Propriedades e Obtenção do Alumínio

Trabalho dos Alunos: Gabriela, Ana Cristina, Vinicius, Guilherme e Yuri, 2 B - Etec Sapopemba - 1 sem 2011

Acredita-se que durante o nascimento do Sistema Solar o alumínio tenha se formado por meio de sucessivas colisões de átomos de hidrogênio em altas temperaturas e fortes pressões.

A história do alumínio está entre as mais recentes no âmbito das descobertas minerais e uma das razões é o fato de não se encontrar alumínio em estado nativo, e sim a partir de processos químicos.

Em 1808, HumphreyDavy provou a existência do alumínio, dando-lhe este nome e logo depois, o físico alemão Hans Christian Oersted se encarregou de produzir pequenas quantidades do metal.

A bauxita, minério que deu origem à obtenção de alumínio, foi identificada pela primeira vez em 1821, na localidade de LesBaux, ao Sul da França, por Berthier.

Em 1825 o alumínio foi isolado pelo químico Oersted e a primeira obtenção industrial do alumínio por via química foi realizada por Sainte-Claire Deville, em 1854.

O processo químico inicial utilizado por Deville foi substituído com sucesso pelo processo eletrolítico por meio de corrente elétrica, descoberto por Paul Louis ToussaintHeroult (Normandia-França) e Charles Martin Hall (Ohio-Estados Unidos).

As primeiras referências sobre a bauxita no Brasil estão nos anais de 1928, da Escola de Minas de Ouro Preto e a primeira utilização desse minério para a produção de alumina e alumínio no País, em escala industrial, foi feita em 1944, durante a 2ª Grande Guerra Mundial.

A obtenção do alumínio é feita a partir da bauxita, um minério que pode ser encontrado nos principais grupos de climas: o Mediterrâneo, o Tropical e o Subtropical, e efetua-se em três etapas: Mineração, Refinaria e Redução.

O processo químico denominado Bayer é o mais utilizado na indústria do alumínio. Neste processo, a bauxita é dissolvida em soda cáustica e, posteriormente, filtrada para separar todo o material sólido, concentrando-se o filtrado para a cristalização da alumina. Os cristais são secados e calcinados para eliminar a água, sendo o pó branco de alumina pura enviado à Redução para obtenção de alumínio, através de eletrólise, processo conhecido como Hall-Héroult.

A abordagem por processo é uma forma de contextualizar as ações da indústria do alumínio com foco na gestão ambiental, caracterizada pelo manejo eficiente dos recursos naturais e pela responsabilidade frente às gerações futuras.

Nessa linha, a gestão ambiental do processo de mineração de bauxita é a primeira etapa da cadeia e do compromisso da indústria do alumínio com o desenvolvimento sustentável.O alumínio é um metal comum conhecido por quase todos no planeta.

Utilizado na construção de máquinas e asas de avião; em ornamentos de cozinha e panelas e frigideiras; em latas de refrigerante e cerveja e bandejas de restaurantes; em caixilhos de janela e fiação elétrica; e bicicletas e pastas para guardar papéis, o alumínio é um material versátil.

Seu baixo peso,resistência à corrosão, condutividade de eletricidade e calor, e sua resistência, além de sua possibilidade de ser derramado, prensado ou laminado lhe garantiram uma presença cada vez maior em bens de consumo em todo o mundo.

Entretanto, o custo econômico aparentemente baixo do alumínio e sua onipresença não correspondem aos altos custos para o meio ambiente decorrentes de sua mineração e refinação: florestas destruídas, água contaminada com resíduos de alumínio, vales férteis e ecossistemas inexplorados submersos.

Os custos humanos da produção de itens conhecidos em alumínio também são altos: reassentamento de indígenas e agricultores, e sérios impactos sobre a comunidade e a saúde do trabalhador.

A conversão da bauxita, o minério de alumínio, em alumínio primário é também o processo industrial que mais consome energia no mundo, e os produtores de alumínio utilizam mais eletricidade do que qualquer outra indústria. A indústria do alumínio é um importante contribuinte para o aquecimento global.

Beneficiamento Industrial

Em 1917, surgiu a Companhia Paulista de Artefatos de Alumínio (CPAA), que registrou a marca Rochedo e iniciou a fabricação de placas fundidas para automóveis. Na década de 1930, a O. R. Muller, instalada em São Paulo, consolidou-se no ramo de produção de bisnagas de alumínio, utilizando matéria-prima importada. De fato, a incipiente indústria de transformação era totalmente dependente das importações do produto primário.

Lançamento da Pedra Fundamental da Elquisa (1934)

As primeiras referências sobre a bauxita no Brasil estão nos Anais de 1928 da Escola de Minas de Ouro Preto e nessa época ocorreram duas iniciativas concorrentes para implantar a produção de alumínio: a da Elquisa - Eletro Química Brasileira S/A, de Ouro Preto (MG) e a da CBA - Companhia Brasileira de Alumínio, de Mairinque (SP). Tais registros apontam que nesse período os primeiros quilos de alumínio primário foram produzidos no Brasil graças à perseverança de alguns empresários pioneiros, porém insuficientes para atender à demanda.

A Elquisa teve dificuldades de comercialização devido ao excesso de produção mundial de alumínio. Apenas em 1938, com o apoio do governo Vargas, começou em definitivo a produção do metal em Ouro Preto. Porém, sua primeira utilização para a produção de alumina e alumínio no País, em escala industrial, aconteceu em 1944, durante a 2ª Grande Guerra Mundial, consolidando a indústria no Brasil. Tal iniciativa partiu do grande empreendedor Américo Giannetti, que deu início à promissora história de uma indústria que, década após década, apresentaria uma evolução impressionante.

1º lingote de alumínio produzido pela Eletro Química Brasileira em Ouro Preto - MG

Em junho de 1950, a Elquisa foi adquirida pela AluminiumLimited do Canadá - Alcan, tornando-se assim a primeira empresa multinacional a participar do mercado brasileiro, produzindo não só o alumínio primário, como produtos transformados de alumínio.

A Companhia Brasileira de Alumínio - CBA, fundada em 1941, contava com as reservas de bauxita de Poços de Caldas, mas sua unidade industrial para a produção de alumínio primário acabou sendo localizada na área de Rodovelho, próxima de Sorocaba, onde a disponibilidade de energia elétrica e o combustível (lenha) eram mais abundantes. A empresa paulista foi uma das pioneiras que permaneceu até hoje.

Uma outra empresa que possui hoje uma posição de destaque na indústria transformadora de alumínio é a atual Laminação de Metais Clemente, fundada na década de 1940.

Em 1983, o Brasil passa de grande importador a um dos principais exportadores mundiais, graças aos grandes e contínuos investimentos das empresas do setor. Três anos depois, o país torna-se o quinto produtor mundial de alumínio primário.

Esses são apenas alguns dos resultados da união dos produtores primários e transformadores em torno de foro que na década de 70 levou à fundação da Associação Brasileira do Alumínio (ABAL) para discutir e conciliar os interesses comuns, com representação junto ao governo e à comunidade.

Propriedades químicas

Descoberto em 1825, o alumínio é produzido em quantidades maiores do que qualquer outro metal industrial, exceto o aço. Prateado, é resistente e leve, pouco suscetível à corrosão e reciclável.

Embora seja o metal mais abundante na crosta terrestre, não é fácil extraí-lo, pois só ocorre na forma de compostos (substância formada por dois ou mais elementos químicos). A maior parte do alumínio que utilizamos vem de um minério (rocha ou mineral que ocorre na natureza e contém um elemento químico metálico) chamado bauxita.

Bom condutor de calor, o alumínio não tem gosto nem cheiro, por isso é usado na forma de folhas na cozinha. O alumínio também costuma ser utilizado em aplicações que exigem economia de peso, como por exemplo, na estrutura do avião Concorde.

Em contato com o ar reveste-se de uma fina camada de óxido, que preserva o resto do metal da oxidação, mesmo que esteja exposto à umidade. Sua resistência aumenta quando figura em ligas com pequenas porcentagens de cobre e manganês, sendo nesta forma aplicado na aeronáutica e no automobilismo.

No comércio é encontrado em lingotes, folhas, tubos e fios, que são empregados na fabricação de diversas utilidades, tais como peças de automóveis, aviões, bicicletas, rádios, utensílios de cozinha, máquinas portáteis de furar e cortar, metros articulados, objetos artísticos, etc.

Substitui o cobre nas linhas transmissoras de energia elétrica, quando há necessidade de condutores de pouco peso e maior tenacidade, e em muitas peças de aparelhos elétricos. É também componente de importantes ligas metálicas, como o "metal Delta", e de alguns tipos de bronze.

Dos seus compostos, o óxido (coridon) é o mais duro dos metais, depois do diamante; o sulfato é usado nas indústrias de papel/no curtimento de peles e couros e como mordente; o cloreto é importante catalisador em química orgânica e na fabricação de óleos lubrificantes.

A criolita foi o primeiro minério empregado para a sua obtenção, mas hoje, está de lado em virtude do descobrimento das minas de bauxita, que contém o metal em maiores proporções.

A bauxita é encontrado em nosso país nos municípios de Ouro Preto, Mutuca e Poços de Calda, todos do estado de Minas Gerais. Outras fontes, porém, tem sido descobertas, mormente, na região de Carajás, ao Nordeste do país, onde se espera montar uma das maiores fábricas do mundo do produto, com colaboração japonesa. São grande produtores mundiais de alumínio a Alemanha, Estados Unidos, Canadá, Noruega, França e a ex-URSS.

Impacto Ambiental

Alumínio é o primeiro nome lembrado quando o assunto é reciclagem. A reciclabilidade é um dos principais atributos do alumínio e reforça a vocação de sua indústria para a sustentabilidade em termos econômicos, sociais e ambientais. O alumínio pode ser reciclado infinitas vezes, sem perder suas características no processo de reaproveitamento, ao contrário de outros materiais.

O alumínio pode ser reciclado tanto a partir de sucatas geradas por produtos de vida útil esgotada, como de sobras do processo produtivo. Utensílios domésticos, latas de bebidas, esquadrias de janelas, componentes automotivos, entre outros, podem ser fundidos e empregados novamente na fabricação de novos produtos. Pelo seu valor de mercado, a sucata de alumínio permite a geração de renda para milhares de famílias brasileiras envolvidas da coleta à transformação final da sucata.

A reciclagem do alumínio representa uma combinação única de vantagens. Economiza recursos naturais, energia elétrica - no processo, consome-se apenas 5% da energia necessária para produção do alumínio primário, além de oferecer ganhos sociais e econômicos.

Assim, com a reciclagem do alumínio ganha o país, os cidadãos e o meio ambiente.

A reciclabilidade é um dos atributos mais importantes do alumínio. Qualquer produto produzido infinitas vezes, sem perder suas qualidades no processo de reaproveitamento, ao contrário de outros materiais. O exemplo mais comum é o da lata de alumínio para bebidas, cuja sucata transforma-se novamente em lata após a coleta e refusão, sem que haja limites para seu retorno ao ciclo de produção. Esta característica possibilita uma combinação única de vantagens para o alumínio, destacando-se, além da proteção ambiental e economia de energia, o papel multiplicador na cadeia econômica.

A reciclagem de alumínio é feita tanto a partir de sobras do próprio processo de produção, como de sucata gerada por produtos com vida útil esgotada. De fato, a reciclagem tornou-se uma característica intrínseca da produção de alumínio, pois as empresas sempre tiveram a preocupação de reaproveitar retalhos de chapas, perfis e laminados, entre outros materiais gerados durante o processo de fabricação.

Este reaproveitamento de sobras do processo pode ocorrer tanto interna como externamente, por meio de terceiros ou refusão própria. Em qualquer caso representa uma grande economia de energia e matéria-prima, refletindo-se em aumento da produtividade e redução da sucata industrial.

A reciclagem de produtos com vida útil esgotada, por sua vez, depende do tempo gasto entre seu nascimento, consumo e descarte. Isto é chamado de ciclo de vida de um produto, que pode ser de 45 dias, como no caso da lata, até mais de 40 anos, no caso de cabos de alumínio para transmissão de energia elétrica. Em qualquer caso, o alumínio pode ser reciclado infinitas vezes.

Quanto mais curto for o ciclo de vida de um produto de alumínio, mais rápido será o seu retorno à reciclagem. Por isso, os volumes de reciclagem da indústria alcançaram índices expressivos, com a entrada da lata de alumínio no mercado O índice de reciclagem de latas de alumínio no País atingiu a marca de 78% em 2000, o segundo maior do mundo, superado apenas pelo Japão, determinado a expansão de um setor quase sempre marginalizado na economia, mas que movimenta volumes e valores respeitáveis: o da coleta e comercialização de sucata. Essa atividade assume um papel multiplicador na cadeia econômica, que reúne desde as empresas produtoras de alumínio e seus parceiros, até recicladores, sucateiros e fornecedores de insumos e equipamentos para a indústria de reciclagem. Trata-se de um setor que tem estimulado o desenvolvimento de novos segmentos, como o de fabricantes de máquinas para amassar latas, prensas e coletores e que atrai ainda ambientalistas e gestores das instituições públicas e privadas, envolvidos no desafio do tratamento e reaproveitamento de resíduos e também beneficia milhares de pessoas, que retiram da coleta e reciclagem sua renda familiar. Não é para menos que o mercado brasileiro de sucata de lata de alumínio movimenta hojemaisdeUS$100milhõesanuais. A reciclagem de alumínio cria uma cultura de combate ao desperdício. Difunde e estimula o hábito do reaproveitamento de materiais, com reflexos positivos na formação da cidadania e no interesse pela melhoria da qualidade de vida da população. O alto valor agregado do alumínio desencadeia um benefício indireto para outros setores, como o plástico e o papel. A valorização do alumínio para o sucateiro torna atraente sua associação com coletas de outros materiais de baixo valor agregado e grande impacto ambiental. Além disso, a perspectiva de reaproveitamento permanente chama a atenção da sociedade por produtos e processos limpos, criando um comportamento mais renovável em relação ao meio ambiente no País.

As fortes ligações entre o alumínio e o oxigênio na alumina possibilitam sua refinação em alumínio apenas utilizando enormes quantidades de energia – mais do que o necessário na produção de qualquer outro metal, ou na verdade, de qualquer outro processo industrial.

Através do processo chamado “Hall-Héroult”, a alumina é colocada dentro de células eletrolíticas, ou “cubas”, cheios de criolita fundida. Dentro de cada pote, uma corrente elétrica positiva é transportada pela criolita por meio de um ânodo de carbono submerso a uma temperatura acima de 1.200° C. Os átomos de oxigênio são atraídos para os ânodos de carbono, e o alumínio fundido pode então ser despejado do fundo do pote.

O processamento do alumínio primário é a fase mais poluente da cadeia de produção do alumínio, resultando em emissões atmosféricas, resíduos do processo, e outros resíduos da fase sólida. As emissões dos processos de redução do alumínio incluem o fluoreto de hidrogênio gasoso e fluoretos particulados, alumina, monóxido de carbono, elementos orgânicos voláteis, e dióxido de enxofre das células de redução; e fluoretos, elementos orgânicos vaporizados e dióxido de enxofre dos fornos de cozimento de ânodo. Uma variedade de dispositivos de controle como células fechadas e “wetscrubbers” (lavadores úmidos) são utilizados para reduzir emissões. Águas residuais geradas do processamento de alumínio primário são produzidas durante a clarificação e precipitação, embora grande parte desta água seja reutilizada no processo.

Dois tipos de ânodos podem ser utilizados durante o processo de redução – ou uma pasta de ânodo (chamada ânodo Soderberg) ou um ânodo pré-cozido. O ânodo Soderberg produz gases residuais, incluindo o fluoreto, que são mais difíceis de serem coletados, bem como quantidades significativas de PAHs (hidrocarbonetos aromáticos policíclicos), incluindo os carcinógenos conhecidos como o benzo[a]pireno (B[a]P). Estudos mostram que a presença de PAHs no ar ambiente pode estar associada a certos casos de câncer de bexiga em trabalhadores. Fundidoras que utilizam a tecnologia Soderberg estão lentamente removendo esta operação.

Os impactos de grandes concentrações de fluoreto foram altamente documentados. Ele acumula-se no meio ambiente, afetando florestas, o pasto, a criação de animais, e a vida selvagem. Em mamíferos, o envenenamento por fluoreto pode assumir a forma de fluorose dentária, esquelética ou sistêmica.

O flúor absorvido é retido nos tecidos ósseos do dente, e podem causar atrofia óssea e fluorose dentária, cujo principal sintoma é uma pigmentação laranja-marrom nos dentes. O fluoreto de hidrogênio pode causar danos respiratórios.

Descobriu-se que animais de fazenda que pastam regularmente em pastagens ao redor de fundidoras sofrem dessas indisposições. Um estudo de 1993 sobre os efeitos das emissões de gás fluoreto sobre as arvores coníferas revelou que o fluoreto de hidrogênio exerce um efeito sobre as coníferas até mil vezes maior do que outros gases ácidos.

A nação indígena Mohawk de Akwesasne (EUA, fronteira do Canadá) sofre as conseqüências da poluição por fluoreto devido a uma “Upstream” da fundidora da Reynolds (agora de propriedade da Alcoa). Dr. F. Henry Lickers, biólogo e diretor de meio ambiente da nação de Akwesasne declara “Até 1972, nós tínhamos efetivamente identificado o fluoreto como sendo o problema, e isso era proveniente da usina [de alumínio] na forma gasosa e particulada,

instalada sobre a vegetação na Ilha Cornwall consumida pelo gado. E os dentes apodreceriam na boca desses animais.” Mais tarde, declara Lickers, o gado morria. Pesquisadores também documentaram a presença de PCBs e de anormalidades nos sistemas nervosos e esqueléticos e nos pulmões dos homens, mulheres e crianças de Mohawk.

O processo eletrolítico também produz poeira, partículas em suspensão e dióxido de enxofre (SO2), que está presente no coque utilizado para preparar os ânodos. O SO2 é um grande poluente atmosférico que contribui para a formação de chuva ácida e neblina e fumaça ácidas.

Esse gás irrita o trato respiratório e também é consideravelmente prejudicial às plantas, com concentrações em torno de 0,03 ppm, causando lesões agudas na folhagem.

Um dos maiores problemas ambientais para a indústria do alumínio é o que fazer com os revestimentos gastos das cubas de fundição. Os revestimentos de aço gradualmente absorvem materiais do eletrólito fundido, e quando estão prontos para serem descartados após sua vida útil de três a oito anos, são contaminados com fluoretos e cianeto.

Seu volume é significativo são 20 toneladas de revestimentos gastos das cubas para cada 1.000 toneladas de alumínio produzido. Enquanto a indústria tentar encontrar formas de reutilizar revestimentos de cubas, como tem sido feito em caráter experimental na Austrália, eles são armazenados em locais de

usinas como resíduos tóxico.