Mineração e refino: da sujeira vermelha ao alumínio

Não importa quantas sílabas você use para dizê-lo, o alumínio é um dos metais industriais mais úteis que temos. Leve, forte, facilmente ligado, altamente condutor e fácil de usinar, fundir e extrudar, o alumínio encontrou seu caminho em praticamente todos os processos industriais e produtos comerciais imagináveis.

A vida moderna seria impossível sem o alumínio e, no entanto, o metal prateado tem sido amplamente utilizado apenas nos últimos 100 anos. Houve um tempo, não muito tempo atrás, em que a louça de alumínio era um símbolo de status e já valia literalmente mais do que seu peso em ouro. A razão por trás de sua raridade única reside no esforço necessário para extrair o elemento abundante das rochas que o carregam, bem como na energia para fazê-lo. As forças que impediam o uso humano do alumínio até recentemente foram superadas, e vale a pena examinar a química e a engenharia necessárias para fazer isso em nossa próxima edição de "Mineração e refino".

O alumínio é o elemento metálico mais abundante na crosta terrestre. Mas para algo que representa 8% em média do solo sob seus pés, é extremamente difícil encontrá-lo em sua forma elementar. Não há afloramentos ou veios de alumínio metálico para minerar; o alumínio é quase sempre encontrado em suas várias formas de óxido e precisa ser quimicamente liberado para ser usado como metal industrial.

Embora as rochas contendo alumínio sejam amplamente distribuídas, existem apenas alguns depósitos economicamente significativos do minério primário de alumínio: a bauxita. O conteúdo exato de bauxita varia, mas geralmente é composto de minerais de óxido de alumínio em associação com hidróxidos de alumínio, argilas, quartzo e minerais contendo ferro. Alguns dos maiores e mais ricos depósitos de bauxita estão localizados nos trópicos, onde períodos alternados de altas temperaturas e chuvas abundantes são seguidos por longos períodos de seca.

O intemperismo químico que essas condições favorecem é realmente o primeiro passo no processamento do alumínio – ele quebra a bauxita, que já é uma rocha muito mole, em pedaços pequenos que são facilmente recolhidos. A maior parte da bauxita é extraída usando técnicas de mineração a céu aberto. O atual líder mundial na produção de bauxita é a Austrália, que produz cerca de um quarto da produção mundial. A China vem em segundo lugar, com a Guiné, nação da África Ocidental, em terceiro. Existem também grandes jazidas de bauxita no Brasil e no Caribe, principalmente na Jamaica.

Como existem poucos lugares no mundo onde a bauxita é extraída, o minério é frequentemente transportado por longas distâncias para posterior processamento. Isso pode acabar sendo uma proposta perigosa quando o minério é transportado pelo oceano por causa da liquefação e separação dinâmica. A bauxita normalmente contém muita argila e, quando exposta à água da chuva, pode formar uma suspensão semelhante a areia movediça que se comporta como um líquido. Quando carregada nos porões de um navio graneleiro, a bauxita excessivamente úmida pode se espalhar e, quando combinada com a tendência da água na lama de migrar para cima, alterar o centro de gravidade do navio com resultados desastrosos.

O minério bruto de bauxita deve ser tratado quimicamente para remover as impurezas e prepará-lo para a fundição do alumínio que contém. O processo Bayer é quase sempre usado para fazer isso e consiste em cozinhar grandes lotes de bauxita triturada em um recipiente de pressão com uma solução de soda cáustica ou hidróxido de sódio. De 150° a 200° C, os óxidos e hidróxidos de alumínio, que normalmente são insolúveis em água, reagem com o sódio no hidróxido de sódio para formar aluminato de sódio:

Isso solubiliza o alumínio na bauxita, mas não as impurezas, que são principalmente óxidos de ferro. Os materiais insolúveis, juntamente com o excesso de hidróxido de sódio, são filtrados em um resíduo chamado "lama vermelha". Grandes quantidades de lama vermelha são produzidas em plantas de processamento de bauxita e armazenadas em lagoas, muitas vezes formadas pela inundação de poços de bauxita esgotados quando o minério é processado perto de onde foi extraído. Os óxidos na lama vermelha têm valor econômico e podem ser recuperados para uso em processos industriais que incluem a recuperação de vestígios de elementos de terras raras que podem estar presentes nos rejeitos. A lama vermelha também pode levar ao desastre se não for manuseada adequadamente.