Produção do alumínio por eletrólise
O alumínio é adquirido através de procedimentos metalúrgicos. A metalúrgica é um ramo que analisa a mudança de minérios em ligas metálicas ou metais. Diversos metais são adquiridos através desse procedimento, tais como o titânio, o cobre, o manganês e o ferro.
Na situação do alumínio, o principal minério usado é a bauxita, que possui óxido de alumínio hidratado e várias impurezas.
No processo metalúrgico do alumínio, acontecem quatros fases:
1- extração da bauxita
2- purificação da bauxita
3- eletrólise ígnea
4- aquisição do alumínio e transformação em liga metálica se for o desejado.
Quando é realizada a separação do óxido de alumínio (Al2O2(l)) da bauxita, ele passa a ser chamado de alumina.
Nos tempos antigos, era feito o seguinte: cuida-se da alumina com ácido clorídrico, para criar o cloreto de alumínio, que era posicionado para reagir com sódio ou potássio metálicos, gerando a redução da mistura e formando o alumínio metálico:
Al2O3(s) + 6 HCl(aq) à 4 AlCl3(aq)+ 3 H2O(l)
AlCl3(aq) + 3 K(s) à 3 KCl(s) + Al(s)
Contudo, esse procedimento era muito ineficiente e caro, por essa razão o alumínio era julgado como um metal raro.
Porém, em 1886, dois pesquisadores de maneira diferente produziram o procedimento citado anteriormente, onde se usava a eletrólise ígnea. Esses pesquisadores eram o francês Paul Héroult e o americano Charles M. Hall, por isso esse procedimento começou a ser conhecido como Processo de Hall-Héroult ou, apenas, Processo de Hall, uma vez que Charles M. Hall o registrou.
O motivo principal que eles encontraram era como fazer o óxido de alumínio permanecer no estado líquido para, dessa forma, poder fazer a sua eletrólise ígnea, uma vez que o problema era o seu ponto de fusão ser superior a 2000°C. Eles usaram um fundente, o Na2AlF6(minério criolita), que conseguiu diminuir a temperatura de fusão do óxido de alumínio para aproximadamente 1000°C.
Dessa forma, a mistura de criolita e óxido de alumínio foi armazenada em uma cuba eletrolítica deita de aço coberta de carbono. Através dessa mistura fundida percorre uma corrente elétrica. As paredes do reservatório que estão em contato com a mistura agem como cátodo da eletrólise ou pólo negativo, no qual acontece a diminuição dos cátions de alumínio.
Por outro lado o pólo positivo ou ânodo são cilindros formados de carvão ou de grafite, ou seja, os dois fabricados com carbono, no qual acontece a oxidação dos ânions de oxigênio:
Semi-reação de cátodo: 4 Al3+(l) + 12 e- à 4 Al(l)
Semi-reação do ânodo: 6 O2-(l) à 12 e- + 3 O2(g)
O oxigênio produzido reage com o carbono do ânodo e forma também dióxido de carbono:
3 O2(g) + 3 C(l) à 3 CO2(g)
De maneira que a reação principal e a representação dessa eletrólise ígnea que origina o alumínio são dadas por:
2 Al2O3(l) à 4 Al3+(l)+ 6 O2-(l)
4 Al3+(l) + 12 e-à 4 Al(l)
6 O2-(l) à 12 e-+ 3 O2(g)
3 O2(g) + 3 C(s)à 3 CO2(g)
2 Al2O3(l) + 3 C(s) à 4 Al(l) + 3 CO2(g)
O alumínio adquirido esta no estado liquido, uma vez que o seu ponto de fusão é igual a 660,37°C, isto é, menor que o da solução de criolita e alumina. O alumínio também é mais pesado que a solução e, por isso, vai se concentrando no fundo do reservatório, por onde é retirado.
Na fabricação de uma tonelada de alumínio utiliza-se:
– de 4 a 5 toneladas de bauxita, de onde são tiradas aproximadamente 2 toneladas de alumina;
– 50 kg de criolita; não existe muitas reservas de criolita, por essa razão, ela normalmente é adquirida através de sua síntese com base na fluorita (CaF2), um mineral encontrado em maior quantidade na natureza;
– 0,6 toneladas de carvão para os eletrodos.
Por ano, a fabricação de alumínio supera os 27,4 milhões de toneladas.
Dentre as essenciais ligas metálicas de alumínio, temos:
– Duralumínio
Composição: 95,5% de alumínio; 3% de cobre; 1% de magnês; 0,5% de magnésio.
Principais propriedades: baixa densidade, aproximadamente 1/3 da densidade do aço.
Aplicações: peças de automóveis e aviões.
– Magnálio
Composição: 90% de alumínio; 10% de magésio.
Principais propriedades: a mais leve das ligas com densidade igual a 2,5 g/cm³.
Aplicações: peças de automóveis e aviões.
– Alnico
Composição: 63% de ferro; 20% de níquel; 12% de alumínio; 5% de cobalto.
Principais propriedades: permeabilidade magnética
Aplicações: ímãs permanentes
