INTRODUÇÃO AO ALUMÍNIO

RESUMO

Esta pesquisa irá apresentar o alumínio, que é um elemento químico de símbolo Al de número atômico 13 (13 prótons e 13 elétrons) com massa atômica 27 u.m.a. Dentre os materiais metálicos, ele é o mais recente a ser 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. 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.

INTRODUÇÃO

O desenvolvimento a seguir irá abordar o material metálico alumínio o panorama de sua indústria a importância para o brasil etc. Acredita-se que durante o nascimento do Sistema Solar o alumínio tenha se formado por meio de sucessivas colisões de átomos de hidrogênio em altas temperaturas e fortes pressões. A história do alumínio está entre as mais recentes no âmbito das descobertas minerais e uma das razões é o fato de não se encontrar alumínio em estado nativo, e sim a partir de processos químicos. Em 1808, Humphrey Davy provou a existência do alumínio, dando-lhe este nome e logo depois, o físico alemão Hans Christian Oersted se encarregou de produzir pequenas quantidades do metal.

A bauxita, minério que deu origem à obtenção de alumínio, foi identificada pela primeira vez em 1821, na localidade de Les Baux, ao Sul da França, por Berthier. Em 1825 o alumínio foi isolado pelo químico Oersted e a primeira obtenção industrial do alumínio por via química foi realizada por Sainte-Claire Deville, em 1854. O processo químico inicial utilizado por Deville foi substituído com sucesso pelo processo eletrolítico por meio de corrente elétrica, descoberto por Paul Louis Toussaint Heroult (Normandia-França) e Charles Martin Hall (Ohio-Estados Unidos). As primeiras referências sobre a bauxita no Brasil estão nos anais de 1928, da Escola de Minas de Ouro Preto e a primeira utilização desse minério para a produção de alumina e alumínio no País, em escala industrial, foi feita em 1944, durante a 2ª Grande Guerra Mundial.

INTRODUÇÃO AO ALUMÍNIO

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 à 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.

O alumínio é o elemento metálico mais abundante na crusta terrestre (8,13 %) e, logo a seguir ao oxigénio e silício, o terceiro elemento mais abundante. Devido à elevada afinidade para o oxigénio, não é costume encontrá-lo como substância elementar, mas, sim, em formas combinadas tais como óxidos ou silicatos.

O nome do metal deriva do latim alumen (alúmen). Em 1761, L.B.G. de Morveau propôs o nome alumine para a base do alúmen, e em 1787, Lavoisier identificou-o definitivamente como o óxido do metal ainda por descobrir. Em 1807 Sir Humphey Davy propôs o nome de alumium para este metal, e mais tarde concordou em alterá-lo para aluminum. Pouco tempo depois, o nome aluminium (aluminio) foi adoptado para concordar com a terminação do nome da maior parte dos elementos, generalizando-se esta designação por todo o mundo (na versão norte-americana, diz-se "aluminum"). 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.

Panorama geral sobre a indústria brasileira do alumínio representando sua produção, uso e reciclagem.

Produção do alumínio: O alumínio segue o ferro/aço entre os metais de maior consumo anual, sendo o mais importante dos metais não ferrosos. A variedade de usos do alumínio está relacionada com suas características físico-químicas, com destaque para seu baixo peso específico, comparado com outros metais de grande consumo, resistência à corrosão e alta condutibilidade elétrica/térmica.

O alumínio não é encontrado diretamente em estado metálico na crosta terrestre. Sua obtenção depende de etapas de processamento da bauxita, que é formada por um processo químico natural, proveniente da infiltração de água em rochas alcalinas em decomposição. Esse minério pode ser encontrado próximo à superfície com uma espessura média de 4,5 metros. O processo da mineração de bauxita, que origina o alumínio, pode ser exemplificado da seguinte maneira: (Remoção planejada da vegetação e do solo orgânico; Retirada das camadas superficiais do solo “argilas e latirias”; Beneficiamento: Britagem, para redução de tamanho; Lavagem do minério com água para reduzir (quando necessário) o teor de sílica contida na parcela mais fina; Secagem.

A refinaria é a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada. O procedimento mais utilizado é o Bayer. Nele, a bauxita é dissolvida em soda cáustica e, posteriormente, filtrada para separar todo o material sólido, concentrando-se o filtrado para a cristalização da alumina. Esses cristais são secos e calcinados a fim de eliminar a água. Então, a alumina é finalmente transformada em alumínio por meio de um processo de eletrólise. Em resumo, estas são as fases do processo de transformação da bauxita em alumina calcinada que são:

Dissolução da alumina em soda cáustica.

Filtração da alumina para separar o material sólido.

O filtrado é concentrado para a cristalização da alumina.

Os cristais são secados e calcinados para eliminar a água.

O pó branco de alumina pura é enviado à redução. (Na redução, ocorre o processo conhecido como Hall-Héroult, por meio da eletrólise, para obtenção do alumínio). As principais fases da produção de alumina, desde a entrada do minério até a saída do produto final são: Moagem Digestão Filtração/evaporação Precipitação e calcinação.

A produção brasileira de alumínio ficou praticamente estável em 2012 na comparação com um ano antes, informou nesta quinta-feira a Abal, que associação que representa a indústria. A produção em 2012 somou 1,436 milhão de toneladas, leve recuo de 0,3 por cento sobre o volume produzido em 2011. O tombo foi contido por um crescimento de 11,2 por cento na produção da Votorantim Metais CBA, que passou de 409 mil toneladas em 2011 para 454,9 mil toneladas no ano passado, em dezembro, a produção de alumínio primário no Brasil somou 117,6 mil toneladas, queda de 5,5 por cento na comparação com um ano antes, levando em conta o preço da energia elétrica no Brasil, para manter a produção em 2012 é um sinal da confiança do setor de que o governo vai melhorar a competitividade da indústria", disse o presidente da Abal, Adjarma Azevedo.

Apesar do pacote do governo para reduzir os custos da energia elétrica no Brasil, o presidente da Abal acredita que a produção de alumínio primário do país em 2013 continuará estável, com o preço atual da energia, dificilmente o setor faz caixa para poder investir", disse Azevedo. "A produção não cresce este ano em hipótese alguma", afirmou. Segundo ele, pacote de redução do custo da energia elétrica no país, anunciado no final do ano passado com a renovação antecipada de concessões de geradoras, privilegiou o setor regulado e não o mercado livre, usado por grandes empresas para comprar energia.

Uso do alumínio

Quando o alumínio era ainda uma curiosidade com custos elevados, as primeiras utilizações eram limitadas a estatuetas, placas comemorativas, objetos de decoração. No fim do século XIX com o aumento da disponibilidade foi, gradualmente, utilizado em utensílios de cozinha. O crescimento da importância do alumínio foi consequência da combinação de propriedades úteis resultando numa adequação técnica para aplicações em engenharia, podendo ser transformado através de processos metalúrgicos normais, e, atividades de pesquisas e tecnologias, fizeram do alumínio um material que não apresenta dificuldades nas suas aplicações.

As vasilhas usadas no processo Hall-Heroult são conhecidas como potes - e um grande pode produzir mais de duas toneladas de alumínio ao dia. Mas as empresas podem aumentar esse volume, e o fazem, conectando diversos potes. Uma fundição pode conter uma ou mais dessas linhas, cada qual com 200 a 300 vasilhas. Dentro delas, a produção de alumínio continua dia e noite, isso é para garantir que o metal se mantenha em forma líquida, uma vez por dia, os trabalhadores escoam o alumínio dos potes, em boa parte do metal é separada para se tornar lingotes de fabricação, Para produzir um lingote de fabricação, o alumínio derretido é encaminhado a grandes fornalhas onde pode ser combinado a outros metais, formando ligas. O metal passa por um processo de limpeza conhecido como fluxão. Nessa etapa são utilizados gases como nitrogênio ou argônio para promover a separação de impurezas e conduzi-las à superfície para serem removidas. O alumínio purificado é em seguida derramado em moldes e refrigerado rapidamente com o uso de água fria.

Parte do alumínio que sai dos potes não é purificado ou usado para fazer ligas metálicas, e depois é despejado diretamente em moldes, onde se resfria rapidamente e endurece para formar lingotes de fundição. As usinas primárias de alumínio vendem esses lingotes de fundição a outras fundições, que os fazem retornar ao estado líquido e cuidam elas mesmas da produção de ligas e da fluxão. Essas usinas, por sua vez, transformam o alumínio em diversas peças - para componentes, automóveis e outras aplicações. Fundição moldada: O alumínio pode ser moldado em infinitas formas, derramando o metal derretido em um molde. À medida que ele esfria e endurece, toma a forma do molde. Essa forma de fundição é usada para produzir objetos sólidos e de formas únicas, como peças para motores de carros, martelos de alumínio ou as chapas de base de ferros elétricos.

Laminação: Processo de compreensão do metal para obtenção de chapas grossas (150mm) até folhas com espessura de 0,005 mm existem dois processos básicos de laminação, laminação a quente e laminação a frio.

Extrusão: Processo de transformação termomecânico, na qual o tarugo de alumínio é reduzido em sua seção transversal quando forçado a fluir através de um orifício de uma matriz, sob efeito de altas pressões e temperaturas. É similar a uma pasta sendo expedida para fora de seus tubos.

Trefilação: Processo de transformação por meio de deformação mecânica a frio, no qual se faz fluir um produto que precise diminuir a seção transversal. Os dois sistemas utilizados: trefilação em bancos para as barras e tubos e trefilação em blocos para vergalhões e fios.

O alumínio é um metal atraente e muitas vezes não requer acabamento. Mas pode ser polido, pintado e galvanizado. Por exemplo, os fabricantes de cerveja e refrigerantes geralmente usam um processo de impressão para afixar rótulos às latas de alumínio, As formulações típicas de impressão, na maioria dos casos, requerem camadas laqueadas que aderem bem ao alumínio e são esteticamente atraentes.

Reciclagem do alumínio

A reciclagem do alumínio é um dos atributos mais importantes do metal, ao contrário de outros materiais, o alumínio pode ser reutilizado inúmeras vezes sem perder suas características físico-químicas, pelo valor econômico atrativo e pela boa disponibilidade. O material pode ser reciclado a partir de sucatas de produtos que não possuem mais vida útil ou de sobras do processo produtivo, utensílios domésticos, esquadrias de portas e janelas, componentes de fabricação automotiva, latas em geral e muitos outros podem ser reutilizados e empregados na obtenção de produtos novos, sem que o reaproveitamento implique perda de qualidade do metal.

Os materiais a ser reciclados são:

Bloco: Blocos de alumínio isentos de contaminantes (ferro e outros), com, no máximo, 2% de óleos e/ ou lubrificantes.

Estamparia: Retalhos de chapas e folhas sem pinturas e outros contaminantes (graxa, óleo, parafusos, rebites, etc.). Gerados em atividades industriais.

Chaparia: Retalhos de chapas e folhas, pintadas ou não, chapas usadas de ônibus e baús com, no máximo 3% de impurezas; tubos aerossol (sem cabeça); antenas de TV; cadeiras de praia limpas e isentas de plástico, rebites e parafusos.

Latas prensadas: Latas usadas decoradas, prensadas com densidade entre 400 e 530kg/m³, em fardos paletizados ou amarrados em lotes de 1500kg, em média com espaço para movimentação de empilhadeira, com, no máximo, 2,5% de impurezas, contaminantes e umidade.

Latas soltas ou enfardadas: Latas usadas decoradas, soltas ou enfardas em prensa de baixa densidade até 10kg/m³, com no máximo, 2,5% de impurezas contaminantes e umidade.

Panela: Panela e demais utensílios domésticos (‘’ alumínio mole”), isentos de cabos, madeira, ferro, parafusos, rebites e entre outros.

Perfil branco: Retalhos de perfis sem pintura ou anodizados, soltos ou prensados, isentos de contaminantes (ferro, óleo, graxa e rebites).

Perfil misto: Retalhos de perfis pintados, soltos ou prensados, com, no máximo, 2% de contaminantes (ferro, óleo, graxa e rebites).

Segundo a Associação Brasileira de Alumínio (ABAL), em 2011 o índice de reciclagem de latas de alumínio no País atingiu a marca de 98,2%, mantendo o Brasil na liderança mundial. Depois de coletado, o alumínio é prensado, enfardado e encaminhado para as indústrias de fundição, do alumínio é derretido nos fornos e transformado em lingotes. Os blocos são vendidos para os fabricantes de lâminas de alumínio, que comercializam as chapas para as indústrias de lata, essa atividade assume um papel multiplicador na cadeia econômica, que reúne desde as empresas produtoras de alumínio e seus parceiros, até recicladores, sucateiros e fornecedores de insumos e equipamentos para a indústria de reciclagem.

Trata-se de um setor que tem estimulado o desenvolvimento de novos segmentos, como o de fabricantes de máquinas para amassar latas, prensas e coletores, nesse contexto, técnicos, ambientalistas, mobilizadores sociais, gestores das instituições públicas e privadas, na busca do estabelecimento da gestão participativa dos resíduos sólidos, sob a ótica da responsabilidade socioambiental compartilhada, envolvem-se nesse setor com enfoque no tratamento e o reaproveitamento de resíduos, propiciando benefícios para milhares de pessoas, que retiram da coleta e reciclagem sua renda familiar.

Os benefícios da reciclagem do alumínio oferece inúmeras vantagens, os benefícios da atividade podem ser medidos pela economia de energia elétrica e da bauxita (minério que origina o alumínio primário) e, ainda, pelo aspecto social, tendo como base a geração de renda promovida pela atividade e o número de famílias atendidas por projetos ligados à reciclagem. Além dos benefícios sociais e econômicos, a reciclagem de latas de alumínio também favorece o meio ambiente. O processo de reciclagem utiliza apenas 5% da energia elétrica e, segundo dados do (International Aluminium Institute) – IAI, libera somente 5% das emissões de gás de efeito estufa quando comparado com a produção de alumínio primário. Cada tonelada de alumínio reciclado economiza a extração de 5 toneladas de bauxita, matéria prima para se fabricar o alumínio e a não geração de resíduos provenientes do processo da mineração.

A atividade injeta recursos nas economias locais, cria novos empregos e gera renda para mais de 180 mil pessoas em uma série de atividades, desde a coleta até a transformação final da sucata em novos produtos, e isso leva desenvolvimento e aumenta a oferta de empregos no País. Sem falar da criação de novas atividades e da maior demanda da indústria de base, com máquinas e equipamentos especiais necessários para a reciclagem do alumínio, tal reciclagem cria uma cultura de combate ao desperdício, difundindo e estimulando o hábito do reaproveitamento de materiais, com reflexos positivos na formação da cidadania e no interesse pela melhoria da qualidade de vida da população. O alto valor agregado do alumínio desencadeia benefício indireto para outros setores, como o plástico e o papel, e acontecendo a valorização do alumínio para o sucateiro torna atraente sua associação com coletas de outros materiais de baixo valor agregado e grande impacto ambiental. Além disso, a perspectiva de reaproveitamento permanente chama a atenção da sociedade por produtos e processos limpos, criando um comportamento mais renovável em relação ao meio ambiente no Brasil, enfatizando o estabelecimento de políticas públicas voltadas para a gestão de resíduos.

Características Físico-químicas e suas propriedades:

Uma excepcional combinação de propriedades faz do alumínio um dos mais versáteis materiais utilizados na engenharia, arquitetura e indústria em geral.

Ponto de fusão: O alumínio possui ponto de fusão de 660°C, o que é relativamente baixo comparado ao do aço, que é da ordem de 1570°C.

Peso específico: A leveza é uma das principais características do alumínio. Seu peso específico é de cerca de 2,70 g/cm3, aproximadamente 5% do peso do aço e 30% do peso do cobre.

Resistência à corrosão: O alumínio possui uma fina e invisível camada de óxido, a qual protege o metalde oxidações posteriores. Essa característica de auto-proteção dá ao alumínio uma elevada resistência à corrosão.

Condutibilidade elétrica: O alumínio puro possui condutividade elétrica de 62% da IACS (International Annealed Copper Standard), a qual associada à sua baixa densidade significa que um condutor de alumínio pode conduzir tanta corrente quanto um condutor de cobre que é duas vezes mais pesado e proporcionalmente mais caro.

Condutibilidade térmica: O alumínio possui condutibilidade térmica 4,5 vezes maior que a do aço.

Refletividade: O alumínio tem uma refletividade acima de 80%, a qual permite ampla utilização em luminárias.

Propriedade anti-magnética: Por não ser magnético, o alumínio é frequentemente utilizado como proteção em equipamentos eletrônicos. Além disso, o metal não produz faíscas, o que é uma característica muito importante para garantir sua utilização na estocagem de substâncias inflamáveis ou explosivas, bem como em caminhões-tanque de transporte de combustíveis.

Característica de barreira: O alumínio é um importante elemento de barreira à luz, é também impermeável à ação da umidade e do oxigênio, tornando a folha de alumínio um dos materiais mais versáteis no mercado de embalagens.

Reciclagem: A característica de ser infinitamente reciclável, sem perda de suas propriedades físico-químicas é uma das principais vantagens do alumínio.

Todas essas características apresentadas conferem ao alumínio uma extrema versatilidade. Na maioria das aplicações, duas ou mais destas características entram em jogo, por exemplo: baixo peso combinado com resistência mecânica; alta resistência à corrosão e elevada condutibilidade térmica.

Como o aluminio é encontrado na natureza:

O alumínio não é encontrado diretamente em estado metálico na crosta terrestre. Sua obtenção parte da Mineração da bauxita e segue para as etapas posteriores de Refinaria e Redução.

Mineração

O alumínio é obtido a partir da bauxita, um minério que pode ser encontrado em três principais grupos climáticos: o Mediterrâneo, o Tropical e o Subtropical. A bauxita deve apresentar no mínimo 30% de óxido de alumínio (Al2O3) aproveitável para que a produção de alumínio seja economicamente viável. As reservas brasileiras de bauxita, além da ótima qualidade do minério também estão entre as maiores do mundo.

Refinaria

Essa fase do processo além de ser insumo para a obtenção do alumínio primário, a alumina tem diversas aplicações como a fabricação de materiais refratários, tratamento de água, uso em produtos abrasivos e para polimento, como retardante de chamas, na fabricação de velas de ignição entre outros.

O processo mais utilizado para obtenção de alumina é Bayer.

Redução do alumínio

A obtenção do alumínio ocorre pela redução da alumina calcinada em cubas eletrolíticas, a altas temperaturas, no processo conhecido como Hall-Héroult. São necessárias duas toneladas de alumina para produzir uma tonelada de metal primário pelo processo de Redução.

Fluxo de produção de alumínio:

Fundição moldada: O alumínio pode ser moldado em infinitas formas, derramando o metal derretido em um molde. À medida que ele esfria e endurece, toma a forma do molde. Essa forma de fundição é usada para produzir objetos sólidos e de formas únicas, como peças para motores de carros, martelos de alumínio ou as chapas de base de ferros elétricos.

Laminação: Processo de compreensão do metal para obtenção de chapas grossas (150mm) até folhas com espessura de 0,005 mm existem dois processos básicos de laminação, laminação a quente e laminação a frio.

Extrusão: Processo de transformação termomecânico, na qual o tarugo de alumínio é reduzido em sua seção transversal quando forçado a fluir através de um orifício de uma matriz, sob efeito de altas pressões e temperaturas. É similar a uma pasta sendo expedida para fora de seus tubos.

Trefilação: Processo de transformação por meio de deformação mecânica a frio, no qual se faz fluir um produto que precise diminuir a seção transversal. Os dois sistemas utilizados: trefilação em bancos para as barras e tubos e trefilação em blocos para vergalhões e fios.

O alumínio é um metal atraente e muitas vezes não requer acabamento. Mas pode ser polido, pintado e galvanizado. Por exemplo, os fabricantes de cerveja e refrigerantes geralmente usam um processo de impressão para afixar rótulos às latas de alumínio, As formulações típicas de impressão, na maioria dos casos, requerem camadas laqueadas que aderem bem ao alumínio e são esteticamente atraentes.

CONCLUSÃO

Com o desenvolvimento desta atividade o grupo teve a oportunidade de compreender ainda mais a teoria apresentada em sala de aula, dentre outros benefícios evidenciados tais como o trabalho em equipe, etc.

Atividades desta natureza sempre agregam valor, pois durante a execução das mesmas surgem muitas discursões sadias que ao final elevam o conhecimento dos envolvidos e este conhecimento geralmente serão aplicados em determinadas ocasiões.

REFERÊNCIAS BIBIOGRAFICAS

• http://www.belmetal.com.br/aluminio.php

• http://nautilus.fis.uc.pt/st2.5/scenes-p/elem/e01300.html

• http://pt.wikipedia.org/wiki/Bauxita

• http://pt.wikipedia.org/wiki/Alum%C3%ADnio

• http://www.abal.org.br/

•http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/audiencia/arquivo/2005/010/apresentacao/valesul_-_valadao.pdf

• http://www.revistaaluminio.com.br

• http://www.escolhaaluminio.com.br