Aluminio E Suas Ligas.docx

ALUMINIO E SUAS LIGAS MINERALOGIA O alumínio provem do minério de bauxita, que contém mais de 40% de bauxita com Al2O3. Composição Principal: Os principais minerais são a gibbsita [Al(OH)3], o diásporo [AlO(OH)] e a boehmita [AlO(OH)].] Impurezas: As principais impurezas são a caulinita, quartzo (Si), hematita (Fe), goethita, rutilo (ti), anatásio.

AMBIENTE DE FORMAÇÃO A condição essencial para formação da bauxita é a existência de um clima tropical, decompondo silicatos e argilominerais. Desse modo, obtém-se maior taxa de formação da bauxita quando ocorre:   

Elevada porosidade na rocha; Topografia plana ou próxima; Longo período de estabilidade e intensa alteração climática;

observação: A laterização é resultado de processos erosivos em que sílica e cátions são lixiviados, resultando num solo com alta concentração de óxidos de ferro e alumínio.

PRINICIPAIS PRODUTORES Obtém-se a bauxita necessária à produção de alumínio a partir de reservas próprias, localizadas em poços de caldas e Itamarati / Minas Gerais e Porto de Trombetas / Pára.

PROCESSO BAYER 1889 – Karl Josef Bayer inventa o processo Bayer para a produção de alumina a partir da bauxita.

Figura 1 Modelo bayer (colocar filtração antes de lama vermelha e filtração)

1.Bauxita (BAYER) Existem dois tipos principais de bauxita no mundo, as bauxitas europeias e as latinas. A bauxita europeia por sua vez possui alto de ferro se comparado as latinas, gerando uma crosta ferruginosa ao redor do grão, dificultando seu processo de digestão.

2.Britagem E Moagem (BAYER) Conjunto de operações para redução das partículas minerais, aumentando assim a superfície de contato dos grãos, favorecendo as reações químicas no processo de digestão.

3.Secagem (BAYER) Eliminação da água do minério.

5.Moagem (BAYER) A segunda moagem, visa a diminuição dos grãos de bauxita ricos em ferro.

6.Classificação (BAYER) A separação granulométrica dos grãos, maiores que 100# e menores que 100#, os maiores são levados novamente a moagem para cominuição dos grãos, enquanto que os menores são levados para a digestão. 2

7.Digestão (BAYER) Nas bauxitas latinas o processo de digestão, ocorre por ataque químico em contato do hidróxido de alumino (bauxita) com o NaOH (soda caustica), produzindo NaAl(OH)4 sem a presença da sílica. Nas bauxitas europeias o processo de digestão ocorre por difusão, processo lento e custoso, devido a presença da crosta ferrosa que impede a reação por ataque químico. Fatores que influenciam na digestão (autoclave):   

+ Solubilidade de Al2O3 + Concentração de Na2O +Temperatura

observação: A sílica atua precipitando sobre a forma de hidróxido de sodalita, gerando perda de Na2O e diminuindo a solubilidade de Al2O3.

8.Licor (BAYER) Substância contendo NaAl(OH)4

8.Lama Vermelha (BAYER) São resíduos gerados no processo de digestão do espessamento contendo impurezas como ferro, sílica e titânio e outros.

9.Precipitação (BAYER) Nesta fase é observado a precipitação de Al2O3.3H2O dada pela diferença entre solubilidade inicial, menos a final. Exemplo: 250g/L de solubilidade passando para 50g/L, logo é gerado 200g de precipitado. Fatores que influenciam na precipitação (precipitador):   

- Solubilidade Al2O3 - Concentração de Na2O -Temperatura

10.Calcinação (BAYER) Eliminação de substância voláteis, como a água do alumínio, gerando Al2O3 com concentração de 98% de alumínio.

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PROCESSO HALL-HÉROUT Neste processo a alumina é produzida por redução eletrolítica, sendo dissolvida em banho de fluoretos fundidos a 960c dentro das chamadas cubas eletrolíticas. A cuba possui dois componentes principais, os anodos (parte superior) e catodos (parte inferior). Como ocorre o processo: 1. A alumina é dissolvida em banho de criolita fundida e fluoreto de alumínio em baixa tensão, decompondo-se em oxigênio. 2. O oxigênio se combina com o anodo de carbono desprendendo-se na forma de dióxido de carbono e alumínio liquido, que se precipita no fundo da cuba eletrolítica. 3. O alumínio liquido é então retirado da cuba por cadinhos através de sinfonamento e levado aos chamados fornos de espera para a produção dos lingotes.

Efeito Anódico Ocorre quando a queda na concentração de alumina (5% para 2% de alumina), aumentando a tensão e consequentemente a resistência na passagem de corrente elétrica, gerando filmes de gases (CO e CO2) no ânodo, aumentando a resistência do circuito. Solução: sopro a ar seco ou injeção de alumina

Perda de rendimento A perda de rendimento pode ocorrer a partir da diminuição do espaçamento entre o anodo e o catodo, onde começam a serem geradas pontes metálicas, impedindo a separação do alumínio, por isso deve se encontrar um espaçamento ideal.

Gases Os gases originados dos catodos, podem ser tratados através do processo de lavagem de gases (G < 90; Pó~50) e também por adsorção gasosa a seco (G - 99% e Pó 90 a 99%). No processo de lavagem a seco, ocorre a pirolise que converte parte do gás em ácido fluorídrico retornando a eletrolise. No processo de adsorção são adicionados Al2O3 para retenção de partículas de gás com presença de flúor, para serem adicionados novamente a cuba eletrolítica.

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REFINO DO ALUMINIO É feito pelo processo de Refino eletrolítico, em que ocorre a dissolução de um metal de valor ‘impuro’ em um eletrólito, por meio de reações eletroquímicas, seguida pela redução eletrolítica ‘seletiva’, exclusivamente do íon do metal que está sendo refinado. Para a produção de alumínio puro são adicionados:  

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Adiciona-se Cobre (30%) ao alumínio impuro para aumentar a sua densidade e outros elementos para diminuir a temperatura de trabalho ; O eletrólito é mais denso (inferior) que o material catódico (superior);