Da Bauxita ao Alumínio: Processos e Propriedades

Definição e Tipos de Bauxita

A bauxita é a principal fonte de alumínio, composta principalmente por minerais de hidróxido de alumínio e impurezas. A alumina é um composto químico de alumínio e oxigênio cuja fórmula química é Al₂O₃.

Três principais minerais encontrados na bauxita e suas respectivas fórmulas químicas:

1. Diasporo: AlO(OH) ou Al₂O₃·H₂O
2. Boehmita: AlO(OH) ou Al₂O₃·H₂O
3. Gibbsita: Al(OH)₃ ou Al₂O₃·3H₂O

Para que serve o Processo Bayer?

Processo de obtenção da alumina com alto grau de pureza (99,9%).

Etapas do Processo Bayer (Fluxograma Sucinto)

Bauxita → Digestão (Lama Vermelha, Na[Al(OH)₄]) → Precipitação (Al(OH)₃, NaOH) → Calcinação

Processo Hall-Héroult: Propósito e Descrição

Devido à afinidade do alumínio pelo oxigênio, sua redução em reatores convencionais exige temperaturas elevadas, em torno de 2200°C. O processo consiste na extração eletrolítica do alumínio a partir de uma solução onde o alumínio se encontra em sua forma iônica. Esta solução contém a criolita (AlF₃ e 3NaF) que dissolve até 5% de alumina. O íon alumínio é atraído para o polo negativo (cátodo de grafite) formando no fundo da célula uma camada de alumínio fundido.

Processo de Refino do Alumínio

Objetiva o aumento da pureza para 99,99%. O processo é executado em uma célula eletrolítica semelhante à utilizada na extração. A célula contém 3 camadas de materiais fundidos, sendo que o alumínio refinado sobrenada as outras 2 camadas, sendo atraído pelo cátodo e é protegido da oxidação por uma fina camada de óxido que se forma na superfície do banho.

Mecanismos para Aumentar Propriedades Mecânicas do Alumínio

O alumínio puro apresenta baixa resistência mecânica e à fadiga. Os principais mecanismos utilizados para aumentar as propriedades mecânicas do alumínio e suas ligas são:

Encruamento

Ligas não tratáveis termicamente são endurecidas apenas pelo encruamento, ou seja, pela deformação da estrutura cristalina causada pela conformação mecânica.

Endurecimento por Precipitação

O endurecimento da liga se dá pela precipitação de partículas microscópicas que se formam na última fase do tratamento de envelhecimento e aparecem incrustadas na matriz, atuando como barreiras para a movimentação das discordâncias. Sendo necessárias cargas muito altas para produzir o escorregamento dos planos atômicos principais.

Endurecimento por Solução Sólida

Quando as propriedades mecânicas de um sólido são modificadas pela introdução de átomos de soluto, tem-se o endurecimento por solução sólida. As soluções sólidas podem ser substitucionais ou intersticiais. Quando uma discordância está presente nos metais, esta provoca a distorção da rede próxima a ela; os átomos de soluto tendem a se acomodar nessas regiões, formando barreiras para a movimentação das discordâncias.

Definição de Recozimento (Tratamento Térmico)

Aquecimento das ligas encruadas para completa recristalização, seguido de resfriamento lento para melhorar a ductilidade e alívio de tensões.

Envelhecimento Natural e Artificial de Ligas de Alumínio

Envelhecimento Natural

Precipitação lenta de fases endurecedoras à temperatura ambiente. O endurecimento é menor que o obtido no tratamento de precipitação.

Envelhecimento Artificial

O envelhecimento é ativado pelo aquecimento da liga abaixo da linha solvus. O endurecimento é maior que no envelhecimento natural, mas a fragilização é menor que na precipitação.