Historia del aluminio (ALI)

Historia del aluminio

Aunque el aluminio es un elemento muy raro, su existencia en forma metálica pura ha eludido a la humanidad durante siglos debido a las complejidades de extraerlo del mineral. Sin embargo, el uso de compuestos de aluminio como el alumbre está documentado desde el siglo V a.C., particularmente en procesos de teñido. La importancia del alumbre en el teñido lo elevó a un valioso producto comercial durante la Edad Media. Sólo en el Renacimiento los estudiosos empezaron a sospechar que el alumbre contenía un elemento desconocido. En el Siglo de las Luces determinaron que este elemento, la alúmina, era un óxido de un nuevo metal. En 1825, el físico danés Hans Christian Ørsted, seguido por el químico alemán Friedrich Wöhler, introdujeron formalmente el aluminio en el mundo.

El desafío inicial de refinar el aluminio lo hizo más caro que el oro y, por lo tanto, poco práctico para un uso generalizado. Esta barrera de alto costo comenzó a derrumbarse en 1856 con la innovación del primer proceso de producción industrial por parte del químico francés Henri Étienne Sainte-Claire Deville. La accesibilidad aumentó drásticamente con el desarrollo independiente del proceso Hall-Héroult en 1886 por parte del ingeniero francés Paul Héroult y el ingeniero estadounidense Charles Martin Hall, seguido de cerca por el proceso Bayer de 1889, iniciado por el químico austríaco Carl Joseph Bayer. Estos métodos innovadores revolucionaron la producción de aluminio y siguen siendo el estándar de la industria en la actualidad.

La capacidad de producir aluminio en masa desató su potencial, lo que llevó a su adopción generalizada en todas las industrias y en la vida cotidiana. Sus propiedades ligeras y resistentes a la corrosión resultaron invaluables en ingeniería y construcción, asegurando su papel como un recurso crítico en la producción de aeronaves durante la Primera y la Segunda Guerra Mundial. En consecuencia, la producción mundial de aluminio experimentó un crecimiento explosivo, disparándose de apenas 6.800 toneladas métricas en 1900 a la asombrosa cifra de 2.810.000 toneladas métricas en 1954. Este aumento impulsó al aluminio a superar al cobre como el principal metal no ferroso del mundo.

En la segunda mitad del siglo XX, el aluminio se utilizó más en los sectores del transporte y el embalaje. Sin embargo, este progreso tuvo un coste, ya que empezaron a surgir preocupaciones medioambientales en torno a la producción de aluminio. En consecuencia, el reciclaje del aluminio ganó fuerza como una práctica más sostenible. La década de 1970 marcó la entrada del aluminio en el mercado de materias primas, coincidiendo con un cambio de la producción de los países desarrollados a los países en desarrollo. En 2010, China se había convertido en un actor dominante tanto en la producción como en el consumo de aluminio. La producción mundial continuó su trayectoria ascendente, alcanzando las 58.500.000 toneladas métricas en 2015, consolidando la posición del aluminio como líder indiscutible en la producción de metales no ferrosos.

Historia temprana

El alumbre, un compuesto de aluminio, tiene una larga historia. Las civilizaciones antiguas, ya en el siglo V a. C., reconocieron su valor. El historiador griego Heródoto documentó su uso como mordiente en teñido, sustancia medicinal, agente químico de molienda y revestimiento ignífugo para madera, en particular para reforzar estructuras contra incendios. Si bien el uso del alumbre era bien conocido, el aluminio metálico en sí seguía sin descubrirse.

Curiosamente, el escritor romano Petronio, en su obra Satiricón, habla de un vaso único que le regalaron al emperador. Era un vaso increíblemente resistente, que se deformaba con el impacto en lugar de romperse y que podía ser moldeado de nuevo con un martillo. Temeroso de devaluar el oro, el emperador, al enterarse de los conocimientos exclusivos del inventor, lo hizo ejecutar para impedir el descubrimiento. Existen variaciones de este relato en las obras de Plinio el Viejo y Dion Casio, aunque su autenticidad es objeto de debate. Algunos especulan que este vaso resistente puede haber sido una forma primitiva de aluminio. Otras pruebas sugieren que las aleaciones de aluminio podrían haberse producido en China durante la dinastía Jin (266-420 d. C.).

Después de las Cruzadas, el alumbre se convirtió en un producto importante en el comercio internacional, particularmente esencial para la industria textil europea. Si bien en la Europa católica funcionaban pequeñas minas de alumbre, Oriente Medio siguió siendo la fuente principal, y el comercio se realizaba principalmente a través del mar Mediterráneo. Esto cambió a mediados del siglo XV, cuando el Imperio Otomano aumentó significativamente los impuestos a la exportación del alumbre. Poco después, se descubrieron abundantes depósitos de alumbre en Italia. Aprovechando este descubrimiento, el Papa Pío II prohibió todas las importaciones de alumbre de Oriente, aprovechando los beneficios de esta nueva fuente para financiar una guerra contra los otomanos. El alumbre italiano se convirtió en una piedra angular de los productos farmacéuticos europeos, pero las políticas de precios del gobierno papal finalmente llevaron a otras naciones a buscar sus propias fuentes. En consecuencia, la minería de alumbre a gran escala se extendió a otras regiones europeas durante el siglo XVI.

La naturaleza enigmática del alumbre desconcertó a los eruditos en los albores del Renacimiento. No fue hasta alrededor de 1530 que el médico suizo Paracelso distinguió el alumbre de los vitriolos (sulfatos), proponiendo su clasificación como una sal de tierra. En 1595, el médico y químico alemán Andreas Libavius, a través de sus experimentos, demostró que el alumbre, el vitriolo verde y el vitriolo azul compartían un ácido común pero diferían en sus componentes terrosos. Bautizó la tierra desconocida encontrada en el alumbre como "alúmina". En 1702, el químico alemán Georg Ernst Stahl postuló que la base del alumbre compartía similitudes con la cal o la tiza, una idea errónea que persistió en los círculos científicos durante el siguiente medio siglo. Friedrich Hoffmann, un químico alemán, cuestionó esta visión en 1722, sugiriendo que la base del alumbre era una tierra completamente distinta. Esta idea fue ampliada por el químico francés Étienne Geoffroy Saint-Hilaire en 1728, quien, aunque creía erróneamente que quemando la tierra se obtenía sílice, afirmó que el alumbre surgía de la interacción de una tierra desconocida con ácido sulfúrico. Hubo que esperar hasta 1785 para que el químico y farmacéutico alemán Johann Christian Wiegleb rectificara el error de Geoffroy, demostrando que, contrariamente a las creencias predominantes, la tierra de alumbre no podía sintetizarse a partir de sílice y álcalis. Para complementar este creciente conjunto de conocimientos, el químico francés Jean Gello, en 1739, demostró la naturaleza idéntica de la tierra presente en la arcilla y la tierra producida por la reacción de un álcali con alumbre. Para consolidar aún más la singularidad de la base del alumbre, el químico alemán Johann Heinrich Pott, en 1746, demostró que el precipitado resultante de la adición de un álcali a una solución de alumbre difería tanto de la cal como de la tiza.

En 1754, el químico alemán Andreas Sigismund Marggraf logró sintetizar con éxito la tierra de alumbre. Su método consistía en hervir arcilla en ácido sulfúrico e introducir potasa. Marggraf observó que la adición de sosa, potasa o cualquier álcali a una solución de esta tierra recién sintetizada en ácido sulfúrico daba como resultado la formación de alumbre. Marggraf, al observar su solubilidad en ácidos después del secado, caracterizó esta tierra como alcalina. Su trabajo también se extendió a la descripción de las sales de esta tierra, incluidos el cloruro, el nitrato y el acetato. En 1758, el químico francés Pierre Macquer trazó una comparación entre la alúmina y las tierras metálicas, una opinión compartida por su compatriota, el químico Théodore Baron d'Hénouville, en 1760, quien expresó su confianza en la identidad de la alúmina como una tierra metálica.

En 1767, el químico sueco Torbern Bergman amplió el conocimiento sobre el alumbre sintetizándolo mediante dos métodos distintos: hirviendo alunita en ácido sulfúrico y añadiendo potasa a la solución, y haciendo reaccionar sulfatos de potasio con la tierra de alumbre. Mediante estos experimentos, estableció la identidad del alumbre como una sal doble. Para aumentar la claridad, en 1776, el químico farmacéutico sueco-alemán Carl Wilhelm Scheele demostró que tanto el alumbre como la sílice compartían su origen en la arcilla y que el alumbre carecía de silicio. En 1782, el famoso químico francés Antoine Lavoisier clasificó la alúmina como un óxido de un metal, proponiendo que su afinidad por el oxígeno era tan potente que ningún agente reductor conocido podía romper el enlace.

En 1815, el químico sueco Jöns Jacob Berzelius propuso la fórmula AlO3 para la alúmina. Sin embargo, fue el químico alemán Eilhard Mitscherlich quien, en 1821, estableció la fórmula correcta como Al2O3. Esta corrección resultó fundamental para que Berzelius determinara posteriormente el peso atómico exacto del metal: 27.

Producción industrial

En 1854, en la Academia de Ciencias de París, el químico francés Henri Étienne Sainte-Claire Deville dio a conocer un método industrial revolucionario para producir aluminio. Su proceso implicaba la reducción del cloruro de aluminio utilizando sodio, una alternativa más práctica y rentable que el potasio empleado por Wöhler. Esta innovación le permitió a Deville crear con éxito un lingote del metal. Intrigado por sus posibles aplicaciones militares, Napoleón III prometió un importante apoyo financiero a la investigación de Deville, con la esperanza de equipar al ejército francés con armas ligeras y resistentes, cascos, armaduras y otros equipos fabricados con este nuevo y brillante metal. Aunque todavía no estaba listo para su exhibición pública, el atractivo del aluminio era tal que se dice que Napoleón organizó un banquete en el que los invitados distinguidos cenaron con utensilios de aluminio, un privilegio negado a otros que tuvieron que conformarse con el oro.

La Exposición Universal de 1855 marcó la primera exhibición pública de doce pequeños lingotes de aluminio. Apodado la "plata de arcilla" debido a su sorprendente parecido con la plata, el metal atrajo un interés considerable y provocó especulación generalizada sobre sus usos potenciales en arte, música, medicina, arte culinario y vajilla. Los escritores de vanguardia de la época, incluidos Charles Dickens, Nikolay Chernyshevsky y Julio Verne, imaginaron un futuro marcado por el aluminio. Sin embargo, la recepción no estuvo exenta de críticas. Algunos periódicos desestimaron la publicidad inicial, afirmando que la cantidad exhibida, un mero kilogramo, no estaba a la altura de las expectativas y ponía en duda el impacto revolucionario del metal. A pesar de este escepticismo, la exposición finalmente allanó el camino para la comercialización del aluminio. Ese año, entró en el mercado a un precio de 300 francos el kilogramo. En la posterior feria de París de 1867, se exhibieron alambres y láminas de aluminio y una nueva aleación, el bronce de aluminio, que mostraban la versatilidad del metal y su económico costo de producción, su impresionante resistencia a la corrosión y sus deseables propiedades mecánicas.

Los primeros intentos de producir aluminio comercialmente se vieron obstaculizados por varios factores. Los fabricantes dudaban en desviar recursos de metales ya establecidos, como el hierro y el bronce, y preferían centrarse en estos materiales conocidos y fácilmente comercializables. Además, el aluminio producido en esa época solía ser impuro y sus propiedades variaban significativamente entre lotes. Esta inconsistencia generó reticencias en las industrias a adoptar el nuevo metal.

A pesar de estos desafíos, Deville y sus socios establecieron la primera planta de producción industrial de aluminio del mundo en Rouen en 1856. Esta fundición fue reubicada varias veces y finalmente se instaló en Salindres. En 1858, Deville había perfeccionado su proceso, utilizando bauxita como fuente principal de alúmina. Más tarde vendió sus intereses en el aluminio a la Compagnie d'Alais et de la Camargue de Henri Merle, una empresa que dominaría el mercado francés del aluminio durante décadas.

Si bien el proceso de Deville representó un avance significativo, no estuvo exento de limitaciones. La producción siguió siendo relativamente baja, alcanzando solo 1,8 toneladas métricas en 1872. La demanda de aluminio también era limitada, ya que el metal a menudo se comparaba con la plata y se utilizaba principalmente para artículos decorativos y joyas.

A lo largo de la década de 1880, surgieron nuevos centros de producción, cada uno de los cuales intentaba refinar el proceso y mejorar la pureza del aluminio producido. El ingeniero británico James Fern Webster logró un éxito notable en 1882, ya que su método producía un aluminio significativamente más puro que el de Deville. En Estados Unidos, William Frishmuth agilizó la producción, combinando la producción de sodio, alúmina y aluminio en un solo proceso, mientras que las innovaciones de Hamilton Castner en la producción de sodio redujeron significativamente el costo del aluminio. A pesar de estos avances, la adopción generalizada del aluminio siguió siendo difícil, obstaculizada por los altos costos de producción y las aplicaciones industriales limitadas.

Uso masivo del aluminio

La caída en el precio del aluminio a finales del siglo XIX llevó a su adopción generalizada en una variedad de objetos cotidianos, desde joyas y monturas de gafas hasta instrumentos ópticos. A finales del siglo XIX y principios del XX se produjo un aumento en el uso del aluminio. Los utensilios de cocina fabricados con este metal ligero comenzaron a sustituir a las ollas y sartenes tradicionales de cobre y hierro fundido a principios del siglo XX, coincidiendo con el aumento de la popularidad del papel de aluminio. Los metalúrgicos descubrieron que la aleación de aluminio con otros metales mejoraba su resistencia sin comprometer su bajo peso. Esto condujo al desarrollo de aleaciones como el bronce de aluminio, ampliamente utilizado en la construcción naval y la aviación por su flexibilidad y resistencia. La invención del duraluminio en 1903 impulsó aún más el uso del aluminio en la aviación, en particular en la construcción del motor del Wright Flyer.

A principios del siglo XX surgió el reciclaje del aluminio, una práctica que rápidamente ganó fuerza. La capacidad del aluminio para reciclarse repetidamente sin degradarse lo convirtió en un candidato ideal para este proceso. Inicialmente, solo se reciclaba el aluminio que no había llegado a los consumidores. Sin embargo, el estallido de la Primera Guerra Mundial aumentó drásticamente la demanda de aluminio, en particular para componentes de aeronaves ligeros pero robustos. Los gobiernos de todo el mundo invirtieron mucho en la producción de aluminio, subvencionando fábricas y reforzando las redes eléctricas para satisfacer la creciente demanda. La producción mundial aumentó de unas modestas 6.800 toneladas métricas en 1900 a más de 100.000 toneladas métricas en 1916. Sin embargo, este aumento no pudo seguir el ritmo de las necesidades de la guerra, lo que llevó a un aumento significativo del reciclaje de aluminio.

Los años de posguerra fueron testigos de una caída en la producción de aluminio, seguida de un período de rápido crecimiento. El precio real del aluminio disminuyó de manera constante durante la primera mitad del siglo XX, cayendo en picada desde 14.000 dólares por tonelada métrica en 1900 a 2.340 dólares en 1948, con la excepción de un aumento brusco durante la Primera Guerra Mundial. Esta asequibilidad, junto con su abundancia, llevó a su adopción en diversas aplicaciones. Alemania, que luchaba contra la hiperinflación en 1919, comenzó a sustituir sus monedas de plata por sus contrapartes de aluminio. A mediados del siglo XX, el aluminio se había vuelto omnipresente, firmemente establecido como un producto básico en los hogares de todo el mundo.

La década de 1930 marcó un punto de inflexión para el aluminio, ya que entró en el ámbito de la ingeniería civil, utilizándose tanto en aplicaciones estructurales como de interiores. Al mismo tiempo, se expandió su uso en la ingeniería militar, en particular en motores de aviones y tanques. La industria del transporte se benefició de las propiedades ligeras del aluminio con la introducción de vagones de carga de aluminio en 1931, lo que permitió una mayor capacidad de carga.

A pesar del crecimiento del reciclaje, el aluminio primario siguió siendo superior debido a los desafíos que presentaba mantener una química constante y eliminar eficazmente las impurezas durante el proceso de reciclaje. Factores como la fluctuación de los precios de la energía también afectaron las tasas de reciclaje. Por ejemplo, cuando los precios de la energía en los Estados Unidos cayeron a fines de la década de 1930, la producción de aluminio primario mediante el proceso Hall-Héroult, que consume mucha energía, se volvió económicamente más viable, lo que llevó a una disminución del reciclaje de aluminio. Sin embargo, en 1940, el reciclaje masivo de aluminio posconsumo se había convertido en una realidad.

La Segunda Guerra Mundial fue testigo de un aumento de la producción de aluminio, que superó por primera vez el millón de toneladas métricas en 1941. Su uso en la fabricación de aviones lo convirtió en un activo estratégico crucial. La importancia del aluminio era tal que cuando Alcoa, la fuerza dominante en la producción de aluminio estadounidense en ese momento, dudó en aumentar la producción, el Secretario del Interior de los EE. UU. declaró en 1941: "Si Estados Unidos pierde la guerra, puede agradecer a la Corporación de Aluminio de América". Alemania, el principal productor de aluminio en 1939, consideró que esta ventaja era fundamental para su esfuerzo bélico. Inicialmente simbólicas de decadencia, en 1939 las monedas de aluminio se habían convertido en una representación del poder. Sin embargo, en 1941 se retiraron de la circulación para conservar el metal para fines militares. Tras su entrada en la guerra en 1940, el Reino Unido inició un programa de reciclaje de aluminio a gran escala, y el Ministro de Producción Aeronáutica instó al público a contribuir con todo el aluminio doméstico disponible para la construcción de aviones. Entre 1941 y 1945, la Unión Soviética recibió de sus aliados 328.100 toneladas métricas de aluminio, crucial para la producción de aviones y motores de tanques. Se calcula que sin estos suministros, la producción aeronáutica soviética se habría reducido a la mitad.

Aunque la producción mundial disminuyó durante un breve período después de la guerra, pronto reanudó su rápido ascenso. En 1954, la producción mundial alcanzó 2.810.000 toneladas métricas, superando a la del cobre y estableciendo al aluminio como el metal no ferroso más producido, superado sólo por el hierro en la producción total de metales.

La era del aluminio

El lanzamiento del primer satélite artificial de la Tierra en 1957, construido a partir de dos hemisferios de aluminio unidos, marcó el comienzo del uso extensivo del aluminio en las naves espaciales. Curiosamente, la lata de aluminio, producida por primera vez en 1956, encontró su aplicación inicial como envase de bebidas en 1958. En la década de 1960, el aluminio se utilizó en la producción de alambres y cables. A partir de la década de 1970, su alta relación resistencia-peso lo convirtió en una opción popular en la construcción de trenes de alta velocidad y contribuyó a su creciente presencia en la industria automotriz.

En 1955, el mercado mundial del aluminio estaba dominado por seis grandes empresas: Alcoa, Alcan (que surgió de Alcoa), Reynolds, Kaiser, Pechiney (una fusión de la Compagnie d'Alais et de la Camargue, que adquirió la fundición de Deville, y la Société électrométallurgique française, que empleaba a Héroult) y Alusuisse (sucesora de la Aluminium Industrie Aktien Gesellschaft de Héroult). Estas empresas tenían en conjunto una cuota de mercado del 86%. Durante casi tres décadas después de 1945, el consumo de aluminio experimentó un crecimiento anual casi constante del 10%, impulsado por su uso cada vez mayor en aplicaciones de construcción, cables eléctricos, láminas básicas y la industria aeronáutica. La llegada de las latas de aluminio para bebidas a principios de la década de 1970 impulsó aún más este crecimiento. Este aumento de la producción, junto con los avances tecnológicos y la reducción de los costos de extracción y procesamiento, contribuyó a una caída del precio real del aluminio hasta principios de la década de 1970. En 1973, el precio real había caído a 2.130 dólares por tonelada métrica (en dólares estadounidenses de 1998). La producción mundial de aluminio superó los 10.000.000 de toneladas métricas por primera vez en 1971.

A finales de los años 60, los gobiernos comenzaron a reconocer el impacto ambiental de los residuos industriales y se implementaron regulaciones para fomentar el reciclaje y la eliminación de residuos. Los ánodos Söderberg, si bien eran rentables en términos de capital y mano de obra para la cocción de ánodos, eran perjudiciales para el medio ambiente debido a las dificultades para capturar y eliminar los humos de cocción. En consecuencia, estos cayeron en desuso y la industria volvió a utilizar ánodos precocidos. En un esfuerzo por anticiparse a las posibles restricciones sobre las latas de aluminio, la industria del aluminio comenzó a promover su reciclaje. Esto estimuló el reciclaje de aluminio posconsumo. En los Estados Unidos, por ejemplo, la tasa de reciclaje de este tipo de aluminio aumentó 3,5 veces entre 1970 y 1980, y otras 7,5 veces en 1990. El aumento de los costos de producción de aluminio primario durante los años 70 y 80 también contribuyó al crecimiento del reciclaje de aluminio. Además, los avances en el control de la composición y la tecnología de refinación redujeron la brecha de calidad entre el aluminio primario y el secundario.

En la década de 1970, el aluminio se convirtió en un producto comercializable debido al aumento de la demanda. En 1978, comenzó a cotizar en la Bolsa de Metales de Londres, la bolsa de metales industriales más antigua del mundo. A partir de ese momento, el aluminio se ha comercializado en dólares estadounidenses y su precio fluctúa junto con los tipos de cambio. Varios factores, entre ellos la necesidad de explotar depósitos de menor calidad, el aumento de los costos de los insumos de energía y bauxita, las fluctuaciones monetarias y las regulaciones sobre los gases de efecto invernadero, contribuyeron a un aumento del costo neto del aluminio. En consecuencia, el precio real del aluminio aumentó a lo largo de la década de 1970.

El aumento del precio real del aluminio, junto con los cambios en los aranceles e impuestos, condujo a un cambio en las participaciones en la producción mundial. En 1972, Estados Unidos, la Unión Soviética y Japón representaban colectivamente casi el 60% de la producción primaria mundial y una proporción similar del consumo de aluminio primario. Sin embargo, en 2012, su participación combinada había disminuido a poco más del 10%. Este cambio de producción, que comenzó en la década de 1970, hizo que la producción se trasladara de Estados Unidos, Japón y Europa occidental a regiones como Australia, Canadá, Oriente Medio, Rusia y China. Estas regiones ofrecían menores costos de producción debido a los precios más baratos de la electricidad y las políticas gubernamentales favorables, incluidas las exenciones fiscales y los subsidios. Los avances tecnológicos, los precios más bajos de la energía y la alúmina y un dólar estadounidense fuerte contribuyeron a una disminución de los costos de producción durante las décadas de 1980 y 1990.

En los albores del siglo XXI, la participación combinada de los países BRIC (Brasil, Rusia, India y China) en la producción primaria aumentó del 32,6% al 56,5%, y su participación en el consumo primario aumentó del 21,4% al 47,8%. China, en particular, acumuló una porción significativa de la producción mundial gracias a la abundancia de recursos, la energía barata y los incentivos gubernamentales. La participación del país en el consumo también se disparó de un mero 2% en 1972 a un asombroso 40% en 2010. El único otro país que mantuvo un porcentaje de dos dígitos fue Estados Unidos, con un 11%, y ningún otro país superó el 5%. El transporte, la ingeniería, la construcción y el embalaje fueron los principales sectores de consumo de aluminio en Estados Unidos, Europa occidental y Japón.

A mediados de la década de 2000, el aumento de los precios de la energía, la alúmina y el carbono (utilizado en los ánodos) ejerció una presión alcista sobre los costos de producción. Esto se vio exacerbado por las fluctuaciones en los tipos de cambio, en particular el debilitamiento del dólar estadounidense y el fortalecimiento del yuan chino. Este último factor adquirió cada vez mayor importancia debido a que una gran proporción del aluminio chino era relativamente barato.

A pesar de estas presiones de costos, la producción mundial de aluminio continuó su trayectoria ascendente, alcanzando un récord de 63.600.000 toneladas métricas en 2018 antes de experimentar una ligera caída en 2019. La producción de aluminio ahora supera la de todos los demás metales no ferrosos combinados. En 2019, el precio real del aluminio (en dólares estadounidenses de 1998) se situó en 1.400 dólares por tonelada métrica, lo que equivale a 2.190 dólares por tonelada en la moneda actual.