ALUMÍNIO (METALURGIA)

ALUMÍNIO (EM PORTUGUÊS)

ALUMINIUM (EM INGLÊS)

ALUMINIO (EM ESPANHOL)

BAUXITA (EM PORTUGUÊS)

ALUMINA (EM PORTUGUÊS)

INTRODUÇÃO

O alumínio é um importante metal industrializado usado em larga escala na fabricação de bens de capital, de veículos (inclusive automóveis, barcos, aeronaves e até foguetes), de máquinas e equipamentos em geral, de eletrodomésticos, de utensílios de cozinha e de cabos de transmissão de eletricidade em alta voltagem, entre outros usos. Ele é um importante metal obtido a partir da industrialização da bauxita e usado amplamente no mundo moderno, resistente quando em estado de liga metálica e com uma grande variedade de utilidades, em grande parte dos ramos da tecnologia humana, para os mais variados empregos. Ele é um dos dez mais importantes metais usados atualmente pela humanidade, empregado em inúmeras atividades humanas, ao lado de outros importantes metais, como o aço e o cobre, por exemplo.

O alumínio é produzido a partir da mineração e industrialização da bauxita, que por sua vez é uma rocha disponível in natura em grande número de jazidas em várias partes do mundo, principalmente no Brasil, na Austrália, na Jamaica e no Guiné, este no continente africano. Ela é uma rocha de constituição mista de vários elementos, dentre eles o óxido de alumínio, do qual se extrai o alumínio. O alumínio é um dos metais mais abundantes no planeta, porém o seu processo de industrialização é complexo e lento, demandando, inclusive, grande quantidade de energia elétrica, por isso o metal se mantém com bom valor comercial em todo o mundo por mais de um século e a indústria de reciclagem de metais se beneficia fortemente dessa sua condição, gerando milhões de ocupações / empregos em todos os continentes.

Ele é um dos mais versáteis metais usados atualmente no mundo, é um dos mais essenciais metais usados pela humanidade. Ele está presente em quase todos os ramos da tecnologia humana, desde uma simples e singela latinha de refrigerante dentro da geladeira até na estrutura ou chassi de um sofisticadíssimo e caríssimo satélite de telecomunicações a cerca de 36.000 quilômetros de altitude, no espaço.

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS

O alumínio é um importante metal multiuso usado largamente na indústria metalúrgica para diversos objetivos, de grande utilidade para o mundo moderno e com bom valor comercial. Ele é um elemento químico e metálico de número atômico 13, com símbolo Al na tabela periódica, de cor cinza prateado ou fosco, devido à fina camada de óxidos que se forma rapidamente em sua superfície quando exposto ao ar, com massa atômica 26,98, basicamente uma substância metálica sólida e leve, mais ou menos maleável ou macia quando não está na forma de liga metálica, com boa capacidade de transmissão de eletricidade e alta capacidade de transmissão de calor e frio, com relativa baixa densidade, em comparação com outros metais, e com larga aplicação industrial, na fabricação de um grande número de bens duráveis.

Na temperatura ambiente ele é sólido, sendo um dos elementos metálicos mais abundantes da crosta terrestre. Sua leveza, condutividade elétrica, resistência à corrosão e baixo ponto de fusão lhe conferem uma multiplicidade de aplicações, inclusive nas soluções de engenharia automobilística ou automotiva, aeronáutica, aeroespacial e espacial. Entretanto, mesmo com o baixo custo para a sua reciclagem, o que aumenta sua vida útil, uma prova inquestionável da estabilidade do seu valor ao longo dos anos, a elevada quantidade de energia elétrica necessária para a sua obtenção primária limita o seu campo de aplicação, além das implicações ecológicas negativas do rejeito dos subprodutos do processo de produção do alumínio primário.

A metalurgia é a arte de industrializar os metais em geral, disponíveis em estado natural, como o ferro e a bauxita, por exemplo, que dão origem ao aço e ao alumínio, respectivamente. Já a siderurgia é uma parte da metalurgia, ela está relacionada aos trabalhos de industrialização ou refinamento de metais ferrosos, que dão origem ao aço, por exemplo. A palavra refinamento tem vários sentidos na língua portuguesa, dentre eles o processo industrial de separar dos metais brutos ou rústicos, in natura, os elementos de pouco valor comercial ou impurezas presentes neles, para dar-lhes valor comercial.

A ciência reconhece o professor universitário e químico alemão Friedrich Wohler como o principal responsável pelo isolamento químico do alumínio, em 1827, por meio de um processo de refinamento.

A princípio, o alumínio não é um metal tóxico, quando no seu estado sólido comum, ele não é magnético e, a princípio, não cria faíscas quando exposto a atrito. O alumínio puro possui tensão de cerca de 19 megapascal (MPa) e 400 MPa se na forma de uma liga. A sua densidade é de aproximadamente 1/3 (um terço) do aço ou do cobre, portanto mais leve, considerando volume, embora na forma de liga metálica ele possa ser mais resistente que o aço, para alguns usos. A princípio, ele é maleável e dúctil, apto para a mecanização e fundição, além de ter uma excelente resistência à corrosão e durabilidade devido à camada protetora de óxido. É o segundo metal mais maleável que existe, sendo o primeiro o ouro, e o sexto metal mais dúctil.

O alumínio é um metal relativamente leve, ele pesa cerca de 2,7 gramas por cm³, o equivalente a cerca de 35% do peso do aço e cerca de 30% do peso do cobre. Ele é, essencialmente, um metal com uma impressionante resistência à corrosão ou oxidação, pois, acredite, ele forma espontaneamente uma camada de óxido em torno de si, que o protege no longo prazo das ações da água ou da umidade do ar.

É impossível enumerar aqui todos os empregos do alumínio, são inúmeras utilizações, algumas que talvez você ainda não saiba. Ele é um dos mais úteis metais usados no mundo moderno. Por exemplo, por ser um bom condutor de calor, cerca de 4 vezes mais que o aço, ele é muito utilizado em utensílios de cozinha, como panelas e frigideiras, por exemplo. Como bom trocador ou dissipador de calor, ele é muito utilizado em radiadores de automóveis e condensadores de eletrodomésticos, como refrigeradores / geladeiras e aparelhos de ar condicionado. Como um metal leve e muito menos sujeito à corrosão causada pela água ele é usado na estrutura de barcos em geral, principalmente botes leves para pesca.

O alumínio é usado como elemento estrutural de aeronaves, incluindo aviões e helicópteros; de automóveis premium; de barcos em geral, embora, neste caso, o material composto de fibra de vidro seja muito usado também; de bicicletas; e, em alguns casos, até de locomotivas e vagões para transporte de passageiros. Décadas atrás, o alumínio foi usado como um dos principais elementos estruturais de alguns modelos de ônibus usados para transporte rodoviário no Brasil, para transporte coletivo de passageiros.

Na indústria de alimentos ele é usado na forma de papel-alumínio, embalagens de bebidas, embalagens de leite longa vida, dentre outras utilidades. Na construção civil ele é usado em janelas, esquadrias metálicas para portas e janelas, divisórias, grades e luminárias, dentre outros itens. No setor de produção, transmissão e distribuição de energia elétrica, o alumínio é usado em cabos de transmissão, por exemplo. Ainda que a condutibilidade elétrica do alumínio seja 60% menor que a condutibilidade do cobre, o seu uso em redes de transmissão elétricas de alta tensão e longa distância é compensado pelo seu menor custo, densidade (peso) e resistência, permitindo maior distância entre as torres de transmissão, onde é aplicado revestindo um feixe de arame de aço que suporta a força de estiramento e deixa o conjunto insensível aos ventos.

Imagine qualquer ramo da tecnologia humana, qualquer um. Provavelmente o alumínio esteja lá. Por exemplo, o alumínio ou, mais precisamente, o alúmen ou alume, é usado em grandes infraestruturas de saneamento básico em quase todas as partes do mundo, durante o processo de purificação ou tratamento de água usada em larga escala pelas populações mundiais. Além disso, ele é usado também na fabricação de caminhões de transporte de combustíveis, pois não produz faíscas...

LIGAS DE ALUMÍNIO

De modo geral, as ligas metálicas são substâncias metálicas compostas por dois ou mais metais misturados, literalmente. As ligas de alumínio assumem diversas formas, como o duralumínio, por exemplo, com elevada resistência tênsil, por isso usado largamente na indústria aeroespacial e espacial, como na construção de foguetes, por exemplo. Já a liga de alumínio-magnésio possui propriedades adequadas para uso na indústria naval.

Ao derreter / fundir o alumínio com níquel e lantânio, por exemplo, os cientistas conseguiram criar um material combinando benefícios de materiais compostos e ligas padrão, como flexibilidade, força e leveza.

O alumínio puro é mais dúctil em relação ao aço, porém suas ligas, com pequenas quantidades de cobre, manganês, silício, magnésio e outros elementos, apresentam características adequadas às mais diversas aplicações. Essas ligas constituem o material principal para a produção de muitos componentes de aeronaves, incluindo aviões e helicópteros, e foguetes, por exemplo. No entanto, na indústria aeronáutica, as ligas de alumínio estão sendo substituídas pelos materiais compostos de fibra de carbono e fibra de vidro para a fabricação de fuselagens, uma tendência irreversível de longo prazo.

Quando se evapora o alumínio no vácuo, forma-se um revestimento que reflete tanto a luz visível como a infravermelha, sendo o processo mais utilizado para a fabricação de refletores automotivos e telescópios, por exemplo. Como a capa de óxido que se forma impede a deterioração do revestimento, utiliza-se o alumínio para a fabricação de espelhos de telescópios, em substituição aos de prata.

Devido a sua grande reatividade química, o alumínio é usado, quando finamente pulverizado, como combustível sólido para foguetes e para a produção de explosivos. Ele também é usado como ânodo de sacrifício e em processos de aluminotermia para a obtenção de metais.

HISTÓRIA DO ALUMÍNIO

Durante a antiguidade, tanto na Grécia como em Roma, se empregava a pedra-ume (do latim alūmen), um sal duplo de alumínio e potássio, como mordente em tinturaria e adstringente em medicina, uso ainda em vigor.

Geralmente, é atribuído ao professor universitário e químico alemão Friedrich Wohler a invenção das primeira técnicas viáveis de refinamento ou isolamento do alumínio, fato que ocorreu em 1827, embora o metal tenha sido obtido impuro alguns anos antes pelo físico e químico dinamarquês Hans Christian Orsted, em 1825.

Anos antes, em 1807, o químico britânico Humphry Davy propôs o nome aluminum para esse metal ainda não purificado. Mais tarde resolveu-se trocar o nome para aluminium por coerência com a maioria dos outros nomes latinos dos elementos, que usam o sufixo ium. Dessa maneira ocorreu a derivação dos nomes atuais dos elementos em outros idiomas.

Embora o alumínio seja um metal encontrado em abundância na crosta terrestre raramente ele é encontrado livre. Suas aplicações industriais são relativamente recentes na história da humanidade, sendo produzido em escala industrial a partir do final do século XIX. Quando ele foi descoberto verificou-se que a sua separação das rochas que o continham era extremamente difícil. Como consequência, durante algum tempo, foi considerado um metal precioso, mais valioso até que o ouro. Com o avanço dos processos de obtenção os preços baixaram continuamente até 1889, devido à descoberta anterior de um método relativamente simples de extração do metal. Atualmente, um dos fatores que estimulam o seu uso é a estabilidade do seu preço, provocada principalmente pela sua reciclagem.

Em 1859, o químico francês Henri Sainte-Claire Deville anunciou melhorias no processo de obtenção, ao substituir o potássio por sódio e o cloreto simples pelo duplo. Posteriormente, com a invenção do processo Hall-Héroult em 1886, simplificou-se e barateou-se a extração do alumínio a partir do mineral. Este processo, juntamente com o processo Bayer, descoberto no mesmo ano, permitiram estender o uso do alumínio para uma multiplicidade de aplicações até então economicamente inviáveis. O processo Hall-Héroult envolveu os trabalhos independentes e praticamente simultâneos do engenheiro americano Charles Martin Hall (1886) e do cientista francês Paul Héroult (1888), jovens cientistas com menos de 27 anos na época da descoberta do processo.

A recuperação do metal a partir da reciclagem é uma prática conhecida desde o início do século XX. Entretanto, foi a partir da década de 1960 que o processo se generalizou, por razões ambientais e por razões econômicas, já que o custo de produção do alumínio é relativamente alto, principalmente em razão do consumo de eletricidade.

PRODUÇÃO

O processo mais comum de obtenção do alumínio ocorre em três etapas, a extração da bauxita, uma rocha mista obtida in natura em jazidas minerais, a obtenção da alumina pelo processo Bayer e, finalmente, a eletrólise do óxido para obter o alumínio. A elevada reatividade do alumínio impede extraí-lo da alumina mediante a redução, sendo necessário obtê-lo através da eletrólise do óxido, o que exige este composto no estado líquido. A alumina possui um ponto de fusão extremamente alto, de 2.072° Celsius ou centígrados, mais até do que o titânio, por exemplo, tornando economicamente e tecnicamente inviável a extração direta do metal. Entretanto, a adição de um fundente, no caso a criolita, permite que a eletrólise ocorra a uma temperatura menor, de aproximadamente 1.000° Celsius.

Não confunda o ponto de fusão da alumina com o ponto de fusão do alumínio, que é menor, cerca de 660º Celsius. Apenas para comparar, o ponto de fusão do aço é de 1.570º Celsius.

ISÓTOPOS DE ALUMÍNIO

O alumínio possui nove isótopos , cujas massas atômicas variam entre 23 e 30 u. Somente o Al-27, estável, e o Al-26, radioativo, com uma vida média de 7,2×105 anos, são encontrados na natureza. O Al-26 é produzido na atmosfera a partir do bombardeamento do argônio por raios cósmicos e prótons. Os isótopos têm aplicação prática na datação de sedimentos marinhos, gelos glaciais, meteoritos, etc. A relação Al-26 / Be-10 é empregada na análise de processos de transporte, deposição, sedimentação e erosão a escalas de tempo de milhões de anos.

O Al-26 cosmogênico se aplicou primeiro nos estudos da Lua e dos meteoritos. Esses corpos espaciais se encontram submetidos a intensos bombardeios de raios cósmicos durante suas viagens espaciais, produzindo-se uma quantidade significativa de Al-26. Após o impacto contra a Terra, a atmosfera que filtra os raios cósmicos interrompe a produção de Al-26, permitindo determinar a época em que o meteorito caiu.

ALUMÍNIO TRANSPARENTE

O alumínio transparente é hoje uma realidade. Sua descoberta foi prevista no filme de ficção científica Jornada nas Estrelas 4 / Star Trek 4, com William Shatner (Kirk) e o inesquecível Leonard Nimoy (Spock) nos papéis principais. Trata-se de um oxinitrato policristalino de alumínio, comercialmente chamado também de ALON. É uma cerâmica transparente cristalizada sobre átomos de alumínio. Apesar de ser uma cerâmica, é muito mais resistente que o vidro blindado, e seu desenvolvimento foi inicialmente buscado pelo exército americano para a construção de janelas em veículos blindados.

O alumínio transparente é muito mais resistente, leve e fino que o vidro blindado, oferecendo diversas vantagens para a blindagem de veículos. Apresenta diversas outras vantagens sobre o vidro, e para uso civil já está sendo usado em leitores de código de barras em supermercados devido ao seu alto índice de transparência para luz visível e ultravioleta. Todo o mercado pode se beneficiar dessa descoberta, dependendo somente da queda do preço desse produto, pois o método de produção do ALON é, ainda, cinco vezes mais caro que o vidro blindado.

IMPLICAÇÕES DO ALUMÍNIO

NA SAÚDE HUMANA

Segundo a OMS – Organização Mundial da Saúde, atualmente se entende que a dose semanal tolerável de alumínio no corpo humano é de 1 mg de alumínio por quilograma de massa corporal. Portanto, uma pessoa de 50 kg teria uma dose tolerável de 50 mg de alumínio por semana em seu corpo. Portanto, a princípio, o alumínio não é considerado um elemento tóxico e nocivo ao corpo humano, a não ser, é claro, que esteja presente em concentração muito alta.

O alumínio é um dos poucos elementos abundantes na natureza que parecem não apresentar nenhuma função biológica significativa. Algumas pessoas manifestam alergia ao alumínio, sofrendo dermatites ao seu contato, inclusive desordens digestivas ao ingerir alimentos cozidos em recipientes de alumínio. Para as demais pessoas o alumínio não é considerado tão tóxico como os metais pesados, ainda que existam evidências de certa toxicidade quando ingerido em grandes quantidades. Em relação ao uso de recipientes de alumínio não se têm encontrado problemas de saúde, estando estes relacionados com o consumo de antiácidos e antitranspirantes que contêm este elemento.

O alumínio é um dos elementos mais abundantes na crosta terrestre na forma de óxido de alumínio (Al2O3). Talvez por causa disto ele é tido como inofensivo, mas a exposição a altas concentrações pode causar problemas de saúde principalmente quando na forma de íons em que ele é solúvel em água.

Sua concentração parece ser maior em lagos ácidos. Nesses lagos o número de peixes e anfíbios está diminuindo devido a reações de íons de alumínio com proteínas nos alevinos de peixes e embriões de anfíbios.

NA AGRICULTURA

Infelizmente, o alumínio é um dos principais fatores que reduzem o crescimento das plantas em solos ácidos. Embora seja geralmente inofensivo para o crescimento das plantas em solos de pH neutro, a concentração em solos ácidos de Al3+ aumenta o nível de cátions e perturba o crescimento da raiz. A maioria dos solos ácidos estão saturados de alumínio ao invés de íons de hidrogênio. A acidez do solo é, portanto, um resultado de hidrólise de compostos de alumínio.

Entre as soluções encontradas para a redução dos efeitos da presença de alumínio em solos ácidos está o uso combinado do calcário agrícola com o gesso agrícola, com a sua aplicação em doses calculadas pelo engenheiro agrônomo ou técnico agrícola, após análise laboratorial de amostras do solo.

MERCADO

O alumínio é um importante metal industrializado usado em larga escala na fabricação de um grande número de bens de capital e produtos de consumo. Ele é um importante metal obtido a partir da mineração e industrialização da bauxita e usado amplamente no mundo moderno, resistente quando em estado de liga metálica e com uma grande variedade de utilidades, em grande parte dos ramos da tecnologia humana, para os mais variados empregos. Ele é um dos dez mais importantes metais usados atualmente pela humanidade. Estima-se que as reservas mundiais conhecidas de bauxita sejam cerca de 75.000.000.000 (bilhões) de toneladas, com a Austrália com a maior reserva mundial, com cerca de 37% do total.

O alumínio é produzido a partir da industrialização da bauxita, que, por sua vez, é uma rocha disponível in natura em grande número de jazidas em várias partes do mundo, principalmente no Brasil, na Austrália, na Jamaica e no Guiné, este no continente africano. A bauxita é uma rocha na qual estão presentes minerais ferrosos, como o óxido de alumínio. A partir dela também são extraídos refratários e abrasivos.

Na década de 1990, o Brasil possuía uma reserva conhecida de mais de 5.000.000.000 (bilhões) de toneladas de bauxita. Atualmente, o País possui a terceira maior reserva de bauxita do mundo, assumindo a posição de sexto maior produtor de alumínio do mundo, produzindo anualmente mais de 1.670.000 toneladas, parte exportada para vários países.

Com os processos atuais de refinamento da bauxita para obter o alumínio, consegue-se cerca de um quilograma de alumínio a partir de cerca de seis quilogramas de bauxita.

Durante a década de 2000, a fabricação do chamado alumínio primário, ou seja, o alumínio recém fabricado pela metalúrgica e disposto na forma de lingotes ou tarugos de alumínio, consumiu cerca de 24 Gigawatts hora de energia elétrica por ano no Brasil, o equivalente a cerca de 14 Megawatts por tonelada produzida, o que explica, pelo menos em parte, o preço salgado do alumínio no mercado internacional, atualmente na faixa de R$ 7.000,00 (reais) por tonelada, em preços praticados em 2019. Apenas para comparar, o aço custa cerca de R$ 2.400,00 (reais) por tonelada, em preços praticados em 2019.

Em fevereiro de 2022, com a invasão da Ucrânia pela Rússia, o preço do alumínio no mercado internacional foi para cerca de US$ 3.300,00 (dólares), o equivalente a cerca de R$ 17.400,00 (reais), na cotação daquele mês, mas, em dezembro de 2022, os preços baixaram para cerca de US$ 2.500,00 (dólares), o equivalente a cerca de R$ 13.150,00 (reais).

Durante a década de 2000, os maiores produtores de alumínio do mundo foram a China, com produção anual média de cerca de 5,9 milhões de toneladas; a Rússia, com produção anual média de 4,1 milhões de toneladas; os Estados Unidos, com produção anual média de 3,5 milhões; o Canadá, com produção anual de 3,1 milhões; a Austrália, com produção de 1,9 milhão; o Brasil, com produção de 1,6 milhão; a Noruega, com 1,3 milhão; e a Índia, com 1,3 milhão; entre vários outros grandes produtores. A produção mundial de alumínio foi de 33.000.000 (milhões) de toneladas anuais durante a década de 2000, na média.

Durante o século XX, a introdução dos métodos para a produção em massa de alumínio levou ao uso extensivo do metal resistente à corrosão na indústria e na vida cotidiana. O alumínio começou a ser usado em engenharia e construção, inclusive. Durante as duas guerras mundiais, o alumínio era um recurso estratégico crucial para a aviação. A produção mundial do metal cresceu de 6.800 toneladas anuais em 1900 para 1.490.000 toneladas em 1950. O alumínio tornou-se então o metal não ferroso mais produzido em 1954, superando o cobre, inclusive.

Na segunda metade do século XX, o alumínio ganhou uso em transporte e embalagem. A produção de alumínio tornou-se uma fonte de preocupação devido ao seu impacto no meio ambiente, e, por consequência, a reciclagem de alumínio ganhou terreno. O metal tornou-se uma commodity na década de 1970.

Os países em desenvolvimento passaram a produzir em massa o alumínio, com destaque para a China, para o Brasil, para a Índia e para a Rússia, que haviam acumulado uma participação especialmente grande na produção mundial e no consumo de alumínio. A produção mundial continuou a subir, atingindo 58.500.000 (milhões) toneladas em 2017. Atualmente, a produção de alumínio excede a de todos os outros metais não ferrosos combinados.

Aqui no Brasil, os estados com as maiores reservas de bauxita são Pará, Minas Gerais, Rio de Janeiro, São Paulo, Maranhão e Espírito Santo, não necessariamente nesta ordem. As maiores empresas mineradoras / produtoras de alumínio e alumina e recicladoras de alumínio, instaladas no Brasil, são a Alcoa (Minas Gerais e Maranhão, desde 1965), CBA Companhia Brasileira de Alumínio / Votorantim (São Paulo, desde 1941), Alumar / Alcan / Alcoa / BHP Billiton / South32 (Maranhão, desde 1985), Albras / Norsk Hydro / Nippon Amazon (Pará), Alunorte / Norsk Hydro (Pará, desde 1995), Novelis (Minas Gerais, São Paulo, Paraná e Bahia) e Nordeste Alumínio / Valesul (Rio de Janeiro e Pernambuco), também não necessariamente nesta ordem.

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