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Alumínio, Alumina e Reciclagem

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Apresentação em tema: "Alumínio, Alumina e Reciclagem"— Transcrição da apresentação:

1 Alumínio, Alumina e Reciclagem
Universidade Federal de São Carlos Departamento de Engenharia Química Prof. Luiz Márcio Poiani Alumínio, Alumina e Reciclagem Denise Cervilha de Freitas Filipe Ângelo dos Santos Michele Aguilera Yumi Fusse Madeira

2 SUMÁRIO Introdução Refinaria Redução Reciclagem Processo Bayer
Processo Hall-Héroult Reciclagem

3 INTRODUÇÃO Importância do Alumínio Matéria-prima Divisão do processo
Mineração Refinaria Redução Extração da bauxita

4

5 MOAGEM Blendagem Moinho de martelos Moinho de barras
Homogeneização Moinho de martelos Moinho de barras Licor de NaOH proveniente do processo Separador de impurezas Granulometria ideal  estocagem em tanques com bombas recirculantes e pás rotativas

6 NaOH + Al(OH)3  NaAlO2 + 2 H2O
DIGESTÃO Digestores (reatores tipo autoclave) Dissolução do Hidróxido de Aluminio NaOH + Al(OH)3  NaAlO2 + 2 H2O T ≥ 140oC, P ≥ 400kPa Reação do NaOH com impurezas como SiO2, P2O5, CO3. Maior perda de processo – reação da kaolinita (Al2O3.2SiO2.2H2O) com o NaOH

7 TANQUES “FLASH” Resfriamento por expansão a baixa pressão
O vapor proveniente é utilizado para pré-aquecer a solução de soda cáustica que vai para os digestores.

8 FILTRAÇÃO Decantação – separação da parte sólida (Lama).
Filtro de pressão tipo Kelly – solução cáustica purificada rica em aluminato.

9 PRECIPITAÇÃO Novo resfriamento “flash” a vácuo. Trocadores de calor
Aglomeração dos sólidos da semente NaAlO2 + 2H2O  NaOH + Al(OH)3 T≤80o C, P = 100kPa Tanques decantadores

10 REAPROVEITAMENTO DO LICOR
Licor pobre recebe a soda cáustica Parte do licor vai para o moinho de barras, e a outra parte para os digestores

11 2 Al2O3.3H2O (s)  Al2O3 (s) + 3H2O (v)
CALCINAÇÃO Filtros Dorrcos – lavagem e filtragem do hidrato (redução da umidade) Reação de calcinação Classificação granulométrica – equipamento eletrostático. 2 Al2O3.3H2O (s)  Al2O3 (s) + 3H2O (v) 950o ≤ T ≤ 1250o

12 Processo Hall-Héroult
Obtenção do alumínio metálico 1825: Oersted Aquecimento de AlCl3 com amálgama de K 1886: Charles Hall e Paul Héroult: Eletrólise da alumina dissolvida em banho de criolita fundida Preço de venda US$ 220/kg → US$ 4,50/kg O que é o processo Hall-Héroult? Obtenção o alumínio metálico, por meio do processo de redução da alumina. Não existe outro processo economicamente viável - Oersted obteve alumínio puro pela primeira vez Charles Hall e Paul Héroult descobriram o processo de eletrólise da alumina dissolvida num banho de criolita fundida ao mesmo tempo > por isso o nome do processo Hall-Héroult

13 Processo Hall-Héroult
Alumina 1919 kg/tonelada de alumínio primário Energia elétrica: megawatts-hora de corrente contínua por tonelada de alumínio primário

14 Fluxograma ilustrando as fornalhas eletrolíticas, denominadas cubas de redução, juntamente com o equipamento de alimentação da alumina e o dispositivo de drenagem para a remoção do alumínio fundido. O metal fundido é levado aos fornos de estocagem, para a remoção de impurezas ou para ser ligado. Depois é fundido em lingotesde diversos tamanhos, destinados a outros procedimentos.

15 A cuba é formada basicamente por - Ânodo de carbono
1 Alumina levada à cuba eletrolítica A cuba é formada basicamente por - Ânodo de carbono - Cátodo (alumínio fundido e blocos de carbono) - Eletrólito (ou banho) de criolita fundida onde é dissolvido o óxido de alumínio - Compartimento catódico é revestido por mistura de piche e antracito ou coque, apisoada e recozida; ou por blocos cimentados pré-cozidos

16 Ânodos múltiplos pré-cozidos
2 tipos de cubas Ânodos múltiplos pré-cozidos Ânodo com auto-recozimento, ou ânodo Soderberg → A cuba com anodo Soderberg tem um único anodo de dimensões grandes, subtendendo a maior parte da cavidade da cuba

17 Reação no ânodo: 3O2-(l) → 3/2O2(g) + 6é
Passagem de corrente elétrica na cuba 3 Redução do óxido de alumínio Al2O3 + 3/2 C → 2Al + 3/2 CO2 Reação no ânodo: 3O2-(l) → 3/2O2(g) + 6é Reação no cátodo: 2Al3+(l) + 6é → 2Al(l) Reação final: 2Al3+(l) + 3O2-(l) → 3/2O2(g) + 2Al(l) A reação total, decorrente da passagem da corrente elétrica, que ocorre na cuba, consiste na redução do óxido de alumínio, liberando o alumínio metálico que é depositado no catodo, e na oxidação do carbono do anodo devido ao oxigênio liberado no processo, resultando em CO e CO2, com predominancia do CO2. Ânodo: oxidação do ânion - Cátodo: redução do cátion

18 Eletrólito fundido Criolita: 3Na.AlF3 Excesso de AlF3
6 a 10% de CaF2 (fluorita) 2 a 6% de Al2O3 Adição de material alcalino para compensar a absorção do eletrólito por um revestimento novo Perda de AlF3 pela volatilização de compostos ricos em AlF3 e reação com soda cáustica → adição periódica de AlF3 e pequena concentração de cal O controle da composição do eletrólito é importante no processo de produção do alumínio pois faz com que a temparatura do líquido seja suficientemente abaixada para permitir a operação das cubas na faixa de 940/980ºC. O excesso de AlF3 também aumenta a eficiência da cuba.

19 Formação de crosta cristalizada sobre a superfície do banho fundido
A crosta é quebrada para adição de alumina para manter a concentração entre 2 e 6% Efeito do ânodo: formação de tatrafluoreto de carbono em volta do ânodo aumenta a tensão na célula, disparando um alarme e indicando o esgotamento da alumina no banho

20 arrastamento de sedimentos
4 Alumínio fundido é extraído por sifões com uso de vácuo 5 Transporte para fundição - o alumínio depositado no fundo do forno é extraído por um sistema de sifões funcionando por vácuo o que permite a sua aspiração sem arrastamento de sedimentos - O alumínio líquido (850 graus) é transportado para a fundição, onde são ajustadas a sua composição química e forma física.

21 6 Ajuste de composição química 7 Vazamento em lingotes

22 O Alumínio produzido tem um grau de pureza de cerca de 99,7%.
Sucessivas operações electrolíticas de refinagem são possíveis até obter um grau de pureza na ordem dos %.

23 Processo de Reciclagem
1 Coleta do Alumínio 2 Limpeza Fardos

24 Processo de Reciclagem
3 Venda Quebra 4 Triagem para remoção de materiais ferrosos

25 Processo de Reciclagem
5 Quebra Peneira vibratória 6 Separador Pneumático

26 Processo de Reciclagem
7 Forno de Eliminação Forno de Fusão

27 Processo de Reciclagem
8 Testar Qualidade Adição de elementos 9 Ligotes Laminação 10 Venda para Usuários


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