Extração de bauxite e refinação de alumina

Com cerca de 85%, a produção mundial de bauxite serve de matéria-prima para a produção de alumina. A Austrália extrai e refina alumina em Queensland, Austrália Ocidental, Território do Norte e Tasmânia, recorrendo a operações de extração e refinação que seguem as melhores práticas e que não representam riscos graves para a saúde no trabalho.

Charles Hall, nos Estados Unidos, e Paul Heroult, em França, conceberam, de forma independente, um processo económico para a produção de alumínio através da eletrólise de criolite fundida em 1886; este processo ficou conhecido como o processo Bayer.

Mineração

O alumínio é um dos elementos mais abundantes na natureza, mas não pode ser extraído no seu estado puro. Em vez disso, existe sob a forma de vários compostos em rochas e sedimentos, sendo a principal fonte mundial a rocha de bauxite, que tem de ser extraída e refinada para se obter alumina antes da produção de alumínio em locais de exploração mineira em todo o mundo.

Os processos de extração e refinação de alumínio produzem resíduos significativos, incluindo grandes volumes de resíduos tóxicos, como o TENORM, associados a várias doenças, nomeadamente fibrose, mesotelioma e doenças pulmonares. Além disso, os metais pesados infiltram-se nas fontes de água a partir 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 das minas e na restauração dos habitats naturais. Infelizmente, esta atividade acarreta certos riscos para os trabalhadores dos setores da mineração e da refinação, que podem ficar expostos a doenças respiratórias e cutâneas, incluindo mesotelioma, cancros da pele e dos rins, doenças pulmonares degenerativas ou doenças infecciosas de origem comunitária, como a malária ou a dengue, caso haja presença de mosquitos.

A exploração mineira da bauxite recorre normalmente a técnicas de exploração a céu aberto, sendo que a Austrália, a Guiné e a China são responsáveis pela produção da maior parte da bauxite a nível mundial. Como a maior parte da bauxite se encontra em zonas tropicais, a sua exploração mineira também tem de ser realizada nessas regiões, sendo que as principais empresas mineiras operam geralmente minas próximas de instalações portuárias e com mão-de-obra qualificada nas proximidades.

No Processo Bayer, a bauxite 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 rico, que é depois bombeada para tanques altos chamados precipitadores, onde são adicionados grãos de hidróxido de alumínio, a fim de iniciar a precipitação de cristais sólidos de hidróxido de alumínio à medida que o licor rico arrefece – esta alumina precipitada é depois filtrada e enviada diretamente para as áreas de armazenamento de resíduos de bauxite.

Preparação

O alumínio é um dos elementos mais abundantes na Terra, conhecido pelas suas propriedades de leveza, maleabilidade, ductilidade e resistência à corrosão. Infelizmente, porém, o alumínio não ocorre naturalmente na forma metálica, pelo que tem de ser extraído para ser produzido. A bauxite tem primeiro de ser transformada em alumina (óxido de alumínio). Uma vez produzida, esta substância pode então ser moldada em várias formas, tais como lingotes, tarugos, blocos e blocos brutos, até dar origem, por fim, à produção de alumínio metálico.

A bauxite é a principal fonte de alumínio e ocorre normalmente sob a forma de uma camada alterada, conhecida como laterite ou duricrusta, sobre várias rochas ígneas, sendo composta por óxido de alumínio, óxido de ferro e dióxido de silício. Apenas os depósitos que contêm gibbsite e boehmite, com teores de alumínio de 65 e 85 por cento, respetivamente, podem ser explorados de forma economicamente viável para a produção de alumina; esses depósitos tendem a encontrar-se principalmente em ambos os lados do Equador.

São utilizadas soluções quentes de soda cáustica para dissolver os minerais que contêm alumínio presentes na bauxite (gibbsita, boehmita e diáspora). Este processo é conhecido como digestão ou lixiviação e a solução supersaturada de aluminato de sódio resultante é conhecida como licor rico. Uma vez separada da alúmina de origem, a sílica insolúvel presente na bauxite deve então ser separada por filtração de qualquer lama vermelha residual que tenha ficado após a filtração — a qual acabará por ser descartada após a filtração.

A digestão requer grandes volumes de água. A água é também necessária no fabrico de soda cáustica aquosa e de outros produtos químicos; para a lavagem de minério, resíduos, resíduos de soda cáustica reciclados e outros resíduos; bem como para fins de redução de poeiras. O consumo de água varia entre as fábricas, dependendo da qualidade da bauxite, da conceção da fábrica e da disponibilidade de água na respetiva região.

As práticas tradicionais nas instalações exigiam a adição de fluoreto de cálcio durante a calcinação, a fim de reduzir os níveis de sódio na matéria-prima da alumina; no entanto, devido às preocupações relacionadas com as emissões de fluoreto para a atmosfera, esta prática foi entretanto abandonada. Devido a estes requisitos, foi necessário desenvolver novas tecnologias de processamento de alumina com baixo teor de sódio. A alumina produzida através deste método é moída num moinho de atrito utilizando ácido acético, a fim de remover o carbonato de sódio e produzir produtos com baixo teor de sódio. A precipitação da alumina requer a injeção de gás clorídrico para formar cristais de cloreto de alumina hexa-hidratado, que são depois filtrados, centrifugados, lavados com ácido clorídrico e filtrados novamente antes de serem dissolvidos em água quente, dando origem a uma pasta de óxido de alumínio (ALO) adequada para processamento posterior.

Refinação

O alumínio que utilizamos diariamente é produzido através de uma série complexa de reações químicas que tem início com o refinamento da bauxite. A alumina (Al₂O₃) serve de matéria-prima para a produção de alumínio primário por via eletrolítica; no entanto, as suas outras utilizações estendem-se muito além da produção primária; são necessárias aproximadamente duas toneladas para produzir uma tonelada de alumínio primário; na verdade, desempenha também um papel vital em muitos outros produtos químicos, como os materiais refratários utilizados no revestimento de fornos rotativos e fornalhas de alta temperatura, como material abrasivo, como substância abrasiva e até mesmo em processos de purificação de água.

A maior parte da exploração de bauxite é realizada através de métodos de mineração a céu aberto, sendo que três países — a Austrália, a China e a Guiné — representam 72% da produção mundial. A bauxite é extraída do solo através de métodos como a detonação, a perfuração e a escavação com grandes bulldozers, antes de ser transportada diretamente para refinarias de alumina nas proximidades, para posterior processamento.

O refino da alumina é um processo complexo que envolve quatro etapas. Em primeiro lugar, a bauxite tem de ser lavada e filtrada para remover impurezas, como a sílica. Em seguida, o licor verde é aquecido a altas temperaturas num forno com soda cáustica para mistura, até ocorrer a cristalização em recipientes de precipitação com partículas-semente de solução de hidróxido de alumina introduzidas por semeadores; a precipitação estimula então o crescimento adicional da solução de hidróxido de alumina antes de se passar às etapas subsequentes de refinamento.

A soldadura é uma atividade frequente nas refinarias de alumina e nas oficinas das minas, o que implica a exposição a fumos e poeiras que podem causar doenças respiratórias e lesões. Por conseguinte, devem ser implementadas medidas de controlo para minimizar este risco, bem como a exposição à vibração e a substâncias perigosas, uma vez que surgem outros problemas de saúde no trabalho em regiões tropicais, onde o trabalho ao ar livre é a norma, o que pode aumentar a exposição ao stress térmico dos trabalhadores, enquanto a fadiga causada pela vibração de todo o corpo tem sido associada a máquinas como raspadores, plataformas de perfuração, camiões ou escavadoras que operam este tipo de equipamento.

Fundição

A alumina é a principal matéria-prima necessária para o fabrico de alumínio. É produzida através de um processo de quatro etapas conhecido como «Processo de Bayer» — assim denominado em homenagem ao seu criador, Karl Josef Bayer. O minério de bauxite é finamente moído e introduzido num 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 para o processo de digestão como matéria-prima; A alumina pode então ser extraída por evaporação e cristalização para produzir um pó branco conhecido como gibbsita.

Redução da alumina a lingotes >>Durante a fase de redução da produção, a alumina é dissolvida nos chamados «recipientes de redução» – estruturas retangulares profundas de aço revestidas com carbono ou grafite que contêm eletrólito de criolita. Uma corrente elétrica passa por esta mistura, enquanto os ânodos de carbono funcionam como cátodos; o alumínio e o oxigénio da alumina reagem com o ânodo de carbono para produzir gás dióxido de carbono, que, por sua vez, reage com os ânodos de alumínio metálico, que atuam como cátodos, produzindo gás dióxido de carbono, com os ânodos de alumínio metálico a permanecerem no cátodo, deixando apenas alumínio metálico no cátodo; em seguida, o alumínio entra em fornos de retenção, onde as impurezas são removidas, são adicionados elementos de liga e é fundido em lingotes.

Os lingotes de alumina são utilizados para fabricar uma vasta gama de produtos. Podem ser laminados em chapas, folhas e barras; extrudidos em hastes longas utilizadas na produção de fio; ou submetidos a prensagem isostática a seco ou fundição para produzir hastes longas utilizadas no fabrico de fio. Os lingotes de alumínio também podem ser moldados em várias formas através de laminação a quente ou a frio; moldagem por vazamento; moldagem por injeção ou outras técnicas de moldagem por injeção.

As operações de exploração mineira, refinação e fundição procuram minimizar o seu impacto ambiental através da utilização de equipamentos energeticamente eficientes e do desenvolvimento de processos de reciclagem. Assim que as operações de exploração mineira terminam, são envidados esforços para restaurar o terreno ao seu estado original logo que as operações cessem. A poluição atmosférica pode ser controlada através de sistemas de ventilação adequados, bem como de dispositivos de controlo da poluição atmosférica, como os depuradores. A poluição da água pode ser mitigada através da reciclagem de escórias, líquidos residuais e gases para reutilização.