Seminário de Física III - Produção de alumínio

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Produção de alumínio
Andréia Espirini
Bruna Cassim
Bruna Ribeiro
Carolina Yamamoto
Karina Hoher
Marina Martines
Patrícia Santos
Vitória Yamori
Sarah Gazzaneo
Química Industrial - Física III
Introdução
Características:
Leve 
Resistente 
Alto potencial de reciclagem
Fonte: Hydro no Brasil. Fatos sobre o Alumínio, 2013.
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Introdução
O alumínio é um dos elementos químicos mais abundantes da crosta terrestre, ficando para trás apenas do oxigênio e do silício.
Se a produção atual de alumínio fosse mantida, as reservas de bauxita durariam ainda por mais de cem anos.
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Fonte: Hydro no Brasil. Fatos sobre o Alumínio, 2013.
Introdução
Condutividade elétrica (σ) é usada para especificar o caráter elétrico de um dado material.
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Introdução
Apesar de ser um dos metais mais abundantes do planeta, o Alumínio não se encontra naturalmente na forma metálica.
Somente em 1824 que o dinamarquês Hans Christian Oersted conseguiu isolar o alumínio na forma como é hoje conhecido.
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Fonte: Recicloteca - Alumínio
Introdução
BAUXITA
É um composto de minerais que contêm diversas concentrações de óxidos de alumínio hidratados, bem como impurezas. Os minérios primários são a gibbsita (trihidrato de alumina), boemita e diásporo (monohidratos de alumina).
A bauxita, uma rocha encontrada geralmente próxima à linha do Equador é, hoje em dia, o único minério usado para fins comerciais de extração de alumínio.
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Fonte: Hydro no Brasil. Mineração de bauxita, 2013.
Extração da Bauxita
Remoção de rochas e argila para que a bauxita possa ser extraída.
A seguir, a bauxita é transportada para a usina, onde é lavada e britada, antes de ser transportada para o refino.
A lama é depositada em bacias de rejeitos que, após seu uso, são cobertas e recebem o plantio de espécies nativas, para restabelecer a vegetação natural do local.
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Fonte: Hydro no Brasil. Mineração de bauxita, 2013.
Principais mineradoras
As principais empresas produtoras do segmento metalúrgico são: 
Mineração Rio do Norte S/A (MRN) em Oriximiná (PA); 
Cia. Geral de Minas (Alcoa) em Poços de Caldas (MG); Cia. Brasileira da Alumínio (CBA) em Itamarati e Cataguases ambas em Minas Gerais; 
a Novelis do Brasil Ltda. em Ouro Preto(MG) e VALE com produção em Paragominas (PA).
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Fonte: Ministério de Minas e Energia. Relatório técnico 22, 2009.
A localização das principais minas de bauxita em relação aos principais clientes refinarias de alumina e fundição de alumínio primário.
BRASIL:
7,8% das reservas mundiais 
3º lugar na produção mundial
Minas de bauxita
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Fonte: Ministério de Minas e Energia. Relatório técnico 22, 2009.
Reservas e Produção de Bauxita (2013)
Reservas
Produção Mundial
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Fonte: Hydro no Brasil. Mineração de bauxita, 2013.
Meio Ambiente 
Quando a alumina é extraída da bauxita, o processo gera quantidade igual de resíduo de bauxita, também chamado de lama vermelha. Esta lama, que deve ser tratada adequadamente para proteger o meio ambiente, representa um desafio na produção da alumina.
Resíduos presentes na lama vermelha
Ferro
Titânio
Sílica
Traços de óxidos de V, Ga, P, Mn, Mg, Zn, Th, Cr, Nb 
Uma refinaria típica gera entre 0,5 e 2,0 ton de lama vermelha por ton de alúminio produzido
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Fonte: Hydro no Brasil. Mineração de bauxita, 2013.
Meio Ambiente 
Dentre os métodos de disposição a seco, o mais comumente aplicado à lama vermelha é o “drystacking”. 
Consiste na disposição progressiva da lama vermelha. A área de disposição é dividida em leitos de secagem, onde a lama vermelha é descarregada até atingir uma determinada altura, passando-se a seguir para o leito de secagem livre e assim por diante. Quando todos os leitos de secagem estiverem ocupados repete-se o ciclo, depositando uma nova camada de lama vermelha no leito de secagem inicial. O “dry-stacking” permite a diminuição da umidade através da evaporação e da drenagem.
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Fonte: Revista Matéria, 2007
Meio Ambiente 
Desafios ambientais causados pela lavra da bauxita:
Mudança da paisagem e impacto sob a biodiversidade, causados pela remoção e restabelecimento da vegetação.
Controle de erosão e drenagem superficial pela retirada de rochas e solo.
Distúrbios hidrológicos relacionados com a alteração do curso, qualidade e distribuição das águas.
Eliminação de resíduos.
Poeira e ruídos causados pela mineração e transporte.
Acesso a desmatamento e caça ilegal, além de outros desafios, com a abertura de novas áreas.
Em média, é necessário 1m² de terra minerada, incluindo estradas e infraestrutura, para se produzir uma tonelada métrica de alumínio.
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Fonte: Hydro no Brasil. Mineração de bauxita, 2013.
Aplicações na Indústria Química
Fabricação de latas: tanto as latas de cerveja, refrigerante e bebidas diversas como até mesmo as de tintas são feitas de alumínio. Isso porque sua fabricação é rápida, visto que ele conduz facilmente a eletricidade;
Aeronáutica: como ele é leve, possui baixa densidade e resiste à corrosão, é muito utilizado em equipamentos da aeronáutica;
Devido ainda à sua alta reatividade química o alumínio, quando finamente pulverizado, é utilizado como combustível para alguns foguetes e na produção industrial de explosivos.
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Fonte: Hydro no Brasil. Alumínio no dia-a-dia, 2013.
No revestimento em embalagens diversas, destacando-se as latas e as embalagens Tetra Pak;
Nas redes de transmissão elétrica. Ainda em menor proporção do que o cobre (a condutividade elétrica do alumínio é de cerca de 40% a do cobre) o seu uso se concentra nos meios de transmissão a longas distâncias, em vista do menor custo deste metal em relação ao cobre.
Aplicações na Indústria Química
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Fonte: Hydro no Brasil. Alumínio no dia-a-dia, 2013.
Aplicações Biológicas
 Hoje em dia, o principal composto de alumínio utilizado para fins medicinais é o hidróxido de alumínio, empregado no tratamento de úlceras e insuficiência renal. Além disso, algumas vacinas contêm compostos de alumínio, para torná-las mais eficientes. 
 Os sais de alumínio são utilizados em produtos cosméticos, como desodorantes, e funcionam como bloqueadores dos dutos de suor, reduzindo a quantidade de suor na superfície da pele.
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Fonte: Hydro no Brasil. Alumínio e saúde, 2013.
Curiosidades
Os gregos e os romanos da Antiguidade utilizavam compostos de alumínio como adstringentes, para uso medicinal, e para tingir roupas.
A superfície da lua é rica em alumínio.
Quando você recicla uma lata de alumínio, em apenas dois meses ela já está de volta ao mercado de bebidas como uma nova lata.
Rubis, esmeraldas e safiras consistem basicamente de compostos de alumínio cristalinos.
A energia poupada com a reciclagem de uma única lata de alumínio equivale a três horas de TV ligada.
Quatro pacotes de seis latas de alumínio podem suportar um automóvel de 1.815 kg
Na década de 1850, o alumínio valia mais que o ouro, pois, enquanto o preço do quilo de alumínio custava R$ 2.400 o do ouro custava somente R$ 1.300.
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Fonte: Hydro no Brasil. Curiosidades, 2013.
Obtenção do Alumínio
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Extração da Bauxita 
Encontrada em regiões tropicais;
Brasil: terceira maior reserva do mundo;
Composta por óxido de alumínio (Al2O3), sílica, dióxido de titânio, óxidos de ferro e silicato de alumínio
Mineração:
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Obtenção do Alumínio
2) Refinamento:
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Obtenção do Alumínio
3) Produção:
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Obtenção do Alumínio
Forno eletrolítico: Obtenção de alumínio através de eletrólise.
Alumina passa por um banho químico com criolita (Na3AlF6), P.F.
Como ocorre?
Devido a passagem de corrente elétrica na célula eletrolítica que faz com que o alumínio se separe da solução e o oxigênio seja liberado.
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Obtenção do Alumínio
Forno eletrolítico
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Obtenção do Alumínio
Forno eletrolítico:
Semirreação do cátodo: 4 Aℓ3+(ℓ) + 12 e- → 4 Aℓ(ℓ)
Semirreação do ânodo: 6 O2-(ℓ) → 12 e- + 3 O2(g)
3 O2(g) + 3 C(s) → 3 CO2(g)
2 Aℓ2O3(ℓ) → 4 Aℓ3+(ℓ) + 6 O2-(ℓ)
2 Aℓ2O3(ℓ) + 3
C(s) → 4 Aℓ (ℓ) + 3 CO2(g)
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Numa cuba, a eletricidade circula entre um pólo negativo (cátodo) e um pólo positivo (ânodo), ambos feitos de carbono. O ânodo reage com o oxigênio da alumina e forma gás carbônico.
Obtenção do Alumínio
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Obtenção do Alumínio
Alto custo energético!
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Obtenção do Alumínio
Alumínio
O alumínio líquido pode então ser fundido em lingotes de extrusão, lingotes de laminagem ou ligas de fundição para ser empregado no devido uso final.
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História da Reciclagem no Brasil:
Primeiros vestígios 
Preocupações pelo lixo excessivo no meio ambiente.
Reciclagem intensificada
540 mil toneladas
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Reciclagem do alumínio
Fonte: Educação cc. História e evolução da reciclagem no Brasil
Benefícios da Reciclagem
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Fonte: Hydro no Brasil. Reciclagem do alumínio, 2013.
Outras vantagens da Reciclagem
1 Kg de alumínio equivale a 900 embalagens de bebida de um litro;
1 Kg de alumínio reciclado equivalem de 4 a 5 Kg de bauxita poupados;
O processo de reciclagem consome apenas 5 % da energia utilizada para a produção do alumínio;
O alumínio pode ser reciclado infinitamente sem perder suas propriedades;
75 % de todo o alumínio produzido até hoje ainda está em uso e parte dele já passou por incontáveis ciclos de reciclagens.
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Fonte: Hydro no Brasil. Reciclagem do alumínio, 2013.
Ciclo da Reciclagem
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Fonte: ABAL - Reciclagem
Reciclagem no Mundo
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Fonte: ABAL - Reciclagem
Processo de Reciclagem: Etapas
 A coleta seletiva do lixo é de fundamental importância nesta etapa inicial, pois separa o lixo orgânico do reciclável.
Ocorre a separação das impurezas por separador magnético;
Todo alumínio é picotado;
Este material já limpo é fundido a 700ºC;
O processo de fundição gera o alumínio líquido;
O alumínio líquido é transformado em lingotes ou chapas de alumínio.
Na fabricação de produtos com alumínio reciclável, o processo dura de 30 a 40 dias.
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Fonte: ABAL - Reciclagem
Processo de Reciclagem
Fluxo Salino: Aglomeração de impurezas não metálicas, absorção de óxidos, processamento de drosses visando a uma melhor recuperação do metal e à retirada de impurezas metálicas.
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Fonte: Revista Escola de Minas. Vol 54, nº 2. Metalurgia e Materiais, 2001.
Etapas: Separação Magnética
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Fonte:
PROCESSO DE RECICLAGEM POR INDUÇÃO MAGNÉTICA
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Fonte: SANERTEL – Reciclagem de embalagens Tetra Pak
Material a ser reciclado
 O papel representa em média 75% em massa.
 O polietileno representa 20% 
 O alumínio 5%.
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Fonte: SANERTEL – Reciclagem de embalagens Tetra Pak
Separação dos materiais
Todos os materiais usados na fabricação das embalagens são recicláveis.
Grande desafio na reciclagem: separar as camadas de papel, plástico e alumínio com um processo de baixo custo.
Este processo por indução magnética consegue separar as três camadas de uma só vez e maneira rápida e limpa. 
A camada de papel pode ser retirada por um equipamento chamado hidrapulper.
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Fonte: SANERTEL – Reciclagem de embalagens Tetra Pak
Separação por indução magnética
O processo funciona pela decomposição térmica dos materiais que envolvem o alumínio.
O aquecimento do alumínio ocorre porque o campo magnético aplicado gera uma forte corrente elétrica no alumínio, causando o aquecimento por efeito Joule.
O alumínio não se oxida, pois o processo não contém fogo ou chama de ignição. No forno por indução as paredes são frias e o calor é gerado somente no alumínio devido ao campo magnético.
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Fonte: SANERTEL – Reciclagem de embalagens Tetra Pak
Referências Bibliográficas
Recicloteca - http://www.recicloteca.org.br/material-reciclavel/metal/aluminio (acesso dia 17/06/2016)
MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA - MME SECRETARIA DE GEOLOGIA, MINERAÇÃO E TRANSFORMAÇÃO MINERAL – SGM http://www.mme.gov.br/documents/1138775/1256650/P11_RT22_Perfil_da_Mineraxo_de_Bauxita.pdf/1713eb90-cbf9-42e5-a502-18abf47d9a1f
JONES, Chris J.; A Química dos Elementos dos Blocos d e f, Sociedade Brasileira de Química, Bookman, São Paulo/SP – 2002.
Texto SILVA FILHO, E.B., ALVES, M.C. M., DA MOTTA, M., Revista Matéria, v. 12, n. 2, pp. 322 – 338, 2007
Hydro no Brasil - http://www.hydro.com/
UFMG - http://ecologia.icb.ufmg.br
ABAL - http://www.abal.org.br/aluminio/processos-de-producao/reciclagem/
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