Características e propriedades do alumínio

Sumário

Introdução, História do Alumínio 04 / 05

Características e Propriedades do Alumínio 06 / 07

Obtensão 08 / 09

Parecer do Grupo 09 / 10

Aço pelo Alumínio 10 / 11

Materiais a partir da Bauxita 11 / 12 / 13

Fluxograma 13

Estequiometria 14

Reciclagem 14 / 15

Eletrólise 15

Aplicação na Construção Civil 16 / 17

Introdução

Existem historias que o alumínio foi introduzido no contesto humano 6000 a.C., no tempo recipiente de argilas que continha oxido de alumínio (Al2O3) e desde então a cada dia que passa nos rendemos mais a esse composto químico de extrema necessidade para nós. O alumínio tomou ascensão no âmbito industrial na época da guerra mundial devido à necessidade da união de produtos leves e resistentes, característica forte dessa composição, e no Brasil em 1917 com a companhia Paulista de Artefatos de Alumínio.

Sua produção tem como base a bauxita, minério encontrado nos principais grupos climáticos: o Mediterrâneo o Tropical e o Subtropical extraída do solo de forma ordenada de forma que leve se em consideração o percentual de oxido de alumínio (Al2O3) de no mínimo 30 % aproveitável para se tornar viável economicamente, após esse processo é introduzida na refinaria para obtenção da alumina, em um processo de moagem e dissolução em soda caustica, entrando em um processo de filtragem para separação do material solido, onde o filtrado é concentrado para a cristalização, neste ciclo esses cristais são secados, precipitados e calcinados para a eliminação de água, o pó branco de alumina pura é enviado a redução em um processo de redução eletrolítica chamado de Hall-Héroult sendo necessária duas toneladas de alumina para produção de uma de metal primário exemplificada da seguinte forma:A alumina é dissolvida em um banho de criolita fundida e fluoreto de alumínio em baixa tensão, decompondo-se em oxigênio, que por sua vez se combina com o ânodo de carbono, desprendendo na forma de dióxido de carbono, e em alumínio liquido,que se encuba no fundo da cuba eletrolítica, esse metal liquido é transferido para a refusão através de cadinhos, onde vem a produção dos lingotes, placas e tarugos de alumínio primário.O alumínio tem como suas principais características físico químicas seu ponto de fusão cerca de 660°C, relativamente baixo comparado com outros metais como aço e cobre, sua condutibilidade elétrica (ele puro chega 62% chegando a conduzir corrente como o cobre porem com um custo e uma leveza consideravelmente menor) e térmica checando a 4,5 maior que o aço, alem de sua característica de barreira que é de suma importância nas empresas de embalagens e farmacêuticas por apresentar barreira a luz e impermeabilidade a oxigênio e umidade,citamos ainda sua resistência à corrosão devido a fina camada de óxido responsável pela proteção do metal que agrega muito valor a construção civil como impermeabilizantes e coberturas,ressaltamos sua beleza e sua maleabilidade agregando valor na arquitetura,sua refletividade considerada acima de 80% coligada com sua propriedade anti-magnética que se torna bastante utilizado em aparelhos eletrônicos, luminárias entre outros é uma outra característica e sua leveza,reflete uma otimização na área de transporte com menor custo e melhor desempenho, podemos citar vários benefícios mas exaltamos seu poder de ser infinitamente reciclável, sem perda de suas propriedades físico-químicas agregando a sustentabilidade.

História da Indústria do Alumínio

Inicialmente obtido em laboratório, a produção de alumínio em escala industrial somente foi possível a partir de 1886, quando Charles Martin Hall, nos Estados Unidos, e Louis Toussaint Héroult, na França, obtiveram o metal puro a partir da dissolução eletrolítica de óxido de alumínio (alumina), em banho de criolita. O processo Hall-Héroult, como é conhecido, ainda é o principal processo de produção de alumínio.

Anos mais tarde, a necessidade de fabricar produtos mais leves e resistentes impulsionou a indústria do alumínio durante a primeira guerra mundial e, desde então, tem ocupado uma posição mundial altamente estratégica, ao suprir com metal praticamente todos os setores da economia.

No Brasil 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.

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, em Alumínio (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.

Características principais

O alumínio é um metal leve, macio e resistente. Possui um aspecto cinza prateado e fosco, devido à fina camada de óxidos que se forma rapidamente quando exposto ao ar. O alumínio não é tóxico como metal, não-magnético, e não cria faíscas quando exposto a atrito. O alumínio puro possui tensão de cerca de 19 megapascais (MPa) e 400 MPa se inserido dentro de uma liga. Sua densidade é aproximadamente de um terço do aço ou cobre. É muito maleável, muito dúctil “Que pode ser batido, comprimido, estirado; flexível; elástico, maleável”, apto para a mecanização e fundição, além de ter uma excelente resistência à corrosão e durabilidade devido à camada protetora de óxido. É o segundo metal mais maleável, sendo o primeiro o ouro, e o sexto mais dúctil.

Propriedades físicas e Propriedades químicas

Quadro esquemático das principais propriedades do alumínio

Símbolo

Al

Potencial elétrica

1,66 V

Número atômico

13

Eletronegatividade

1,5

Massa atômica 26,98154 g/mol

Volume atômico

9,99 cm-3

Estado de oxidação

3

Entalpia de fusão

10.71 kJ/mol

Ponto de fusão

660,45 ºC Entalpia de vaporização

143.9 kJ/mol

Ponto de ebulição

2520 ºC

Pressão de vapor

1 mm Hg a 1284 ºC

Densidade

2,7 g.cm-3

Solubilidade Solúvel em HCl, 2SO4, soluções alcalinas

Potencial de ionização

5,98 eV

A tabela a seguir compara as características dos três metais mais utilizados pela sociedade contemporânea:

Propriedades físicas típicas Alumínio Aço Cobre

Densidade (g/cm³) 2,70 7,86 8,96

Temperatura de fusão (°C) 660 1500 1083

Módulo de elasticidade (MPa) 70000 205000 110000

Coeficiente de dilatação térmica (L/°C); 23.10-6 11,7.10-6 16,5.10-6

Condutibilidade térmica a 25°C (Cal/cm/°C) 0,53 0,12 0,94

Condutibilidade elétrica (%IACS) 61 14,5 100

Propriedades intensivas e Propriedades extensivas

As propriedades intensivas são propriedades físicas que não dependem da extensão do sistema, isto é, são independentes do tamanho ou da quantidade de matéria de um dado sistema. Já as propriedades extensivas, tal como o nome indica, dependem da extensão do sistema, isto é, variam de forma proporcional com o tamanho ou a quantidade de matéria existente num dado sistema

Obtensão do Alumínio:

A obtenção do alumínio é feita a partir do mineral bauxita, o processo se dá em três etapas: Mineração, Refinaria e Redução.

Mineração: A bauxita contém de 35% a 55% de óxido de alumínio, este mineral é extraído da natureza e através dele se obtém a Alumina (produto intermediário que leva à produção de Alumínio). A Alumina possui fórmula Al2O3. “O Brasil é muito rico em Bauxita, possui a terceira maior reserva no mundo”

Figura 1: Mineração da Empresa Votorantim.

Refinaria: Nesta etapa, a alumina precisa passar por uma purificação, é então dissolvida em soda cáustica e logo após passa por uma filtração. Um pó branco de alumina pura é obtido e enviado à Redução.

Figura 2: Fluxograma básico de uma refinaria:

Redução: Esta última etapa permite a obtenção de alumínio através de eletrólise. A passagem de corrente elétrica na célula eletrolítica promove a redução da alumina, decantando o alumínio metálico no fundo da célula e o oxigênio liberado reage com o ânodo de carbono, formando dióxido de carbono. Vejamos como ocorre a reação de oxirredução:

1. A Alumina é colocada no estado fundido em um tanque de ferro revestido com carbono, esse tanque funciona como cátodo;

2. Os ânodos são constituídos de bastões de carbono mergulhados na Alumina fundida;

3. As reações de oxirredução promovidas por esse processo originam Alumínio puro no cátodo. Este, posteriormente, vai para o fundo da célula eletrolítica.

Figura 2 Célula de Redução para Alumínio Primário:

4 Passo parecer

O alumínio é o metal mais abundante na crosta terrestre, representando cerca de 8,1% (como elemento, é o terceiro mais abundante). Não é encontrado puro, presente em minerais como bauxita (hidróxidos de alumínio com argilas), granitos, Esse metal faz parte da composição de grande número de rochas e pedras preciosas; entre as primeiras cabe mencionar, graças a seu interesse mineralógico ou metalúrgico, os feldspatos, as micas, a turmalina, a bauxita e a criolita. Entre as pedras preciosas, aquelas que apresentam um maior teor de alumínio são o coríndon, as safiras e os rubis.

Esta presente em quase tudo que é essencial para nos desenvolvimento, construir nossas moradias, no distribuição de energia, dependemos dele para conservar nossos alimentos, medicamentos e para fornecer componentes eletrônicos para nossos telefones celulares e computadores.

As principais propriedades que fazem com que o alumínio seja um material tão valioso são a sua leveza, força, resistência à corrosão, durabilidade, capacidade de conformação e condutividade.

Comparado a outros matérias como Ferro, Cobre que já são conhecidos a milhares de anos, o alumínio é um material relativamente novo, descoberto há apenas 160 anos e aproximadamente 100 anos desde que foi definido um processo de produção viável. O alumínio é um metal tal como o aço, latão, cobre, zinco, chumbo ou titânio e, podendo ser derretido, fundido, conformado e usinado de modo muito parecido com esses metais.

Esta presente na fabricação de veículos para transporte como carros, motos, barcos, aviões, etc. Na construção civil esta presente desde itens como portas, janelas a itens de decoração, Além disso é ótimo condutor de energia.

Aço x Alumínio.

Em muitas ocasiões o aço pode sim ser substituído pelo alumínio apresentando ainda muita vantagem. Por exemplo:

Sustentabilidade, Natureza:

Ao usar o alumínio, há redução do impacto ambiental, por suas características, de poder ser reciclado infinitas vezes, reduzindo assim a retirada de matéria prima da natureza o consumo de energia, alem de gerar renda para muitas famílias que dependem da reciclagem.

Enfim, substituir o aço pelo alumínio é de grande vantagem na questão da sustentabilidade e preservação do meio ambiente.

Na Construção Civil.

O alumínio pode ser empregado como componente estrutural em edifícios residenciais, comerciais e industriais. As aplicações no setor vai desde um canto de azulejo, passando pelas janelas, forros e divisórias, também utilizado nas instalações elétrica devido sua alta condutividade.

Duráveis e resistentes às intempéries, os produtos de alumínio têm longa vida média de 40 anos e proporcionam um excelente acabamento.

Na Indústria

Devido suas propriedades como leveza, condutividade, características tóxicas entre outras o alumínio é utilizado em diversas áreas da indústria, desde automobilística a alimentícia. Nas montadoras de veículos o alumínio, resulta numa diminuição de até 40% no peso dos veículos, enquanto a utilização do aço de alta resistência diminui o peso no maximo em apenas 11%.Por não possuir características tóxicas, pode ser usado em embalagens ou utensílios domésticos, visto que não há problema em ficar em contato com alimentos. Também é usado nas indústria alimentícia, por ser um dos metais que conduzem melhor o calor , tornando-se atrativo na, fabricação de embalagens para refrigeração ou que precisam ser aquecidos. Portanto em determinadas ocasiões não a restrições em substituir o aço pelo alumínio, muito pelo contrario alumínio traz diversos benefícios nessa substituição.

Esquema da obtenção de materiais a partir da bauxita:

A bauxita é classificada tipicamente de acordo com a aplicação comercial: abrasivos, cimento, produtos químicos, metalúrgicos e material refratário, entre outros. A maior parte da extração mundial de bauxita (aproximadamente 85%) é usada como matéria-prima para a fabricação de alumina, por lixiviação química, método conhecido como processo Bayer. O óxido de alumínio (A12O3) é o produto mais importante do minério bauxita, pois a partir dele é obtido o alumínio metálico. O segundo produto mais importante é o sulfato de alumínio hidratado (A12(SO4)3.xH2O), que é utilizado principalmente como floculante no tratamento de água.

Os compostos de alumínio (A1(OH)3, Na[A1(OH)4], a12 (SO4)3 e haletos de alumínio) também apresentam ampla utilização, especialmente no tratamento para obtenção de água potável, o tingimento de tecidos, a manufatura de produtos de higiene, medicamentos, refratários e catalisadores

Substâncias inorgânicas que aparecem no esquema.

• A12O3 – Óxido de Alumínio – Óxido;

• A1C13– Cloreto de Alumínio – Sal;

• A12(SO4)3 – Sulfato de Alumínio – Sal;

• A12(SO4)3.xH20 – Sulfato de alumínio hidratado – Sal;

• KAL(SO4)2.I2H20 - Alúmen de potássio – Sal;

• A1 (OH)3 – Hidróxido de alumínio – Muito usado em tingimentos e também para a preparação de lacas para a pintura artística. Usado também em purificação industrial da água, em produtos químicos e composições lubrificantes.

• A12O3 – Óxido de Alumínio – Seu uso mais significativo é na produção do metal alumínio, embora seja usado como um abrasivo devido à sua dureza e como um material refratário devido ao seu alto ponto de fusão.

• A1C13– Cloreto de Alumínio – A principal utilização de cloreto de alumínio a fabricação de compostos por reação de Fiedel e artesanato, que é um catalisador, tais como o fabrico de antraquinona (corante para a indústria), a partir de benzeno e fosgênio. E também é usado em reações de polimerização ou isomerização de compostos orgânicos. As aplicações importantes incluem a produção de etilbenzeno (utilizada para produzir estireno e poliestireno), e produção de dodecilbenzeno (usada para fabricar detergentes).

• A12(SO4)3 – Sulfato de Alumínio – É frequentemente utilizado como um agente de flocos na purificação da água potável e nos resíduos de tratamento de água, na manufatura de papéis. É empregado como mordente em tingimento de têxteis. Também é empregado como antitranspirante.

Fluxograma:

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Produção do Alumínio:

No processo de obtenção de 40 kg do Alumínio, são lançados 48,88 Kg de CO2 no ar.

São necessárias 4 Toneladas de Bauxita para produzirem 1 Tonelada de Alumínio, então para se produzir 40 Kg de Alumínio são necessários 160 Kg de Bauxita.

Considerando as informações sobre a quantidade de alumínio usado nos veículos e o percentual de reciclagem entre Brasil e Estados Unidos, analisamos que o Estados Unidos usa muito alumínio na produção de seus veículos e recicla pouco o material, assim fica fácil percebemos que o Brasil usa muito menos alumínio nas produções dos carros e recicla muito mais esse metal no geral, entre latinhas, peças etc. Isto faz com que o Brasil seja o primeiro no ranking mundial em reciclagem de alumínio, isso contribui muito para o Meio Ambiente e a Sustentabilidade.

Reciclagem do Alumínio:

A reciclagem de alumínio é o processo pelo qual o alumínio pode ser reutilizado em determinados produtos, após ter sido inicialmente produzido. O processo resume-se no derretimento do metal, o que é muito menos dispendioso e consome muito menos energia do que produzir o alumínio através da mineração de bauxita. A mineração e o refino deste requerem enormes gastos de eletricidade.

O alumínio pode ser reciclado tanto a partir de sucatas geradas por produtos de vida útil esgotada, como de sobras do processo produtivo. O alumínio reciclado pode ser obtido a partir de esquadrias de janelas, componentes automotivos, eletrodomésticos, latas de bebidas, entre outros. A reciclagem não danifica a estrutura do metal, que pode ainda ser reciclado infinitamente e reutilizado na produção de qualquer produto com o mesmo nível de qualidade de um alumínio recém produzido por mineração.

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.

Desta forma, a reciclagem do alumínio gera benefícios para o país e o meio ambiente, além de ser menos custoso de obter do que através da sua produção por mineração.

Benefícios da Reciclagem do alumínio:

1 – ECONÔMICOS:

• Fonte de renda para diversos tipos de mão-de-obra;

• Injeção de recursos na economia local;

• Grandes investimentos não são necessários;

• Economia considerável de energia elétrica.

2 – SOCIAIS:

• Diminuição da quantidade de lixo nos aterros sanitários;

• O meio ambiente é menos agredido;

• Colaboração com o crescimento da consciência ecológica;

• Estímulo da reciclagem de outros materiais

• Áreas carentes são beneficiadas com o aumento de renda.

3 – POLÍTICOS:

• Ajuda na composição do lixo urbano;

• Colaboração no estabelecimento de políticas de destino de resíduos sólidos;

• Adaptável a realidades de diferentes tipos e tamanhos de cidades.

Eletrólise:

O processo químico denominado Bayer é o mais utilizado na indústria do alumínio. Neste processo, a alumina 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.

As principais fases da produção de alumina, desde a entrada do minério até a saída do produto, são: moagem, digestão, filtração/evaporação, precipitação e calcinação

No processo de eletrólise, para obtenção do alumínio, a alumina é carregada de forma controlada, em um eletrólito fundido, formado por sais de criolita e fluoreto de alumínio. A passagem de corrente elétrica na célula eletrolítica promove a redução da alumina, decantando o alumínio metálico no fundo da célula e o oxigênio liberado reage com o ânodo de carbono, formando dióxido de carbono.

Construção civil:

Material leve, versátil, resistente, durável e bonito. Capaz de agradar arquitetos e consumidores por seu acabamento perfeito, praticidade e função decorativa, o alumínio está conquistando destaque cada vez maior dentro das mais variadas aplicações na construção civil, estando presente na cobertura, em telhas; nas fachadas e paredes, em revestimentos internos e externos e cortinas de vidro; na ventilação, iluminação e acabamento interno, em caixilhos, divisórias, forros e pisos, e nos elementos decorativos, como molduras para pontos de eletricidade, entre outros produtos desenvolvidos com variedades de detalhes e concepções arquitetônicas modernas.

Esquadrias e revestimentos

A caixilharia de alumínio é uma das grandes vitrines do metal na construção civil. Sua beleza, com variada disponibilidade de cores, acabamentos, formas e usos, associada à resistência e à vida útil, revelam o padrão futurista que o alumínio proporciona e vai muito além de qualquer outro material concorrente, consagrando esta aplicação.

As esquadrias de alumínio conquistaram definitivamente a preferência de arquitetos e projetistas em obras de todo porte

desde as pequenas obras populares até as grandes obras de alto padrão. Essas mesmas qualidades influenciam a decisão dos profissionais da construção civil no momento de definir revestimentos e decoração.

Várias opções trazidas para o mercado brasileiro nos últimos anos tornaram mais acessível esta utilização do alumínio em fachadas envidraçadas, revestimentos de interiores e exteriores e decoração.

Pelo elevado nível tecnológico, as fachadas-cortina em alumínio estão desempenhando atualmente um papel estético e funcional fundamental na arquitetura contemporânea. Além de

atuarem como “faces” dos edifícios, confundindo-se com o conjunto, estas fachadas garantem interação perfeita entre os ambientes internos e externos nas mais extremas condições de frio, calor, luz, chuva, vento, poeira, poluição ou ruído.

A paisagem urbana já está familiarizada com seu uso no revestimento externo de prédios industriais, residenciais, comerciais, “shopping centers” e aeroportos. Agora, este recurso inovador já está sendo utilizado “dentro de casa”, em revestimentos de interiores, por sua beleza e praticidade. Afinal, são produtos leves, resistentes, nãoinflamáveis, recicláveis, fáceis de conservar, de longa durabilidade e que permitem soluções criativas em qualquer tipo de projeto.

Referências:

http://www.ebah.com.br

http://www.aluminarondon.com.br/pt-br/Institucional/Paginas/ogrupo.aspx

http://www.colegioweb.com.br/trabalhos-escolares/quimica/eletroquimica-ii-eletrolise/obtencao-do-aluminio.html

http://www.trabalhosfeitos.com/assine?redirectUrl=%2Fensaios%2FAtps-Quimica-1-Semestre-Etapa-3%2F736698.html&from=essay

http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Propriedades_intensivas_e_Propriedades_extensivas