Processo Bayer e Eletrólise da Alumina: Bauxita e Criolita

Bauxitas são hidróxidos de alumínio cristalinos. Há três tipos:

• Diasporo: Al₂O₃ . H₂O + impurezas
• Boehmita: Al₂O₃ . 2H₂O + impurezas
• Gibbsita: Al₂O₃ . 3H₂O + impurezas

//// A etapa da digestão do processo Bayer faz a solubilização da bauxita por NaOH, obtendo-se alumina hidratada pura. O processo separa a alumina das impurezas (SiO₂, TiO₂, Fe₂O₃) e acontece a temperaturas em torno de 250 °C.

//// A redução da alumina pelo carbono não é viável, pois o carbono tem menos afinidade ao oxigênio que o alumínio.

Al₂O₃ + 3C = 2Al + 3CO (só em T>2200°C)

2Al₂O₃ + 3C = 4Al + 3CO₂ (só em T>2600°C)

//// A eletrólise em meio aquoso não é viável, pois o alumínio tem menor potencial de redução que o hidrogênio, dessa forma, ao invés do Al se depositar, seria formado H₂ no cátodo.

//// O Fe durante a fase de digestão pode se comportar de três formas:

• A 80°C: Fe(OH)₃
• A 110°C: FeOOH
• A 250°C: Fe₂O₃

//// Durante a fase de digestão o Fe, SiO₂, TiO₂ precipitam e vão para a lama vermelha. O Ga até a concentração 0,3 g/L recircula no sistema. O V até concentração 0,5 g/L recircula no sistema.

//// As principais variáveis da digestão são: Tempo, Temperatura, Concentração cáustica.

//// O SiO₂ causa queda no rendimento de solubilização de alumina e perda de lixiviante alcalino. O limite de SiO₂ na bauxita se mantém atualmente abaixo de 8%.

//// Os principais equipamentos digestores da bauxita são: autoclave, autoclave em cascata e reator tubular. Desses, o reator tubular é o que tem o melhor rendimento, pois tem menos custos: equipamento (50%), operação, energia (-25 a 40% vapor)

Calcinação da alumina: Reações:

2[Al(OH)₃] → [Al₂O₃] + 3 {H₂O} 37,3 kcal/mol

(H₂O) → {H₂O} 10,5 kcal/mol

//// Para se fazer a extração eletrolítica (Hall-Héroult) o Al deve estar na forma iônica numa solução de sais fundidos (criolita)

//// Adições na criolita: LiF, NaF, CaF₂, Al₂O₃, MgF₂, AlF₃

//// Trabalha-se com excesso de AlF₃ para minimizar o perigo de se depositar Na no Al catódico.

//// Perda de rendimento na eletrólise: Ressublimação de Al no eletrólito, reoxidação pelo CO₂ formado no ânodo, curtos circuitos por formação de pontes metálicas.

//// Reações Catódicas:

AlF₄^- → Al³⁺ + 4F^-

Al³⁺ + 3e^- → Al

Reações Anódicas:

De 0 - 5% Al₂O₃ no eletrólito:

3AlOF₅^4- + 3F^- → 3AlF₄^- + 3O₂

De 5 - 11% Al₂O₃ no eletrólito:

3AlOF₃^2- + 3F^- → 3AlF₄^- + 3O^2-

Neutralização dos íons de oxigênio:

3O^2- → 3/2 O₂ + 6e^-

3/2O₂ + xC → mCO₂ + nCO

//// A reação global da redução da alumina é:

Al₂O₃ + xC → 2Al + (3-X)CO₂ + (2X-3)CO

//// Reação da bauxita Tropical:

Al(OH)₃ + NaOH = Na⁺ + Al(OH)₄^-

Temperatura: 160 °C

Concentração Na₂O = 150 g/L

//// Reação da bauxita Europeia:

AlOOH + NaOH + H₂O = Na⁺ + Al(OH)₄^-

Temperatura: 220 °C

Concentração Na₂O = 250 g/L

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