ATPS Química

Sumário

Passo 2 2

1. Processo Industrial de obtenção de 40 kg de alumínio, são geradas quantas toneladas de CO2? 2

2. Kilos de bauxita necessários para produzir 40 kg de alumínio? 2

3. Como o alumínio metálico é obtido no processo Hall-Héroult e Bayer 2

4. Reaproveitamento ou reciclagem do alumínio nos diferentes países do mundo 6

Passo 1 7

1. Tipo de eletrólise usada na obtenção do alumínio 7

2. Referências Bibliográficas 8

 

Passo 2

Processo Industrial de obtenção de 40 kg de alumínio, são geradas quantas toneladas de 〖CO〗_2?

FAZER

Kilos de bauxita necessários para produzir 40 kg de alumínio?

FAZER

Como o alumínio metálico é obtido no processo Hall-Héroult e Bayer

Processo Hall-Héroult

A alumina proveniente do Processo Bayer ainda não é o produto final da operação. Ela passa por um processo chamado “Eletrólise em Banho de Sais Fundidos”, “Eletrólise Ígnea” ou “Processo Hall-Héroult” (sobrenome dos cientistas que desenvolveram independentemente esse processo), no qual há a separação de oxigênio do óxido de alumínio, formando o alumínio metálico, Al0.

A eletrólise ígnea da alumina ocorre na cuba eletrolítica, que possui aquecedores que elevam a temperatura da alumina até ela entrar em fusão. O processo de eletrólise, para que ocorra, necessita de íons livres para possibilitar a passagem de corrente elétrica, por isso a substância tem de estar em ponto de fusão. Há outro tipo de eletrólise que ocorre em meio aquoso, o que também possibilita a formação de íons, mas não é o caso do alumínio, pois se fosse aquosa, o hidrogênio eletrolisaria ao invés do alumínio.

Como o ponto de fusão da alumina, Al2O3(s), é muito alto, aproximadamente 2060 °C, é necessário o uso de um fundente* para permitir que a eletrólise ocorra a uma temperatura mais baixa. Esse fundente é a criolita, Na3AlF6, que reduz o ponto de fusão do alumínio a 950 °C. Isso faz com que haja um menor gasto de energia no processo.

Na cuba eletrolítica, há os ânodos e os cátodos, que são estruturas por onde passa o circuito elétrico. Ânodos são hastes de carbono que funcionam como polo positivo e, por isso, atrai os ânions (de carga negativa) que descarregam os elétrons excedentes.Esses elétrons são direcionados ao cátodo, que, no caso, é um revestimento da parede da cuba feita também de carbono, que funciona como polo negativo, para onde são atraídos os cátions (de carga negativa), que recebem os elétrons que vieram dos ânions e tornam-se neutros. Todo esse processo é “bombeado” pelos geradores. Os ânodos dessa cuba são chamados consumíveis, porque participam da reação e desgastam-se.

O sódio da criolita não é eletrolisado e não se mistura com o alumínio metálico do final do processo por causa do seu potencial de redução (tendência que possui a se reduzir), que é menor que o do alumínio. Por causa disso, o alumínio reduz-se, enquanto o sódio fica na solução. O mesmo ocorre com flúor e oxigênio, esse possui maior potencial de oxidação que aquele. Por isso, nem o sódio, nem o flúor são produtos do processo.

A mistura de alumina e criolita funde-se a uma temperatura de aproximadamente 950°C e os íons Al3+ e O2- ficam livres da organização mantida no cristal.

No ânodo ocorre a oxidação do oxigênio e a reação com o carbono, formando o gás carbônico, CO2.

O cátion de alumínio dirige-se ao cátodo e recebe os elétrons provenientes do oxigênio, tornando-se alumínio metálico. Como ele é mais denso que a mistura de alumina e criolita, ele vai se acumulando na forma líquida, no fundo inclinado do recipiente, onde é punçado periodicamente.

4 Al3+

A equação global desse processo de eletrólise será então:

Reação catódica: 4 Al3+

Na prática, o alumínio é depositado no cátodo com eficiência farádica de 85- 90%. A perda na eficiência deve-se, principalmente, à reoxidação do alumínio depositado no cátodo, pela ação do CO2 gerado no ânodo segundo a reação a seguir:

A demanda de energia elétrica para produção de alumínio é significativamente elevada. Em 1940, a indústria consumia cerca de 24.0 kWh por tonelada de alumínio produzido. Atualmente, esse valor caiu para 13.0 kWh por tonelada. Todavia, ainda se atribui ao processo o ônus de ser aquele que mais demanda energia entre todos os processos metalúrgicos. Esses argumentos justificam a localização das unidades industriais para produção de alumínio metálico próximas às hidrelétricas, às minas de carvão, ou mesmo em países onde há energia elétrica com abundância e baixo custo.

No processo Hall-Héroult, os cátodos são de Carbono pelos seguintes motivos:

1. O catodo é o recipiente que contém banho e metal líquido, que estão em temperaturas da ordem de 1000C, portanto precisamos de um material que resista a altas temperaturas. 2. A corrente elétrica vai fluir através do catodo, portanto precisamos de um material que seja bom condutor de eletricidade. 3. O carbono a altas temperaturas é um bom condutor de eletricidade, além de resistir às altas temperaturas necessárias ao processo de redução do Alumínio.

O monóxido de carbono é formado pela reação de re-oxidação do Alumínio já formado, essa re-oxidação é responsável pela maior parte das perdas de eficiência de corrente neste processo, que geralmente é da ordem de 93 a 96%, para cubas pre-bake. Assim, no processo de redução da Alumina, as duas equações abaixo sempre ocorrem simultaneamente, sendo que a re-oxidacão ocorre na proporção das perdas de eficiência do processo, ou seja de 4 a 7%.

2 Al2O3+ C 4 Al + CO2

2Al + CO2  Al2O3 + CO

Que seria equivalente à reação de Boudouart: C + CO2  2CO

Fundente é uma substância que age como uma tampa sobre a substância e que gera um efeito estufa quando há