O processo de mineração de bauxita e alumina

O Dr. Donoghue e o Sr. Frisch são funcionários em tempo integral da Alcoa da Austrália.

A bauxita é a principal matéria-prima para a produção de alumínio e pode ser encontrada em grandes depósitos em todo o mundo. A bauxita é triturada e cozida em uma solução de soda cáustica antes de ser semeada com sementes de hidróxido de alumínio chamadas de gibbsita para induzir sua precipitação em resíduos de lama vermelha, deixando um resíduo de lama vermelha prejudicial ao meio ambiente que teve sérias repercussões em muitos países.

Processo Bayer

O minério de bauxita, extraído para a produção de alumínio, contém hidróxidos e oxi-hidróxidos de alumínio2 (gibbsita, bayerita e nordstrandita), óxidos de ferro2 (ferrisita e goethita) e dióxido de titânio2 (rutilo e diásporo). O Processo Bayer converte quimicamente esse minério de bauxita em alumina - o primeiro passo para a produção de alumínio metálico puro por meio do processo eletrolítico Hall-Heroult.

As etapas de digestão e clarificação no Processo Bayer são de vital importância. Qualquer resíduo insolúvel produzido durante a digestão é conhecido como lama vermelha e deve ser limpo por razões ambientais. Além disso, uma solução de aluminato deixada após a clarificação deve ser purificada - o uso de solução cáustica sem NaCl, a purificação por troca iônica ou a sinterização em alta temperatura podem ajudar a controlar os níveis de impureza nesses dois fluxos.

A clarificação de uma solução de aluminato é realizada por meio de decantação por gravidade e enxágue com água em espessadores (também chamados de espessadores de raking), criando uma solução concentrada de aluminato de sódio adequada para a precipitação em alumina tri-hidratada. As partículas grossas são extraídas usando ciclones brutos, enquanto os sólidos mais finos são retidos por filtragem; em seguida, a solução é resfriada ainda mais para aumentar a supersaturação antes de ser bombeada para precipitadores altos do tipo silol; isso produz hidrato de alumina precipitado, que deve ser lavado, filtrado e seco antes de ser decomposto em alumina comercialmente pura2.

No processo eletrolítico de Hall-Heroult, o alumínio metálico com pequenas quantidades de impurezas de ferrita (impurezas menores) é separado do sal fundido (uma mistura de cloreto de sódio e cloreto de cálcio) pela passagem de uma corrente elétrica por uma solução de aluminato contendo carbono de um eletrodo anódico, onde o carbono reage com outras impurezas formando um composto branco-cristalino chamado Aluminato, que é transferido para grandes fornos de retenção, onde as impurezas são removidas e os elementos de liga são adicionados para produzir alumínio puro.

Manter os níveis de impureza dentro do fluxo de sopro do processo da Bayer abaixo dos níveis predeterminados é um desafio significativo, ao mesmo tempo em que se produz um efluente que pode ser descarregado diretamente em corpos receptores naturais sem tratamento adicional. Para realizar essa façanha, fatores como o gerenciamento das mudanças na mineralogia da bauxita, a otimização das taxas de produção, o controle das reações concorrentes e a minimização das perdas dos depósitos de lama vermelha devem estar em harmonia para que o processo seja bem-sucedido.

Fundição

A bauxita, uma rocha de óxido de alumínio, pode ser minerada e refinada para produzir alumínio. Os processos de mineração e refino produzem resíduos significativos contendo elementos tóxicos como o TENORM (Trace Elements of Natural Origin). A alumina segue para uma fundição de alumínio para ser convertida em metal por eletrólise. Para minimizar os resíduos gerados durante esse processo, seria benéfico encontrar métodos para reutilizar o máximo possível de alumina.

A alumina é amplamente utilizada como matéria-prima em produtos industriais como vidro, porcelana e tintas metálicas para automóveis. A alumina também possui muitas outras aplicações devido à sua baixa condutividade elétrica, resistência a ataques químicos, extrema força e dureza (9 na escala de dureza de Mohs).

Como parte dos processos de mineração e refino de alumina, é necessário limpar a vegetação e as árvores que possam obstruir as operações. A bauxita é quebrada com o uso de explosões, perfurações, rasgos e escavadeiras muito grandes antes de ser carregada em caminhões, vagões ferroviários ou correias transportadoras para ser transportada para as refinarias localizadas nas proximidades.

No início do processo de refino de alumina, a alumina é quebrada e imersa em uma solução de soda cáustica para formar uma solução supersaturada de aluminato de sódio. Em seguida, ela é transferida para um reator de lama, onde é aquecida a altas temperaturas para remover a água quimicamente combinada por meio de um processo conhecido como calcinação, produzindo hidrato de alumina solidificado que é então armazenado em vasos revestidos de tijolos antes de os ânodos de carbono serem introduzidos e uma corrente elétrica passar por eles para eletrolisar a alumina em alumínio puro, que é então transferido de volta para os vasos antes de ser finalmente transferido de volta para as casas de fundição, onde tarugos com vários formatos são formados manualmente.

Depois que os tarugos são cortados em lingotes, eles são usados para enrolar hastes longas, chamadas de vergalhões, que podem ser cortadas em vários comprimentos e usadas adequadamente. Por fim, essas hastes longas são derretidas para produzir lingotes para processamento posterior.

Fundição

O alumínio é um elemento central no mundo moderno de hoje, usado em todos os lugares, desde edifícios e carros até embalagens e equipamentos esportivos. Mas o alumínio não ocorre naturalmente como metal puro; em vez disso, ele passa por um intrincado processo de conversão de suas origens como minério de bauxita para se tornar o metal leve que todos nós conhecemos e apreciamos hoje.

Primeiramente, a bauxita é extraída da terra por meio de técnicas que incluem perfuração, detonação e rasgamento com grandes escavadeiras. Em seguida, é feita a trituração e a lavagem antes do transporte para uma refinaria de alumina próxima, que utiliza o processo de refino Bayer para produzir alumina.

A solução quente de soda cáustica é usada para dissolver os minerais que contêm alumínio encontrados na bauxita (gibbsita, bohmita e diásporo) para formar uma solução supersaturada de aluminato de sódio conhecida como licor grávido, que é então enviada para ser calcinada em um forno de óxido de alumínio (Al2O3) para calcinação antes de ser lavada, seca e aquecida novamente para eliminar qualquer água de cristalização restante para produzir alumina de alta pureza, que forma um material arenoso branco e seco conhecido como hidrato de alumina.

A alumina é usada em vários produtos, incluindo materiais refratários, produtos químicos e matérias-primas, como gesso e sílica; parte dela é até mesmo reciclada de volta para o próprio processo de refino.

O refino da alumina gera de duas a três toneladas de resíduos para cada tonelada produzida; esses materiais, conhecidos como lama vermelha, devem ser manuseados com cuidado para minimizar os impactos ambientais.

Depois de refinada, a alumina é fundida em lingotes para uso em várias aplicações. Eles podem ser laminados em folhas, lâminas e barras; transformados em fios, que são enfiados em cabos para linhas de transmissão elétrica; moldados em formas complexas ou perfis extrudados, como esquadrias de janelas; eles podem até mesmo ser reciclados novamente em lingotes - tornando o alumínio um metal infinitamente reciclável! Além disso, existem diferentes ligas que oferecem propriedades específicas para atender às diferentes necessidades dos clientes.

Reciclagem

O alumínio é um dos metais mais difundidos, usado em vários produtos, desde latas de refrigerante até componentes de automóveis, mas não ocorre naturalmente em sua forma pura. Em vez disso, ele precisa ser extraído de rochas de bauxita que contêm várias formas de óxidos de alumínio e refinado em alumina antes de finalmente se tornar alumínio nesse processo de três etapas que consome energia e recursos hídricos.

Como parte de seu processo de mineração, a mineração de alumina precisa primeiro remover a sobrecarga - camadas de rocha e argila que cobrem a bauxita - usando métodos de detonação ou perfuração. Uma vez solto, esse material pode ser carregado em caminhões para ser transportado para uma usina de processamento de alumina para processamento.

Em uma usina de processamento de bauxita, o minério é triturado para reduzir seu tamanho antes de ser submerso em soda cáustica quente para dissolver minerais que contêm alumínio, como gibbsita e bohmita, antes de ser separado da sílica para se tornar uma solução supersaturada de aluminato de sódio, conhecida como licor grávido.

Parte do licor grávido é processada para criar hidróxido de alumínio, mais comumente chamado de cal apagada, enquanto o restante é enviado diretamente para uma refinaria de alumina, onde seus componentes passarão por reações químicas que os transformarão em alumínio metálico.

A alumina é um material industrial indispensável, usado para diversas aplicações em setores que vão desde a fabricação de plásticos até abrasivos. A alumina também desempenha um papel fundamental em muitos tipos de retardantes de fogo.

Embora a mineração e o refino de alumina possam ser altamente recicláveis, algumas preocupações ambientais continuam associadas à mineração e ao refino. Essas preocupações incluem poluição sonora, problemas ergonômicos, riscos de trauma e respingos de soda cáustica na pele ou nos olhos. Além disso, tanto o pó de bauxita quanto o pó de alumina têm sido associados a complicações respiratórias, incluindo irritação ou inflamação dos pulmões.

Alguns trabalhadores relataram problemas de saúde, como câncer, doenças renais e danos ao fígado, atribuídos à exposição à poeira de bauxita e à poeira de alumina, bem como a vários contaminantes; no entanto, estudos realizados determinaram que as melhores práticas atuais na mineração e no refino não parecem aumentar os riscos desses problemas.