Emissão de CO2 cai radicalmente com reciclagem de alumínio

Brasil deixa de emitir o equivalente a 830 mil toneladas de gases de efeito estufa por ano com o reaproveitamento da lata

Estudo realizado pelo Ipea (Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada), a pedido do Ministério do Meio Ambiente (MMA), avaliou os benefícios econômicos, ambientais e climáticos que a reciclagem de diversos materiais proporciona ao Brasil. O levantamento mostra que o processo de reciclagem de alumínio libera apenas 5% das emissões de CO2, quando comparado com a produção de alumínio primário. "É a redução mais significativa entre os materiais pesquisados", comenta Silvano Silvério, secretário de Recursos Hídricos e Ambiente Urbano do MMA, destacando que para cada tonelada de alumínio reciclada, a indústria deixa de emitir o equivalente a cinco toneladas de CO2.

A pesquisa do Ipea constatou que os ganhos econômicos, ambientais e climáticos do Brasil com a reciclagem de alumínio, aço, vidro, plástico e celulose chegam a R$ 2,5 bilhões por ano. Segundo Silvério, o objetivo do estudo é colaborar para a formulação de políticas públicas que definam formas de remuneração de pessoas que realizam serviços ambientais, como, por exemplo, os catadores de material reciclado. "Ao remunerar os catadores, estaremos fomentando a reciclagem no Brasil e, portanto, deixando de extrair materiais da natureza, gastando menos energia e gerando menos gás de efeito estufa", comenta o secretário. A forma de remuneração será definida por um grupo de trabalho interministerial. Alumínio - Tomando por base o estudo do Ipea, em 2008 o Brasil deixou de emitir o equivalente a 830 mil toneladas de gases de efeito estufa somente com a reciclagem da lata de alumínio. É aproximadamente a quantidade de CO2 emitida por ano em uma cidade com mais de 80 mil habitantes. "É mais um indicador dos benefícios do reaproveitamento dos materiais, que deve ser levado em consideração na elaboração de políticas públicas", avalia o diretor executivo da Abralatas, Renault Castro. "As vantagens da reciclagem são evidentes para o meio ambiente. A tributação das bebidas deveria considerar os impactos ambientais de cada embalagem", comenta o executivo. Renault lembra também que estudos já comprovaram outros benefícios. A economia de energia elétrica com a reciclagem de alumínio no Brasil é equivalente ao consumo anual de uma cidade de um milhão de habitantes, ou aproximadamente o que o país economiza por ano com a implantação do horário de verão. Com a reciclagem da lata evita-se também a extração anual de 830 mil toneladas de bauxita, minério do qual se obtém o alumínio. Noutros termos, cada tonelada de lata reciclada substitui de quatro a cinco toneladas de bauxita.

BAUXITA

A bauxita é o principal minério de alumínio. Minério é uma rocha ou mineral cuja exploração é economicamente

proveitosa. Já um mineral é um composto químico sólido, homogêneo e cristalino cuja formula molecular já é definida.

Esse minério é a principal fonte natural do alumínio, o terceiro elemento em abundância na crosta terrestre, depois do

oxigênio e do silício. Porém, o alumínio metálico só é encontrado puro na natureza sob circunstâncias muito específicas

e raras.

O alumínio metálico precisa ser obtido a partir da alumina ou óxido de alumínio, Al2O3, que é produzido através do

processo Bayer e, posteriormente, eletrolisado no processo

Hall-Héroult. No mundo, é produzido em torno de 100 milhões de toneladas de alumina ao ano e 50 milhões de alumínio

metálico. Mas, a matéria prima gasta é bem superior a isso. Cerca de uma tonelada de alumínio é produzida a partir de

duas toneladas de alumina, que é produzida a partir de 4 a 5 toneladas de bauxita.

As proporções dos componentes na rocha variam muito entre os depósitos, bem como o tipo e a quantidade das

impurezas do minério, tais como óxidos de ferro, argila, sílica, dióxido de titânio, entre outras. Para a bauxita ser

economicamente aproveitável, deve ter um conteúdo de alumina de pelo menos 30%. Além disso, a bauxita pode ser

marrom avermelhada, branca, marrom clara e amarela, dependendo do tipo e da concentração dos óxidos de ferro

presentes. Ela também apresenta uma grande variedade de texturas, mas tipicamente tem um brilho entre fosco e

terroso e pode parecer argila ou terra.

A rocha bauxita compõe-se de uma mistura impura de minerais de alumínio e os mais importantes são os óxidos de

alumínio hidratados, ou seja: óxidos de alumínio com moléculas de água em suas formações cristalinas. Os óxidos de

alumínio hidratado são o tri hidrato, gibbsita (Al2O3.3H2O), e os mono hidratos, boemita e diásporo

(Al2O3.H2O). Cada um desses minerais difere quanto à estrutura cristalina e às propriedades, tornando-as mais ou

menos preferíveis durante o processo de extração da alumina. A mais usada na produção é a bauxita rica em gibbsita, já

que ela pode ser refinada a temperaturas de digestão mais baixas do que outros tipos de minerais que contêm alumina,

senda a mais rentável. Diferentemente, o diásporo praticamente não é utilizado, pois necessita de elevadíssimas

temperatura, pressão e concentração de soda cáustica.

3. PROCESSO BAYER

3.1 Preparação da Bauxita

A bauxita é triturada, em um aparelho chamado moinho de barras, juntamente com um licor rico em NaOH que foi usado

anteriormente no mesmo processo e foi préaquecido formando uma pasta aguada que será levada aos digestores.

Na saída do moinho existe um separador de impurezas que retêm raízes, pedaços de madeira etc. Por fim, a pasta

moída e com a granulometria ideal para início da digestão é estocada em tanques específicos, nos quais permanecem

em homogeneização pela ação de bombas recirculantes e pás rotativas.

3.2 Digestão

O principal objetivo dessa etapa é dissolver o óxido de alumínio na bauxita e reduzir o teor de sílica, para garantir pureza

adequada aos produtos finais.

À pasta que vem da etapa anterior é adicionado hidróxido de sódio (NaOH) diluído em água a uma concentração de

cerca de 50%. Os óxidos de alumínio, que são anfóteros, reagem com o NaOH formando água e aluminato de sódio,

essa reação ocorre da seguinte forma:

Para o tri hidrato:

Para o mono hidrato:

A soda cáustica não somente dissolve esses óxidos de alumínio, como também parte da sílica contida no concentrado de

bauxita. A sílica ocorre de duas formas: sílica reativa, principalmente caulinita (Al2O3.2SiO2.2H2O), e quartzo. A caulinita

é prontamente atacada pela soda cáustica formando silicato de sódio (Na2SiO3), que, por sua vez, reage com a solução

de aluminato de sódio para formar um composto insolúvel denominado sílico aluminato de sódio (Na2O.Al2O3.2SiO2),

descartado do processo na lama vermelha, resultando na perda de soda cáustica e de alumina.

A adição de cal (CaO) facilita a precipitação completa da sílica dissolvida, por meio da formação do silicato de cálcio

(CaSiO3), que é insolúvel. O quartzo não se dissolve facilmente na solução de soda cáustica, nos processos a baixas

temperaturas.

Todavia, nas operações com temperaturas elevadas, ele se dissolve com facilidade. Essas condições são exigidas pelo

processo Bayer, para dissolução de bauxitas com elevadas concentrações de boehmita.

Temperatura e pressão são fatores que sempre variam, principalmente com a composição do minério. A pressão varia

entre 4 e 8 atm e a temperatura entre 100 e 250°C. Bauxita rica em tri hidrato não precisa de temperatura e pressão

muito elevadas, ao contrário da rica em mono hidrato.

É bom deixar claro que a digestão realizada com temperatura elevada e maior concentração de NaOH tornam o

processo mais rápido e aumentam a solubilidade dos mono hidratos (que sempre estão presentes na bauxita), mas

também acarreta desvantagens: a pressão no digestor precisa ser maior, problemas com corrosão do equipamento são

mais sérios e outros óxidos também passam a dissolver.

3.3 Separação de resíduos

Essa etapa é realizada em duas fases: espessamento e filtração. Na primeira etapa, a mistura é bombeada para o

espessador, onde são adicionados floculantes, substâncias responsáveis por fazer com que partículas sólidas suspensas

na solução se agrupem em flocos e precipitem. O espessador é um sistema de separação sólido-líquido com duas

saídas chamadas overflow e underflow. A saída overflow é por transbordamento e é por onde sai o chamado licor verde,

que contém basicamente

NaAlO2, água e algumas poucas impurezas. O underflow é uma saída de subfluxo por onde sai o resíduo de bauxita com

alta concentração de sólidos.

Na segunda fase da separação de resíduos, o licor é filtrado em filtros-prensa para eliminar a maioria das impurezas. A

junção dos resíduos dos filtros com os do underflow formam o que se chama de lama vermelha.

3.4 Precipitação

O licor obtido da fase de digestão, rico em aluminato de sódio (NaAlO2) e livre de sólidos, deve ser reconvertido em

hidróxido de alumínio (Al2O3.3H2O). Para que isso ocorra, obviamente, é necessária uma reação inversa à digestão.

Inicialmente, é necessária a redução da temperatura do licor para aproximadamente 83ºC. Em seguida, a solução de

NaAlO2 na fase líquida recebe uma pequena quantidade de “sementes” que atuarão como agentes nucleantes. Essas

“sementes” são cristais de alumina, que servem para estimular a precipitação, facilitando a nucleação e o crescimento

dos cristais de alumina.

A reação na fase de precipitação é a seguinte:

Essa reação mostra que o aluminato de sódio, na presença de água, forma novamente o óxido de alumínio e o hidróxido

de sódio. Portanto, a precipitação representa uma das fases mais importantes do Processo Bayer pelo fato de que a

qualidade obtida pelo hidrato resultará na boa qualidade final da alumina.

3.5 Calcinação

A calcinação é a última etapa da obtenção do óxido de alumínio, (Al2O3) – alumina. Nessa etapa, o Al2O3.3H2O é

aquecido a uma temperatura de cerca de 1000ºC para fazer com a água evapore, ou seja, para desidratar os cristais,

formando a alumina pura, de aspecto arenoso e branco.

A reação na fase de calcinação é a que se segue:

A reação mostra, justamente, a desidratação do óxido de alumínio obtido da precipitação. Após a desidratação, ocorre a

formação de óxido de alumínio e vapor d’água.

4. PROCESSO HALL-HÉROULT

A alumina proveniente do Processo Bayer ainda não é o produto final da operação. Ela passa por um processo chamado

“Eletrólise em Banho de Sais Fundidos”, “Eletrólise Ígnea” ou “Processo Hall-Héroult” (sobrenome dos cientistas que

desenvolveram independentemente esse processo), no qual há a separação de oxigênio do óxido de alumínio, formando

o alumínio metálico, Al0.

A eletrólise ígnea da alumina ocorre na cuba eletrolítica, que possui aquecedores que elevam a temperatura da alumina

até ela entrar em fusão. O processo de eletrólise, para que ocorra, necessita de íons livres para possibilitar a passagem

de corrente elétrica, por isso a substância tem de estar em ponto de fusão. Há outro tipo de eletrólise que ocorre em

meio aquoso, o que também possibilita a formação de íons, mas não é o caso do alumínio, pois se fosse aquosa, o

hidrogênio eletrolisaria ao invés do alumínio.

Como o ponto de fusão da alumina, Al2O3(s), é muito alto, aproximadamente 2060 °C, é necessário o uso de um

fundente* para permitir que a eletrólise ocorra a uma temperatura mais baixa. Esse fundente é a criolita, Na3AlF6, que

reduz o ponto de fusão do alumínio a 950 °C. Isso faz com que haja um menor gasto de energia no processo.

Na cuba eletrolítica, há os ânodos e os cátodos, que são estruturas por onde passa o circuito elétrico. Ânodos são hastes

de carbono que funcionam como polo positivo e, por isso, atrai os ânions (de carga negativa) que descarregam os

elétrons excedentes.Esses elétrons são direcionados ao cátodo, que, no caso, é um revestimento da parede da cuba

feita também de carbono, que funciona como polo negativo, para onde são atraídos os cátions (de carga negativa), que

recebem os elétrons que vieram dos ânions e tornam-se neutros. Todo esse processo é “bombeado” pelos geradores. Os

ânodos dessa cuba são chamados consumíveis, porque participam da reação e desgastam-se.

O sódio da criolita não é eletrolisado e não se mistura com o alumínio metálico do final do processo por causa do seu

potencial de redução (tendência que possui a se reduzir), que é menor que o do alumínio. Por causa disso, o alumínio

reduz-se, enquanto o sódio fica na solução. O mesmo ocorre com flúor e oxigênio, esse possui maior potencial de

oxidação que aquele. Por isso, nem o sódio, nem o flúor são produtos do processo.

A mistura de alumina e criolita funde-se a uma temperatura de aproximadamente 950°C e os íons Al3+ e O2- ficam livres

da organização mantida no cristal.

No ânodo ocorre a oxidação do oxigênio e a reação com o carbono, formando o gás carbônico, CO2.

O cátion de alumínio dirige-se ao cátodo e recebe os elétrons provenientes do oxigênio, tornando-se alumínio metálico.

Como ele é mais denso que a mistura de alumina e criolita, ele vai se acumulando na forma líquida, no fundo inclinado

do recipiente, onde é punçado periodicamente.

4 Al3+

A equação global desse processo de eletrólise será então:

Reação catódica: 4 Al3+

Na prática, o alumínio é depositado no cátodo com eficiência farádica de 85- 90%. A perda na eficiência deve-se,

principalmente, à reoxidação do alumínio depositado no cátodo, pela ação do CO2 gerado no ânodo segundo a reação a

seguir:

A demanda de energia elétrica para produção de alumínio é significativamente elevada. Em 1940, a indústria consumia

cerca de 24.0 kWh por tonelada de alumínio produzido. Atualmente, esse valor caiu para 13.0 kWh por tonelada.

Todavia, ainda se atribui ao processo o ônus de ser aquele que mais demanda energia entre todos os processos

metalúrgicos. Esses argumentos justificam a localização das unidades industriais para produção de alumínio metálico

próximas às hidrelétricas, às minas de carvão, ou mesmo em países onde há energia elétrica com abundância e baixo

custo.

No processo Hall-Héroult, os cátodos são de Carbono pelos seguintes motivos:

1. O catodo é o recipiente que contém banho e metal líquido, que estão em temperaturas da ordem de 1000C, portanto

precisamos de um material que resista a altas temperaturas. 2. A corrente elétrica vai fluir através do catodo, portanto

precisamos de um material que seja bom condutor de eletricidade. 3. O carbono a altas temperaturas é um bom condutor

de eletricidade, além de resistir às altas temperaturas necessárias ao processo de redução do Alumínio.

O monóxido de carbono é formado pela reação de re-oxidação do Alumínio já formado, essa re-oxidação é responsável

pela maior parte das perdas de eficiência de corrente neste processo, que geralmente é da ordem de 93 a 96%, para

cubas pre-bake. Assim, no processo de redução da Alumina, as duas equações abaixo sempre ocorrem

simultaneamente, sendo que a re-oxidacão ocorre na proporção das perdas de eficiência do processo, ou seja de 4 a

7%.

2 Al2O3+ C 4 Al + CO2

2Al + CO2 Al2O3 + CO

Que seria equivalente à reação de Boudouart: C + CO2 2CO

* Fundente é uma substância que age como uma tampa sobre a substância e que gera um efeito estufa quando há o

aquecimento dessas substâncias, por isso abaixa o ponto de fusão.

5. CONCLUSÃO

Com esse trabalho, pudemos ver que o alumínio é produzido a partir de processos complexos, como o Bayer e o Hall-

Héroult, que demandam tempo, muita matéria prima e energia. Porém, quase tudo a nossa volta é alumínio. Usado em

diferentes ramos da indústria, como a construção civil, indústria elétrica, de meios de transporte e utensílios em geral,

entre outras mais, o alumínio tornou-se essencial para a vida do homem atual. Toda essa gama de funções se deve às

suas características: resistência à corrosão e a dureza, grande maleabilidade e ductilidade, leveza, capacidade de ser

reciclável, boa condução do calor e eletricidade e durabilidade.

Alumínio: Ocorrência, obtenção industrial, propriedades e utilização

A química é a ciência que estuda, entre outras coisas, as transformações da matéria. Dentre os estudos mais

comuns, encontram-se os que envolvem os metais, elementos fundamentais na história das civilizações - e cada

vez mais indispensáveis.

Um desses metais é o alumínio. Ele 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.

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:

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:

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.

Passivação e reciclagem

O alumínio apresenta outra boa característica: é resistente à corrosão. Essa resistência se explica devido ao fato

de esse metal, quando exposto ao ar, ou seja, interagindo com o gás oxigênio, formar uma película protetora

denominada óxido de alumínio (Fe2O3). Esse fenômeno recebe o nome de passivação.

O alumínio, embora envolva muita energia na sua produção, é um metal abundante, de grande importância na

economia. Um diferencial do alumínio que determina sua vasta aplicabilidade é o seu processo de reciclagem, que,

além de colaborar com a preservação ambiental, tem na economia de energia uma das suas maiores vantagens,

pois utiliza apenas 5% da energia necessária para a produção do metal primário.

O processo de reciclagem apresenta as seguintes etapas:

Nesse processo, a sucata do alumínio transforma-se em produtos que permitem o seu uso na fabricação de

diversos semielaborados e elaborados, como chapas, perfis, etc., prontos para serem reutilizados nos mais

diversos segmentos da indústria.