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Processo de Produção e Extração Alumina
Tipologia: Notas de estudo
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Compartilhado em 25/05/2012
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Introdução 2
O nome “bauxita” é derivado da cidade Le Baux na França onde foi identificada em 1821, pelo geólogo Pierre Berthier. O Centro de Tecnologia Mineral (CETEM) define: “bauxita é constituída por óxido de alumínio hidratado de composições variáveis”.
Trata-se de uma rocha de coloração avermelhada, rica em alumínio, com mais de 40% de alumina (Al 2 O 3 ). A proporção dos óxidos de ferro determina a coloração da rocha. Assim, a bauxita branca contém de 2 a 4% de óxidos de ferro, ao passo que na bauxita vermelha essa proporção atinge 25%. A bauxita é a fonte natural do alumínio, o terceiro elemento em abundância na crosta terrestre, depois do oxigênio e do silício. Mesmo com sua elevada abundância, não há notícias acerca da ocorrência de alumínio metálico na natureza. Constata-se sua maior ocorrência na forma combinada com outros elementos, principalmente o oxigênio, com o qual forma alumina.
É importante enfatizar que, na segunda metade do século XIX, quase toda a bauxita era produzida na França e empregada, basicamente, para fins não metalúrgicos. Naquela época, a produção de alumina destinava-se principalmente ao uso como mordente na indústria têxtil. No entanto, com o desenvolvimento do processo Hall-Héroult (1886), a alumina disponível foi, de modo crescente usada na produção de alumínio metálico. Mesmo assim, foi desenvolvido um grupo de aplicações para a bauxita não metalúrgica, no qual incluem-se: abrasivos, refratários, produtos químicos, cimentos de alta alumina, prótese humanas, etc.
minerais de caulinita, como resultado do intemperismo ou alteração hidrotermal.
Laterização - O termo laterita é empregado para o solo cujos componentes principais são os hidróxidos de alumínio e de ferro, onde as águas pluviais removeram a sílica e diversos cátions. Como a rocha é rica em alumina, a laterita que dela provier terá o nome de bauxita, o principal minério de alumínio. A lateritização baseia-se, fundamentalmente, num processo de diagênese resultando no aumento do caráter eletropositivo dos colóides do solo. Quando o processo se completa, tem-se a transformação dos solos em rocha, o laterito.
Bauxitização - Processo de formação da bauxita dessilicatada e, frequentemente, na presença de calcário. Esse processo caracteriza-se pela predominância de óxido hidratado de alumínio associado ao óxido de ferro, sílica remanescente e outras impurezas.
A maior parte das reservas de bauxita no mundo encontram-se localizadas em regiões tropicais e subtropicais. De acordo com informações do International Aluminium Institute (IAI), a bauxita ocorre em três principais tipos de climas: Tropical (57%), o Mediterrâneo (33%) e o Subtropical (10%).
As reservas mundiais conhecidas somam 34 bilhões de toneladas estando perfeitamente adequadas para atender a demanda atual e ao nível atual de produção bruta (280 Mt/ano) suportar a produção por mais de um século. São reservas de bauxita do tipo trihidratadas as encontradas na Guiné, Austrália, China, Brasil, Jamaica e Índia. As bauxitas desse tipo apresentam custos mais baixos na sua transformação em alumina uma vez que requerem pressões e temperatura mais baixas do que as bauxitas do tipo monohidratadas encontradas, por exemplo, na França, Grécia e Hungria.
As reservas cubadas no Brasil apresentam características químicas que se enquadram nos padrões exigidos pelo mercado mundial, tanto para grau metalúrgico como para refratário, o que significa dizer que são excelentes
reservas para o padrão internacional. As reservas de bauxita no Brasil estão localizadas em diversos municípios distribuídos por todo o país.
As reservas de bauxita estão distribuídas por 9 (nove) Estados com um total de 3,6 bilhões de toneladas onde 3,3 bilhões são do tipo metalúrgico, ou mais de 90% das reservas totais (medida, indicada e inferida).
Em termo de regionalização o Estado do Pará com 2,7 bilhões detém quase 75% das reservas totais brasileiras, e o Estado de Minas Gerais participa com 16% com 560 milhões de toneladas sendo o restante distribuído por ordem de importância nos Estados do Maranhão, Amapá, Santa Catarina, São Paulo, Rio de Janeiro, Amazonas e Goiás.
Se avaliado por município as reservas estão presentes em dezenas de municípios brasileiros, sendo que o município de Oriximiná (PA) é o município com maior quantidade das reservas conhecidas. Seguem os municípios de Paragominas e São Domingos do Capim também no Estado do Pará.
Separado por tipo de utilização, as reservas do tipo metalúrgico estão nos Estados por ordem de importância, no Pará, Minas Gerais, Maranhão, Rio de Janeiro e São Paulo.
As reservas não metalúrgicas estão no Amapá, no município de Mazagão com 61,4 Mt com 25% destas reservas, em Minas Gerais com 43 Mt e também com a maior quantidade, o Estado do Pará, com 96,0 Mt, com cerca de 40% destas reservas.
As reservas exploradas registraram em 2005, segundo o DNPM, produção distribuída nos Estados do Pará, Minas Gerais, Santa Catarina e São Paulo. Sendo que em Minas Gerais houve produção de bauxita metalúrgica e de bauxita não metalúrgica. As empresas: Novelis do Brasil (Grupo indiano Hindalco), a Cia. Brasileira de Alumínio-CBA (Votorantim), a Cia. Geral de Minas (Alcoa) e a Mineração Curimbaba Ltda., são as principais produtoras no Estado de Minas Gerais.
No Estado do Pará, a bauxita produzida exclusiva do tipo metalúrgico está na Mineração Rio do Norte (MRN) na mina de Oriximiná e na empresa VALE com a mina de Paragominas a partir de 2007.
algumas áreas em pesquisa no Rio de janeiro (6 alvarás), no Maranhão( alvarás), e um alvará em Santa Catarina).
Esta áreas em pesquisa pertencem em grande número às empresas já em atividade, como também a novos pretendentes com numerosas áreas como a Rio Tinto Desenvolvimento Minerais Ltda, a Docegeo Mineração, a TPI Molplastic Ltda, a OMNIA Minérios S.A.,a BHP Billiton Metais S.A., a Potássio do Brasil S.A. e Reynaldo Guazzelli Filhos entre outras. (Cadastro Mineiro, site DNPM).
A localização das principais minas de bauxita em relação aos principais clientes refinarias de alumina e fundição de alumínio primário estão mostradas na Ilustração 1.
Ilustração 1 – MAPA LOCALIZAÇÃO MINAS DE BAUXITA – BRASIL
Fonte: Abal
A principal jazida de bauxita encontra-se na serra do Oriximiná, no Pará. A bauxita é o minério do qual se extrai o alumínio, muito utilizado na fabricação de eletrodomésticos, materiais elétricos e também na construção civil, em razão de ser um material inoxidável.
Em 2007, a Austrália foi um dos maiores produtores de bauxita, com quase um terço da produção mundial, seguidos pela China, Brasil, Guiné e Índia. Embora a demanda de alumínio esteja aumentando rapidamente, as reservas conhecidas de seu minério de bauxita são suficientes para atender às
demandas mundiais de alumínio por muitos séculos. O aumento da reciclagem de alumínio, que tem a vantagem de reduzir o custo de energia elétrica na produção de alumínio, vai ampliar consideravelmente as reservas mundiais de bauxita.
Tabela 1 - Wikipédia (2012).
O Brasil é o terceiro maior produtor de Minério de Bauxita com produção em 2008 de 25 milhões de ton., o que significa 13% da produção mundial, que foi de 205 milhões de ton. A Austrália é líder em produção, com 63 milhões de ton. em 2008, que correspondem a 33% da produção global, seguida da China com 17%.
Principais empresas produtoras no Brasil: MRN 70%, CBA 12%, Vale 12% e outros 6%. No Brasil os principais Estados produtores são: PA (85%), MG (14%) e outros (1%)
Principais empresas produtoras no mundo: Comalco, Alcan, Alcoa, RioTinto e BHP na Austrália, Chalco na China, CVG na Guiné, MRN no Brasil.
Quadro1 - Estrutura Empresarial da Bauxita - Brasil
No Estado do Pará á Mineração Rio do Norte (MRN) é o maior produtor de bauxita com uma capacidade nominal da planta de beneficiamento de cerca de 25 Mt/ano, operando a mina no município de Oriximiná no Pará (Minérios & minerales, 2008). A mineração iniciada em 1976 com capacidade de 3,0 Mt consolidou-se como a maior produtora de bauxita do Brasil e uma das maiores
menos 35% do preço final do produto, mesmo tendo sua auto produção com mais de 18 Usinas Hidroelétricas. A CBA vem crescendo 9,6% ano e simboliza 27% da produção nacional de alumínio. O uso desse alumínio vai em 17% embalagens, 17% construção civil, 27% transportes, 15% eletricidade, 16% bens de consumo e 8% siderurgia.
A Novelis do Brasil ex-grupo Alcan, com produção de bauxita na região de Ouro Preto, Caeté e Mariana, em 2007 tornou parte da Hindalco Industries Limited, o maior produtor integrado de alumínio e líder na produção de cobre na Asía,com sede em Mumbai, na Índia. A Fábrica de Ouro Preto foi a primeira indústria de alumínio a ter o processo completo - da extração da bauxita até a produção do alumínio primário. Atualmente a unidade engloba as seguintes atividades: mineração de bauxita, produção de hidrato de alumínio e alumina calcinada, produção de aluminas especiais, produção de alumínio primário sob a forma de lingotes, tarugos e placas, fábrica de pasta Soderberg, geração de energia em usinas hidrelétricas próprias.
Minas Gerais – Bauxita - Municípios Produtores e Empresas (2005)
A produção da Bauxita para fins não metalúrgico destaca-se a Mineração Curimbaba, instalada em Poços de Calda (MG) desde 1961, destina os seus produtos ao mercado externo (65%) e a mercado interno destinados a petroquímica, refratários, agrotóxicos. Com capacidade instalada de cerca de 300 mil toneladas mt/ano, suficiente para o auto atendimento de suas necessidades de matéria prima.
A Mineração Rio Pomba do grupo da Indústria Química Cataguases-IQC, detentora de 7 concessões de lavra com minas no município de Cataguases e
Miraí abastece a indústria da IQC para a produção de produtos químicos a base da alumínio (sulfato de alumínio, aluminato de sódio, policloreto de alumínio). Em janeiro de 2007, com o rompimento da barragem de rejeito de uma das minas, no município de Miraí (MG), esta mina está interditada desde então, na expectativa de cumprir o determinado pelo DNPM e órgãos ambientais para a reabertura da mina de Miraí.
No Pará no município de Almeirim, existia com capacidade de produção de 255 mil toneladas a MSL Minerais S/A , na “Mina de Caracuru” como coproduto da argila, era produtora de bauxita não metalúrgica no Estado. (esta empresa não produz mais, sua planta está paralisada).
Os métodos de lavra dos minérios de bauxita variam de acordo com a natureza dos corpos mineralizados das jazidas. A lavra desses minérios é feita, na maior parte, a céu aberto, segundo o método por tiras (strip mining). Estima- se que o maior número das jazidas de bauxita laterítica é lavrada por métodos a céu aberto. Menos de 20% da produção de bauxita no mundo é obtida por métodos de lavra subterrânea. O nível de mecanização na lavra é diversificado, dispondo-se desde a lavra manual até os métodos modernos com diversos tipos de equipamentos de mineração.
O Processamento varia de acordo com as técnicas de beneficiamento do minério de bauxita, mediante o teor elevado (Al2O3), os quais não exigem processos de tratamento mais elaborados. Além disso, as impurezas de alguns tipos de bauxitas estão associadas aos minerais de alumínio, dificultando a purificação por meio mecânico ou, mesmo, inviabilizando economicamente o processo de remoção das impurezas. Esses fatos comprovam o número reduzido de trabalhos publicados na área de beneficiamento de minérios de bauxita nos últimos dez anos.
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:
Fonte: Matéria Cooper.
Moagem - Essa é a primeira etapa do processo Bayer. O objetivo é preparar o minério para iniciar suas transformações, até ser obtido na forma de hidróxido ou alumina.Inicialmente, o minério é destinado a um processo de homogeneização, chamado blendagem- tornar a matéria-prima proveniente de várias jazidas diferentes, a mais adequada e homogênea possível ao processo de digestão. Com essa medida, pretende-se assegurar queo minério que entrará no processo Bayer apresente, em média, 45% de alumina disponível e aproximadamente 4% de sílica reativa (caulinita).Após essa etapa, o material é destinado à moagem, passando inicialmente por um moinho de martelos e em seguida por um de barras. A segunda etapa dessa fase é realizada a úmido, com o uso de licor (NaOH), utilizado anteriormente no processo.Na saída do moinho de barras existe um separador de impurezas que retêm raízes,pedaços de madeira e pedras. Por fim, a pasta moída e com a granulometria ideal para início da digestão é estocada em tanques específicos, nos quais permanecem em homogeneização pela ação de bombas recirculantes e pás rotativas.
Digestão - O principal objetivo dessa etapa é dissolver o hidróxido de alumínio na bauxita e reduzir o teor de sílica, para garantir pureza adequada aos produtos finais. Para tanto,provoca-se uma reação com NaOH concentrado a uma temperatura de aproximadamente150ºC. A solução alcalina reage então com o hidróxido de alumínio, pela reação global abaixo, produzindo aluminato de sódio.
Para que a reação acima se processe com maior eficiência e em temperaturas e pressões menores, é preferível que a bauxita contenha
hidróxido de alumínio na forma de GIBSITA em detrimento a Bohemita e Diáspora, estruturas que necessitam de temperaturas e pressões maiores para serem digeridas. Os insolúveis, bem como os produtos da dessilicação, permanecem sólidos na forma de impurezas.
Lagoa de disposição de lama vermelha da Alumar (Ilha de São Luís - Maranhão)
Clarificação/filtração - O objetivo da clarificação no processo Bayer é a remoção de resíduos sólidos presentes no licor, após a digestão da bauxita, para garantir a qualidade do hidrato na precipitação. Os sólidos removidos encontram-se em uma mistura com o licor, que é bombeada para os lagos de resíduo de bauxita. Para reduzir essa perda, é necessário garantir que uma quantidade mínima de soda seja enviada aos lagos. A clarificação do licor é realizada em duas etapas: espessamento e filtração. Na primeira etapa, o licor dos BlowOffs é bombeado para o espessador. Esse é um sistema de separação sólido-líquido com duas saídas: overflow e underflow. O primeiro é o licor clarificado, que sai do espessador por transbordo, e é enviado para o Tanque 35D. Ounderflow é o resíduo de bauxita com alta concentração de sólidos. Para reduzir a perda da soda contida no resíduo de bauxita, passa-se por quatro lavadores. No último deles, há entrada de água do lago, utilizada para realizar essa lavagem em contra-corrente. Dessa forma, o underflow de cada lavador é bombeado para o próximo estágio de lavagem, enquanto que o overflow é bombeado para o estágio anterior. O resíduo de bauxita do último lavador possui a menor concentração de licor, e é então enviada para os lagos de resíduo de bauxita por meio do misturador.Na segunda etapa de clarificação, o licor é filtrado em filtros-prensa.
Trocadores de calor / evaporação - Antes de seguir para a etapa de precipitação, o licor verde oriundo da fase de clarificação passa por trocadores de calor. Por meio da troca térmica são feitos, basicamente,o resfriamento do licor verde clarificado e o aquecimento do licor usado na etapa de precipitação, e que será adicionado na digestão da pasta de bauxita. A utilização dos trocadores de calor é fundamental para a melhoria do consumo energético do
crescimento, ou por dissolução. A perda de calor durante a etapa deve ser reduzida.
Calcinação - Essa é a etapa final da obtenção de alumina. Tem como objetivo principal a conversão do hidrato em uma mistura cristalina de formas alotrópicas de Al 2 O 3 , ou uma fase específica. A alumina obtida deve atender as
especificações de tamanho de partícula, granulometria, área superficial, perda ao fogo (LOI) e conteúdo de -alumina desejada para o tipo que está sendo produzida. Além disso, a quantidade de sódio na alumina grau metalúrgico deve ser baixo e a energia empregada na calcinação próxima à requerida para decomposição do hidrato.Inicialmente, o hidrato recém-chegado da precipitação é lavado e filtrado nos filtros Dorrcos, seguindo para secagem, calcinação e posterior resfriamento. Nos filtros Dorrcos, o conteúdo de sódio solúvel cai para valores próximos à 0,04%, restando um hidrato com umidade de aproximadamente 10%. A torta úmida é então levada a um secador que opera em leito fluidizado (~300ºC) para remoção da água adsorvida.
Dessa mesma forma, o hidrato é transportado por todo o sistema de calcinação para ser então, descarregado no forno e direcionado ao vaso de retenção (HV). Esse vaso opera com uma quantidade de alumina estocada, que se renova à medida que mais quantidade entra e outra quantidade sai. As condições do forno e do vaso de retenção (HV) (nível e temperaturas de operação) ditam as características finais da alumina em produção. Entretanto, pode-se afirmar que maiores temperaturas e níveis no HV apontam para produção de aluminas especiais, e o oposto remete à produção de alumina grau metalúrgico. As temperaturas podem variar de 950ºC a 1250ºC, dependendo da campanha de alumina e da taxa de produção. Processos de calcinação são tipicamente reações que necessariamente englobam a decomposição de uma fase sólida em outra fase sólida e o desprendimento de gás/vapor.
O produto calcinado e ainda parte do material não-calcinado percorre uma série de dutos e ciclones, onde há uma constante seleção granulométrica e as partículas consideradas finas são redirecionadas a outros ciclones para reclassificação. Caso não esteja dentro das especificações do referido produto,
esse material fino é coletado por um equipamento eletrostático, que armazena todo esse conteúdo. O material, após encerrada a etapa de calcinação, é enviado a um resfriador, para posteriormente ser ensacado / embarcado.
Processo Hall-Héroult - É o processo mais utilizado industrialmente para a produção de alumínio. O alumínio não pode ser produzido por eletrólise de um sal de alumínio devido à alta reatividade deste elemento. Outra alternativa é fazer a eletrólise em um composto de alumínio fundido.
O processo Hall-Héroult consiste na dissolução da alumina em um banho de criolita (Na 3 AlF 6 ) fundida, que é um dos melhores solventes para a
alumina. Para melhorar a performance da célula outros compostos também são adicionados ao líquido fundido, como por exemplo, fluoreto de alumínio. O cátodo e o ânodo utilizados são de carbono. Uma corrente elétrica, tipicamente de 150kA, é passada pelo eletrólito com uma baixa voltagem (3-5 Volts). A alumina decompõe-se em oxigênio que se combina com o ânodo de carbono, desprendendo-se em forma de dióxido de carbono (CO 2 ). O alumínio líquido se precipita no fundo da cuba eletrolítica onde é transferido para refusão por meio de cadinhos.
A figura abaixo é uma representação da cuba eletrolítica utilizada para esse processo:
A rocha bauxita compõe-se de uma mistura impura de minerais de alumínio e os mais importantes são gibbsita Al(OH) 3 , diásporo AlO(OH) e boehmita AlO(OH). Esses minerais são conhecidos como oxi-hidróxidos de alumínio e, suas proporções na rocha, variam muito entre os depósitos, bem como o tipo e a quantidade das impurezas do minério, tais como: óxidos de ferro, argila, sílica, dióxido de titânio, entre outras.
Bauxita de Little Rock, Arkansas. Amostra é de aproximadamente 4 polegadas (10 centímetros) de diâmetro.
A bauxita de uso metalúrgico com teor superior a 40% de Al 2 O 3 , recuperáveis no processo Bayer, é rota universalmente utilizada para obtenção de alumina (óxido de alumínio) produto intermediário na produção do alumínio primário (metal).
Historicamente a grande maioria da bauxita comercial é utilizada na metalurgia. Em 2007 a ABAL informa, uma produção total de 25,4 Mt sendo 22,3 Mt de bauxita metalúrgica e cerca de 800 mil toneladas de bauxita de outros usos. O consumo doméstico na metalurgia representa 17,3 Mt com uma importação de 0,4 Mt e exportação de 5,8 Mt.
A bauxita metalúrgica produzida pelas empresas situadas no Pará (MRM e VALE) tem destino ao mercado interno e à exportação. Parte da produção da MRN, representa o total das exportações da bauxita do país, 5,8 Mt, com destino principalmente para os EUA, Canadá e países da Europa. A comercializada para o mercado interno tem destinação para as usinas da Alunorte (PA) e da Alumar (MA) da ordem de 12 Mt no ano de 2007.
A VALE, com produção em 2007 de 5,0 Mt destina o minério em forma de polpa, através de um mineroduto para a refinaria da Alunorte.
A Alunorte a maior refinaria de alumina do mundo com capacidade de 6,3 Mt de alumina, recebe bauxita da MRN, por navios e da VALE por mineroduto, e após processarem a bauxita em alumina fornece este produto
para a Albras (PA) e Valesul (RJ) que por sua vez comercializam o alumínio para o mercado externo (Albras) e mercado interno (Valesul). A bauxita do sudeste alimenta as usinas da Novelis (Ouro Preto), da Alcoa em Poços de Caldas e da CBA em Alumínio no Estado de São Paulo. A bauxita destas empresas com produção em minas nos municípios de Caldas, Poços de Caldas, Mariana e Cataguases, tem como destino as próprias metalúrgicas das empresas detentoras das minas estas minas estão todas no Estado de Minas Gerais. A bauxita não metalúrgica produzida em Minas Gerais pela Mineração Curimbaba em Poços de Caldas (MG), é transformada pela própria empresa em produtos para o mercado interno e externo. A Indústria Química Cataguases (Cataguases/MG), com fornecimento da Mineração Rio Pomba (1 mina interditada) também utiliza-se desta bauxita para produzir diversos compostos químicos. (sulfato de alumínio, aluminato de sódio, policloreto de alumínio) As minas registradas no Estado de São Paulo destinam a sua produção (150 mt) de bauxita não metalúrgica para o próprio Estado (12%) para Minas Gerais( 88%) .Em Santa Catarina (Mineração Pellanda) com produção de 22 mt em 2005 destina esta bauxita para Minas Gerais (90%) e uso no próprio Estado.
Bauxita para abrasivos - A bauxita grau abrasivo é usada na produção de alumina fundida aplicada na fabricação de equipamentos de moagem, de polimento e de meio moedor. As bauxitas de diferentes teores são usadas na produção de alumina marrom de baixa qualidade, enquanto que a obtenção de alumina fundida de alta qualidade é feita com base em outra alumina. O critério aplicado na avaliação da bauxita para produzir alumina marrom baseia-se nas características químicas e físicas. Esse material é usado nos abrasivos, nos pós ópticos, nos antiderrapantes e nos refratários. Além disso, a bauxita deve conter: elevado teor de alumina, SiO 2 abaixo de 7%, relação ferro/sílica menor que 3; teor de óxido de titânio entre 2- 4% e baixo teor de álcalis.
