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Como é fabricado o alumínio (Pode 2024)
Fundição
Embora existam vários métodos de produção de alumínio, apenas um é usado comercialmente. O processo de Deville, que envolve a reação direta de sódio metálico com cloreto de alumínio, foi a base da produção de alumínio no final do século 19, mas foi abandonado em favor do processo eletrolítico mais econômico. Uma abordagem carbotérmica, o método clássico para reduzir (remover oxigênio) dos óxidos metálicos, é há anos objeto de intensa pesquisa. Isso envolve o aquecimento do óxido junto com o carbono para produzir monóxido de carbono e alumínio. A grande atração da fundição carbotérmica é a possibilidade de contornar o refino de alumina e começar com minérios de qualidade inferior à bauxita e carbono de qualidade inferior ao coque de petróleo. Apesar de muitos anos de pesquisa intensiva, no entanto, nenhum concorrente econômico foi encontrado para a abordagem Bayer-Hall-Héroult.
Embora inalterado em princípio, o processo de fundição de Hall-Héroult hoje difere muito em escala e detalhe do processo original. A tecnologia moderna produziu melhorias substanciais em equipamentos e materiais e reduziu os custos finais.
Em uma fundição moderna, a alumina é dissolvida em potes de redução - cascas de aço retangulares profundas e revestidas com carbono - que são preenchidas com um eletrólito fundido que consiste principalmente de um composto de sódio, alumínio e flúor chamado criolita.
Por meio de ânodos de carbono, a corrente direta é passada através do eletrólito para um revestimento de cátodo de carbono na parte inferior da célula. Uma crosta se forma na superfície do banho derretido. A alumina é adicionada no topo dessa crosta, onde é pré-aquecida pelo calor da célula (cerca de 950 ° C [1.750 ° F]) e sua umidade adsorvida é removida. Periodicamente, a crosta é quebrada e a alumina é introduzida no banho. Nas células mais novas, a alumina é alimentada diretamente no banho derretido por meio de alimentadores automáticos.
Os resultados da eletrólise são a deposição de alumínio fundido no fundo da célula e a evolução do dióxido de carbono no ânodo de carbono. Aproximadamente 450 gramas (1 libra) de carbono são consumidos por cada quilograma (2,2 libras) de alumínio produzido. Cerca de 2 kg de alumina são consumidos por cada quilograma de alumínio produzido.
O processo de fundição é contínuo. Alumina adicional é adicionada ao banho periodicamente para substituir a consumida por redução. O calor gerado pela corrente elétrica mantém o banho em uma condição fundida, para que a alumina fresca se dissolva. Periodicamente, o alumínio fundido é aspirado.
Como um pouco de fluoreto do eletrólito de criolita é perdido no processo, o fluoreto de alumínio é adicionado, conforme necessário, para restaurar a composição química do banho. Um banho com excesso de fluoreto de alumínio fornece a máxima eficiência.
Na prática, longas filas de vasos de redução, chamados de linhas de vasos, são eletricamente conectados em série. Tensões normais para potes variam de quatro a seis volts, e as cargas de corrente variam de 30.000 a 300.000 amperes. De 50 a 250 potes podem formar uma única linha de potenciômetro com uma tensão total de linha superior a 1.000 volts. O poder é um dos ingredientes mais caros do alumínio. Desde 1900, os produtores de alumínio têm procurado fontes de energia hidrelétrica barata, mas também tiveram que construir muitas instalações que usam energia de combustíveis fósseis. Os avanços tecnológicos reduziram a quantidade de energia elétrica necessária para produzir um quilograma de alumínio. Em 1940, esse número era de 19 kilowatt-hora. Em 1990, a quantidade de energia elétrica consumida por cada quilograma de alumínio produzido havia caído para cerca de 13 quilowatt-hora para as células mais eficientes.
O alumínio fundido é desviado das células para grandes cadinhos. A partir daí, o metal pode ser derramado diretamente nos moldes para produzir lingote de fundição, pode ser transferido para fornos de retenção para refino adicional ou para liga com outros metais, ou ambos, para formar lingote de fabricação. Como se trata da célula, o alumínio primário é cerca de 99,8% puro.
A automação e o controle do computador tiveram um efeito marcante nas operações de fundição. As mais modernas instalações de redução usam usinas de carbono totalmente mecanizadas e controle por computador para monitorar e automatizar as operações da linha de potenciômetro.
Reciclando
Como a refusão de sucata de alumínio consome apenas 5% da energia necessária para produzir alumínio primário a partir de bauxita, a sucata "em processo" da fabricação de chapas, peças forjadas e extrusões encontrou o caminho de volta ao forno de fusão desde o início da produção. Além disso, pouco antes da Primeira Guerra Mundial, a “nova” sucata produzida durante a fabricação de produtos comerciais e domésticos de alumínio foi coletada por empresários que começaram o que é conhecido como indústria secundária de alumínio. A composição química da nova sucata é geralmente bem definida; consequentemente, é frequentemente vendido de volta aos produtores primários de alumínio para ser refeito na mesma liga. A sucata “nova” agora é bastante complementada pela sucata “antiga”, gerada pela reciclagem de produtos de consumo descartados, como automóveis ou cadeiras de gramado. Como a sucata velha é frequentemente suja e uma mistura de muitas ligas, ela geralmente termina em ligas de fundição, que apresentam níveis mais altos de elementos de liga.
Os recipientes de bebidas de alumínio usados constituem um tipo único de sucata antiga. Embora os corpos e as tampas dessas latas sejam feitos de diferentes ligas de alumínio, ambos contêm magnésio e manganês. Consequentemente, recipientes de bebidas reciclados podem ser usados para refazer o estoque de qualquer produto. A energia necessária para produzir uma lata de bebida a partir de sucata é de cerca de 30% da energia necessária para produzir a lata a partir de metal primário. Por esse motivo, a reciclagem de recipientes de bebidas usadas representa uma fonte crescente de metal para produtores de metais primários.
