O processo de mineração de bauxita e alumina

O Dr. Donoghue e o Sr. Frisch são funcionários a tempo inteiro da Alcoa da Austrália.

A bauxite é a principal matéria-prima para a produção de alumínio e pode ser encontrada em grandes depósitos em todo o mundo. A bauxite é triturada e cozinhada numa solução de soda cáustica antes de ser semeada com sementes de hidróxido de alumínio chamadas gibbsita para induzir a sua precipitação em resíduos de lama vermelha, deixando um resíduo de lama vermelha prejudicial ao ambiente que tem tido graves 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 este minério de bauxita em alumina - o primeiro passo para a produção de alumínio metálico puro através do processo eletrolítico Hall-Heroult.

As etapas de digestão e clarificação no Processo Bayer são ambas de importância vital. 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 - a utilização de uma solução cáustica sem NaCl, a purificação por troca iónica ou a sinterização a alta temperatura podem ajudar a controlar os níveis de impureza nestes dois fluxos.

A clarificação de uma solução de aluminato é efectuada através da decantação por gravidade e do enxaguamento com água em espessadores (também designados por espessadores de raking), criando uma solução concentrada de aluminato de sódio adequada para a precipitação em alumina tri-hidratada. As partículas grosseiras são extraídas através de ciclones brutos, enquanto os sólidos mais finos são retidos por filtragem; em seguida, a solução é novamente arrefecida para aumentar a supersaturação antes de ser bombeada para precipitadores altos de tipo silício; este processo 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 ferrite (impurezas menores) é separado do sal fundido (uma mistura de cloreto de sódio e cloreto de cálcio) através da passagem de uma corrente eléctrica através de uma solução de aluminato contendo carbono a partir de um elétrodo 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 adicionados para produzir alumínio puro.

Manter os níveis de impureza no fluxo de sopro do processo Bayer abaixo dos níveis pré-determinados é um desafio significativo, ao mesmo tempo que se produz um efluente que pode ser descarregado diretamente em corpos receptores naturais sem tratamento adicional. Para conseguir este feito, factores como a gestão das alterações na mineralogia da bauxite, a otimização das taxas de produção, o controlo das reacções concorrentes e a minimização das perdas dos depósitos de lama vermelha têm de se conjugar em harmonia para que o processo seja bem sucedido.

Fundição

A bauxite, uma rocha de óxido de alumínio, pode ser extraída e refinada para produzir alumínio. Os processos de extração e refinação produzem resíduos significativos que contêm elementos tóxicos como os TENORM (elementos vestigiais de origem natural). A alumina vai depois para uma fundição de alumínio para conversão por eletrólise em metal; para minimizar os resíduos gerados durante este processo, seria benéfico encontrar métodos para reutilizar o máximo possível de alumina.

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

No âmbito dos processos de extração mineira e de refinação da alumina, é necessário limpar o terreno de vegetação e árvores que possam obstruir as operações. A bauxite é fragmentada com recurso a explosões, perfurações, rasgões e bulldozers de grandes dimensões antes de ser carregada em camiões, vagões ferroviários ou correias transportadoras para ser transportada para as refinarias situadas nas proximidades.

No início do processo de refinação da alumina, a alumina é fragmentada e imersa numa solução de soda cáustica para formar uma solução supersaturada de aluminato de sódio. Em seguida, é transferida para um reator de lamas, onde é aquecida a altas temperaturas a fim de remover a água quimicamente combinada através de um processo conhecido por calcinação, produzindo hidrato de alumina solidificada que é então armazenada em vasos revestidos de tijolos antes de serem introduzidos ânodos de carbono e de lhes ser passada uma corrente eléctrica a fim de eletrolisar a alumina em alumínio puro, que é então transferido de novo para vasos antes de ser finalmente transferido de novo para as casas de fundição onde são formados tarugos com várias formas por inserção manual.

Depois de os biletes terem sido cortados em lingotes, são utilizados para enrolar varões longos, denominados varões para betão, que podem ser cortados em vários comprimentos e utilizados em conformidade. Por fim, estes varões longos são fundidos para produzir lingotes para processamento posterior.

Fundição

O alumínio é um elemento central no mundo moderno de hoje, utilizado em todo o lado, desde edifícios e automóveis a embalagens e equipamento desportivo. Mas o alumínio não ocorre naturalmente como metal puro; em vez disso, passa por um intrincado processo de conversão desde as suas origens como minério de bauxite até se tornar no metal leve que todos conhecemos e apreciamos atualmente.

Em primeiro lugar, a bauxite é extraída da terra com recurso a técnicas que incluem a perfuração, o rebentamento e o arranque com grandes bulldozers. Seguem-se a trituração e a lavagem antes do transporte para uma refinaria de alumina situada nas proximidades, que utiliza o processo de refinação Bayer para produzir alumina.

A solução quente de soda cáustica é utilizada para dissolver os minerais que contêm alumínio presentes na bauxite (gibbsite, bohmite e diásporo), formando uma solução supersaturada de aluminato de sódio, conhecida como licor grávido, que é depois enviada para ser calcinada num forno de óxido de alumínio (Al2O3) para calcinação, antes de ser lavada, seca e novamente aquecida para eliminar qualquer água de cristalização remanescente, produzindo alumina de elevada pureza, que forma um material arenoso branco e seco conhecido como hidrato de alumina.

A alumina é utilizada em vários produtos, incluindo materiais refractários, produtos químicos e matérias-primas como o gesso e a sílica; alguma é mesmo reciclada no próprio processo de refinação.

A refinação da alumina gera duas a três toneladas de resíduos por cada tonelada produzida; estes materiais, conhecidos como lama vermelha, devem ser manuseados cuidadosamente para minimizar os impactos ambientais.

Uma vez refinada, a alumina é moldada em lingotes para utilização em várias aplicações. Podem ser laminados em folhas, lâminas e barras; estirados em fios que são enfiados em cabos para linhas de transmissão eléctrica; moldados em formas complexas ou perfis extrudidos, tais como caixilhos de janelas; podem mesmo ser reciclados de novo em lingotes - tornando o alumínio um metal infinitamente reciclável! Além disso, existem diferentes ligas que oferecem propriedades específicas para satisfazer as diferentes necessidades dos clientes.

Reciclagem

O alumínio é um dos metais mais difundidos, utilizado em numerosos produtos, desde latas de refrigerante a componentes de automóveis, mas não existe naturalmente na sua forma pura. Em vez disso, tem de ser extraído de rochas de bauxite que contêm várias formas de óxidos de alumínio e refinado em alumina antes de finalmente se transformar em alumínio, neste processo de três fases que consome energia e recursos hídricos.

Como parte do seu processo de extração, a exploração mineira de alumina necessita de remover primeiro a sobrecarga - camadas de rocha e argila que cobrem a bauxite - utilizando métodos de detonação ou perfuração. Uma vez solto, este material pode ser carregado em camiões para ser transportado para uma fábrica de processamento de alumina para processamento.

Numa fábrica de transformação de bauxite, o minério é triturado para reduzir o seu tamanho antes de ser submerso em soda cáustica quente para dissolver os minerais que contêm alumínio, como a gibbsita e a bohmite, antes de ser separado da sílica para se tornar numa solução supersaturada de aluminato de sódio, conhecida como licor grávido.

Parte do licor grávido é processado para criar hidróxido de alumínio, mais vulgarmente designado por cal apagada, enquanto o resto é enviado diretamente para uma refinaria de alumina, onde os seus componentes serão submetidos a reacções químicas que os transformarão em alumínio metálico.

A alumina é um material industrial indispensável, utilizado para muitas aplicações diversas nas indústrias, desde o fabrico de plásticos até aos abrasivos. A alumina também desempenha um papel fundamental em muitos tipos de retardadores de fogo.

Embora a extração e a refinação de alumina possam ser altamente recicláveis, continuam a existir algumas preocupações ambientais associadas à sua extração e refinação. Estas incluem a poluição sonora, questões ergonómicas, riscos de trauma e salpicos de soda cáustica na pele ou nos olhos. Além disso, tanto o pó de bauxite como o pó de alumina têm sido associados a complicações respiratórias, incluindo irritação ou inflamação dos pulmões.

Alguns trabalhadores referiram problemas de saúde como cancro, doenças renais e lesões hepáticas atribuídas à exposição a poeiras de bauxite e de alumina, bem como a vários contaminantes; no entanto, os estudos realizados determinaram que as melhores práticas actuais na exploração mineira e na refinação não parecem aumentar os riscos destes problemas.