Análise do alumínio

A bauxita é a principal fonte mundial de alumínio, e o minério de bauxita é extraído de poços abertos antes de ser classificado em suas gradações. A partir daí, o minério é digerido quimicamente para separar o valioso óxido de alumínio, chamado de alumina, do material residual, conhecido como lama vermelha. Uma vez purificado, o metal de alumínio é extraído da alumina em banhos eletrolíticos. A execução desse processo é bastante semelhante em todo o mundo, já que a produção de bauxita ocorre em grande escala em muitos países. Alguns dos maiores produtores incluem Brasil, Austrália, Guiné, Jamaica, China e Rússia.

Nem todos os minérios são criados da mesma forma: a bauxita é encontrada nas três fases principais da gibbsita, da boemita e do diásporo. Alguns minérios requerem temperaturas mais elevadas durante o processo Bayer de digestão do que outros, e a maioria dos fabricantes prioriza a gibbsita, pois esta necessita de temperaturas mais baixas e, por conseguinte, consome o mínimo de energia. Para classificar e avaliar esses diferentes minérios, é fundamental uma análise precisa.

Qualquer processo complexo e dividido em várias etapas exige controle cuidadoso, e o processamento da bauxita não é diferente. Na mina, um analisador de esteira on-line CNA pode tornar a classificação de minérios eficiente, e isso gera uma pilha de estoque mais organizada e desperdiça menos recursos ao longo do processo. 

A fase cristalina desempenha um papel fundamental no processamento dos minérios, geralmente medidos em instrumentos como o Aeris por meio da difração de raios X. A fluorescência de raios X é usada para caracterizar a composição elementar, e nossa popular linha Zetium é oferecida em uma edição Metals especializada do Zetium para uso industrial. Por fim, entender o tamanho das partículas é crucial ao estágio da alumina com o Mastersizer, uma solução padrão de difração laser.

Alumina (Al₂o₃) é uma matéria-prima intermediária gerada durante a produção de alumínio extraído do minério de bauxita. Parâmetros de processamento, como tamanho das partículas, polimorfos Al2O3 ou impurezas, exercem impacto direto no uso de energia e de produtos químicos durante o refinamento e fundição e, portanto, afetam a eficiência e a rentabilidade do processo. 

O tamanho das partículas afeta diretamente a taxa de dissolução de alumina nos banhos eletrolíticos das fundições. Além disso, multas representam um problema para a saúde e a segurança, bem como para o transporte de produtos. A análise on-line do tamanho das partículas durante a produção de alumina aumentou o rendimento em 50% e obteve retornos no espaço de 12 meses, evitando a necessidade de reprocessar materiais “fora das especificações”.

O conhecimento das diferentes modificações da Al₂o₃ é vital para prever e otimizar seu comportamento durante o processo de fundição. O γ-Al₂o₃ é o polimorfo desejado para a eletrólise, pois se dissolve mais facilmente durante o processo de fundição do que o α-Al₂o₃. Por esse motivo, a proporção dos diferentes polimorfos de alumina deve ser monitorada com a difração de raios X (XRD). 

O impulso para a fabricação sustentável de metais e os requisitos cada vez maiores em termos de ESG tornam obrigatório o monitoramento rápido e preciso de impurezas nos licores e na lama vermelha. Nossas soluções de fluorescência de raios X possibilitam a análise elementar em tempo real durante o processo e no laboratório. Os instrumentos de XRD podem monitorar a composição de fase da lama vermelha, o que garante a conformidade com os padrões ambientais e de segurança.

A produção de alumínio extraído da alumina purificada por eletrólise (o processo Hall-Héroult) requer uma imensa quantidade de energia elétrica. O monitoramento contínuo da composição do banho é de suma importância na determinação, ajuste e manutenção das condições ideais, o que resulta em economias significativas de custos e energia quando realizado com sucesso.

Graças à difração de raios X (XRD), é possível monitorar a composição do banho eletrolítico, bem como prever com rapidez e precisão os parâmetros relevantes do processo de diferentes tipos de banhos eletrolíticos (com a adição de Ca, Mg, Li e K). O método calcula a taxa de banho junto com o excesso de AIF₃ e CaF₂, bem como o teor de alumina livre e a temperatura liqudus.

A vida útil respectiva dos ânodos de carbono, os quais são necessários e consumidos durante a fundição do alumínio, é controlada principalmente pelo tamanho médio do cristalito (Lc) das plaquetas de grafite, bem como pelo tamanho das partículas e contaminações. A XRD é um método padrão (ASTM D5178) para a determinação do tamanho do cristalito e é implementada na solução da Malvern Panalytical de análise de banho eletrolítico.

Para garantir análises frequentes e seguras, a Malvern Panalytical oferece soluções laboratoriais totalmente automatizadas, inclusive a preparação de amostras personalizada às necessidades específicas de cada fundição de alumínio.

O alumínio metálico e suas ligas podem ser encontrados por todos os cantos da nossa vida diária: em carros, latas, smartphones e aviões. Para garantir padrões de alta qualidade de alumínio em liga ou revestido, o controle permanente da composição e das impurezas é obrigatório aos fabricantes, seja o alumínio produzido a partir de matérias-primas primárias ou de material reciclado. 

Nossas soluções analíticas de alto rendimento baseadas na tecnologia de XRF permitem o monitoramento de metais e ligas de alumínio e podem ser automatizadas e adaptadas a cada processo de fabricação. A XRD também pode verificar propriedades do metal, como tensão e textura, a fim de evitar a produção de metais fora das especificações.

Ao adotar processos mais sustentáveis, a indústria de metais torna a reciclagem de materiais uma estratégia de importância cada vez maior para a redução do impacto ambiental. Além de evitar desperdício, os materiais reciclados geralmente requerem menos processamento e, portanto, menos energia. 

O aumento da popularidade do alumínio reciclado como mercadoria com a menor pegada de carbono já se faz sentido. No entanto, trabalhar com materiais reciclados torna o controle de qualidade e a análise precisa extremamente importantes. Sem controle sobre o processo de produção, os fabricantes precisam de uma compreensão profunda das propriedades do material a fim de garantir segurança e desempenho confiáveis. 

Quando a precisão é fundamental, uma solução especializada se faz necessária. A linha Zetium de analisadores de fluorescência de raios X da Malvern Panalytical inclui a edição Metals, criada para as necessidades específicas da indústria de metais. O Zetium é perfeitamente adequado a aplicações exigentes de controle de qualidade e permite que os fabricantes obtenham o máximo dos materiais reciclados, reduzindo o impacto ambiental e maximizando a lucratividade.