MRI - Bauxita e Al

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Minerais e Rochas 
Industriais 
 
Prof.: Msc.Shisley Barcelos 
 
João Monlevade 
2013/1 
 
•BAUXITA 
Bauxita 
 
 Descoberta em 1821 por Berthier (sul 
da França) 
 
 Rocha de coloração avermelhada rica 
em Al 
 
 
Bauxita 
 
 Fonte natural de Al 
 Proporção dos óxidos determina a 
coloração da rocha 
 Branca – 2 a 4% de óxidos de Fe 
 Vermelha – até 25% 
Bauxita 
• Reserva mundial é de 33,4 bilhões de 
toneladas 
 
• Brasil – 3.5 bilhões de toneladas 
 
• 95% de bauxita metalúrgica 
• Produziu 22 milhões de toneladas em 2006 
Bauxita não-metalurgica 
 
• Abrasivos 
• Refratários 
• Produtos químicos 
• Cimentos de alta alumina 
• Proteses 
 
 
Bauxita 
 
 
• Mineralogia e Geologia 
Bauxita 
• Rocha bauxita não metalúrgica 
• Mistura impura de minerais de Al 
• Gibbsita – Al(OH)3 
• Diásporo – AlO(OH) 
• Boehmita – AlO(OH) 
 
• Teor mínimo de 30% para aproveitamento 
Bauxita 
• Principais impurezas: 
• Caulinita 
• Quartzo 
• Goethita 
• Rutilo 
• anatásio 
 
Bauxita 
 
• A diferença mais relevante entre a 
bauxita não-metalúrgica e a bauxita 
metalúrgica é o teor de Fe2O3 
• Bauxita refratária deve ter mais alumina e 
menos impurezas 
Bauxita 
 
• Condição essencial para formação: 
 
• Clima tropical, com estações seca e úmida 
alternadas que favorecem o processo 
natural de lixiviação 
Bauxita 
• Haverá maior taxa de formação da bauxita quando 
ocorre: 
 
• Elevada porosidade da rocha 
• Cobertura vegetal com adequada atividade bacteriológica 
• Topografia plana, ou pelo menos, pouco acidentada que 
permita o mínimo de erosão 
• Longo período de estabilidade e 
• Intensa alteração das condições climáticas 
Bauxita 
 
 
• Lavra e Processamento 
Lavra 
• Varia de acordo com a natureza dos 
corpos mineralizados das jazidas 
 
• É realizada, na maior parte, à céu 
aberto segundo o método por tiras 
 
• Menos de 20% por lavra subterrânea 
Processamento 
 
• Técnicas comuns de beneficiamento do 
minério aplicam-se, parcialmente aos 
minérios de alumínio 
Beneficiamento 
 
• Para fins não- metalúrgicos 
• principais operações: 
 
• 1) Formação de polpa com 25% de sólidos com 
minério de bauxita seguida de atrição e classificação, 
a úmido, em 74 µm, para remoção da fração fina 
 
Beneficiamento 
 
• 2) Separação magnética 
 
• 3) Filtragem para elevar a % de sólidos de 25 para 60% 
seguida de secagem em vaporizador, obtendo um produto 
final com 5% de umidade 
 
• 4) Calcinação da bauxita beneficiada 
 
• 5) Acondicionamento para expedição 
Bauxita para abrasivos 
 
• Deve conter elevado teor de alumina, 
• SiO2 abaixo de 7%, 
• relação ferro/silica menor que 3 
• óxido de Ti entre 2 e 4% e 
• baixo teor de álcalis 
Bauxita para abrasivos 
 
• Polimento 
 
• Bauxita fundida em forno elétrico a arco 
produz o córindon artificial (dureza 9) 
• Usados em antiderrapantes e refratários 
 
Bauxita para refratários 
• Calcinação da bauxita refratária para 
obtenção da alumina refratária 
 
• 2ton de bauxita beneficiada = 1 ton de 
bauxita calcinada 
 
• Promove: 
• Remoção de toda água 
• Transformação de fases dos minerais de Al 
Bauxita para refratários 
• Está restrita à China, Guiana e ao Brasil 
 
• Pode ser misturada com quartzo formando 
abrasivos ou com calcário para produzir 
cimento de aluminato de cálcio, usado como 
ligante refratário 
Bauxita para produtos 
químicos 
• Sulfatos 
• Cloretos 
• E fluoretos de alumínio 
• Aluminato de sódio e 
• Acetato de alumínio 
Bauxita para produtos 
químicos 
 
• Bauxita de grau químico exige a relação 
de 100/1 Alumina/ferro 
 
• Sulfato de alumínio (agente coagulante) 
• Usado também (livre de Fe) como agente 
de cobertura na industria de papel 
Bauxita para cimento 
• Cimento de aluminato de calcio (baixo teor de 
Fe) 
 
• Maior densidade, porosidade baixa e menor 
contração do corpo moldado 
• Reduz a penetração através do metal 
fundido 
 
• Aditivos em cimentos portland 
Bauxita para cimento 
 
• Cimento de alta alumina (55 a 56%) 
• Fusão de calcário e bauxita 
 
• Resiste a corrosão quando exposto à 
água do mar 
Alumina para prótese humana 
• Cerâmicas de Alumina 
 
• Deve ter elevada densidade e pureza (99,5%) 
• Excelente resistência à corrosão 
• Elevada resistência à desgaste 
• Alta resistência mecânica 
 
• Próteses de quadris e dentárias 
 
Beneficiamento 
• Para fins metalúrgicos 
 
• Razão mássica de Al2O3/SiO2 deve ser maior 
que 10. 
 
• Caso contrário esse valor deverá ser aumentado 
por métodos físicos ou fisico-químicos de 
beneficiamento (Flotação) 
• Aplicação direta do processo Bayer 
Processo de Obtenção da 
Alumina 
 
 
Processo Bayer 
 (O sistema Bayer permite, por meio do 
refino da bauxita, que se obtenha o 
hidróxido de alumínio e/ou alumina). 
Alumina 
• Hidróxido de Alumínio (ou alumina tri-hidratada, ou 
hidrato) 
 
• O hidróxido de alumínio é produzido industrialmente 
por meio de dissolução, em soda cáustica e 
recristalização da gibbsita, contida na bauxita pelo 
processo Bayer. 
 
• Suas partículas constituem-se de aglomerados de 
cristais primários, que se formam durante a etapa de 
recristalização. 
Produção da Alumina 
• Blendagem 
• Moagem; 
• Digestão; 
• Filtragem/evaporação; 
• Precipitação; 
• Calcinação. 
Blendagem 
Processo de homogeneização 
 
 Tornar a matéria prima proveniente de várias jazidas 
diferentes, a mais adequada e homogênea possível 
ao processo de digestão. 
 
• O objetivo é preparar o minério para iniciar 
suas transformações, até ser obtido na forma 
de hidróxido (alumina). 
 
Moagem 
1ª Etapa - Moinho de martelos e Moinho 
de barras. 
 
2ª Etapa - é realizada a úmido, com o uso 
de licor (NaOH). 
 
 Na saída do moinho de barras existe um separador 
de impurezas que retêm raízes, pedaços de madeira 
e pedras. 
 
Moagem 
 
• Por fim, a pasta moída e com a granulometria 
ideal para início da digestão é estocada em 
tanques específicos, nos quais permanecem 
em homogeneização pela ação de bombas 
recirculantes e pás rotativas. 
 
Prédio de Moagem da Bauxita 
Digestão 
 O principal objetivo dessa etapa é dissolver o 
hidróxido de alumínio na bauxita e reduzir o 
teor de sílica, para garantir pureza adequada 
aos produtos finais. 
 
 Provoca-se uma reação com NaOH 
concentrado a uma temperatura de 
aproximadamente 150ºC. 
Digestão 
 
Al2O3.3H20 + 2 NaOH→ 2 NaAlO2 + 4H2O 
 
 Para que a reação se processe com maior eficiência e 
em temperaturas e pressões menores, é preferível 
que a bauxita contenha hidróxido de alumínio na 
forma de Gibbsita (pedra de gesso ) em detrimento a 
Bohemita e Diáspora, estruturas que necessitam de 
temperaturas e pressões maiores para serem 
digeridas. 
Prédio da Digestão 
 Os insolúveis, bem como os produtos da 
dessilicação, permanecem sólidos na forma 
de impurezas. No topo do digestor ocorre a 
injeção de leite cal, aumentando a 
filtrabilidade e auxiliando no controle de 
impurezas. 
 
 
 
Clarificação / Filtragem 
 O objetivo da clarificação no processo Bayer 
é a remoção de resíduos sólidos presentes no 
licor, 
 
 Após a digestão da bauxita, para garantir a 
qualidade do hidrato na precipitação. 
 
Os sólidos removidos encontram-se em uma 
mistura com o licor, que é bombeada para os 
lagos de resíduo de bauxita. 
Clarificação / Filtragem 
• A clarificação do licor é realizada em duas 
etapas: espessamento e filtragem. 
 
• Na primeira etapa, o licor é bombeado para o 
espessador. 
 
• Esse é um sistema de separação sólido-
líquido com duas saídas. 
Clarificação / Filtragem 
 
• Pela parte superior, o licor clarificado, é 
transbordado e enviado para um Tanque. 
 
• Na parte inferior encontra-se o resíduo de 
bauxita com alta concentração de sólidos. 
 
 
Clarificação / Filtragem 
 
• Para reduzir a perda da sodacontida no resíduo 
de bauxita, faz-se a passagem do resíduo por 
quatro lavadores. 
 
• No último deles, essa lavagem é realizada em 
contra-corrente. 
 
Clarificação / Filtragem 
 
• Dessa forma, o resíduo de cada lavador é 
bombeado para o próximo estágio de 
lavagem, enquanto que o licor é bombeado 
para o estágio anterior. 
Clarificação / Filtragem 
 O resíduo de bauxita do último lavador possui 
a menor concentração de licor, e é então 
enviada para os lagos de resíduo de bauxita 
por meio do misturador. 
 
 
 Na segunda etapa de clarificação, o licor é 
filtrado em filtros-prensa. 
 
Prédio da Clarificação / Filtragem 
 
Trocadores de calor / Evaporação 
 
 
 Antes de seguir para a etapa de 
precipitação, o licor verde da fase de 
clarificação passa por trocadores de 
calor. 
 
 
Trocadores de calor / 
Evaporação 
 
• Por meio da troca térmica são feitos, 
basicamente, o resfriamento do licor verde 
clarificado e o aquecimento do licor usado na 
etapa de precipitação, e que será adicionado 
na digestão da pasta de bauxita. 
Trocadores de calor / 
Evaporação 
 
• A utilização dos trocadores de calor é 
fundamental para a melhoria do 
consumo energético do processo. 
Trocadores de calor / 
Evaporação 
 O resfriamento do licor verde é realizado por 
meio da passagem por três tanques de 
flasheamento em série (chamados de flash 
alto, médio e baixo). 
 
 Parte da água em solução é extraída na 
forma de vapor, o qual é dirigido para os três 
aquecedores tubular para elevação da 
temperatura do licor usado. 
Trocadores de calor / 
Evaporação 
 
• O objetivo do prédio da evaporação é 
eliminar parte da água do licor usado, 
controlando o espaço dos tanques. 
Simultaneamente, a concentração cáustica é 
elevada antes de ser enviada para a digestão. 
 
Prédio Trocador de Calor / Evaporação 
Precipitação 
 Nesse ponto, o licor verde, livre dos sólidos 
não solúveis, deve ser reconvertido ao 
hidróxido de alumínio (hidrato). 
 
 
 Para iniciar a precipitação é inicialmente 
necessária a redução da temperatura do licor 
para aproximadamente 83ºC, por meio da 
passagem pelo condensador barométrico. 
 
Sistema de 
Precipitação 
 Ao sair do condensador barométrico, o licor 
segue para um tanque, onde é bombeado 
para os precipitadores e sempre mantido em 
agitação por um processo de injeção de ar 
comprimido na sua base, perfazendo todo o 
percurso, podendo durar de 24 a 30 horas. 
 
Precipitação 
 Uma das etapas mais importantes do processo 
 
 (porque a qualidade obtida pelo hidrato 
resultará, posteriormente, nas qualidades 
finais da alumina) 
 
 
2 NaAlO2 + 4 H2O →Al2O3.3H20 + 2NaOH 
 
 
Calcinação 
 Tem como objetivo principal a conversão do 
hidrato em uma mistura cristalina de formas 
alotrópicas de Al2O3, ou uma fase específica. 
 
 Inicialmente, o hidrato recém-chegado da 
precipitação é lavado e filtrado, seguindo 
para secagem, calcinação e posterior 
resfriamento. 
 
 
 
 
 
Calcinação 
 Nos filtros, o conteúdo de sódio solúvel cai 
para valores próximos à 0,04%, restando um 
hidrato com umidade de aproximadamente 
10%. 
 
 A parte úmida é então levada a um secador 
(~300ºC) para remoção da água adsorvida. 
 
 
 
Calcinação 
• Dessa mesma forma, o hidrato é 
transportado por todo o sistema de 
calcinação para ser então, descarregado 
no forno e direcionado ao vaso de 
retenção. 
Calcinação 
 
 Esse vaso opera com uma quantidade de 
alumina estocada, que se renova à medida 
que mais quantidade entra e outra 
quantidade sai. 
 
 As condições do forno e do vaso de retenção 
(nível e temperaturas de operação) ditam as 
características finais da alumina em 
produção. 
 
 
 
 
Calcinação 
 As temperaturas podem variar de 950ºC a 
1250ºC, dependendo da campanha de 
alumina e da taxa de produção. 
 
 Dessa forma, a reação de calcinação em 
questão é: 
 
2 Al2O3.3H2O(s)→ Al2O3(s) + 3H2O(v) 
Calcinação 
 
• O produto calcinado e ainda parte do material 
não-calcinado percorre uma série de dutos e 
ciclones, onde há uma constante seleção 
granulométrica e as partículas consideradas 
finas são redirecionadas a outros ciclones 
para reclassificação. 
 
Calcinação 
 
 
• Caso não esteja dentro das especificações do 
referido produto, esse material fino é 
coletado por um equipamento eletrostático, 
que armazena todo esse conteúdo. 
Prédio da 
Calcinação 
 O material, após encerrada a etapa de 
calcinação, é enviado a um resfriador, 
para posteriormente ser ensacado / 
embarcado. 
 
 
 
 
•Alumínio 
• O alumínio é produzido comercialmente há 
cerca de 150 anos e, nesse curto período, sua 
indústria se expandiu e está presente em seis 
regiões geográficas 
 
• África, América do Norte, América Latina, 
• Ásia, Europa e Oceania. 
 
Alumínio 
Alumínio 
 
• O Brasil é o sexto maior produtor mundial de 
alumínio primário, precedido pela: 
 
• China, 
• Rússia, 
• Canadá, 
• Estados Unidos e 
• Austrália. 
Alumínio 
• O Brasil, além da terceira maior jazida 
de bauxita do planeta, 
 
• é o quarto maior produtor de alumina 
 
• e ocupa a quinta colocação na 
exportação de alumínio primário/ligas. 
Alumínio 
 
 O alumínio em potencial é o metal mais 
abundante do mundo e, é o terceiro 
elemento mais abundante do planeta, 
atrás do oxigênio e silício. 
 
 Sua produção atual supera a soma de 
todos os outros metais não ferrosos. 
 
 
Alumínio 
• Aplicação no mercado interno: 
 
• Embalagens 
• transportes 
• segmentos de eletricidade, 
• construção civil, 
• bens de consumo, 
• máquinas e equipamentos e outros 
Características: 
 
 
 
• Baixa densidade; 
 
• Alta condutibilidade; 
 
• Resistência a corrosão; 
 
• Baixo custo para sua reciclagem, 
• aumenta sua vida útil e a estabilidade do seu 
valor; 
 
• Baixo Ponto de fusão. 
Redução 
Processo Hall - Heroult 
 Redução é o processo de transformação da 
alumina em alumínio metálico. 
 
 Em uma das aplicações, o óxido de alumínio é 
então levado às cubas eletrolíticas, de onde 
se obtém o alumínio metálico, por meio do 
processo de redução, que consiste em extrair 
o metal do óxido. 
 
Redução 
 Processo Hall - Heroult 
 
• A cuba eletrolítica constitui-se basicamente 
de um anodo de carbono, um catodo 
(alumínio fundido e blocos de carbono) e o 
eletrólito (ou banho) de criolita (NaF.AlF3) 
fundida onde é dissolvido o óxido de 
alumínio. 
 
Redução 
 Processo Hall - Heroult 
 
 A reação total, decorrente da passagem da 
corrente elétrica, que ocorre na cuba, 
consiste na redução do óxido de alumínio, 
liberando o alumínio metálico que é 
depositado no catodo, e na oxidação do 
carbono do anodo devido ao oxigênio 
liberado no processo. 
 
 
 
Redução 
 Processo Hall - Heroult 
 
 O alumínio metálico sai das cubas em estado 
líquido, a aproximadamente 800ºC, e é então 
transportado para o lingotamento, onde são 
ajustadas a sua composição química e forma 
física. 
Reação catódica 
Al3+ + 3e- → Al0 
 
 
Redução 
 Processo Hall - Heroult 
 
• 1) A alumina é dissolvida em um banho de 
criolita fundida e fluoreto de alumínio, 
decompondo-se em oxigênio; 
 
Reação Anódica 
3Al2O2
- → 3 Al0 + 3 O2 + 3e
- 
3C (eletrodo) + 3 O2 → 3 CO2 
Redução 
 Processo Hall - Heroult 
2) O oxigênio se combina com o ânodo de 
carbono, desprendendo-se na forma de 
dióxido de carbono, e em alumínio líquido, 
que se precipita no fundo da cuba eletrolítica; 
 
Reação Global 
2Al2O3 + 3C → 4 Al
0 + 3 CO2 
Redução 
 Processo Hall - Heroult 
3) O metal líquido (já alumínio primário) é 
transferido para a refusão através de 
cadinhos; 
 
4) São produzidos os lingotes, as placas e os 
tarugos (alumínio primário). 
 
Sala de Cubas 
 A voltagem de cada uma das cubas, ligadas 
em série, varia de 4 V a 5 V, dos quais apenas 
1,6 V são necessários para a eletrólise 
propriamentedita. A diferença de voltagem é 
necessária para vencer resistências do circuito 
e gerar calor para manter o eletrólito em 
fusão. 
 
 
 
Redução 
 Processo Hall - Heroult 
• Na prática, o Al é depositado no cátodo, com 
eficiência de 85-90%. 
 
• A perda na eficiencia deve-se, principalmente, 
à reoxidação do Al depositado no cátodo, 
pela ação do CO2 gerado no ânodo. 
 
2Al0 + 3 CO2 → Al2O3 + 3CO 
 
 
 
Minerais e Materiais 
Alternativo 
 
• Argila caulinítica 
• Alunita (KAl3(OH)6(SO4)2 
• Anortila (CaAl2Si2O8) 
 
 
Minerais e Materiais 
Alternativo 
• Bauxita é preferencial devido à: 
 
• Abundante ocorrência de jazidas de bauxita, que podem 
ser lavradas com baixo custo 
 
• Utilização do processo bayer 
 
• Depósitos se encontram em países em desenvolvimento 
com produção de energia elétrica a baixo custo 
 
 
 
Referência Bibliográfica 
 
• LUZ, A. B.; LINS, F. A. F, Rochas e Minerais 
Industriais: Usos e Especificações 2ª Edição 
CETEM RJ, 2008 pag 311 a 335