ATPS microestrutura

Passo 3

1. Discutir detalhadamente cada item que compõe o tetraedro, (microestrutura; composição; síntese e processamento; desempenho e custo).

Microestrutura:

A microestrutura de um material compreende as características físicas do material que podem ser observadas ao microscópio. Um microscópio ótico de boa qualidade pode produzir um aumento por volta de 1 000 X, enquanto que um microscópio eletrônico moderno é capaz de ampliar uma imagem 1 500 000 X ou mais.

Muitas das características estruturais (como, por exemplo, o tamanho dos grãos) que governam as propriedades dos materiais caem dentro da faixa da microestrutura, ressaltando, assim, o motivo pelo qual o estudo e o controle da microestrutura dos materiais é tão importante.

A microestrutura dos materiais depende fundamentalmente da composição química e dos tratamentos térmicos e mecânicos aos quais o metal foi submetido. Infelizmente só podemos determinar (com precisão crescente) a composição química – mas não quais foram os tratamentos que produziram uma determinada microestrutura!

A microestrutura de um material compreende, em poucas palavras, tipicamente as diferentes fases e o modo como elas estão arranjadas.

A microestrutura da liga de Alumínio 3003 tem sua origem no sistema Al-Mn-Fe-Si, mas pode ser descrita pelo diagrama de fase Al-Mn-Si.

Composição

A faixa de composição das ligas comerciais Al-Mn é muito limitada: a composição do manganês varia de 1 a 1,7%; o cobre varia de 0,05 a 0,2%, usualmente adicionado para reduzir a corrosão; ferro e silício, cada um pode ser tolerado até 0,6 - 0,7%, aumentando a resistência mecânica sem muita perda da resistência à corrosão. Ligas brutas com fundição com 5 a 6 % de Mn foram usados no passado, mas atualmente não são mais utilizadas. No sistema Al-Mn, a solubilidade máxima do Mn é 1,82% a 658°C e diminui para 0,2% a 427°C. A pequena quantidade de Mn em ligas Al-Mn é imposta pela presença de Fe como impureza que reduz a solubilidade do Mn e para evitar que se formem grandes partículas primárias de Al6Mn que tem um efeito desastroso na ductilidade.

Síntese e Processamento

A síntese e processamento para a obtenção do alumínio têm três etapas:

• obtenção do minério (bauxita);

• obtenção da alumina;

• obtenção do alumínio.

Obtenção do minério:

Como já dissemos aqui, o minério do qual se obtém o alumínio se chama bauxita. E esse minério foi formado pela decomposição, isto é, a separação em pequenas partículas, de rochas alcalinas. Essa decomposição foi causada pela chuva que se infiltrou na rocha durante milhões de anos. Como resultado disso, as rochas se transformaram em uma argila, ou seja, um tipo de terra, composta principalmente de óxido de alumínio hidratado (alumina) misturado com óxido de ferro, sílica, titânio e outras impurezas.

A proporção de alumina, nessa argila, fica entre 40 e 60%. Antes do início da mineração, a terra e a vegetação acumuladas sobre o depósito de bauxita são retiradas com o auxílio de moto niveladoras. Em seguida, o minério é retirado com o auxílio de retro escavadeiras e transportado por caminhões até à área de armazenamento.

São necessárias quatro toneladas de bauxita para produzir uma tonelada de alumínio.

Obtenção da alumina:

Na segunda etapa do processo, retiram-se as impurezas da bauxita para que sobre somente a alumina.

Para isso, a bauxita é triturada e misturada com uma solução de soda cáustica. A lama formada por essa mistura é aquecida sob alta pressão e recebe uma nova adição de soda cáustica. Dessa forma, a alumina é dissolvida, a sílica contida na pasta é eliminada, mas as outras impurezas não. Então, elas são separadas por processos de sedimentação e filtragem.

Sedimentação é um processo no qual as partículas sólidas que estão em suspensão dentro de uma mistura líquida, vão se depositando no fundo do recipiente onde a mistura está guardada.

A solução resultante, chamada de aluminato de sódio, é colocada em um precipitador e, nesse processo, obtém-se a alumina hidratada. Nesse ponto, a alumina hidratada pode seguir um entre dois caminhos: ela pode ser usada como está ou ser levada para os calcinadores. Se ela for usada como está, será matéria-prima para produtos químicos, como o sulfato de alumínio, usado no tratamento da água e na indústria de papel. Poderá ser empregada, também, na produção de vidros, corantes e cremes dentais. Para ser matéria-prima para a produção não só de alumínio, mas também de abrasivos, refratários, isoladores térmicos, tintas, velas de ignição e cerâmicas de alta tecnologia, a alumina hidratada precisa perder a água que está quimicamente combinada dentro dela. Isso acontece nos calcinadores nos quais ela é aquecida a temperaturas entre 1.000ºC e 1.300ºC.

Obtenção do alumínio:

A alumina é um composto químico que contém dois átomos de alumínio e três átomos de oxigênio. Para obter o alumínio, é preciso retirar esse oxigênio que está dentro da alumina. Como essa ligação do oxigênio com o alumínio é muito forte, é impossível separá-lo utilizando os redutores conhecidos, como o carbono, por exemplo, que é usado na redução do ferro. Esse foi o problema que impediu o uso desse metal até pouco mais de cem anos atrás. E isso foi resolvido com a utilização de fornos eletrolíticos. A ilustração a seguir mostra o fluxograma