exceso de cloruro de aluminio y una amalgama con bajo contenido de potasio. [40] En 1936, los científicos de la empresa estadounidense productora de aluminio Alcoa recrearon con éxito ese experimento. [42] Sin embargo, muchas fuentes posteriores todavía atribuyen a Wöhler el descubrimiento del aluminio, así como su exitoso aislamiento en una forma relativamente pura. [43]
Lo primero que pensé fue que había puesto mis manos sobre este metal intermedio que encontraría su lugar en los usos y necesidades del hombre cuando encontráramos la manera de sacarlo del laboratorio de los químicos y ponerlo en la industria.
— Prefacio del Aluminio, sus propiedades, fabricación y aplicaciones , libro escrito por el químico francés Henri Étienne Sainte-Claire Deville en 1859 [44]
Dado que el método de Wöhler no podía producir grandes cantidades de aluminio, el metal seguía siendo poco común; su costo [f] había excedido al del oro antes de que se ideara un nuevo método. En 1852, el aluminio se vendía a 34 dólares la onza. [45] En comparación, el precio del oro en ese momento era de 19 dólares la onza. [46]
El químico francés Henri Étienne Sainte-Claire Deville anunció un método industrial de producción de aluminio en 1854 en la Academia de Ciencias de París . [47] El cloruro de aluminio podría reducirse con sodio, un metal más conveniente y menos costoso que el potasio utilizado por Wöhler. [48] Deville pudo producir un lingote del metal. [49] Napoleón III de Francia prometió a Deville un subsidio ilimitado para la investigación del aluminio; En total, Deville utilizó 36.000 francos franceses , 20 veces el ingreso anual de una familia común y corriente. [50] El interés de Napoleón por el aluminio residía en su potencial uso militar: deseaba que las armas, cascos, armaduras y otros equipos para el ejército francés pudieran fabricarse con este nuevo metal, ligero y brillante. [50] Si bien el metal aún no se exhibió al público, se dice que Napoleón celebró un banquete en el que los invitados más honrados recibieron utensilios de aluminio mientras que otros se conformaron con oro. [51]
Posteriormente, en la Exposición Universal de 1855, se exhibieron por primera vez al público doce pequeños lingotes de aluminio . [50] El metal se presentó como "la plata de la arcilla" (el aluminio es muy similar a la plata visualmente), y este nombre pronto se utilizó ampliamente. [50] Atrajo una atención generalizada; Se sugirió que el aluminio se utilizara en artes, música, medicina, cocina y vajillas. [52] El metal llamó la atención de los escritores de vanguardia de la época ( Charles Dickens , Nikolay Chernyshevsky y Julio Verne ), quienes imaginaron su uso en el futuro. [53] Sin embargo, no toda la atención fue favorable. Los periódicos escribieron: "La exposición parisina puso fin al cuento de hadas de la plata hecha de arcilla", diciendo que mucho de lo que se había dicho sobre el metal era exagerado, si no falso, y que la cantidad del metal presentado, alrededor de un kilogramo, contrastaba con lo que se esperaba y "no era mucho para un descubrimiento que se decía que revolucionaría el mundo". [50] En general, la feria condujo a la eventual comercialización del metal. [53] Ese año, el aluminio se puso en el mercado a un precio de 300 F por kilogramo. [54] En la siguiente feria en París en 1867 , los visitantes recibieron alambre y láminas de aluminio, así como una nueva aleación: el bronce de aluminio , notable por su bajo costo de producción, alta resistencia a la corrosión y propiedades mecánicas deseables. [55]
Los fabricantes no querían desviar recursos de la producción de metales conocidos (y comercializables), como el hierro y el bronce , para experimentar con uno nuevo; Además, el aluminio producido todavía no era de gran pureza y difería en propiedades según la muestra. Esto provocó una reticencia general inicial a producir el nuevo metal. [50] Deville y sus socios establecieron la primera producción industrial de aluminio del mundo en una fundición en Rouen en 1856. [47] La fundición de Deville se trasladó ese año a La Glacière y luego a Nanterre , y en 1857 a Salindres . En la fábrica de Nanterre se registró una producción de 2 kilogramos de aluminio al día [56] con una pureza del 98%. [57] Originalmente, la producción comenzaba con la síntesis de alúmina pura, que se obtenía de la calcinación de alumbre de amonio. En 1858, Deville conoció la bauxita y pronto desarrolló lo que se conoció como el proceso Deville , empleando el mineral como fuente para la producción de alúmina. [58] En 1860, Deville vendió sus intereses en aluminio a Henri Merle , fundador de la Compagnie d'Alais et de la Camargue; esta empresa dominó el mercado del aluminio en Francia décadas después. [59]
Algunos químicos, incluido Deville, intentaron utilizar la criolita como mineral fuente, pero con poco éxito. [61] El ingeniero británico William Gerhard instaló una planta con criolita como materia prima principal en Battersea, Londres, en 1856, pero dificultades técnicas y financieras obligaron al cierre de la planta en tres años. [57] El maestro del hierro británico Isaac Lowthian Bell produjo aluminio entre 1860 y 1874. Durante la inauguración de su fábrica, saludó a la multitud con un exclusivo y costoso sombrero de copa de aluminio . [62] No se pueden recuperar estadísticas sobre esta producción, pero "no puede ser muy alta". [63] La producción de Deville creció a 1 tonelada métrica por año en 1860; 1,7 toneladas métricas en 1867; y 1,8 toneladas métricas en 1872. [63] En ese momento, la demanda de aluminio era baja: por ejemplo, las ventas del aluminio de Deville por parte de sus agentes británicos equivalieron a 15 kilogramos en 1872. [57] En ese momento, el aluminio se comparaba a menudo con la plata; Al igual que la plata, se descubrió que era adecuada para fabricar joyas y objetos de arte . [55] El precio del aluminio disminuyó constantemente a 240 F en 1859; 200 F en 1862; 120 F en 1867. [64]
Otros sitios de producción comenzaron a aparecer en la década de 1880. El ingeniero británico James Fern Webster inició la producción industrial de aluminio por reducción con sodio en 1882; su aluminio era mucho más puro que el de Deville (contenía un 0,8% de impurezas, mientras que el de Deville normalmente contenía un 2%). [65] La producción mundial de aluminio en 1884 equivalía a 3,6 toneladas métricas. [66] En 1884, el arquitecto estadounidense William Frishmuth combinó la producción de sodio, alúmina y aluminio en un solo proceso tecnológico; esto contrastaba con la necesidad anterior de recolectar sodio, que arde en el agua y, a veces, en el aire; [67] su costo de producción de aluminio fue de aproximadamente $16 por libra (compárese con el costo de la plata de $19 por libra, o el precio francés, un equivalente de $12 por libra). [68] En 1885, Aluminium- und Magnesiumfabrik inició su producción en Hemelingen . [69] Sus cifras de producción excedieron con creces las de la fábrica de Salindres, pero la fábrica detuvo la producción en 1888. [70] En 1886, el ingeniero estadounidense Hamilton Castner ideó un método de producción más barata de sodio, que redujo el costo de producción de aluminio a $8. por libra, pero no tenía capital suficiente para construir una fábrica grande como la de Deville. [71] En 1887, construyó una fábrica en Oldbury ; Webster construyó una planta cercana y compró sodio de Castner para utilizarlo en su propia producción de aluminio. [65] En 1889, el metalúrgico alemán Curt Netto lanzó un método de reducción de criolita con sodio que producía aluminio que contenía entre 0,5 y 1,0% de impurezas. [72]
Voy por ese metal.
— Supuestamente, el estudiante estadounidense Charles Martin Hall en 1880, después de escuchar de su profesor de química que una producción industrial de aluminio sería un gran bien para la humanidad y una fuente de riqueza para el descubridor [66]
El aluminio fue producido por primera vez de forma independiente mediante electrólisis en 1854 por el químico alemán Robert Wilhelm Bunsen y Deville. Sus métodos no se convirtieron en la base para la producción industrial de aluminio porque el suministro eléctrico era ineficiente en ese momento. Esto sólo cambió con la invención de la dinamo por parte del ingeniero belga Zénobe-Théophile Gramme en 1870, que hizo posible la creación de grandes cantidades de electricidad. La invención de la corriente trifásica por el ingeniero ruso Mikhail Dolivo-Dobrovolsky en 1889 hizo posible la transmisión de esta electricidad a largas distancias. [74] Poco después de su descubrimiento, Bunsen pasó a otras áreas de interés mientras Napoleón III notaba el trabajo de Deville; esta fue la razón por la que se inició la investigación de Deville sobre la producción de aluminio, financiada por Napoleón. Deville rápidamente se dio cuenta de que la producción electrolítica no era práctica en ese momento y pasó a los métodos químicos, presentando los resultados ese mismo año. [66] [75]
La producción en masa de electrolíticos siguió siendo difícil porque los baños electrolíticos no podían soportar el contacto prolongado con sales fundidas y sucumbían a la corrosión. El primer intento de superar esto para la producción de aluminio fue realizado por el ingeniero estadounidense Charles Bradley en 1883. Bradley calentaba las sales de aluminio internamente: la temperatura más alta estaba dentro del baño y la más baja en sus paredes, donde las sales se solidificarían y protegerían el baño. Luego, Bradley vendió su patente a los hermanos Alfred y Eugene Cowles, quienes la usaron en una fundición en Lockport y más tarde en Stoke-upon-Trent , pero el método se modificó para producir aleaciones en lugar de aluminio puro. [76] Bradley solicitó una patente en 1883; debido a su redacción amplia, fue rechazado por estar integrado por el estado de la técnica . Después de un necesario descanso de dos años, volvió a presentar su solicitud. Este proceso duró seis años, ya que la oficina de patentes cuestionó si las ideas de Bradley eran originales. [77] Cuando a Bradley se le concedió una patente, la producción de aluminio electrolítico ya llevaba varios años en funcionamiento. [78]
El primer método de producción a gran escala fue desarrollado de forma independiente por el ingeniero francés Paul Héroult y el ingeniero estadounidense Charles Martin Hall en 1886; ahora se conoce como proceso Hall-Héroult . La electrólisis de la alúmina pura no es práctica, dado su altísimo punto de fusión; Tanto Héroult como Hall se dieron cuenta de que la presencia de criolita fundida podía reducirla considerablemente. [g] A Héroult se le concedió una patente en Francia en abril [80] y posteriormente en varios otros países europeos; [81] También solicitó una patente estadounidense en mayo. [80] Después de obtener una patente, Héroult no pudo encontrar interés en su invención. Al pedir consejo a los profesionales, le dijeron que no había demanda de aluminio, pero sí de bronce al aluminio. La fábrica de Salindres no quiso mejorar su proceso. En 1888, Héroult y sus compañeros fundaron Aluminium Industrie Aktiengesellschaft y comenzaron la producción industrial de bronce al aluminio en Neuhausen am Rheinfall . Luego se fundó la Société électrométallurgique française en París. Convencieron a Héroult para que regresara a Francia, compraron sus patentes y lo nombraron director de una fundición en Isère , que producía bronce al aluminio a gran escala al principio y aluminio puro en unos pocos meses. [82] [83]
Al mismo tiempo, Hall producía aluminio mediante el mismo proceso en su casa de Oberlin . [85] Solicitó una patente en julio y la oficina de patentes notificó a Hall de una "interferencia" con la solicitud de Héroult. Los hermanos Cowles ofrecieron apoyo legal. Para entonces, Hall no había logrado desarrollar un proceso comercial para sus primeros inversores y se dedicó a experimentar en la fundición de Cowles en Lockport. Experimentó durante un año sin mucho éxito pero llamó la atención de los inversores. [h] Hall cofundó la Pittsburgh Reduction Company en 1888 e inició la producción de aluminio. [87] La patente de Hall fue concedida en 1889. [73] [i] En 1889, la producción de Hall comenzó a utilizar el principio de calentamiento interno. [j] En septiembre de 1889, la producción de Hall aumentó a 385 libras (175 kilogramos) a un costo de 0,65 dólares por libra. [90] En 1890, la empresa de Hall todavía carecía de capital y no pagaba dividendos ; Hall tuvo que vender algunas de sus acciones para atraer inversiones. [91] Durante ese año, se construyó una nueva fábrica en Patricroft . [92] La fundición en Lockport no pudo resistir la competencia y cerró en 1892. [93]
El proceso Hall-Héroult convierte la alúmina en metal. El químico austriaco Carl Josef Bayer descubrió una forma de purificar la bauxita para producir alúmina en 1888 en una fábrica textil de San Petersburgo y obtuvo una patente ese mismo año; [94] esto ahora se conoce como el proceso de Bayer . Bayer sinterizó bauxita con álcali y la lixivió con agua; después de agitar la solución e introducirle un agente de siembra , encontró un precipitado de hidróxido de aluminio puro, que se descomponía en alúmina al calentarlo. En 1892, mientras trabajaba en una planta química en Yelabuga , descubrió el contenido de aluminio de la bauxita disuelto en los restos alcalinos del aislamiento de sólidos de alúmina; esto fue crucial para el empleo industrial de este método. Se le concedió una patente ese mismo año. [94] [95]
La cantidad total de aluminio sin alear producido mediante el método químico de Deville entre 1856 y 1889 fue de 200 toneladas métricas. [47] Sólo en 1890 la producción fue de 175 toneladas métricas. Creció a 715 toneladas métricas en 1893 y a 4.034 toneladas métricas en 1898. [70] El precio cayó a 2 dólares por libra en 1889 y a 0,5 dólares por libra en 1894. [96]
A finales de 1889 se logró una pureza constante y elevada del aluminio producido mediante electrólisis. [97] En 1890, la fábrica de Webster quedó obsoleta después de que se abrió una fábrica de electrólisis en Inglaterra. [67] La principal ventaja de Netto, la alta pureza del aluminio resultante, fue superada por el aluminio electrolítico y su empresa cerró el año siguiente. [97] Compagnie d'Alais et de la Camargue también decidió cambiar a la producción electrolítica, y su primera planta que utilizó este método se inauguró en 1895. [73]
La producción moderna del aluminio metálico se basa en los procesos de Bayer y Hall-Héroult. Fue mejorado aún más en 1920 por un equipo dirigido por el químico sueco Carl Wilhelm Söderberg. Anteriormente, los electrodos de ánodo se fabricaban a partir de bloques de carbón precocidos, que rápidamente se corrompían y requerían reemplazo; El equipo introdujo electrodos continuos hechos de pasta de coque y alquitrán en una cámara de reducción. Este avance aumentó enormemente la producción mundial de aluminio. [98]
Denos aluminio en la cantidad adecuada y podremos luchar otros cuatro años.
— El líder soviético Joseph Stalin a Harry Hopkins , representante personal del presidente estadounidense Franklin D. Roosevelt , en agosto de 1941 [99]
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Los precios del aluminio bajaron y, a principios de la década de 1890, el metal se había utilizado ampliamente en joyería, monturas de anteojos, instrumentos ópticos y muchos artículos cotidianos. Los utensilios de cocina de aluminio comenzaron a producirse a finales del siglo XIX y gradualmente suplantaron a los utensilios de cocina de cobre y hierro fundido en las primeras décadas del siglo XX. En aquella época se popularizó el papel de aluminio . El aluminio es blando y liviano, pero pronto se descubrió que alearlo con otros metales podía aumentar su dureza preservando al mismo tiempo su baja densidad. Las aleaciones de aluminio encontraron muchos usos a finales del siglo XIX y principios del XX. Por ejemplo, el bronce de aluminio se aplica para fabricar bandas, láminas y alambres flexibles, y se emplea ampliamente en las industrias de construcción naval y aviación. [100] La aviación utilizó una nueva aleación de aluminio, duraluminio , inventada en 1903. [101] El reciclaje de aluminio comenzó a principios de 1900 y se ha utilizado ampliamente desde [102] ya que el aluminio no se ve afectado por el reciclaje y, por lo tanto, puede reciclarse repetidamente. [103] En este punto, sólo se reciclaba el metal que no había sido utilizado por los consumidores finales. [104] Durante la Primera Guerra Mundial , los principales gobiernos exigieron grandes envíos de aluminio para estructuras de aviones ligeras y resistentes. A menudo subvencionaban fábricas y los sistemas de suministro eléctrico necesarios. [105] [106] La producción general de aluminio alcanzó su punto máximo durante la guerra: la producción mundial de aluminio en 1900 fue de 6.800 toneladas métricas; en 1916, la producción anual superó las 100.000 toneladas métricas. [104] La guerra creó una mayor demanda de aluminio, que la creciente producción primaria no pudo satisfacer plenamente, y el reciclaje también creció intensamente. [102] El pico de producción fue seguido por una disminución y luego un rápido crecimiento. [104]
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Durante la primera mitad del siglo XX, el precio real del aluminio cayó continuamente de 14.000 dólares por tonelada métrica en 1900 a 2.340 dólares en 1948 (en dólares estadounidenses de 1998). Hubo algunas excepciones, como el fuerte aumento de precios durante la Primera Guerra Mundial. [104] El aluminio abundaba y en 1919 Alemania comenzó a reemplazar sus monedas de plata por monedas de aluminio; Cada vez más denominaciones se cambiaron a monedas de aluminio a medida que avanzaba la hiperinflación en el país. [108] A mediados del siglo XX, el aluminio se había convertido en parte de la vida cotidiana, convirtiéndose en un componente esencial de los artículos para el hogar. [109] Los vagones de mercancías de aluminio aparecieron por primera vez en 1931. Su menor masa les permitía transportar más carga. [106] Durante la década de 1930, el aluminio surgió como un material de ingeniería civil utilizado tanto en la construcción básica como en los interiores de los edificios. [110] Su uso en ingeniería militar avanzó tanto para aviones como para motores de tanques. [111]
El aluminio obtenido del reciclaje se consideraba inferior al aluminio primario debido a un control químico más deficiente, así como a una eliminación deficiente de escorias y escorias . El reciclaje creció en general, pero dependió en gran medida del resultado de la producción primaria: por ejemplo, cuando los precios de la energía eléctrica disminuyeron en los Estados Unidos a fines de la década de 1930, se pudo producir más aluminio primario utilizando el proceso Hall-Héroult, costoso en energía. Esto hizo que el reciclaje fuera menos necesario y, por tanto, las tasas de reciclaje de aluminio disminuyeron. [102] En 1940, había comenzado el reciclaje masivo de aluminio posconsumo. [104]
Durante la Segunda Guerra Mundial , la producción volvió a alcanzar su punto máximo, superando el 1.000.000 de toneladas métricas por primera vez en 1941. [104] El aluminio se utilizó mucho en la producción de aviones y era un material estratégico de extrema importancia; Tanto es así que cuando Alcoa (sucesora de la Pittsburgh Reduction Company de Hall y monopolista de la producción de aluminio en los Estados Unidos en ese momento) no amplió su producción, el Secretario del Interior de los Estados Unidos proclamó en 1941: "Si Estados Unidos pierde la guerra, puede agradecer a la Aluminium Corporation of America". [113] En 1939, Alemania era el principal productor mundial de aluminio; Por tanto, los alemanes vieron el aluminio como su ventaja en la guerra. Las monedas de aluminio continuaron utilizándose, pero si bien simbolizaban un declive en su introducción, en 1939 habían llegado a representar el poder. [114] (En 1941, comenzaron a retirarse de la circulación para guardar el metal para necesidades militares). [115] Después de que el Reino Unido fuera atacado en 1940, inició un ambicioso programa de reciclaje de aluminio; El recién nombrado Ministro de Producción Aeronáutica hizo un llamamiento al público para que donara todo el aluminio doméstico para la construcción de aviones. [112] [k] La Unión Soviética recibió 328.100 toneladas métricas de aluminio de sus compañeros de combate entre 1941 y 1945; [120] este aluminio se utilizó en motores de aviones y tanques. [121] Sin estos envíos, la producción de la industria aeronáutica soviética se habría reducido a más de la mitad. [122]
Después del pico de la guerra, la producción mundial cayó durante tres años de finales de la guerra y de posguerra, pero luego recuperó su rápido crecimiento. [104] En 1954, la producción mundial equivalía a 2.810.000 toneladas métricas; [104] esta producción superó a la del cobre , [l] históricamente segundo en producción sólo detrás del hierro, [124] [125] convirtiéndolo en el metal no ferroso más producido .
Nada detiene el tiempo. Una época sigue a otra y, a veces, ni siquiera nos damos cuenta. La Edad de Piedra... La Edad del Bronce... La Edad del Hierro... [...] Sin embargo se puede afirmar que es ahora cuando nos encontramos en el umbral de la Edad del Aluminio.
— Empresa rusa productora de aluminio RUSAL en su libro Aluminio: el decimotercer elemento en 2007 [126]
El primer satélite artificial de la Tierra , lanzado en 1957, estaba formado por dos hemisferios de aluminio unidos. Todas las naves espaciales posteriores han utilizado aluminio hasta cierto punto. [98] La lata de aluminio se fabricó por primera vez en 1956 y se utilizó como recipiente para bebidas en 1958. [127] En la década de 1960, el aluminio se empleaba para la producción de alambres y cables . [128] Desde la década de 1970, los trenes de alta velocidad han utilizado comúnmente aluminio por su alta relación resistencia-peso. Por la misma razón, el contenido de aluminio de los automóviles está aumentando. [106]
En 1955, el mercado mundial [m] había estado dominado por las Seis Grandes: Alcoa, Alcan (se originó como parte de Alcoa), Reynolds , Kaiser , Pechiney (fusión de la Compagnie d'Alais et de la Camargue que compró la fundición de Deville y Société électrométallurgique française que contrató a Héroult) y Alusuisse (sucesora de Aluminium Industrie Aktien Gesellschaft de Héroult); su participación combinada en el mercado equivalía al 86%. [129] A partir de 1945, el consumo de aluminio creció casi un 10% cada año durante casi tres décadas, ganando terreno en aplicaciones de construcción, cables eléctricos, láminas básicas y la industria aeronáutica. A principios de la década de 1970, se produjo un impulso adicional con el desarrollo de latas de aluminio para bebidas. [130] El precio real disminuyó hasta principios de los años 1970; [131] en 1973, el precio real equivalía a 2.130 dólares por tonelada métrica (en dólares estadounidenses de 1998). [104] Los principales impulsores de la caída del precio fueron la disminución de los costos de extracción y procesamiento, el progreso tecnológico y el aumento de la producción de aluminio, [131] que superó por primera vez los 10.000.000 de toneladas métricas en 1971. [104]
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A finales de la década de 1960, los gobiernos tomaron conciencia del desperdicio de la producción industrial; Hicieron cumplir una serie de regulaciones que favorecían el reciclaje y la eliminación de residuos. Los ánodos de Söderberg, que ahorran capital y mano de obra para hornear los ánodos pero son más dañinos para el medio ambiente (debido a una mayor dificultad para recolectar y eliminar los humos de horneado), [132] cayeron en desgracia y la producción comenzó a regresar a la industria manufacturera. ánodos precocidos. [133] La industria del aluminio comenzó a promover el reciclaje de latas de aluminio en un intento de evitar restricciones sobre ellas. [102] Esto provocó el reciclaje del aluminio utilizado anteriormente por los consumidores finales: por ejemplo, en los Estados Unidos, los niveles de reciclaje de dicho aluminio aumentaron 3,5 veces entre 1970 y 1980 y 7,5 veces hasta 1990. [104] Costos de producción del aluminio primario creció en las décadas de 1970 y 1980, y esto también contribuyó al aumento del reciclaje de aluminio. [102] Un control más estricto de la composición y una tecnología de refinación mejorada disminuyeron la diferencia de calidad entre el aluminio primario y secundario. [102]
En la década de 1970, el aumento de la demanda de aluminio lo convirtió en un bien de intercambio; entró en la Bolsa de Metales de Londres , la bolsa de metales industriales más antigua del mundo, en 1978. [98] Desde entonces, el aluminio se comercializa por dólares estadounidenses y su precio fluctuaba junto con el tipo de cambio de la moneda. [134] La necesidad de explotar depósitos de menor calidad y peor calidad y el rápido aumento de los costos de los insumos de energía, pero también la bauxita, así como los cambios en los tipos de cambio y la regulación de los gases de efecto invernadero , aumentaron el costo neto del aluminio; [131] el precio real aumentó en la década de 1970. [135]
El aumento del precio real y los cambios de aranceles e impuestos iniciaron la redistribución de la participación de los productores mundiales: Estados Unidos, la Unión Soviética y Japón representaron casi el 60% de la producción primaria mundial en 1972 (y su participación combinada en la producción primaria). el consumo de aluminio primario también se acercó al 60%); [136] pero su participación combinada solo superó ligeramente el 10% en 2012. [137] El cambio de producción comenzó en la década de 1970, cuando la producción se trasladó de los Estados Unidos, Japón y Europa Occidental a Australia, Canadá, Medio Oriente, Rusia y China, donde era más barata debido a los precios más bajos de la electricidad y a una regulación estatal favorable, como impuestos bajos o subsidios. [138] Los costos de producción en los decenios de 1980 y 1990 disminuyeron debido a los avances tecnológicos, los precios más bajos de la energía y la alúmina y los altos tipos de cambio del dólar de los Estados Unidos. [139]
En la década de 2000, la participación combinada de los países BRIC (Brasil, Rusia, India y China) creció del 32,6% al 56,5% en la producción primaria y del 21,4% al 47,8% en el consumo primario. [140] China ha acumulado una proporción especialmente grande de la producción mundial, gracias a la abundancia de recursos, energía barata y estímulos gubernamentales; [141] también aumentó su participación en el consumo del 2% en 1972 al 40% en 2010. [142] El único otro país con un porcentaje de dos dígitos fue Estados Unidos con un 11%; ningún otro país superó el 5%. [143] En los Estados Unidos, Europa occidental y Japón, la mayor parte del aluminio se consumía en el transporte, la ingeniería, la construcción y el embalaje. [143]
A mediados de la década de 2000, el aumento de los precios de la energía, la alúmina y el carbono (utilizado en los ánodos) provocó un aumento de los costes de producción. Esto se vio amplificado por un cambio en los tipos de cambio: no sólo un debilitamiento del dólar estadounidense, sino también un fortalecimiento del yuan chino . Este último adquirió importancia ya que la mayor parte del aluminio chino era relativamente barato. [144]
La producción mundial siguió creciendo: en 2018, alcanzó un récord de 63.600.000 toneladas métricas antes de caer ligeramente en 2019. [104] El aluminio se produce en mayores cantidades que todos los demás metales no ferrosos combinados. [145] Su precio real (en dólares estadounidenses de 1998) en 2019 fue de 1.400 dólares por tonelada métrica (2.190 dólares por tonelada en dólares contemporáneos). [104]
