Indústria de alumínio. Como o alumínio de alta pureza é obtido?

Este metal é conhecido há mais de 2000 anos e caracteriza-se por uma ampla aplicação técnica. Então, para que podemos usá-lo? O alumínio é utilizado na indústria principalmente na forma de ligas, o que melhora suas propriedades utilizáveis. Desta forma, torna-se um material de construção universal com uma aplicação muito versátil. Dentre as ligas de alumínio, destacam-se as ligas de fundição e as ligas utilizadas para conformação plástica. Além do alumínio, elementos como cobre, magnésio, silício e manganês estão incluídos em sua composição. As ligas de alumínio são utilizadas, entre outras, na aviação, indústria química, indústria automotiva e até na construção naval. O alumínio é amplamente utilizado na indústria também em sua forma pura. Nessa forma, é utilizado para a produção de diversos objetos de uso cotidiano, como espelhos, latas para bebidas e alimentos, utensílios de cozinha ou papel alumínio comumente conhecido. Também é usado para a produção de equipamentos químicos, fios elétricos e até explosivos. Para isolar este elemento do minério de bauxita, é necessário realizar duas etapas. A primeira delas é o processo Bayer, que permite a obtenção do óxido de alumínio do mineral. O composto é então submetido à eletrólise, resultando na produção de alumínio de alta pureza.

Do que é feito o alumínio?

O alumínio puro não ocorre naturalmente na natureza devido à sua capacidade de passivação. Este fenômeno envolve a oxidação do metal na presença de ar, resultando em uma camada protetora passiva em sua superfície. No caso do alumínio, ele é primeiramente revestido com uma camada de óxido de alumínio (Al ₂ O ₃ ) com espessura de poucos nm. Em seguida, sob a influência da umidade, a camada externa sofre hidrólise parcial, que forma adicionalmente hidróxido, ou seja, Al(OH) ₃ . O alumínio faz parte de várias rochas minerais encontradas na natureza na forma de minérios. Para produzir alumínio puro, são utilizados principalmente minérios de bauxita argilosa. Eles aparecem com mais frequência em locais de intemperismo de rochas de aluminossilicato em clima quente e também contêm compostos de ferro. São rochas de coloração vermelha ou marrom característica, que ocorrem em duas variedades: silicato e carbonato.

Produção de alumínio de alta pureza

O alumínio de alta pureza (mais de 99%) é obtido industrialmente como resultado de dois processos consecutivos. Na primeira é obtido o óxido de alumínio (processo Bayer), e na etapa seguinte é realizado um processo de redução eletrolítica (processo Hall-Héroult), graças ao qual é obtido o alumínio puro. Devido à redução dos custos associados ao transporte do minério de bauxita, a maioria das usinas de beneficiamento são construídas nas proximidades das minas.

O processo Bayer

A primeira etapa após a extração do minério é lavá-lo com água. Desta forma, a maioria das impurezas solúveis em água são removidas. Então CaO, ou óxido de cálcio, é adicionado a essa matéria-prima preparada. Em seguida, é triturado em moinhos de tubos especiais até que os grãos tenham um diâmetro muito pequeno, ou seja, abaixo de 300 μm. É extremamente importante moer finamente a matéria-prima, pois proporciona uma área superficial específica dos grãos suficientemente grande, o que por sua vez se traduz em um processo de extração mais eficiente. A próxima etapa na produção de óxido de alumínio é a dissolução dos grãos com uma solução aquosa de soda cáustica. No Grupo PCC, o hidróxido de sódio é produzido por eletrólise de membrana. O produto obtido desta forma caracteriza-se por uma qualidade e pureza invulgarmente elevadas, cumprindo os requisitos da última edição da Farmacopeia Europeia. A mistura contendo grãos moídos e hidróxido de sódio é armazenada por várias horas em reatores especiais chamados autoclaves. Durante o processo de precipitação, alta pressão e temperatura elevada são mantidas nos reatores. Desta forma, obtém-se o aluminato de sódio, que é então purificado por meio de vários filtros. Na próxima etapa, a solução purificada de aluminato de sódio se decompõe. Como resultado, obtém-se soda cáustica (é uma solução aquosa de soda cáustica) e cristais de hidróxido de alumínio com alto grau de pureza. O precipitado obtido por cristalização é então filtrado e lavado com água. Por sua vez, a soda cáustica restante é aquecida e reciclada para reutilização no processo. A última etapa da produção de óxido de alumínio é a calcinação. Consiste no aquecimento do hidróxido de alumínio a uma temperatura superior a 1000 ^o C, o que resulta na sua decomposição em Al ₂ O ₃ , que é obtido na forma de um pó branco puro. O óxido de alumínio preparado desta forma é transportado para fornos a fim de obter alumínio metálico no processo de redução eletrolítica.

Eletrólise de óxido de alumínio

O próximo passo na obtenção de alumínio puro é realizar o processo de eletrólise usando o método Hall-Héroult. Primeiramente, o Al ₂ O ₃ obtido no processo Bayer é fundido com criolita e então sofre eletrólise a uma temperatura não superior a 900°C. O alumínio líquido assim obtido é separado do eletrólito e removido dos banhos eletrolíticos por meio dos chamados sifões de vácuo. A matéria-prima é então enviada para um dispositivo de fundição, onde é então introduzida em fornos aquecidos nos quais ocorre o processo de refino. Consiste em purificar o alumínio para obter sua máxima pureza. O alumínio pode ser purificado industrialmente usando dois métodos. A primeira consiste em fundir o alumínio e passar cloro através dele, graças ao qual as impurezas são ligadas na forma de cloretos e removidas do processo. O segundo método envolve a redução eletrolítica de liga de alumínio – cobre. O produto final assim obtido caracteriza-se por uma pureza muito elevada.

Alumínio – o material do futuro

O desenvolvimento de um método para a produção de alumínio puro a partir de bauxita pelo processo Bayer e eletrólise Hall–Héroult ampliou a aplicação deste elemento. Além disso, devido à combinação de alta resistência e leveza do alumínio, em algumas aplicações pode substituir o aço mais caro. Além disso, devido à sua resistência às intempéries, o alumínio é utilizado para a produção de perfis de janelas e portas. Outra vantagem é a possibilidade de poder ser reciclado repetidamente, tornando-o um material relativamente amigo do ambiente. Em resumo, o alumínio é um material extremamente versátil, amplamente utilizado nas indústrias alimentícia, energética, química, de transporte, construção, automotiva e aeroespacial. Devido às suas inúmeras vantagens, o escopo de seu uso provavelmente ainda não foi esgotado e o alumínio continuará ganhando popularidade em um futuro próximo.