Que procedimento pode ser feito para diminuir a quantidade de bauxita?

A bauxita é um material de ocorrência natural, heterogêneo e composto principalmente por um ou mais minerais de hidróxido de alumínio (Al(OH)3 | Al(OH)), além disso outras misturas como sílica (SiO2), óxido de ferro (Fe2O3), óxido de titânio (TiO2) e aluminossilicatos fazem parte da composição da bauxita. O hidróxido de alumínio, encontrado em proporções variáveis dentro de bauxita são gibbsita (Al(OH)3), boemita (Al2O3.H2O) e diásporo (Al(OH)).

O óxido de alumínio ou a alumina é geralmente classificada de acordo com suas aplicações comerciais pretendidas, tais como abrasivos, cimento, químicos, metalúrgicos e refratários. De toda a bauxita extraída, cerca de 85% é convertida em alumina (Al2O3) para a produção de alumínio metálico, 10% é utilizado como várias formas de alumina e os 5% restantes é usado para aplicações de bauxita não metalúrgica. Portanto, a maior parte da bauxita é usada na produção de alumina por lixiviação química úmida cáustica, mais conhecido como Processo Bayer (HUDSON, 2005).

O processo Bayer se inicia com a bauxita sendo misturada com uma porção de solução de soda cáustica e moída como uma polpa. Esta pasta base pode ser passada sobre telas ou por meio de ciclones, com as partículas finas seguindo no processo e as grossas que são devolvidos aos moinhos (THOMAS, 2010).

Digestão: Após a cominuição a polpa é aquecida em tanques digestores a 95°C que são adicionados com soda cáustica e cal para solubilizar toda a alumina e retirar as impurezas por precipitação. As reações 1.1 e 1.2 são exemplos de reações que ocorrem durante a digestão da alumina.

Al2O3N.3H2O + 2NaOH2 à NaAlO2 + 4H2O (gibsita)                                  (1.1)

Al2O3N.H2O + 2NaOH2 à NaAlO2 + 2H2O (boehmita)                                (1.2)

As condições de digestão podem fazer variar amplamente o processo. A primeira consideração é a forma presente da bauxita. A taxa de dissolução das três variações é bastante diferente e as adições de soda são escolhidas a partir do composto menos solúvel. A tabela 1.1 apresenta as condições de temperatura e concentração de NaOH e Al2O3 para as três formas de bauxita (HUDSON, 2005).

Tabela 1. 1 - Digestão da alumina de acordo com a mineralogia (CONSTANTINO et al, 2002)

A segunda reação mais importante na digestão é de dessilicamento. Na reação 1.3, a caulinita é utilizada para ilustrar a reação de minerais siliciosos com a solução do processo:

Al2O32SiO2 + 2H2O + 6NaOH → 2NaAlO2+ 2Na2SiO3 +5H2O                       (1.3)

Em alguns processos a sílica é removida por decantação em um tanque antes do processo de digestão, em outros a sílica é removida na saída dos digestores, por meio de hidrociclones que aliviam a pressão para a chegada do licor nos tanques flash (HUDSON, 2005).

Clarificação: O passo seguinte no processo é a separação de resíduos sólidos de bauxita da solução. Uma ampla variedade de equipamentos e procedimentos pode ser usada nesta operação. Os métodos escolhidos dependem da quantidade e propriedades do resíduo. A distribuição do tamanho de partícula do resíduo sólido é habitualmente bimodal. A fração grosseira, com um diâmetro acima de 100μm, é denominada de areia e são geralmente separados por meio de ciclones, enquanto o resto dos sólidos, mais finos do que 10μm são separados através de espessadores (SAMAL et al., 2013).

A solução que transborda do espessador normalmente contém menos de 0,3g/L de sólidos e é o licor concentrado do produto, ao passo que o underflow varia de 15% a 35% em peso de sólidos e caminha para ser retirado como rejeito. Para a lavagem desse pré-rejeito, outros espessadores em série podem ser conectados ao underflow para aumentar ainda mais o teor de sólidos e retirar a solução clarificada. Filtros prensas também podem ser utilizado nesse momento(SAMAL et al., 2013).

Precipitação: Precipitadores são cilindros verticais, com altura que pode ser de até 30m e normalmente 2,5 - 3 vezes o seu próprio diâmetro que recebem o licor concentrado. Nessa etapa, o fluxo é na direção descendente pelo tubo, de modo que os fundos dos tanques são quase planos para reverter o fluxo e provocar o movimento para cima do licor. A solução filtrada tem uma temperatura de 102°C e deve ser resfriada a 65°C antes da precipitação. Esse resfriamento é feito geralmente em tanques chamados de flash que, além de diminuir a temperatura, recuperam o vapor gerado na digestão (MISRA, 1986).

A reação que acontece no precipitador é a inversa da reação do digestor citada anteriormente. O resfriamento feito após a digestão e filtração muda a solução para uma área do diagrama de solubilidade conhecida como a região metastável (MISRA, 1986).

Os núcleos crescem pelo acúmulo de Al(OH)3 em sua superfície, tornando-se grande o suficiente para se tornarem sementes de hidróxido de alumina. As partículas também aumentam de tamanho por aglomeração, formam núcleos aglomerados nas primeiras horas do ciclo da precipitação (CHIN, 1988).

O resfriamento até à temperatura T2 cruza a curva de solubilidade na região metaestável. A adição de Al(OH)3 pode ser realizada como sementes, neste ponto, faz com que catalise a precipitação e a concentração Al2O3 sólido aumente (MISRA, 1986).

Então, o hidrato é retirado do processo, este denomina-se o Hidrato Úmido, pois ainda possui uma água superficial presente no material. Esta água pode ser retirada com aquecimento do produto a temperaturas acima de 100°C. A operação final na produção de alumina é a calcinação. A temperatura do Al(OH)3 atingida é acima 1107°C, o que resulta na reação:

2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O                                      (1.4)

Evaporação: A solução de soda possui ciclos e é reciclada continuamente através da planta. Consequentemente, qualquer água de lavagem usada no processo, deve ser evaporada de modo que o volume da solução possa ser controlado a ponto de a solução retornada voltar a ter uma concentração suficiente para retornar ao processo.

Em altas temperaturas nos digestores, ocorre uma outra evaporação a qual chama-se de evaporação instantânea. Esta ocorre ainda em volumes maiores do que na reciclagem da água de lavagem.

O que pode ser feito para diminuir a necessidade de bauxita?

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