Alumínio, Alumina e Reciclagem

1. Universidade Federal de São Carlos Departamento de Engenharia Química Prof. Luiz Márcio Poiani Alumínio, Alumina e Reciclagem Denise Cervilha de Freitas Filipe Ângelo dos Santos Michele Aguilera YumiFusse Madeira

2. SUMÁRIO • Introdução • Refinaria • Processo Bayer • Redução • Processo Hall-Héroult • Reciclagem

3. INTRODUÇÃO • Importância do Alumínio • Matéria-prima • Divisão do processo • Mineração • Refinaria • Redução • Extração da bauxita

5. MOAGEM • Blendagem • Homogeneização • Moinho de martelos • Moinho de barras • Licor de NaOH proveniente do processo • Separador de impurezas • Granulometria ideal  estocagem em tanques com bombas recirculantes e pás rotativas

6. DIGESTÃO • Digestores (reatores tipo autoclave) • Dissolução do Hidróxido de Aluminio NaOH + Al(OH)3 NaAlO2 + 2 H2O T ≥ 140oC, P ≥ 400kPa • Reação do NaOH com impurezas como SiO2, P2O5, CO3. • Maior perda de processo – reação da kaolinita (Al2O3.2SiO2.2H2O) com o NaOH

7. TANQUES “FLASH” • Resfriamento por expansão a baixa pressão • O vapor proveniente é utilizado para pré-aquecer a solução de soda cáustica que vai para os digestores.

8. FILTRAÇÃO • Decantação – separação da parte sólida (Lama). • Filtro de pressão tipo Kelly – solução cáustica purificada rica em aluminato.

9. PRECIPITAÇÃO • Novo resfriamento “flash” a vácuo. • Trocadores de calor • Precipitação • Aglomeração dos sólidos da semente • NaAlO2 + 2H2O  NaOH + Al(OH)3 T≤80o C, P = 100kPa • Tanques decantadores

10. REAPROVEITAMENTO DO LICOR • Licor pobre recebe a soda cáustica • Parte do licor vai para o moinho de barras, e a outra parte para os digestores

11. CALCINAÇÃO • Filtros Dorrcos – lavagem e filtragem do hidrato (redução da umidade) • Reação de calcinação • Classificação granulométrica – equipamento eletrostático. 2 Al2O3.3H2O (s) Al2O3(s) + 3H2O (v) 950o ≤ T ≤ 1250o

12. Processo Hall-Héroult • Obtenção do alumínio metálico • 1825: Oersted Aquecimento de AlCl3 com amálgama de K • 1886: Charles Hall e Paul Héroult: Eletrólise da alumina dissolvida em banho de criolita fundida Preço de venda US$ 220/kg → US$ 4,50/kg

13. Processo Hall-Héroult

16. 2 tipos de cubas • Ânodos múltiplos pré-cozidos • Ânodo com auto-recozimento, ou ânodo Soderberg →

17. Al2O3 + 3/2 C → 2Al + 3/2 CO2 Reação no ânodo: 3O2-(l) → 3/2O2(g) + 6é Reação no cátodo: 2Al3+(l) + 6é → 2Al(l) Reação final: 2Al3+(l) + 3O2-(l) → 3/2O2(g) + 2Al(l)

18. Eletrólitofundido • Criolita: 3Na.AlF3 • Excesso de AlF3 • 6 a 10% de CaF2 (fluorita) • 2 a 6% de Al2O3 • Adição de material alcalino para compensar a absorção do eletrólito por um revestimento novo • Perda de AlF3pelavolatilização de compostosricosem AlF3 e reação com soda cáustica → adiçãoperiódica de AlF3 e pequenaconcentração de cal

19. Formação de crosta cristalizada sobre a superfície do banho fundido • A crosta é quebrada para adição de alumina para manter a concentração entre 2 e 6% • Efeito do ânodo: formação de tatrafluoreto de carbono em volta do ânodo aumenta a tensão na célula, disparando um alarme e indicando o esgotamento da alumina no banho

22. O Alumínio produzido tem um grau de pureza de cerca de 99,7%. • Sucessivas operações electrolíticas de refinagem são possíveis até obter um grau de pureza na ordem dos 99.997%.

23. Processo de Reciclagem

24. Processo de Reciclagem

25. Processo de Reciclagem

26. Processo de Reciclagem

27. Processo de Reciclagem • Venda para Usuários 10 • Testar Qualidade • Adição de elementos 8 • Ligotes • Laminação 9