Obtenção do Alumínio

1 – Defina a bauxita quanto à sua composição química e cite os três principais tipos e suas respectivas fórmulas químicas.

R: Bauxita são hidróxidos de alumínio cristalinos.

Diásporo [AlO(OH)] = Al2O3.H2O + impurezas Boehmita [AlO(OH)] = Al2O3.2H2O + impurezas Gibbsita [Al(OH)3] = Al2O3.3H2O + impurezas

2 – Porque as bauxitas tropicais são melhores que as européias?

R: As bauxitas tropicais produzem menos impurezas, menos lama vermelha (maior teor de água na composição). Essas sofreram um processo de intempérie mais intenso, por isso seu teor é mais concentrado.

3 – Para que serve o processo Bayer?

R: O processo Bayer faz a solubilização da bauxita por NaOH, obtendo-se alumina hidratada pura, que deve ser desidratada, resultando o Al2O3. As impurezas permanecem no estado sólido, constituindo a lama vermelha, que é separada por precipitação e filtragem.

4 – Represente um fluxograma sucinto com as principais etapas do processo Bayer.

5 – Escreva as reações da digestão de bauxitas tropicais e européias.

R: Tropicais: Al(OH)3 + NaOH = Na+ +Al (OH)4- ; Européia: AlOOH + NaOH + H2O = Na+ + Al(OH)4-

6 – A etapa de digestão atinge qual temperatura e qual a concentração do Na2O.

R: T (°C) = Tropical: 160 e Européia: 220; [Na2O g/L]: Tropical: 150 e Européia: 250

7 – Em quais equipamentos se realiza normalmente a digestão da bauxita e qual deles tem melhor rendimento?

R: A digestão da bauxita pode ser feita em autoclave ou reator tubular, sendo que o ultimo possui melhor rendimento, pois o seu tempo de residência, volume especifico para a reação e consumo de vapor são menores, a temperatura máxima e operação é maior.

8 – O que ocorre com as impurezas da bauxita na fase de digestão?

R: Durante a digestão da bauxita, as impurezas permanecem no estado sólido formando a lama vermelha, que é composta principalmente de Fe2O3, SiO2 e TiO2.

9 – Porque a presença de sílica é prejudicial à digestão da bauxita e qual é seu limite máximo aceitável economicamente?

R: A precipitação de SiO2 é indesejada pois consome o agente lixiviante, precipitando na forma de 3Al2O3.SiO2.3Na2O.2NaOH. Seu limite para solubilização economicamente vável é de 8%. O hidróxido de sodalita é um composto gelatinoso que adere nos dutos dos equipamentos, entupindo-os.

10 – Relacione as fórmulas como o ferro pode se apresentar na lama vermelha em função da temperatura de digestão.

R: A 80% precipita como Fe(OH)3, a 110°C como FeOOH e a 250°C Fe2O3.

11 – Porque a lama vermelha – 24% a 28% Fe (bauxitas tropicais) e até 48% Fe (bauxitas européias) – não pode ser empregada na metalurgia do ferro?

R: Devido à presença de hidróxido de sodalita que pode promover o entupimento do forno, devido à formação de cascões e ainda este comportamento gelatinoso pode colar uma pelota com a outra, diminuindo a permeabilidade do leito.

12 – Escreva a reação que ocorre no processo de precipitação da alumina.

R: Al(OH)4- = Al(OH)3 + OH-

13 – Quais são as três variáveis fundamentais para o processo de precipitação da alumina por hidrolise?

R: Tempo de residência, concentração de Na2O e temperatura. Aumentando o tempo, aumenta a precipitação; diminuindo a concentração de Na2O, aumenta a precipitação; diminuindo a temperatura, aumenta a precipitação.

14 – Escreva as reações que ocorrem durante a calcinação de alumina e seus prespectivos consumos energéticos.

R: 2[Al(OH)3] = [Al2O3] + 3{H2O}, ΔH = 37,3 Kcal/mol ; (H2O) = {H2O}, ΔH = 10,5 Kcal/mol

15 – Em quais equipamentos se faz normalmente a calcinação da alumina e qual deles tem menor consumo energético?

R: A calcinação da alumina pode ser feita em forno rotativo, forno rotativo com pré-secagem e preaquecimento, forno rotativo com trocador de calor e leito fluidizado. Sendo que o último possui menor consumo energético.

16 – Porque a alumina precisa ter elevado grau de pureza?

R: A alumina deve ter alto grau de pureza, pois baixo potencial de redução, assim na eletrólise, se estiverem presentes grande quantidade de impurezas, estas reduzirão no lugar da alumina.

17 – Para que serve o processo Hall-Heroult? Descreva-o sucintamente.

R:

18 – Explique o que ocorre quando se submete a alumina pura à redução pelo C.

19 – Porque não se obtém Al por eletrólise em meio aquoso?

20 – Como a criolita viabiliza a produção de Al?

21 – Que compostos são normalmente adicionados à criolita para a otimização do desempenho da eletrólise.

22 – Porque se trabalha com excesso de AlF3, mesmo sabendo que isto reduz o teor de alumina solúvel na criolita?

23 – Quais são as densidades do eletrólito e do metal catódico na célula de obtenção do Al?

24 – Represente esquematicamente cortes de células de redução de alumina com anodos monolíticos pré-cozidos e anodos de pasta Sodeberg. Indique as camadas que se formam no interior das células.

25 – De que materiais são confeccionados os anodos e qual cuidado deve ser observado?

26 – Quais reações ocorrem no catodo?

27 – Quais reações ocorrem no anodo?

28 – Qual a reação global da redução da alumina produzindo Al?

29 – Qual é o consumo de corrente teórico para a produção de 1kg Al?

30 – Visto que na eletrolise de obtenção do Al o rendimento de corrente é dado pela equação η = 1 – [0,52/(LxD)], quais devem ser o espaçamento entre catodo e anodo (L) e a densidade de corrente anódica (D), para se atingir um rendimento próximo a 90%?

31 – Porque espaçamentos pequenos entre catodos e anodos diminuem o rendimento de corrente.

32 – Quais fenômenos são responsáveis pela queda do rendimento de corrente?

33 – Qual a faixa de voltagem da célula e o consumo específico de energia pra produzir 1kg de Al primário.

34 – Qual a temperatura média do eletrólito (criolita) e como se obtém este aquecimento?

35 – Quais gases poluentes são emanados na eletrólise de obtenção do Al?

36 – Como estes gases são tratados?

37 – Como se dá o tratamento de gases das células Hall-Heroult por adsorção a seco?

38 – Qual é a perda de F (flúor) por tonelada de Al? Como se dá esta perda? Qual é a emissão máxima de F (gás e pó) permissível na atmosfera?

39 – Calcule o número de cubas eletrolíticas necessárias à produção de 100.00 t Al/ano.

Dados:

Horas de trabalho por ano: 8300 h

Área anódica por cuba: 12 m3

Densidade de corrente anódica: 0,85 A/cm2

Consumo de corrente teórico: 2980 Ah/Kg Al

Rendimento de corrente: 90%