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

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

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

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

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

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.

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

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

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

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

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

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

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.

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

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

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

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.

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

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.

6 Ajuste de composição química 7 Vazamento em lingotes

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 99.997%.

Processo de Reciclagem 1 Coleta do Alumínio 2 Limpeza Fardos

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

Processo de Reciclagem 5 Quebra Peneira vibratória 6 Separador Pneumático

Processo de Reciclagem 7 Forno de Eliminação Forno de Fusão

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