Post on 06-Nov-2015
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Experimento 2: Preparao de um composto de alumnio a
partir da bauxita
Objetivos
- Investigar as propriedades cidas e bsicas dos xidos de alumnio, ferro e
silcio da bauxita e o seu uso na purificao do xido de alumnio.
A produo de alumnio metlico envolve dois estgios: 1) a extrao, purificao
e desidratao da bauxita (Al2O3.nH2O, que contm xidos de Fe e de Si,
principalmente) e 2) a eletrlise do Al2O3 (xido de alumnio ou alumina).
Um dos problemas cruciais na produo do alumnio por eletrlise eliminar o
ferro, principalmente, e o silcio do minrio a etapa da purificao. Os teores de ferro
e silcio variam de acordo com a procedncia da bauxita. O procedimento
desenvolvido para essa purificao baseia-se no fato de que o xido de alumnio
anftero, enquanto o de silcio cido, e de ferro basico. A bauxita pois tratada
pelo processo Bayer, que envolve a sua dissoluo em soluo concentrada de soda
custica (NaOH). Desta forma, os xidos de alumnio e silcio dissolvem-se e o xido
de ferro, insolvel, eliminado por filtrao:
Em seguida, o Al(OH)3 hidratado precipitado por tratamento da soluo com
CO2 (aq) (lembre-se de que CO2 + H2O H2CO3). Como o Na2Si(OH)6(aq) no reage
com cido, ele permanece em soluo. A calcinao do Al(OH)3 a 1200o C, gera o
Al2O3 para a eletrlise.
Este processo de purificao resulta em um produto suficientemente puro
para preparar o alumnio metlico. Entretanto, para a industria de corantes
necessrio excluir at os traos de ferro que estejam presentes no sal de alumnio
usado. Essa purificao pode ser feita atravs da cristalizao de um sal duplo,
conhecido como almen (sulfato de alumnio e potssio dodecaidratado
KAl(SO4)2.12H2O). Podem-se obter cristais de grandes dimenses.
A produo do alumnio metlico a partir da bauxita purificada feita
atravs da eletrlise do Al2O3 dissolvido em criolita (Na3AlF3), temperatura de 940-
980o C, em uma cela de ao. O alumnio metlico produzido no catodo e oxignio,
no anodo. O alumnio produzido vai para o fundo da cela e removido periodicamente.
Al2O3 + SiO2 + Fe2O3 + NaOH(30%) NaAl(OH)4 (aq) + Na2Si(OH)6 (aq) + Fe2O3 (s)190
oC
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O custo da produo do alumnio metlico mantm seu preo de mercado alto.
Para produzir 1 kg de alumnio so necessrios aproximadamente 144 kWh (kilowatt
hora) de energia eltrica. Apesar do alto custo, o alumnio bastante usado na
manufatura de latas para acondicionar bebidas, porque leve e assim, barato para
transportar. Uma latinha de alumnio pesa mais ou menos 17 g, enquanto que uma
lata feita de lmina de ao com tampa de alumnio, de capacidade semelhante, pesa
por volta de 38 g, e uma garrafa de vidro, 185 g. A reciclagem do alumnio
importante por pelo menos duas razes: econmica e ecolgica. De fato, os requisitos
energticos para a preparao de uma lata de alumnio por reciclagem so apenas 5%
da energia necessria para produzir a lata a partir da bauxita e, alm disto, o tempo de
vida mdio previsto de uma lata de alumnio abandonada na rua 100 anos!
O alumnio metlico dissolve-se rapidamente a quente em solues aquosas
de hidrxido potssio, com a formao de hidrxido de alumnio e potssio, como
resultado da oxidao do alumnio e reduo de ons H+ da gua em H2. O
tetraidroxoaluminato de potssio (ou aluminato de potssio) pode ser facilmente
transformado em diferentes compostos de alumnio. O sulfato de alumnio e potssio
dodecaidratado (KAl(SO4)2.12H2O), conhecido como almen um deles. Este
composto extremamente til na industria txtil, pois fonte de Al(OH)3, que um
mordente, isto liga-se ao tecido e s molculas de corante, fixando o corante no
tecido.
Materiais e reagentes
2 bqueres de 100 mL Funil de Bchner
1 vidro de relgio Bomba de vcuo
4 bqueres de 200 mL KOH 2 mol L-1
1 Funil de filtrao simples H2SO4 3 mol L-1
4 tubos de ensaio NH4SCN 0,1 mol L-1
2 provetas de 25 mL lcool etlico gelado
1 suporte para funil Trip e tela de amianto
4 conta-gotas Gelo
1 bquer de 250 mL Kitassato
Papel de filtro qualitativo Papel indicador de pH
Estante para tubos Basto de vidro
BaCl2 0,1 mol L-1 FeCl3 0,1 mol L
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Procedimento experimental
ATENO: solues bsicas so altamente corrosivas. Cuidado com a pele e
os olhos. USE CULOS DE SEGURANA.
Pese 5,0 g de bauxita em um bquer de 200 mL. Adicione 15 mL de gua,
seguidos de 25 mL de soluo de KOH (2 mol L-1). Aquea, com agitao, at
prximo da ebulio, mantendo a mistura nestas condies durante 20 min, se
necessrio adicione gua destilada periodicamente para repor as perdas de
volume por evaporao.
Em um tubo de ensaio adicione 1 mL da soluo de cloreto de ferro (III) a
adicione algumas gotas de tiocianato de amnio (NH4SCN - 0,1 mol L-1).
Observe e anote.
Com o resfriamento da mistura, comea a ocorrer a decantao de um slido.
Retire algumas gotas desta mistura e teste a presena de ferro pela adio de
algumas gotas da soluo de NH4SCN. Quando a soluo estiver fria, filtre e
recolha o filtrado em um bquer.
Adicione lentamente ao filtrado H2SO4 3 mol.L-1 at pH 7-8 (controle o pH
utilizando o pHmetro ou papel indicador universal). Aquea a mistura por cerca
de 10 min para floculao do precipitado. Filtre o slido (filtrao simples).
Lave o filtrado com gua quente at nao observar a presena de ons SO42- por
meio de teste com soluo de cloreto de brio.
Coloque o slido obtido em uma placa de Petri de massa conhecida deixe-o
secando at a aula seguinte 100-110 oC e pese-a.
Questes.
Escreva as equaes qumicas balanceadas do processo de digesto da bauxita
em soluo de potassa quente. Descreva a estrutura da espcie de alumnio
formada em soluo.
O grfico ao lado relaciona a solubilidade do
hidrxido de alumnio em funo do pH do meio.
Considere esse grfico e responda por que o cido
sulfrico 3 mol L-1 deve ser adicionado ao filtrado at
que pH seja aproximadamente 7.
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Como ser calculada a porcentagem de alumnio na bauxita?
O principal contaminante do minrio de alumnio e o xido de ferro(III). No
processo de digesto em meio alcalino, por que os xidos de alumnio e ferro(III)
so separados? Seria possvel separ-los se a digesto fosse feita em meio
cido? Justifique.
Escreva a equao qumica balanceada de precipitao do hidrxido de alumnio a
partir da acidificao do filtrado com cido sulfrico.
Onde ficam as reservas brasileiras de bauxita? Qual o teor aproximado de
alumnio do minrio proveniente de cada uma delas? Quais so as companhias
que produzem alumnio metlico no Brasil? Qual a nossa produo anual de
alumnio?
Faa um levantamento das aplicaes industriais do alumnio.
Referncias
1. Atkins, P. W; Jones, L. Princpios de qumica questionando a vida moderna
e o meio ambiente. 3 ed. Porto Alegre:Bookman, 2006.
2. Russell, J. B. Qumica geral. 2 ed. So Paulo: Makron Books, 1994, v. 1.
3. Constantino, V. R. L., Araki, K., Silva, D. O., Oliveira, W., Quim.Nova, 2002,
25, 490-498.