Produção de alumínio e zinco

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Universidade Federal de Alfenas
Físico-Química II 
Produção de Alumínio e Zinco
Guilherme Henrique Lima
2019
Figura 1 - Tabela Periódica dos Elementos.
Eletrólise
.Conceito: Condução de uma reação não-espontânea pela passagem de corrente 
elétrica.
.Tipos de eletrólise:
1) Eletrólise Ígnea: passagem de corrente elétrica por um composto iônico 
fundido.
2) Eletrólise Aquosa: passagem de corrente elétrica por uma solução aquosa.
Metalurgia
Conceito: Ciência que se dedica aos processos e técnicas de extração de metais até o 
produto final desejado.
- Metalurgia Extrativa:
1) Processos Eletrometalúrgicos
• Uso de corrente elétrica.
• Temperaturas baixas em meio aquoso (eletrólise aquosa).
• Temperaturas altas em fase fundida (eletrólise ígnea).
• Alta pureza.
Metalurgia
2) Processos Hidrometalúrgicos
• Uso de soluções aquosas ou solventes orgânicos.
• Baixas temperaturas (< 250 °C).
• Exemplo: lixiviação.
3) Processos Pirometalúrgicos
• Altas temperaturas ( >1600 °C).
• Fusão do conteúdo e separação em diferentes fases fundidas dentro do forno.
• Exemplo: Ustulação.
Alumínio
• Metal mais abundante - 8,23% de abundância na crosta terrestre.
• 3° elemento mais abundante em peso - depois do O e Si.
• Não ocorre na forma elementar na natureza.
• Ponto de fusão de 660 °C.
• Maleável.
• Resistente.
• Principal fonte de obtenção: bauxita. 
• Aplicações: compõe estruturas de aviões, navios, automóveis; construção civil; 
recipientes diversos; utensílios de cozinha; cabos elétricos.
Alumínio – Processo Bayer
Figura 2 - Etapas do 
refino da alumina.
Figura 3 - Procedimentos 
do processo Bayer.
Alumínio – Processo Hall-Héroult
- Processo Hall-Héroult:
• Obtenção do alumínio a partir da alumina (P.F.: 2.060 °C).
• Redução eletrolítica em criolita.
• Grau de pureza de pureza entre 99,5 e 99,9%.
• Processo ocorre a 950 °C.
• Endergônico (ΔrG > 0).
Alumínio – Processo Hall-Héroult
Criolita: aumentar a condutividade do meio.
• Bom solvente para a alumina.
• Bom condutor de eletricidade.
• Densidade menor que a do alumínio, nas temperaturas operacionais 
empregadas.
• Não reage quimicamente com os eletrodos.
• Não reage quimicamente com os produtos da eletrólise.
• Baixa pressão de vapor.
• Diminui o ponto de fusão da alumina.
Alumínio – Processo Hall-Héroult
Figura 5 - Esquema da física e 
química do processo Hall-Héroult.
Figura 4 - Etapas do 
processo Hall-Héroult.
Alumínio – Processo Hall-Héroult
Figura 6 - Cuba eletrolítica.
Alumínio – Processo Hall-Héroult
1) Dissociação da alumina na criolita: 
Al2O3 → 2Al
3+ + 3 O2-
2) Reação catódica: 
Al3+ + 3 e- → Al0 
4) Equações balanceadas:
2 Al2O3 → 4 Al
3+ + 6 O2-
4 Al3+ + 12 e- → 4 Al0
6 O2- → 3 O2 + 12 e
-
2 Al2O3 → 4 Al
0 + 3 O2
6 C + 6 O2 → 6 CO2
3) Reações anódicas:
2 O2- → O2 + 4 e
-
3 C + 3 O2 → 3 CO2
5) Reação global: 
2 Al2O3 + 3 C→ 4 Al
0 + 3 CO2
Zinco
• 24° elemento mais abundante em massa.
• Ponto de fusão: 420 °C.
• Maleável.
• Majoritariamente encontrado na forma de sulfeto (esfalerita) e óxido (zincita).
• Tecnologia mais empregada para a obtenção: RLE - “Ustulação-Lixiviação-
Eletrólise”.
• Aplicações: galvanização para evitar a corrosão; fabricação de ligas - usadas 
nas indústrias bélica, eletrodoméstica e automobilística.
Zinco - Obtenção
Figura 7 - Etapas da obtenção do zinco.
Zinco - Obtenção
Processo Eletrolítico - partindo da esfalerita (ZnS):
Ustulação:
• Injeção de oxigênio gasoso no concentrado de zinco.
• Temperatura do sistema entre 650 °C à 900 °C.
• ZnS(s) + 3/2O2(g) → ZnO(s) + SO2(g)
Lixiviação:
• 90% do zinco vindo da fase anterior está na forma de óxido.
• Ácido sulfúrico atua como agente lixiviante .
• Solubilização do ZnO.
• ZnO(s) + H2SO4(aq) → ZnSO4(aq) + H2O(l)
Zinco - Obtenção
Eletrólise:
• Deposição do zinco no cátodo.
1) Semi-reação de oxidação:
H2O(l) → 2H
+
(aq) + ½ O2(g) + 2 e
–
3)Reação Global:
Zn+2 (aq) + H2O(l) → Zn(s) + ½ O2(g) + 2H
+
(aq)
2) Semi-reações de redução:
Zn+2(aq) + 2e
- → Zn(s)
2H+(aq) + 2e
- → H2(g)
Comparação – Al e Zn
• Figura 8 - Série eletroquímica
Al3+ + 3 e- → Al0 E°r = -1,660 V
Zn+2 + 2e- → Zn0 E°r = -0,763 V 
EoredAl < E
o
redZn
Figura 8 - Série eletroquímica.
Comparação – Al e Zn
Diagrama de Ellingham: 
Figura 9 - Diagrama de Ellingham.
Comparação – Al e Zn
Diagrama de Ellingham simplificado:
ΔG° = ΔH° - TΔS°
y = b - xa
Reações de Oxidação: 
2 Al(s) + 3/2 O2(g) → Al2O3(s) ΔrG° ~ - 1100 KJ.mol
-1
Zn(s) + ½ O2(g) → ZnO(s) ΔrG° ~ - 540 KJ.mol
-1
Reações de Redução: 
Al2O3(s) → 2 Al(s) + 3/2 O2(g) ΔrG° ~ + 1100 KJ.mol
-1
ZnO(s) → Zn(s) + ½ O2(g) ΔrG° ~ + 540 KJ.mol
-1
Figura 10 - Diagrama de Ellingham simplificado.
Comparação – Al e Zn
Alumínio Zinco
Processos Bayer e Hall-Héroult Processo RLE
Extração a partir do óxido Extração comum do sulfeto e óxido
Eored menor E
o
red maior
ΔrG° maior de redução ΔrG° menor de redução
Matéria-prima mais estável Matéria-prima menos estável
Maior custo energético Menor custo energético
Tabela 1 - Comparação entre as obtenções de alumínio e zinco.
Referências
- DNPM/DIPLAM; USGS- Mineral Commodity Summaries–2014; International Aluminium 
Institute
- http://abal.org.br/aluminio/cadeia-primaria/
- file:///home/aluno-p067552/Downloads/7702-22025-1-PB.pdf
- https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/132748/mod_resource/content/1/MG%207.pdf
- http://brasilaluminio.com.br/pt/processos.php?id=1
- http://repositorio.unicamp.br/bitstream/REPOSIP/267614/1/Torres_ArmandoAntoniodeOli
veira_M.pdf
- http://mineralis.cetem.gov.br/bitstream/cetem/1049/1/13.BAUXITA%20novo.pdf
- https://culturalivre.com/producao_de_aluminio_extracao_da_bauxita_obtencao_eletrolise/
- Shriver, D.F. e Atkins, P.W. Química Inorgânica. Tradução da Ed. 3: Bookman, 2013.
- Lee, J.D. Química Inorgânica não tão concisa. Tradução da Ed. 5: Edgard Blücher. 
http://abal.org.br/aluminio/cadeia-primaria/
/home/aluno-p067552/Downloads/7702-22025-1-PB.pdf
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https://culturalivre.com/producao_de_aluminio_extracao_da_bauxita_obtencao_eletrolise/
Referências
http://web.ccead.pucrio.br/condigital/mvsl/Sala%20de%20Leitura/conteudos/SL_os_metais.
pdf
- file:///home/aluno-p067552/Downloads/6-93-1-PB.pdf
- https://sites.google.com/site/metalurgiaextrativa/
- https://sites.google.com/site/metalurgiaextrativa/home/conceitos-basicos/diagrama-de-
ellingham
- https://sites.google.com/site/metalurgiaextrativa/home/processos-metalurgicos/metalurgia-
extrativa-do-zinco
- https://sites.google.com/site/metalurgiaextrativa/home/processos-metalurgicos/metalurgia-
extrativa-do-zinco
Obs: Últimos acessos feitos em 31/10/2019.
http://web.ccead.pucrio.br/condigital/mvsl/Sala%20de%20Leitura/conteudos/SL_os_metais.pdf
https://sites.google.com/site/metalurgiaextrativa/
https://sites.google.com/site/metalurgiaextrativa/home/conceitos-basicos/diagrama-de-ellingham
https://sites.google.com/site/metalurgiaextrativa/home/processos-metalurgicos/metalurgia-extrativa-do-zinco
https://sites.google.com/site/metalurgiaextrativa/home/processos-metalurgicos/metalurgia-extrativa-do-zinco