Informações sobre alumínio

ATPS QUIMICA (ALUMINIO)

ETAPA 1

PASSO 1: Informações sobre alumínio

Introdução: O alumínio, apesar de ser o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre, é o metal mais jovem usado em escala industrial. Mesmo utilizado milênios antes de Cristo, o alumínio começou a ser produzido comercialmente há cerca de 150 anos. Sua produção atual supera a soma de todos os outros metais não ferrosos. Esses dados já mostram a importância do alumínio para a nossa sociedade. Antes de ser descoberto como metal isolado, o alumínio acompanhou a evolução das civilizações. Sua cronologia mostra que, mesmo nas civilizações mais antigas, o metal dava um tom de modernidade e sofisticação aos mais diferentes tipos de artefatos.

Hoje, os Estados Unidos e o Canadá são os maiores produtores mundiais de alumínio. Entretanto, nenhum deles possui jazidas de bauxita em seu território, dependendo exclusivamente da importação. O Brasil tem a terceira maior reserva do minério no mundo, localizada na região amazônica, perdendo apenas para Austrália e Guiné. Além da Amazônia, o alumínio pode ser encontrado no sudeste do Brasil, na região de Poços de Caldas (MG) e Cataguases (MG). A bauxita é o minério mais importante para a produção de alumínio, contendo de 35% a 55% de óxido de alumínio.

O alumínio é um elemento químico de símbolo Al de número atômico 13 (treze prótons e treze elétrons) com massa atômica 27u. Elemento metálico mais abundante na crosta terrestre presente em quase todos os países do mundo sendo a Austrália a maior produtora do mundo responsável por 40% da extração mundial e o Brasil terceiro maior produtor. As características do alumínio permitem que ele tenha uma gama de aplicações. Por isso, o metal é um do mais utilizados do mundo todo. Material leve, durável e bonito, o alumínio mostra um excelente desempenho e propriedade superior na maioria das aplicações. Produtos que utilizam alumínio ganham em competitividade, em função dos inúmeros atributos que este metal incorpora. Tais como leveza, condutibilidade elétrica e térmica, impermeabilidade, opacidade, alta relação resistência/peso, resistência à corrosão, durabilidade, fácil moldagem e soldabilidade, reciclagem e beleza.

Obtenção: 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.

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.

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:

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

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

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

PASSO 2: Observar a imagem abaixo:

Fluxo de produção de alumínio

Fonte: http://www.abal.org.br/aluminio/producao_alupri.asp

PASSO 3: Identificar quais são as principais característica físico-químicas do alumínio. Pesquisar e justificar quais são as propriedades extensivas e intensivas do alumínio. Propriedades físicas – São propriedades que se relacionam com as transformação físicas, em que não alteramos a constituição da substancia. A substancia continua a mesma, não há formação de novas substancia. 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, 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. Por ser um bom condutor de calor, é muito utilizado em panelas de cozinha.

Propriedades químicas – São as propriedades que se relacionam com as transformações química, existindo a formação de novas substancias a partir do que existia inicialmente. Algumas propriedades como temperatura, ponto de fusão e densidade não dependem da quantidade amostra analisada essas propriedades, chamada de propriedade intensiva são particularmente úteis na química porque muitas podem ser usadas para identificar substancia. As propriedades extensivas das substancia dependem da quantidade de amostra e incluem medidas de massa e volume. Elas estão relacionadas com quantidade de substancia presente.

PASSO 4:

O alumínio é o elemento metálico mais abundante na costa terrestre (8,13%) da superfície. Como elemento é o terceiro mais abundante, logo a seguir do oxigênio (47%) e silício (28%). Devido à elevada afinidade com o oxigênio, não é de costume encontrá-lo como substância elementar, mas, sim, em formas combinadas tais como óxidos ou silicatos. A obtenção industrial do alumínio metálico se faz através do processo Hall-Heroult, pela redução eletrolítica da alumina (Al2O3), dissolvida num banho de fluoretos fundidos. O processo se desenvolve em fornos especiais, revestidos de carbono também chamados cubas eletrolíticas em uma temperatura de, aproximadamente, 960°C. Por reunir um conjunto diversificado de propriedades, o alumínio revelou-se útil em diversos setores e sua utilização contínua a se expandir, com o desenvolvimento de pesquisas e tecnologias orientadas para as necessidades do futuro. As empresas do setor têm demonstrado a sua responsabilidade e compromisso com a sustentabilidade, por meio dos investimentos em programas de preservação ambiental, gerando benefícios sociais aos seus colaboradores, às comunidades onde atuam e à sociedade como um todo. Observando o contexto do desenvolvimento sustentável a ser praticado pelas empresas do setor nacional e internacional.

Dentre as características físico-químicas do alumínio, podemos destacar que trata-se de 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. Sua densidade é aproximadamente de um terço do aço ou cobre. É muito maleável, muito dúctil, 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. Por ser um bom condutor de calor, é muito utilizado em panelas de cozinha.

ETAPA 2

PASSO 1: Fazer a leitura sobre as ligações químicas e sobre os compostos inorgânicos do PLT de Química

PASSO 2: Discutir com os colegas da equipe, após a leitura do passo anterior, a frase: “O aço pode ser substituído pelo alumínio”. Elaborar um comentário, escrevê-lo e apresentá-lo ao professor no relatório parcial do 1º bimestre.

O Alumínio e o Aço são metais distintos e temos que considerar as vantagens e desvantagens de cada material em questão:

O aço tem a vantagem da resistência mecânica, seu baixo custo e sua disponibilidade abundante na natureza (ferro e carbono), no entanto tem a desvantagem de sua alta densidade, acarretando o alto peso do material e a facilidade da oxidação (ferrugem).

Por sua vez, o Alumínio apresenta a baixa densidade, a flexibilidade, e a oxidação quase nula como vantagens, porém tem a desvantagem de ter um processo produtivo de alto custo.

Portanto, o uso do alumínio ou do aço deve ser avaliado particularmente para cada projeto, considerando a relação custo-benefício de cada material.

PASSO 3: Analisar o esquema da obtenção de materiais a partir da bauxita.

http://www.scielo.br/pdf/qn/v25n3/9345.pdf

Pesquisar e responder:

• Que produtos podem ser obtidos a partir da bauxita?

o sulfato de alumínio;

o alúmen de potássio;

o aluminato de sódio;

o cloreto de alumínio anidro;

o cloretos básicos de alumínio;

o carboxilatos de alumínio;

o zeólitas.

• Escrever o nome das substâncias inorgânicas que aparecem no esquema e classificá-las em ácidos, bases, sais ou óxidos.

o Al(OH)3 – Hidróxido de alumínio – base

o Al2(SO4)3•xH2O – Sulfato de alumínio hidratado – sal

o KAl(SO4)2•12H2O - alúmen de potássio – sal

o Na[Al(OH)3] - aluminato de sódio – base

o Al2O3 – Óxido de alumínio – óxido

o AlCl3 – Cloreto de alumínio anidro – sal

• Escolher 4 compostos obtidos a partir da bauxita e relacioná-los com a sua utilização nos processos industriais.

o O sulfato de alumínio hidratado, Al2(SO4)3•xH2O, é o segundo composto de alumínio de maior importância industrial, depois do óxido. Atualmente, o sulfato de alumínio substitui, em quase todas as áreas de aplicação, o alúmen de potássio. Sua maior aplicação (ca. 2/3 da produção) é no tratamento de água, onde atua como agente floculante. O sulfato de alumínio é usado na indústria de papel e celulose, na indústria têxtil, na fabricação de tecidos à prova d’água, no curtimento de couro, como suporte de catalisador, na impermeabilização de concreto, como clarificador de óleos e gorduras, na fabricação de lubrificantes e na indústria farmacêutica.

o A produção industrial do alúmen de potássio, KAl(SO4)2•12H2O, o mais antigo composto de alumínio utilizado pelo homem, vem diminuindo nos últimos anos e os métodos de produção possuem interesse quase exclusivamente histórico. Atualmente, o alúmen é produzido somente a partir do hidróxido de alumínio proveniente do Processo Bayer e ainda é utilizado na indústria do couro, como um mordente, na indústria farmacêutica e de cosméticos e como agente de coagulação do látex. A aplicação industrial mais importante do alúmen de potássio hoje é como um aditivo na produção de cimento marmoreado e de gesso.

o O aluminato de sódio também é usado como agente floculante no tratamento de água potável e água industrial. Apresenta ainda aplicações nas indústrias têxtil e de papel, e na preparação de catalisadores a base de alumina.

o Outro composto de grande relevância é o cloreto de alumínio anidro, AlCl3, importante catalisador em reações de Friedel-Crafts nas indústrias química e petroquímica.