Extração e processamento do minério ou reciclagem

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ENSINO DE QUÍMICA.
Extração e processamento do minério ou reciclagem.
Objetivo: Refletir sobre os custos do processo de obtenção do alumínio pelos
processos Bayer e Hall-Héroult e compará-lo com a sua reciclagem. Extração e
transformação do minério ou reciclagem.
Por exemplo, na pirometalurgia do ferro a utilização ininterrupta do alto-forno
consome uma quantidade muito grande de energia, mesmo considerando que uma
boa parte do calor gerado nas reações é utilizada no processo. Além disso,
formam-se produtos indesejáveis, escória, e uma quantidade muito grande de gás
carbônico, que é um dos gases do efeito estufa. A hidrometalurgia do cobre é um
processo menos danoso ao meio ambiente e economicamente mais viável, uma vez
que não utiliza altas temperaturas no processo, entretanto tem-se a necessidade de
aplicar um potencial para realizar a eletrólise.
Outro metal largamente utilizado que ainda não falamos é o alumínio, metal mais
comum na crosta terrestre, mas o elemento foi descoberto tardiamente. É ligado tão
firmemente em seu óxido que não há possibilidade de obter o metal livre pelos
meios habituais de redução com carbono (pirometalurgia). Berzelius e Humphrey
Davy tentaram isolá-lo por meio de eletrólise de sal fundido usando uma pilha
voltaica. Mas eles falharam!
O metal foi isolado pela primeira vez na Dinamarca no ano de 1825 e o homem
que fez isso foi Hans Cristian Oersted. Ele misturou cuidadosamente carvão e óxido
de alumínio e aqueceu-os ao calor de em um forno tubular. Na entrada de gás cloro,
formou-se cloreto de alumínio vaporizado, o qual foi condensado em amálgama de
potássio fora do forno e formou-se uma amálgama de alumínio-mercúrio. Quando o
mercúrio foi destilado, na ausência de ar, um metal, semelhante ao estanho,
permaneceu. O alumínio havia sido isolado! Friedrich Wöhler questionou Oersted se
ele realmente tinha obtido alumínio após a destilação de mercúrio. E por isso,
Whöler continuou o trabalho com o alumínio sem misturar mercúrio. Mas só
conseguiu obter o alumínio puro depois de 20 anos do trabalho de Oersted.
A grande disponibilidade do alumínio hoje em dia é resultado de uma colaboração
entre ciência básica e ciência aplicada. No século XIX, o alumínio era considerado
um metal raro e precioso, tanto que Napoleão impressionava seus convidados com
o uso de talheres de alumínio. Mas no final desse século com a queda do custo da
eletricidade e a descoberta de um método de redução eletrolítica pelo químico
francês Henri Sainte-Claire contribuíram para que o preço do alumínio metálico se
tornasse acessível. No entanto, a produção do metal em grande escala exigia um
método que utilizasse fonte de alumínio facilmente disponível e barata. Esse minério
é a bauxita que é composta por Al2O3. Esse novo método foi encontrado
independentemente em 1886 por dois jovens cientistas: um francês chamado Paul
Héroult, e o americano Charles Hall. Portanto, o processo ficou conhecido por
Processo Hall-Héroult.
A primeira etapa do processo de extração consiste na purificação da bauxita e
pode ser realizada pela digestão (aquecimento e dissolução) do minério moído em
presença de hidróxido de sódio:
Os materiais insolúveis como óxido de ferro(III) são filtrados e geram uma lama
vermelha. Ao esfriar, o óxido de alumínio branco tri-hidratado precipita, deixando o
que ainda restar de impurezas solúveis na solução. Então o hidrato é aquecido
fortemente em forno rotativo (semelhante ao utilizado na produção de cimento)
resultando em óxido de alumínio anidro.
Como seus íons possuem carga elevada, o Al2O3 possui uma energia de rede
muito grande e, portanto, um alto ponto de fusão (2040 oC). Então para eletrolisar o
óxido fundido era necessário encontrar um composto de alumínio com ponto de
fusão muito mais baixo. E foi isso que os dois cientistas fizeram anunciando,
simultaneamente, que esse composto era o mineral criolita (Na3AlF6 –
hexafluoroaluminato de sódio). Entretanto, há poucos depósitos de ocorrência
natural desse mineral e por isso a criolita precisa ser manufaturada.
A química detalhada que ocorre na célula eletrolítica ainda é pouco entendida, mas
o que se sabe é que a criolita deve agir como eletrólito e o óxido é dissolvido em
criolita fundida a cerca de 950 oC. Assim, o metal fundido é produzido no cátodo e o
oxigênio produzido no anodo oxida o carbono a monóxido de carbono e parte a
dióxido de carbono.
A produção do alumínio gera quatro subprodutos que acarretam grandes problemas
de poluição:
1. Lama vermelha altamente básica
2. Fluoreto de hidrogênio gasoso, produzido quando a
criolita reage com traços de humidade no óxido de
alumínio
3. Óxidos de carbono produzidos no anodo
4. Fluorocarbonos, produzidos pela reação do flúor com o
anodo carbono.
Algumas medidas são tomadas para minimizar a ação desses subprodutos no
ambiente como, por exemplo, a lama vermelha é separada por decantação em que
o componente líquido composto principalmente por solução de hidróxido de sódio é
neutralizada e o sólido que em sua maior parte é Fe2O3 pode ser usado no
processo de extração do ferro. Mas ainda assim, há o custo energético elevado. O
processo exige correntes de cerca de 3,5x104 Ampere a 6 Volts. Portanto, a
produção de 1 kg de alumínio consome aproximadamente 2 kg de óxido de
alumínio, 0,6 kg de carbono anódico, 0,1 kg de criolita e exige 16 kWh de
eletricidade.
A grande demanda de energia no processo de produção favorece países com
fontes de energia de baixo custo, mas não necessariamente os países que possuem
essa energia barata são produtores da bauxita. É por todos esses motivos
econômicos e ambientais que a reciclagem é crucial para o aumento do uso do
alumínio. O processo de reciclagem utiliza apenas uma fração da energia
necessária para extrair o alumínio da bauxita. Para você ter uma ideia, a reciclagem
de uma lata de refrigerante, que é de alumínio, pode poupar eletricidade suficiente
par aceder uma lâmpada de 100 watts com a qual você pode preparar suas aulas
por quatro horas!
Segundo dados da ABAL (Associação Brasileira do Alumínio) e Abralatas
(Associação Brasileira dos Fabricantes de Latas de Alta Reciclabilidade), o Brasil é
campeão de reciclagem de latas de alumínio desde 2001, reciclando 97,9% das
latas vendidas (números apurados em 2015) (Fonte:
http://www.latasa.ind.br/pt/institucional/processo-de-fabricacao acesso em 03 de
outubro 2019).
Fonte: Latasa reciclagem acesso em outubro de 2020.
O Brasil também recicla outros metais. Por exemplo, cada tonelada de aço
reciclado representa uma economia de 1,5 toneladas de minério de ferro + 0,65
tonelada de cal + 0,3 toneladas de calcário (Fonte:
http://cempre.org.br/artigo-publicacao/ficha-tecnica/id/1/latas-de-aco acesso em 03
de outubro de 2019).
Há, na verdade, dois processos diferentes de reciclagem de aço no Brasil. Um
voltado apenas para o reaproveitamento das latas de aço e outra, para uso das
siderúrgicas em geral. Ao chegar na usina de fundição ou siderúrgica a sucata vai
para fornos elétricos ou a oxigênio, aquecidos a 1550 oC, em média. Após atingir o
ponto de fusão e chegar ao estado de líquido fumegante, o material é moldado em
tarugos e placas metálicas, que serão cortados na forma de chapas de aço. A
sucata demora somente um dia para ser reprocessada e transformada novamente
em lâminas de aço usadas por vários setores industriais - das montadoras de
http://www.latasa.ind.br/pt/institucional/processo-de-fabricacao
http://cempre.org.br/artigo-publicacao/ficha-tecnica/id/1/latas-de-aco
automóveis às fábricas de latinhas em conserva. O material pode ser reciclado
infinitas vezes, sem causar perdas ou prejudicar a qualidade. 46,7% do total das
latas de aço consumidas no Brasil, em 2015, foram recicladas, incluindo 82% de
latas de aço para bebidas (latas de 2 peças). Cerca de 200 mil toneladas de latas de
aço pós consumo retornaram para o processo de reciclagem no país. Este índice
vem aumentando graças à ampliaçãode programas de coleta seletiva e educação
ambiental.
Frequentemente a Química é considerada a vilã da civilização e da modernidade,
nosso papel de educador em ciências, independente para qual faixa etária, é
também de desmistificar esse conceito e fazermos as conexões necessárias para
que o aluno entenda que a química está presente em tudo nas nossas vidas e não
apenas nas situações ruins.
Mais que isso, que a ação está em nossas mãos! Ou seja, nós podemos optar por
reciclar e por fazer o uso consciente da água, por exemplo, mas algo muitas vezes
nos impede. Por outro lado, o estudante muitas vezes enxerga a química como uma
disciplina maçante em que ele precisa memorizar fórmulas e nomes sem entender
para que.
Referências
Geoff Rayner-Canham e Tina Overton, Química inorgânica descritiva, 5ª edição, LTC, Rio de
Janeiro, 2015.
Per Enghag, Encyclopedia of the Elements, WILEY-VCH, Weinheim, 2004.