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Alumínio – Dados Gerais
Produção de Alumina - Processo Bayer
Eletrólise da Alumina – Processo Hall- Heroult
Alumínio
Etapas da metalurgia extrativa do alumínio :
Alumínio
Custos de produção de cada processo da metalurgia extrativa
do alumínio
Alumínio
Processo de produção da alumina (Al2O3)
Principal fonte de alumínio: Bauxita
Bauxita : Conjunto de um ou mais minerais de alumínio, constituídos,
basicamente, por hidróxido de alumínio : gibsita, boemita e diasporita
Os maiores depósitos de bauxita encontram-se em:
• Jamaica, Suriname, Gana, Serra Leoa, Austrália, Rússia e Hungria
Alumínio
Alumínio
Alumínio
Propriedades da gibsita, boemita e diasporita
Alumínio
Moega
Alimentador
de Sapatas
Britador
Secundário
Britador
Primário
Barragem de
Rejeito
Rejeito
Pilha de Minério
Beneficiado
FLUXOGRAMA de PRODUÇÃO – Miraí
Scrubber
Silo
Alimentador
de Sapatas
Peneira
Secundária
Peneira
Primária
Alumínio
Alumínio
Composição típica da bauxita
Alumínio
Extração de alumina da bauxita : Processo Bayer
Processo desenvolvido por Karl Josef Bayer, em 1892
Processo Bayer
Alumínio
Processo Bayer
Alumínio
Processo Bayer - Lixiviação da bauxita
Tamanho média da bauxita após pré-tratamentos de britagem e de
moagem : 60 – 100 mesh
Aproximadamente:
• 2 t bauxita = 1 t Al2O3 + 1 t lama vermelha = 0,5 t Al
Reações típicas :
• Al(OH)3 + OH- = [AlO(OH)2]- + H2O
• AlOOH + OH- = [AlO(OH)2]-
Alumínio
Processo Bayer - Lixiviação da bauxita A etapa de lixiviação da bauxita é efetuada em autoclaves
Alumínio
Processo Bayer - Lixiviação da bauxita A etapa de lixiviação da bauxita é efetuada em autoclaves
Alumínio
Processo Bayer - Lixiviação da bauxita
Os parâmetros empregados na lixiviação estão associados aos
minerais presentes na bauxita
Alumínio
Processo Bayer - Lixiviação da bauxita
Distribuição das impurezas
Alumínio
Processo Bayer - Lixiviação da bauxita Precipitação da solução resultante da lixiviação
Alumínio
Processo Bayer - Lixiviação da bauxita Precipitação da solução resultante da lixiviação
• O processo de precipitação da solução resultante da lixiviação ocorre em
tanques de precipitação
Alumínio
Processo Bayer - Calcinação do hidróxido de alumínio
O processo de calcinação de hidróxido de alumínio é efetuado em
fornos rotativos e, em certos casos, em leitos fluidizados
O processo de calcinação é efetuado, aproximadamente, a 1000°C
2 Al(OH)3 Al2O3 + 3 H2O
Alumínio
Processo Hall - Héroult
Alumínio
Eletrólito
A criolita (Na3AlF6) corresponde ao melhor meio para a eletrólise da
alumina (redução eletrolítica), pelos seguintes motivos:
• É um bom solvente para a alumina
• Possui um potencial de decomposição superior ao da alumina
• É um bom condutor de eletricidade
• Possui um baixo ponto de fusão
• Possui boa fluidez
• Possui uma densidade inferior à do alumínio, nas temperaturas
operacionais empregadas
• Possui uma baixa pressão de vapor
• Não reage quimicamente com os eletrodos
• Não reage quimicamente com os produtos da eletrólise
Processo Hall - Héroult
Alumínio
Eletrólito
Processo Hall - Héroult
Alumínio
Eletrólito
A solubilidade da alumina é função da composição do eletrólito e da
temperatura de operação
A relação NaF/AlF3 é denominada razão da criolita e apresenta
valor igual a 3, para a condição de criolita no estado puro
NaF/AlF3 Eficiência de corrente
NaF/AlF3 Volatilização do eletrólito
NaF/AlF3 = 2 a 3
Temperatura de operação = 940 °C a 980 °C
Processo Hall - Héroult
Alumínio
Eletrólito
Diversos aditivos são incorporados ao eletrólito (criolita), no intuito de
permitir uma redução na temperatura de operação da cuba
eletrolítica e de conduzir a um incremento na eficiência de corrente
AlF3
• Reduz o ponto de fusão da criolita
• Neutraliza a soda presente na alumina (0,6% Na2O), resultando em
criolita
MgF2, LiF, NaF, LiF
• Reduz o ponto de fusão da criolita
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Alumínio
Efeito da corrente
Valores de tensão e de corrente empregados:
• Tensão: 800V
• Corrente: 34000 a 130000A
A eficiência de corrente é função das seguintes variáveis:
• Temperatura do banho
• Razão da criolita
• Distância anodo-catodo
• Densidade de corrente
Teoricamente
• 1kAh de corrente elétrica = 0,3356 kg Al
Na prática
• 85% - 95% de eficiência de corrente
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Alumínio
Efeito da corrente
Teoricamente
• 1kAh de corrente elétrica = 0,3356 kg Al
Na prática
• 85% - 95% de eficiência de corrente
Motivos
• Solubilidade do alumínio no próprio eletrólito (0,1%, aprox.)
– Al + 3NaF = 3Na + AlF3
– 2Al + AlF = 3AlF
– 2Al + 3CO2 = Al2O3 + 3CO
• Reação química entre o alumínio líquido e a superfície do catodo,
formando carbeto de alumínio
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Alumínio
Consumo de energia por kg de alumínio produzido
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Alumínio
Anodos
Cuba eletrolítica com anodos pré-cozidos
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Alumínio
Anodos
Cuba eletrolítica com anodos Söderberg
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Alumínio
Anodos pré-cozidos
São formados a partir de mistura de coque de petróleo, anodos
moídos já utilizados e piche. Tal mistura, após um processo de
prensagem, é aquecida a, aproximadamente, 1100 °C, em fornos
aquecidos a gás ou a óleo.
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Alumínio
Anodos Söderberg
São formados a partir de mistura de coque de petróleo e piche.
Tal mistura é adicionada a um recipiente de aço com dimensões
aproximadas de 6-8 m de comprimento, por 2 m de largura e 1 m de
altura.
O calor proveniente do eletrólito e da corrente elétrica efetuam o
cozimento da mistura, à medida que esta vai se desenvolvendo no
interior do recipiente, de modo a permitir a contínua substituição do
anodo posicionado na base do recipiente.
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Alumínio
Catodos
O alumínio líquido depositado na porção inferior da cuba eletrolítica
corresponde ao catodo da cuba.
O contato é efetuado a partir de barras de ferro fixadas à camada de
carbono abaixo do alumínio líquido
Os blocos de carbono são produzidos, basicamente, a partir de
carvão do tipo antracito, que é calcinado a, aproximadamente,
1200°C, moído e misturado com piche, moldado na forma de um
bloco e, finalmente, cozido entre 600 °C e 800°C.
O consumo de catodo é de, aproximadamente, 0,02 a 0,04 kg de
catodo por kg de alumínio produzido.
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Alumínio
Alumínio
Refino do alumínio
O alumínio produzido pelo processo Hall-Héroult apresenta um grau
de pureza que varia de 99,5% a 99,9%.
As principais impurezas presentes são silício e ferro. Alumínio com
pureza superior a 99,99% é obtido a partir de processo de refino do
alumínio gerado através da redução eletrolítica.
Existem 2 tipos de processo de refino empregados industrialmente:
refino eletrolítico e processo de segregação.
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Alumínio
Refino eletrolítico.
Temperatura de banho : 740 °C a 1000 °C
Anodo : Al + 25-33% Cu (densidade maior)
Eletrodo : mistura de fluoreto de sódio com fluoreto de alumínio
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Alumínio
Processo de Segregação
Processo industrializado inicialmente pela empresa Pechiney, em
1975.
Pureza atingida : 99,98% a 99,99%
Existem 2 tipos de processos de segregação:
• Processo de cristalização fracionada
• Processo de solidificação direcionada
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Alumínio
Aspectos ambientais - Fluoretos
A quantidade de fluoretos emitidos das cubas eletrolíticas é da
ordem de 30 kg por tonelada de alumínio produzido (2,4 milhões de
toneladas de fluoretos emitidos, mundialmente, ao ano).
Fontes de fluoretos:
• Volatilização de AlF3 do eletrólito
• Reação do íon flúor com a umidade do ar, conduzindo à formação de HF
• Operação inadequada da cuba eletrolítica
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Alumínio
Aspectos ambientais - Fluoretos
Existem sistemas que permitem a recuperação dos fluoretos
emitidos, de maneira a possibilitar a redução no teor destes de uma
faixa de 400 mg/m3 para uma faixa de 0,5 mg/m3
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Alumínio
Aspectos ambientais – Grafite (catodo)
Após certo período de utilização, o grafite que atua como catodo da
cuba eletrolítica se deteriora e tem que ser substituído.
O resíduo resultante é perigoso, pois contém a presença de cianetos,
que são solúveis em água.
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Alumínio
Aspectos ambientais – Grafite (catodo)
Existem potenciais rotas para a utilização do resíduo proveniente dos
catodos:
• Recuperação e reutilização dos compostos de fluoretos e de carbono
presentes.
• Utilização como material fluxante na indústria do aço.
• Destruição dos cianetos em soluções submetidas a elevadas condições
de temperatura e pressão.
• Britagem, moagem e mistura com CaSO4 e posterior injeção em fornos,
para a formação de CaF2
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Alumínio
Aspectos ambientais – Drosses
Formadas na superfície do metal líquido, em contato com a
atmosfera. Aproximadamente 5% do metal líquido é perdido na forma
de drosses, sendo que, aproximadamente, 75% do Al contido nas
drosses estão na forma oxidada, na forma de gotículas.
A remoção do Al contido nas drosses é efetuado através de fusão
em fornos rotativos aquecidos a óleo ou a gás, empregando a adição
de sais que conduzem a maiores rendimentos de recuperação, tais
como NaCl e KCl.
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