Mineração de bauxita e refino de alumina

Com aproximadamente 85%, a produção mundial de bauxita serve como matéria-prima para a produção de alumina. A Austrália extrai e refina alumina em Queensland, na Austrália Ocidental, no Território do Norte e na Tasmânia, usando as melhores práticas de operações de mineração e refino que não apresentam riscos graves à saúde ocupacional.

Charles Hall, nos Estados Unidos, e Paul Heroult, na França, desenvolveram independentemente um processo econômico para produzir alumínio por meio da eletrólise de criolita derretida em 1886, que ficou conhecido como processo Bayer.

Mineração

O alumínio é um dos elementos mais abundantes encontrados na natureza, mas não pode ser extraído em seu estado puro. Em vez disso, ele existe como vários compostos em rochas e sedimentos, sendo que a principal fonte mundial é a rocha de bauxita, que precisa ser extraída e refinada em alumina antes de produzir alumínio em locais de mineração em todo o mundo.

Os processos de mineração e refino de alumínio produzem resíduos significativos, com grandes volumes de resíduos tóxicos, como o TENORM, associados a várias condições de saúde, incluindo fibrose, mesotelioma e doenças pulmonares. Além disso, os metais pesados são lixiviados para as fontes de água das pilhas de resíduos, contaminando-as com níveis potencialmente perigosos que ameaçam a integridade ambiental.

Para reduzir os impactos ambientais associados à produção de alumina, são investidos recursos substanciais na reabilitação de minas e na restauração de habitats naturais. Infelizmente, essa atividade acarreta certos riscos para os funcionários dos setores de mineração e refino, que podem ser expostos a doenças respiratórias e cutâneas, incluindo mesotelioma, cânceres de pele e rins, doenças pulmonares degenerativas ou doenças infecciosas adquiridas na comunidade, como malária ou dengue, se houver mosquitos.

A mineração de bauxita normalmente utiliza técnicas a céu aberto e a Austrália, a Guiné e a China são responsáveis pela produção da maior parte da bauxita global. Como a maior parte da bauxita ocorre em zonas tropicais, ela também precisa ser minerada aqui, e as principais empresas de mineração geralmente operam minas perto de instalações portuárias com mão de obra treinada nas proximidades.

No Processo Bayer, a bauxita é triturada, lavada e moída antes de ser dissolvida em soda cáustica sob alta pressão e temperatura para criar uma solução supersaturada de aluminato de sódio, conhecida como licor grávido, que é bombeada para tanques altos chamados precipitadores, onde são adicionadas sementes de hidróxido de alumínio para semear a precipitação de cristais sólidos de hidróxido de alumínio à medida que o licor grávido esfria - essa alumina precipitada é então filtrada e enviada diretamente para as áreas de armazenamento de resíduos de bauxita.

Preparação

O alumínio é um dos elementos mais abundantes na Terra, conhecido por suas propriedades leves, maleáveis, dúcteis e não corrosivas. Infelizmente, porém, o alumínio não ocorre naturalmente na forma metálica e, portanto, precisa ser extraído para ser produzido. Primeiro, a bauxita deve ser transformada em alumina (óxido de alumínio). Uma vez produzida, essa substância pode então ser moldada em vários formatos, como lesmas, tarugos, lingotes e blocos, até finalmente dar origem à produção de alumínio metálico.

A bauxita é a principal fonte de alumínio e geralmente ocorre como uma manta intemperizada conhecida como laterita ou duricrust em várias rochas ígneas, consistindo de óxido de alumínio, óxido de ferro e dióxido de silício. Somente os depósitos que contêm gibbsita e boehmita com 65% e 85% de alumínio, respectivamente, podem ser explorados economicamente para a produção de alumina; esses depósitos tendem a ser encontrados principalmente nos dois lados da linha do Equador.

Soluções quentes de soda cáustica são empregadas para dissolver os minerais que contêm alumínio na bauxita (gibbsita, boehmita e diásporo). Esse processo é conhecido como digestão ou lixiviação, e a solução supersaturada de aluminato de sódio resultante é conhecida como licor grávido. Uma vez separada de sua alumina original, a sílica insolúvel na bauxita deve ser separada por filtragem de qualquer lama vermelha residual deixada após a filtragem, que acabará sendo descartada após a filtragem.

A digestão requer grandes volumes de água. A água também é necessária para a fabricação de soda cáustica aquosa e outros produtos químicos; para a lavagem de minério, resíduos, resíduos de soda cáustica reciclada e resíduos; bem como para fins de mitigação de poeira. O uso de água varia entre as plantas, dependendo da qualidade da bauxita, do projeto da planta e da disponibilidade de água em sua região.

As práticas tradicionais das fábricas exigiam a adição de fluoreto de cálcio durante a calcinação para diminuir os níveis de sódio na matéria-prima da alumina; no entanto, devido às preocupações com as emissões de fluoreto na atmosfera, essa prática foi abandonada. Devido a esses requisitos, foi necessário criar novas tecnologias de processamento de alumina com baixo teor de sódio. A alumina produzida por esse método é moída em um moinho de atrito usando ácido acético para remover a soda e produzir produtos com baixo teor de sódio. Para precipitar a alumina, é necessário borrifar gás clorídrico para formar cristais de cloreto de alumina hexa-hidratado, que são então filtrados, centrifugados, lavados com ácido clorídrico, filtrados novamente antes de serem dissolvidos em água quente para produzir uma pasta de óxido de alumínio (ALO) adequada para processamento posterior.

Refino

O alumínio que usamos todos os dias é produzido por meio de uma série complexa de reações químicas que começa com o refino da bauxita. A alumina (Al2O3) serve como matéria-prima para a produção de alumínio primário por meios eletrolíticos; no entanto, seus outros usos também vão muito além da produção primária; são necessárias aproximadamente duas toneladas para produzir uma tonelada de alumínio primário; na verdade, ela também desempenha um papel vital em muitos outros produtos químicos, como materiais refratários usados para revestir fornos rotativos e fornos de alta temperatura, como material abrasivo, como substância abrasiva e até mesmo em processos de purificação de água.

A maior parte da mineração de bauxita ocorre por meio de métodos de mineração a céu aberto, sendo que três países - Austrália, China e Guiné - respondem por 72% da produção global. A bauxita é extraída do solo por meio de métodos como detonação, perfuração e rasgamento com grandes escavadeiras antes de ser transportada diretamente para refinarias de alumina próximas para processamento posterior.

O refino da alumina é um processo complexo de quatro etapas. Primeiro, a bauxita deve ser lavada e filtrada para remover impurezas como a sílica. Em seguida, o licor verde é aquecido a altas temperaturas em um forno com soda cáustica para misturar até que ocorra a cristalização em vasos precipitadores com partículas de solução de hidróxido de alumina semeadas por semeadores; a precipitação, então, estimula o crescimento de mais solução de hidróxido de alumina antes de passar para as etapas subsequentes de refinamento.

A soldagem ocorre com frequência em refinarias de alumina e oficinas de mineração, levando à exposição a vapores e poeira que podem causar doenças e lesões respiratórias. Portanto, devem ser implementados controles para minimizar esse risco, a exposição à vibração e a exposição a substâncias perigosas, já que outras questões de saúde ocupacional surgem em regiões tropicais onde o trabalho ao ar livre é a norma, aumentando potencialmente a exposição dos trabalhadores ao estresse térmico, enquanto a fadiga por vibração de corpo inteiro tem sido associada a máquinas como scrapers, plataformas de perfuração, caminhões ou escavadeiras que operam máquinas como essas.

Fundição

A alumina é a principal matéria-prima necessária para a fabricação do alumínio. Ela é produzida por um processo de quatro estágios conhecido como Processo Bayer - nomeado em homenagem ao seu desenvolvedor, Karl Josef Bayer. O minério de bauxita é finamente moído e alimentado em um digestor aquecido a vapor, onde é misturado sob pressão com uma solução de soda cáustica para formar uma solução de aluminato de sódio (licor verde), enquanto os resíduos de soda cáustica são reciclados de volta ao processo de digestão como matéria-prima; a alumina pode então ser extraída por evaporação e cristalização para produzir um pó branco conhecido como gibbsita.

Reduzindo a alumina em lingotes >> Durante a fase de redução da produção, a alumina é dissolvida nos chamados potes de redução - conchas de aço retangulares profundas revestidas com carbono ou grafite que contêm eletrólito de criolita. Uma corrente elétrica passa por essa mistura enquanto os ânodos de carbono servem como cátodos; o alumínio e o oxigênio da alumina reagem com o ânodo de carbono para produzir gás dióxido de carbono, que então reage com os ânodos de alumínio metálico como cátodo, produzindo gás dióxido de carbono e permanecendo como ânodos de alumínio metálico, deixando apenas alumínio metálico no cátodo; em seguida, entra em fornos de espera onde as impurezas são removidas, os elementos de liga são adicionados e fundidos em lingotes.

Os lingotes de alumina são usados para produzir uma série de produtos. Eles podem ser laminados em folhas, lâminas e barras; extrudados em hastes longas usadas para a produção de fios; ou prensados isostaticamente a seco ou fundidos para produzir hastes longas usadas na fabricação de fios. Os lingotes de alumínio também podem ser moldados em vários formatos por meio de laminação a quente ou a frio, fundição por deslizamento, moldagem por injeção ou técnicas de moldagem por injeção.

As operações de mineração, refino e fundição se esforçam para minimizar seu impacto ambiental usando equipamentos com eficiência energética e desenvolvendo processos de reciclagem. Após a conclusão das operações de mineração, são feitos esforços para restaurar a terra à sua condição original assim que as operações de mineração são encerradas. A poluição do ar pode ser controlada por meio de sistemas de ventilação adequados, bem como por dispositivos de controle de poluição do ar, como depuradores. A poluição da água pode ser mitigada por meio da reciclagem de escória, líquidos residuais e gases para reutilização.