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Como é feito o alumínio

Como é feito o alumínio

Alumínio ou alumínio (Al), é um metal branco prateado com um ponto de fusão de 660 ° C (1.220 ° F) e uma densidade de 2,7 gramas por cm cúbico. O elemento metálico mais abundante, que constitui 8,1 por cento da terra crosta. Na natureza ocorre quimicamente combinado com oxigênio e outros elementos. No estado puro, é macio e dúctil, mas pode ser ligado a muitos outros elementos para aumentar a resistência e fornecer um número de propriedades úteis. As ligas de alumínio são leves, fortes e moldáveis ​​por quase todos os processos conhecidos de usinagem. Eles podem ser moldados, unidos por muitas técnicas e usinados facilmente, e aceitam uma grande variedade de acabamentos.

Além de sua baixa densidade, muitas das aplicações do alumínio e suas ligas são baseadas em sua alta condutividade elétrica e térmica, alta refletividade e resistência à corrosão. Ele deve sua resistência à corrosão a um filme contínuo de óxido de alumínio que cresce rapidamente em uma superfície nascente de alumínio exposta ao ar.

O alumínio é o terceiro elemento mais abundante na superfície da Terra. Apenas oxigênio e silício são mais comuns. A crosta terrestre a uma profundidade de 16 km contém 8% de alumínio. O alumínio tem uma forte tendência para combinar com outros elementos comuns e raramente ocorre na natureza na forma metálica. Seus compostos, no entanto, são um constituinte importante de praticamente todas as rochas comuns. É encontrado em argila, xisto, ardósia, xisto, granito, sienito e anortosito.

O minério de alumínio mais importante, uma rocha contendo ferro que consiste em cerca de 52 por cento óxido de alumínio, foi descoberto em 1821 perto de Les Baux, no sul da França. O material foi posteriormente nomeado bauxita. A bauxita é melhor definida como um minério de alumínio de diferentes graus de pureza em que o alumínio na forma de hidróxido de alumínio ou óxido de alumínio é o maior constituinte único. As impurezas são em grande parte óxido de ferro, sílica e titânia.

A bauxita varia muito em aparência física, dependendo de sua composição e impurezas. Ele varia em cor de branco amarelado a cinza ou de rosa a vermelho escuro ou marrom se alto em óxidos de ferro. Pode ser terra, ou pode variar em forma de argila a rocha. A bauxita foi encontrada em todos os continentes do mundo, exceto na Antártida. Os depósitos mais ricos geralmente estão em áreas que durante a formação estavam em climas tropicais e subtropicais, proporcionando ótimas condições de chuvas fortes, constantes temperaturas quentes e boa drenagem.

Grandes depósitos são encontrados nas ilhas do Caribe, norte da América do Sul, Austrália, Índia, Indonésia, Malásia, China, Rússia, Cazaquistão, África Ocidental, Grécia, Croácia, Bósnia e Herzegovina, Montenegro, Hungria, Itália e França.

Mineração

De longe, a maior quantidade de bauxita explorada comercialmente está na superfície da Terra ou perto dela. Consequentemente, é minado em cavas abertas que requerem apenas uma remoção mínima de sobrecarga. Os leitos de bauxita são desmontados e desenterrados com escavadeiras e o minério é transportado por caminhão, trem ou correia transportadora para uma usina de processamento, onde é moído para facilitar o manuseio. As usinas de refino estão localizadas perto das minas, se possível, já que o transporte é um item importante nos custos da bauxita.

Aproximadamente 90% de toda a bauxita extraída é refinada em alumina, que é finalmente fundida em alumínio. Os 10% restantes são usados ​​em outras aplicações, como abrasivos, refratários e probantes na recuperação de petróleo bruto. Aproximadamente quatro toneladas de bauxita de alta qualidade produzem duas toneladas de alumina, das quais uma tonelada de alumínio é produzida.

Extração e Refino

A produção de alumínio a partir da bauxita é uma etapa processo: refino de bauxita para obter alumina e fundição de alumina para produzir alumínio. A bauxita contém várias impurezas, incluindo óxido de ferro, sílica e titânia. Se essas impurezas não forem removidas durante o refino, elas serão ligadas e contaminam o metal durante o processo de fundição. O minério, portanto, deve ser tratado para eliminar essas impurezas. A alumina purificada geralmente contém 0,5 a 1% de água, 0,3 a 0,5% de sódio e menos de 0,1% de outros óxidos. O processo Bayer, com várias modificações, é o método mais amplamente utilizado para a produção de alumina, e todo o alumínio é produzido a partir de alumina usando o processo eletrolítico Hall-Héroult.

Refinando o minério

Existem vários métodos alcalinos, ácidos e térmicos de refino de bauxita, argila ou outros minérios para obter alumina. Processos ácidos e eletrotérmicos geralmente são muito caros ou não produzem alumina de pureza suficiente para uso comercial. Um processo que envolve o tratamento de minério com cal e refrigerante é usado na China e na Rússia.

Na primeira etapa, a bauxita é moída, suspensa com uma solução de soda cáustica (hidróxido de sódio), e bombeado para grandes tanques de pressão chamados digestores, onde o minério é submetido a calor e pressão de vapor. O hidróxido de sódio reage com os minerais aluminosos da bauxita para formar uma solução saturada de aluminato de sódio; impurezas insolúveis, chamadas lama vermelha, permanecem em suspensão e são separadas na etapa de clarificação.

Após a digestão, a mistura é passada através de uma série de tanques de redução de pressão (chamados de tanques de sopro), onde a solução é levada à pressão atmosférica. (O vapor gerado no lampejo é usado para aquecer a solução cáustica que retorna à digestão.) O próximo passo no processo é separar a lama vermelha insolúvel da solução de aluminato de sódio. O material grosseiro (por exemplo, areia da praia) é removido em ciclones crus chamados armadilhas de areia. Resíduos mais finos são depositados em espessadores com a adição de floculantes sintéticos, e os sólidos no transbordamento do espessante são removidos por filtros de pano. Estes resíduos são então lavados, combinados e descartados. A solução clarificada é ainda mais arrefecida em permutadores de calor, melhorando o grau de supersaturação da alumina dissolvida e bombeada para precipitadores altos e semelhantes a silício.

Quantidades consideráveis ​​de cristais de hidróxido de alumínio são adicionadas à solução nos precipitadores como sementeira para acelerar a separação do cristal. Os cristais de semente atraem outros cristais e formam aglomerados; estes são classificados em material de tamanho maior do produto e material mais fino que é reciclado como semente. Os aglomerados de cristais de hidróxido de alumínio do tamanho do produto são filtrados, lavados para remover solução cáustica ou solução arrastada e calcinados em fornos rotativos ou calcinadores instantâneos estacionários de leito fluidizado a temperaturas superiores a 960 ° C (1750 ° F). A água e a água livres que são combinadas quimicamente são removidas, deixando a alumina comercialmente pura – ou óxido de alumínio – um pó branco seco e fino semelhante ao açúcar na aparência e consistência. É metade de alumínio e metade de oxigênio por peso, colados com tanta firmeza que nem as substâncias químicas nem o calor podem isolá-los.

Durante a Segunda Guerra Mundial, o processo de combinação da Alcoa foi desenvolvido para processar minérios de baixo teor contendo porcentagens relativamente altas de sílica. Muito brevemente, este processo recupera a alumina que se combinou com a sílica durante o processo de digestão e foi filtrada com a lama vermelha. A lama vermelha não é descartada, mas é aquecida com calcário (carbonato de cálcio) e carbonato de sódio (carbonato de sódio) para produzir um produto sintetizado contendo aluminato de sódio lixiviável. Este produto é digerido ou lixiviado de maneira semelhante à da bauxita para extrair o aluminato de sódio dos materiais insolúveis de ferro, cálcio e silício. A pasta prossegue pelas etapas restantes do processo Bayer. O resíduo é chamado de lama marrom.

A alumina produzida pelo processo Bayer é bastante pura, contendo apenas alguns centésimos de 1% de ferro e silício. A principal impureza, refrigerante residual, está presente em níveis de 0,2 a 0,6%. Além de ser a principal matéria-prima para a produção de alumínio metálico, a própria alumina é uma substância química importante. É amplamente utilizado nas indústrias químicas, refratárias, cerâmicas e de petróleo

Refino de quatro toneladas de bauxita produz cerca de duas toneladas de alumina. Uma usina típica de alumina, usando o processo Bayer, pode produzir 4.000 toneladas de alumina por dia. O custo da alumina pode variar muito, dependendo do tamanho e eficiência da planta, dos custos de mão-de-obra e despesas gerais, e do custo da bauxita.

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