Produção Industrial de Alumínio

O alumínio está presente em todas as esferas da sociedade, desde armazenamento de alimentos até na constituição de aparelhos eletrônicos. Além de sua produção a partir da matéria prima (bauxita) o alumínio pode ser produzido a partir da reciclagem. A produção derivada da matéria prima requer um consumo de energia elevadíssimo, pois a bauxita de cor marrom-avermelhada tem um ponto de fusão muito alto, essa bauxita deve sofrer um processo de purificação para que se possa extrair a alumina (Al₂O₃) de outras substâncias, como, por exemplo, o óxido de ferro 3 (Fe₂O₃).

A primeira etapa é moer o minério bauxita, denominada moagem, seguida pela digestão com uma solução cáustica de hidróxido de sódio (NaOH), sob temperatura e pressão controladas.

Após a digestão ocorre à clarificação. Nela ocorre à separação entre as fases sólida (resíduo insolúvel) e líquida (licor), quanto um pó branco de alumina pura é obtido e enviado à Redução. 

 Esta última etapa permite a obtenção de alumínio através de eletrólise. A passagem de corrente elétrica na célula eletrolítica promove a redução da alumina, decantando o alumínio metálico no fundo da célula e o oxigênio liberado reage com o ânodo de carbono, formando dióxido de carbono. 

                                                      Assim é formado o alumínio metálico.

                                           

Soda caustica e o Clube da Luta

O hidróxido de sódio (NaOH), também conhecido como soda cáustica, é um hidróxido cáustico usado na indústria, principalmente como base química, na fabricação de papel, tecidos, detergentes, alimentos e biodiesel. É, nas condições ambiente, um sólido branco bastante higroscópico (absorve a água presente no ar). Caracteriza-se por ser uma base de Arrhenius muito forte, portanto, é utilizada para neutralizar ácidos fortes ou tornar rapidamente alcalino um meio reacional, mesmo em poucas concentrações. Sua obtenção origina-se da eletrólise de cloreto de sódio (NaCl) em meio aquoso.

           

Agora uma descrição de como a soda caustica aparece no filme Clube da Luta:

Vivendo de delírios e com seu amigo imaginário, Tyler possui a ilusão que para entrar em uma amizade mais séria com sua própria mente, ele deve queimar a mão com a soda caustica. Tal efeito, como escrito no livro, só é possível se a soda caustica entra em contato com a saliva ou água.

Na pele, a sensação de 200 graus provocada pela substancia é extrema. Narrando a dor, o protagonista fala de sua calça manchada de sande que, depois de algum tempo, também chega a derreter um pouco.

O indivíduo também cita algumas utilidades da soda caustica no dia a dia das pessoas:

“Você pode usar a soda caustica para desentupir ralos. Uma pasta de soda caustica misturada com água pode furar uma panela de alumínio Uma solução de soda caustica e agua pode dissolver uma colher de pau”

Bibliografia  

http://pt.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3xido_de_s%C3%B3dio

http://www.infoescola.com/compostos-quimicos/soda-caustica/

Produção industrial do alumínio

O alumínio apresenta características (propriedades) peculiares, é bem maleável, leve (densidade abaixo de 5g/cm3) e muito resistente à corrosão. É um dos metais mais versáteis, pois, a partir dele, pode-se confeccionar, além de panelas, o papel-alumínio (que, por ser atóxico, é utilizado para proteger alimentos), painéis coletores de energia solar e muitas outras coisas.
Sua produção - A produção de alumínio é um processo que exige tempo e consome bastante energia. O processo de produção do alumínio consiste de muitas fases. No entanto, uma vez produzido, o alumínio pode ser reciclado infinitamente, sem perder suas excelentes propriedades.
O método atualmente utilizado para a obtenção do alumínio é o da eletrólise da alumina (óxido de alumínio), que é obtida da bauxite. Um recipiente de ferro, revestido com carbono, é enchido com criolite e aquecido eletricamente até cerca de 800 ºC. Para a eletrólise, utiliza-se um conjunto de elétrodos de carbono como ânodo, enquanto que o próprio recipiente funciona como cátodo. O oxigénio libertado combina-se com o carbono do ânodo para formar dióxido de carbono, ao passo que o alumínio se deposita no fundo do recipiente. Com a adição de mais alumina, o processo é continuado, sendo o metal retirado pouco a pouco do recipiente.
Passo a passo
Aproximadamente 7 % da crosta terrestre é formada por alumínio, fazendo deste elemento químico o terceiro mais abundante na Terra, após o oxigênio e o silício. A produção de alumínio começa com a matéria-prima bauxita.

Quanta bauxita há no mundo?
As reservas de bauxita que se tem conhecimento correspondem aproximadamente a 29 bilhões de toneladas métricas. No ritmo da extração atual, essas reservas ainda durariam por mais de 100 anos.
Se incluirmos, porém, os recursos de bauxita ainda por serem descobertos, a estimativa total seria de 50 a 75 bilhões de toneladas métricas.
Tal estimativa prolongaria a vida das reservas de 250 a 340 anos.
Outros minérios de alumínio
A indústria de alumínio vem se preparando para utilizar, além da bauxita, outros minérios no futuro e já estão em andamento pesquisas sobre outros processos de extração. No futuro, pretendemos usar mais metal reciclado como, por exemplo, o provindo de construções.
Como extraímos a bauxita das minas?

Normalmente, a bauxita é coberta por uma camada de vários metros de rochas e argila, a qual tem de ser removida, para que a bauxita possa ser extraída. A seguir, a bauxita é transportada para a usina, onde é lavada e britada, antes de ser transportada para o refino.
A lama é depositada em bacias de rejeitos que, após seu uso, são cobertas e recebem o plantio de espécies nativas, para restabelecer a vegetação natural do local.

Apos a extração - O óxido de alumínio, ou alumina, como é chamado, é extraído da bauxita em refinarias e, a seguir, é utilizado para a produção do alumínio primário.
4-7 toneladas métricas de bauxita = 2 toneladas métricas de alumina = 1 tonelada métrica de alumínio.

Além da alumina, a bauxita contém sílica, óxido de ferro e dióxido de titânio. Para extrair a alumina da bauxita, emprega-se o processo Bayer. 

A alumina é separada da bauxita por meio de uma solução aquecida de soda cáustica (hidróxido de sódio) e de cal (óxido de cálcio).
A mistura é bombeada para o interior de recipientes de alta pressão e aquecida.
A soda cáustica dissolve a alumina, que se precipita da solução saturada. A alumina é, então, lavada e aquecida para a remoção da água.
O material precipitado é filtrado e lavado, para remover e recuperar a solução cáustica.
Todo o restante é eliminado por filtragem e a alumina é seca até atingir a forma de pó branco.
A maior parte das refinarias de alumina está localizada nas proximidades de minas de bauxita, ou próxima de um porto, onde a alumina pode facilmente ser transportada até as fábricas de produção de alumínio.
Aluminio primario- Os benefícios da utilização do alumínio podem superar em muito o impacto causado pela sua extração e produção. Conheça as principais etapas da produção do alumínio primário:

A produção do alumínio primário ocorre em grandes linhas de produção, onde as cubas de redução são o centro das atenções.
Aqui, o processo de redução transforma a alumina refinada em alumínio. Para tanto, necessitamos três matérias-primas:
Óxido de alumínio (alumina)
Eletricidade
Carbono
O átomo do alumínio encontrado na alumina está ligado ao oxigênio. Para que se possa produzir o alumínio, essas ligações devem ser destruídas através do processo de eletrólise.
A alumina é transportada às fábricas e, a seguir, para o interior das cubas (contentor de grande porte), onde a alumina é dissolvida em um banho eletrolítico.
A alumina possui alto ponto de fusão e é convertida através do processo de eletrólise. Nas cubas de eletrólise, uma corrente direta muito alta corre entre um polo negativo (catodo) e um polo positivo (anodo), ambos feitos de carbono. O anodo é consumido no processo à medida que reage com o oxigênio na alumina para formar gás carbônico (CO2).
O alumínio líquido resultante é retirado das cubas, utilizando-se veículos especializados, e fundido em lingotes de extrusão, lingotes de laminagem e outros tipos de lingotes, dependendo dos processos a que serão submetidos. 
Em geral, o alumínio primário é utilizado para extrusão, laminação e fundição.
Extrusão
O alumínio, através do processo de extrusão, pode ser moldado em uma infinidade de formas e ser transformado em uma grande variedade de tubos e perfis, por exemplo.
Os tarugos de alumínio são aquecidos a 500 ºC e forçados a fluir através de uma matriz (como acontece quando se aperta um tubo de pasta de dentes), formando perfis para inúmeras aplicações.

O alumínio vem substituindo o cobre como metal preferido para tubulações em trocadores de calor e condicionadores de ar.
Laminação
O alumínio pode ser processado a quente ou a frio.

O alumínio é um metal muito maleável, podendo ser laminado de 60 cm a 2-6 mm. Como produto final, as folhas de alumínio podem ter a espessura de até 0,006 mm e continuar impermeáveis à luz, aroma ou sabor. 

O alumínio, por si só, forma uma camada protetora, que o torna altamente resistente à corrosão. Há, ainda, uma série de tipos de tratamento de superfície que incrementam essas propriedades.
Fundição
As propriedades do alumínio podem ser alteradas pela adição de pequenas quantidades de outros metais, para obtenção de ligas de alumínio.
Esses metais podem aumentar a resistência, brilho e flexibilidade do alumínio, dependendo da aplicação final. Podem, ainda, torná-lo mais fácil de moldar, permitindo uma variedade infindável de produtos.
Os materiais mais comuns nas ligas de alumínio são o cobre, magnésio e silício. Para aumentar a sua qualidade, substâncias que promovem o refino dos grãos, como o estrôncio, sódio e titânio/boreto de titânio, também são adicionados em pequenas quantidades.

Produção industrial do Alumínio

O alumínio é considerado um dos metais mais versáteis,pois ele tem a ampla aplicação devido às suas propriedades, como baixa densidade, elevada resistência mecânica e à corrosão.A partir dele pode-se produzir, na indústria petroquímica e metalúrgica, em tampas de iogurte, frigideiras, papel alumínio e assim por diante.

      

• PROCESSO DE BAYER

O alumínio é produzido a partir da bauxita,que trata-se de um processo de produção difícil, pois exige um uso abundante de energia elétrica. A bauxita sofre um processo de purificação para que se possa obter a alumina (Al₂O₃) de outras substâncias, como, por exemplo, o óxido de ferro 3 (Fe₂O_3).

demonstração do processo de Bayer

No primeiro estágio inicial (digestão) envolve primeiramente a moagem da bauxita e logo em seguida a digestão com uma solução cáustica de hidróxido de sódio (NaOH).Logo em seguida encontra-se a clarificação  que é uma das etapas mais importantes do processo pois nela ocorre a separação entre as fases sólida (resíduo insolúvel) e líquida (licor).

A calcinação é a etapa final do processo, quando a alumina é lavada para remover qualquer resíduo do licor, passando pela secagem. A partir da alumina ocorre o processo de transformação da alumina em alumínio metálico,entretanto esse processo antes era realizado através da fundição da alumina a 2.000oC,o que fazia deste processo muito caro e ineficiente,em certas situações.

•   PROCESSO DE HALL-HÉROULT 

Em 1886, o americano Charles M. Hall e o francês Paul Héroult desenvolveram de modo independente um método que é usado até hoje para se produzir o alumínio a partir da alumina,através da eletrólise.

Eles descobriram que a criolita (Na₃AℓF₆) atua como fundente da alumina, ou seja,consegue baixar o ponto de fusão da alumina a cerca de 1000 ºC. Assim, o processo de Hall-Héroult consiste em colocar a mistura fundida da alumina com a criolita (Aℓ₂O₃ + Na₃AℓF₆) em um recipiente feito de ferro ou de aço,com eletrodos de carbono mergulhados nessa mistura,levando em consideração que  a mistura líquida contém os íons Aℓ³⁺_(ℓ) e O^2-_(ℓ)  livres:

O recipiente de aço atua como cátodo, onde ocorre a redução dos cátions do alumínio e a chegada de elétrons (polo negativo):

Esse alumínio formado permanece no estado líquido, porque o seu ponto de fusão é menor que o da mistura “criolita+alumina”, sendo igual a 660,37 ºC. Entretanto, visto que sua densidade é maior que a densidade da mistura, ele desce para o fundo do recipiente, onde é coletado por escoamento.Depois do precesso do produção o alumínio  fundido é colocado em moldes, nos quais se solidifica,como no caso a seguir:

Os eletrodos de carbono atuam como ânodos, polos positivos onde há a oxidação dos ânions oxigênio:

Esse gás oxigênio formado reage com o carbono do eletrodo e forma o gás carbônico (CO2(g)):

No fim se obtém a equação global do processo e sua representação:

Produção Industrial de Aluminio

Processo Bayer

O alumínio é produzido, basicamente, a partir da bauxita. Trata-se de um processo de produção difícil, pois exige muita energia elétrica. A bauxita de cor marrom-avermelhada deve sofrer um processo de purificação para que se possa extrair a alumina (Al₂O₃) de outras substâncias, como, por exemplo, o óxido de ferro 3 (Fe₂O₃). Para tanto, pode-se utilizar o processo Bayer, apresentado esquematicamente a seguir:

Figura 1 - Processo Bayer

O estágio inicial, denominado digestão, envolve, num primeiro momento, a moagem da bauxita, seguida pela digestão com uma solução cáustica de hidróxido de sódio (NaOH), sob temperatura e pressão controladas:

A clarificação é uma das etapas mais importantes do processo. Nela ocorre a separação entre as fases sólida (resíduo insolúvel) e líquida (licor). Em seguida, ocorre a etapa de precipitação, quando se dá o esfriamento do licor verde:
 

A calcinação é a etapa final do processo, quando a alumina é lavada para remover qualquer resíduo do licor, passando, posteriormente, pela secagem. Em seguida, a alumina é calcinada a, aproximadamente, 1.000oC, para desidratar os cristais e formar cristais de alumina puros, de aspecto arenoso e branco. Vale ressaltar que o óxido de ferro 3 não sofre reação no processo, podendo, assim, ser separado:
 

A partir da alumina ocorre o processo de transformação da alumina em alumínio metálico.

Esse processo, que antes era realizado através da fundição da alumina a 2.000oC, foi aperfeiçoado por Charles Martin Hall em 1896. Ao invés de fundir a alumina a essa temperatura, ele passou a dissolvê-la em criolita (Na3AlF6) fundida. Com esse processo, Hall diminuiu de 2.000oC para 1.000oC a temperatura. Atualmente, a alumina é dissolvida em um banho de criolita fundida e fluoreto de alumínio em baixa tensão.

A mistura obtida é colocada numa cuba eletrolítica e sofre uma reação de eletrólise. Veja a representação na Figura 2. Nessa etapa, o óxido de alumínio é transformado (reduzido) em alumínio metálico (Al). Basicamente, a reação que ocorre nesse processo é:

O oxigênio se combina com o carbono, desprendendo-se na forma de dióxido de carbono. O alumínio líquido (Al(l)) se precipita no fundo da cuba eletrolítica e, a seguir, é transferido para a refusão, onde são produzidos os lingotes, as placas e os tarugos.

Em termos de rendimento, para produzir 1kg de alumínio utiliza-se 2 kg de alumina, 100g de criolita e 10kW de energia elétrica:

Figura 2 - Eletrólise do alumínio

Como outro pesquisador, Paul Louis Toussaint Héroult também chegara, no mesmo ano, às mesmas conclusões de Hall, o processo ficou conhecido como Processo de Héroult-Hall. O alumínio produz duas ligas metálicas: a duralumínio (95% alumínio, 4% cobre, 1% magnésio, ferro e silício), bastante utilizada na confecção de carrocerias de ônibus, e a magnálio (83%alumínio, 15% magnésio, 2% cálcio), utilizada na produção de rodas automotivas.

Arthur Prado Neves nº 2 Mozart

Produção Industrial de NaOH

 

O hidróxido de sódio (NaOH), também conhecido como soda

cáustica, é um hidróxido cáustico usado em indústrias, principalmente

como base química, na fabricação de papel, tecidos, sabão, detergentes, alguns alimentos e biodiesel.

Apresenta na maioria das vezes no ambiente doméstico para a desobstrução de encanamentos e sumidouros, pois dissolve gorduras e sebos. Por outro lado é altamente corrosivo e pode produzir queimaduras, cicatrizes e cegueira devido à sua elevada reatividade. Além de corrosivo, o hidróxido de sódio também é bastante tóxico e muito solúvel em água, o que inclusive é uma dissolução que libera grande quantidade de calor, sendo um processo exotérmico e é produzido por eletrólise de uma solução aquosa de cloreto de sódio (salmoura), sendo produzido juntamente com o cloro.

O hidróxido de sódio não existe na natureza, ele é produzido industrialmente por meio de reações de eletrólise de soluções aquosas de cloreto de sódio (NaCl – salmoura), conforme pode ser visto abaixo:

2 NaCl + 2 H₂O  →2 NaOH + H₂↑  + O₂↑

Processos de fabricação:

2NaCl + CaCO3 → Na2CO3 + CaCl2

O primeiro estágio do processo é a purificação da salmoura saturada, que então reage com a amônia gasosa. A salmoura amoniacal é carbonatada em seguida com CO2, formando NaHCO3. Este é insolúvel na salmoura por causa do efeito do íon comum, podendo ser separado por filtração. Por aquecimento à 150ºC, o bicarbonato NaHCO3 se decompõe em carbonato anidro Na2CO3 (chamado na indústriade “soda leve”, por que é um sólido com baixa densidade, 0,5g/cm³). A seguir o CO2 é removido por aquecimento da solução, sendo o gás reciclado para o processo anterior, a amônia NH3, é removida por adição de álcali (solução de cal em água), sendo reaproveitada também. A cal (CaO) é obtida por aquecimento de calcário (CaCO3), que também fornece o CO2 necessário. Quando a cal (CaO) é misturada com a água forma-se Ca(OH)2.

     NH3+ H2O + CO2  → NH4.HCO3

   NaCl + NH4.HCO3 → NaHCO3 + NH4Cl

      2NaHCO3  → (150ºC) Na2CO3 + CO2  H2O

      CaCO3 →   (1100ºC em forno de cal) CaO + CO2

      CaO + H2O → Ca(OH) 2

       2 NH4 +   Ca(OH)2 → 2 NH3 + CaCl2  + 2H2O

O processo eletrolítico, a eletrolise da salmoura foi descrita pela primeira vez por Cruickshank, mas só em 1834 Faraday desenvolveu as leis da eletrólise. Naquele tempo era muito restrito o uso da eletrólise, porque as únicas fontes de energia elétrica para realizá-las eram as baterias primárias. Essa situação mudou em 1872, quando Gramme inventou o dínamo. A primeira aparelhagem industrial a base de eletrólise foi instalada em 1891 na Alemanha, na qual uma célula eletrolítica era preenchida, eletrolisada, esvaziada, a seguir novamente enchida... E assim por diante. Tratava-se, portanto, de um processo descontinuo. Obviamente, uma célula que poderia trabalhar continuamente, sem a necessidade de ser esvaziada, produziria mais a menos custos.  Nos anos seguintes surgiram muitas patentes e desenvolvimentos, visando à exploração das possibilidades industriais da eletrólise. A primeira instalação industrial na empregar uma célula contínua de diafragma foi provavelmente aquela idealizada por Le Seur em Romford, em 1893; surgiram as células de Castner em 1896. Em todas essas células (e também em muitas células modernas) empregava-se amianto como um diafragma para separar os compartimentos do ânodo e do cátodo. Com a adição constante de salmoura, havia uma produção contínua de NaOH e Cl2.

Na mesma época, Castner e Kellne desenvolveram e patentearam versões semelhantes da célula de cátodo de mercúrio, em 1897.

Os dois tipos de células, o de diafragma e o cátodo de mercúrio, permanecem uso. Os primeiros equipamentos de eletrólise produziam cerca de 2 toneladas de cloro por dia; as instalações modernas produzem 1000 toneladas por dia.

Na Eletrólise da salmoura, ocorrem reações tanto no ânodo  como no cátodo.

Ânodo: 2Cl- → Cl2 + 2e

Cátodo: Na +e → Na

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2

        Se os produtos se misturarem, ocorrem reações secundárias:

2NaOH + Cl2 → NaOCl + H2

                        ou

2OH + Cl2  →2OCl + H2

e no ânodo pode ocorrer, até certo ponto, outra reação:

4OH →2H2O +4e

   Exposição crônica:

Controle da exposição e prevenção da intoxicação

• Educação dos trabalhadores para evitarem os respingos da substância. Todos os trabalhadores expostos devem estar instruídos sobre o que fazer em acidentes, com medidas de primeiros socorros.
• Adequada ventilação nos locais onde estão presentes vapores de soda cáustica.
• Fontes de água (lava olhos e chuveiros) nos locais onde a soda cáustica é manipulada.
• Uso de equipamentos de proteção: roupa impermeável, completa proteção facial, com óculos, máscara e equipamentos para proteção respiratória provido de filtro.
• Primeiros Socorros.2.Na inalação

• Retirar imediatamente da atmosfera para local com ar fresco. Se houver tosse ou dificuldade para respirar, avaliar a presença de irritação, bronquite ou pneumonia. Administrar oxigênio a 100% e ventilação assistida, se necessário.

1.     Na inalação

·         Retirar imediatamente da atmosfera para local com ar fresco. Se houver tosse ou dificuldade para respirar, avaliar a presença de irritação, bronquite ou pneumonia. Administrar oxigênio a 100% e ventilação assistida, se necessário.

2.    Na ingestão

·         Administrar grande quantidade de leite ou água com o objetivo de diluir e atenuar a ação cáustica da substância. A seguir, administrar vinagre diluído ou suco de frutas, para complementar a neutralização. Não provocar vômitos nem realizar lavagem gástrica.

·         A avaliação endoscópica só deve ser realizada 12-24 horas após a ingestão e nos casos sintomáticos com dor e dificuldade para ingestão, para melhor avaliação da dimensão das lesões. A endoscopia antes desse período é contra-indicada, face aos riscos de perfuração.

3.    No contato com a pele

·         É primordial a remoção das roupas contaminadas. As áreas atingidas devem ser lavadas com grande quantidade de água, por 1/2 hora até o socorro médico. Tratar as queimaduras.

4.    No contato com os olhos

·         Lavagem copiosa em água corrente por, no mínimo, 30 minutos e encaminhamento ao oftalmologista.

Bibliografia

http://www.deboni.he.com.br/tq/sal/fabrisoda.htm

http://pt.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3xido_de_s%C3%B3dio

http://www.mundoeducacao.com/quimica/hidroxido-sodio.htm