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Experimento 2: Preparao de um composto de alumnio a

partir da bauxita

Objetivos

- Investigar as propriedades cidas e bsicas dos xidos de alumnio, ferro e

silcio da bauxita e o seu uso na purificao do xido de alumnio.

A produo de alumnio metlico envolve dois estgios: 1) a extrao, purificao

e desidratao da bauxita (Al2O3.nH2O, que contm xidos de Fe e de Si,

principalmente) e 2) a eletrlise do Al2O3 (xido de alumnio ou alumina).

Um dos problemas cruciais na produo do alumnio por eletrlise eliminar o

ferro, principalmente, e o silcio do minrio a etapa da purificao. Os teores de ferro

e silcio variam de acordo com a procedncia da bauxita. O procedimento

desenvolvido para essa purificao baseia-se no fato de que o xido de alumnio

anftero, enquanto o de silcio cido, e de ferro basico. A bauxita pois tratada

pelo processo Bayer, que envolve a sua dissoluo em soluo concentrada de soda

custica (NaOH). Desta forma, os xidos de alumnio e silcio dissolvem-se e o xido

de ferro, insolvel, eliminado por filtrao:

Em seguida, o Al(OH)3 hidratado precipitado por tratamento da soluo com

CO2 (aq) (lembre-se de que CO2 + H2O H2CO3). Como o Na2Si(OH)6(aq) no reage

com cido, ele permanece em soluo. A calcinao do Al(OH)3 a 1200o C, gera o

Al2O3 para a eletrlise.

Este processo de purificao resulta em um produto suficientemente puro

para preparar o alumnio metlico. Entretanto, para a industria de corantes

necessrio excluir at os traos de ferro que estejam presentes no sal de alumnio

usado. Essa purificao pode ser feita atravs da cristalizao de um sal duplo,

conhecido como almen (sulfato de alumnio e potssio dodecaidratado

KAl(SO4)2.12H2O). Podem-se obter cristais de grandes dimenses.

A produo do alumnio metlico a partir da bauxita purificada feita

atravs da eletrlise do Al2O3 dissolvido em criolita (Na3AlF3), temperatura de 940-

980o C, em uma cela de ao. O alumnio metlico produzido no catodo e oxignio,

no anodo. O alumnio produzido vai para o fundo da cela e removido periodicamente.

Al2O3 + SiO2 + Fe2O3 + NaOH(30%) NaAl(OH)4 (aq) + Na2Si(OH)6 (aq) + Fe2O3 (s)190

oC

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O custo da produo do alumnio metlico mantm seu preo de mercado alto.

Para produzir 1 kg de alumnio so necessrios aproximadamente 144 kWh (kilowatt

hora) de energia eltrica. Apesar do alto custo, o alumnio bastante usado na

manufatura de latas para acondicionar bebidas, porque leve e assim, barato para

transportar. Uma latinha de alumnio pesa mais ou menos 17 g, enquanto que uma

lata feita de lmina de ao com tampa de alumnio, de capacidade semelhante, pesa

por volta de 38 g, e uma garrafa de vidro, 185 g. A reciclagem do alumnio

importante por pelo menos duas razes: econmica e ecolgica. De fato, os requisitos

energticos para a preparao de uma lata de alumnio por reciclagem so apenas 5%

da energia necessria para produzir a lata a partir da bauxita e, alm disto, o tempo de

vida mdio previsto de uma lata de alumnio abandonada na rua 100 anos!

O alumnio metlico dissolve-se rapidamente a quente em solues aquosas

de hidrxido potssio, com a formao de hidrxido de alumnio e potssio, como

resultado da oxidao do alumnio e reduo de ons H+ da gua em H2. O

tetraidroxoaluminato de potssio (ou aluminato de potssio) pode ser facilmente

transformado em diferentes compostos de alumnio. O sulfato de alumnio e potssio

dodecaidratado (KAl(SO4)2.12H2O), conhecido como almen um deles. Este

composto extremamente til na industria txtil, pois fonte de Al(OH)3, que um

mordente, isto liga-se ao tecido e s molculas de corante, fixando o corante no

tecido.

Materiais e reagentes

2 bqueres de 100 mL Funil de Bchner

1 vidro de relgio Bomba de vcuo

4 bqueres de 200 mL KOH 2 mol L-1

1 Funil de filtrao simples H2SO4 3 mol L-1

4 tubos de ensaio NH4SCN 0,1 mol L-1

2 provetas de 25 mL lcool etlico gelado

1 suporte para funil Trip e tela de amianto

4 conta-gotas Gelo

1 bquer de 250 mL Kitassato

Papel de filtro qualitativo Papel indicador de pH

Estante para tubos Basto de vidro

BaCl2 0,1 mol L-1 FeCl3 0,1 mol L

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Procedimento experimental

ATENO: solues bsicas so altamente corrosivas. Cuidado com a pele e

os olhos. USE CULOS DE SEGURANA.

Pese 5,0 g de bauxita em um bquer de 200 mL. Adicione 15 mL de gua,

seguidos de 25 mL de soluo de KOH (2 mol L-1). Aquea, com agitao, at

prximo da ebulio, mantendo a mistura nestas condies durante 20 min, se

necessrio adicione gua destilada periodicamente para repor as perdas de

volume por evaporao.

Em um tubo de ensaio adicione 1 mL da soluo de cloreto de ferro (III) a

adicione algumas gotas de tiocianato de amnio (NH4SCN - 0,1 mol L-1).

Observe e anote.

Com o resfriamento da mistura, comea a ocorrer a decantao de um slido.

Retire algumas gotas desta mistura e teste a presena de ferro pela adio de

algumas gotas da soluo de NH4SCN. Quando a soluo estiver fria, filtre e

recolha o filtrado em um bquer.

Adicione lentamente ao filtrado H2SO4 3 mol.L-1 at pH 7-8 (controle o pH

utilizando o pHmetro ou papel indicador universal). Aquea a mistura por cerca

de 10 min para floculao do precipitado. Filtre o slido (filtrao simples).

Lave o filtrado com gua quente at nao observar a presena de ons SO42- por

meio de teste com soluo de cloreto de brio.

Coloque o slido obtido em uma placa de Petri de massa conhecida deixe-o

secando at a aula seguinte 100-110 oC e pese-a.

Questes.

Escreva as equaes qumicas balanceadas do processo de digesto da bauxita

em soluo de potassa quente. Descreva a estrutura da espcie de alumnio

formada em soluo.

O grfico ao lado relaciona a solubilidade do

hidrxido de alumnio em funo do pH do meio.

Considere esse grfico e responda por que o cido

sulfrico 3 mol L-1 deve ser adicionado ao filtrado at

que pH seja aproximadamente 7.

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Como ser calculada a porcentagem de alumnio na bauxita?

O principal contaminante do minrio de alumnio e o xido de ferro(III). No

processo de digesto em meio alcalino, por que os xidos de alumnio e ferro(III)

so separados? Seria possvel separ-los se a digesto fosse feita em meio

cido? Justifique.

Escreva a equao qumica balanceada de precipitao do hidrxido de alumnio a

partir da acidificao do filtrado com cido sulfrico.

Onde ficam as reservas brasileiras de bauxita? Qual o teor aproximado de

alumnio do minrio proveniente de cada uma delas? Quais so as companhias

que produzem alumnio metlico no Brasil? Qual a nossa produo anual de

alumnio?

Faa um levantamento das aplicaes industriais do alumnio.

Referncias

1. Atkins, P. W; Jones, L. Princpios de qumica questionando a vida moderna

e o meio ambiente. 3 ed. Porto Alegre:Bookman, 2006.

2. Russell, J. B. Qumica geral. 2 ed. So Paulo: Makron Books, 1994, v. 1.

3. Constantino, V. R. L., Araki, K., Silva, D. O., Oliveira, W., Quim.Nova, 2002,

25, 490-498.