Alumínio - Ocorrência, obtenção industrial, propriedades e utilização

A química é a ciência que estuda, entre outras coisas, as transformações da matéria. Dentre os estudos mais comuns, encontram-se os que envolvem os metais, elementos fundamentais na história das civilizações - e cada vez mais indispensáveis.

Um desses metais é o alumínio. Ele apresenta características (propriedades) peculiares, é bem maleável, leve (densidade abaixo de 5g/cm³) e muito resistente à corrosão. É um dos metais mais versáteis, pois, a partir dele, pode-se confeccionar, além de panelas, o papel-alumínio (que, por ser atóxico, é utilizado para proteger alimentos), painéis coletores de energia solar e muitas outras coisas.

Processo Bayer

O alumínio é produzido, basicamente, a partir da bauxita. Trata-se de um processo de produção difícil, pois exige muita energia elétrica. A bauxita de cor marrom-avermelhada deve sofrer um processo de purificação para que se possa extrair a alumina (Al₂O₃) de outras substâncias, como, por exemplo, o óxido de ferro 3 (Fe₂O₃). Para tanto, pode-se utilizar o processo Bayer, apresentado esquematicamente a seguir:

Figura 1 - Processo Bayer

O estágio inicial, denominado digestão, envolve, num primeiro momento, a moagem da bauxita, seguida pela digestão com uma solução cáustica de hidróxido de sódio (NaOH), sob temperatura e pressão controladas:
 

A clarificação é uma das etapas mais importantes do processo. Nela ocorre a separação entre as fases sólida (resíduo insolúvel) e líquida (licor). Em seguida, ocorre a etapa de precipitação, quando se dá o esfriamento do licor verde:
 

A calcinação é a etapa final do processo, quando a alumina é lavada para remover qualquer resíduo do licor, passando, posteriormente, pela secagem. Em seguida, a alumina é calcinada a, aproximadamente, 1.000^oC, para desidratar os cristais e formar cristais de alumina puros, de aspecto arenoso e branco. Vale ressaltar que o óxido de ferro 3 não sofre reação no processo, podendo, assim, ser separado:
 

A partir da alumina ocorre o processo de transformação da alumina em alumínio metálico. Esse processo, que antes era realizado através da fundição da alumina a 2.000^oC, foi aperfeiçoado por Charles Martin Hall em 1896. Ao invés de fundir a alumina a essa temperatura, ele passou a dissolvê-la em criolita (Na₃AlF₆) fundida. Com esse processo, Hall diminuiu de 2.000^oC para 1.000^oC a temperatura. Atualmente, a alumina é dissolvida em um banho de criolita fundida e fluoreto de alumínio em baixa tensão.

A mistura obtida é colocada numa cuba eletrolítica e sofre uma reação de eletrólise. Veja a representação na Figura 2. Nessa etapa, o óxido de alumínio é transformado (reduzido) em alumínio metálico (Al). Basicamente, a reação que ocorre nesse processo é:
 

O oxigênio se combina com o carbono, desprendendo-se na forma de dióxido de carbono. O alumínio líquido (Al_(l)) se precipita no fundo da cuba eletrolítica e, a seguir, é transferido para a refusão, onde são produzidos os lingotes, as placas e os tarugos.

Em termos de rendimento, para produzir 1kg de alumínio utiliza-se 2 kg de alumina, 100g de criolita e 10kW de energia elétrica:

Figura 2 - Eletrólise do alumínio
 

Como outro pesquisador, Paul Louis Toussaint Héroult também chegara, no mesmo ano, às mesmas conclusões de Hall, o processo ficou conhecido como Processo de Héroult-Hall. O alumínio produz duas ligas metálicas: a duralumínio (95% alumínio, 4% cobre, 1% magnésio, ferro e silício), bastante utilizada na confecção de carrocerias de ônibus, e a magnálio (83% alumínio, 15% magnésio, 2% cálcio), utilizada na produção de rodas automotivas.

Passivação e reciclagem

O alumínio apresenta outra boa característica: é resistente à corrosão. Essa resistência se explica devido ao fato de esse metal, quando exposto ao ar, ou seja, interagindo com o gás oxigênio, formar uma película protetora denominada óxido de alumínio (Fe₂O₃). Esse fenômeno recebe o nome de passivação.

O alumínio, embora envolva muita energia na sua produção, é um metal abundante, de grande importância na economia. Um diferencial do alumínio que determina sua vasta aplicabilidade é o seu processo de reciclagem, que, além de colaborar com a preservação ambiental, tem na economia de energia uma das suas maiores vantagens, pois utiliza apenas 5% da energia necessária para a produção do metal primário.

O processo de reciclagem apresenta as seguintes etapas:

Figura 3 - Etapas de reciclagem do alumínio

Nesse processo, a sucata do alumínio transforma-se em produtos que permitem o seu uso na fabricação de diversos semielaborados e elaborados, como chapas, perfis, etc., prontos para serem reutilizados nos mais diversos segmentos da indústria.