Matéria-prima de bauxita e refino de alumina
A cadeia de valor do alumínio começa com a bauxita, um minério-extraído de superfície que contém óxidos de alumínio hidratados juntamente com óxido de ferro, sílica e titânia. A qualidade do minério é avaliada menos pelo conteúdo total de alumina do que pela proporção de alumina disponível em relação à sílica reativa, porque essa proporção determina quanta soda cáustica é perdida no fluxo de resíduos e, portanto, quão econômica uma refinaria pode ser.
O refino segue o processo Bayer. O minério triturado e lavado é digerido com licor de soda cáustica quente, que dissolve os hidróxidos de alumínio e deixa resíduos ricos em ferro-em suspensão. A temperatura de digestão é escolhida de acordo com a mineralogia do minério, geralmente na faixa de 140 a 240 graus Celsius sob pressão para minérios de boemita e diásporos, e mais baixa para minérios gibbsíticos. A lama é então pulverizada, diluída e clarificada para separar o resíduo insolúvel conhecido como lama vermelha, que é lavado, engrossado e armazenado em represamentos projetados.
O licor rico clarificado é resfriado em tanques de precipitação e semeado com finos cristais de hidrato de alumina. À medida que o licor esfria, a supersaturação expulsa o hidróxido de alumínio da solução para a semente. O hidrato grosso é classificado e a fração fina é devolvida como semente enquanto a fração grossa é lavada e calcinada a aproximadamente 1.000 a 1.100 graus Celsius para eliminar a água quimicamente ligada. O resultado é um pó de alumina de grau de fundição, normalmente acima de 98% de óxido de alumínio com soda, sílica e ferro rigorosamente controlados. O controle de qualidade da alumina segue GB/T 24487, e o lingote refundido produzido a jusante é especificado em GB/T 1196.
Redução eletrolítica na célula Hall{0}}Heroult
O alumínio primário é produzido por eletrólise, e não por fundição no sentido convencional. A alumina é dissolvida em criolita fundida a cerca de 960 graus Celsius dentro de uma concha de aço revestida com carbono, que atua como cátodo. Ânodos de carbono são colocados no banho e uma corrente contínua de 150 a 300 quiloamperes passa pela célula.
A corrente decompõe a alumina dissolvida em alumínio líquido e oxigênio. O oxigénio combina-se com a superfície do ânodo de carbono, pelo que os ânodos são consumidos continuamente e devem ser substituídos num ciclo regular, normalmente cerca de 0,4 toneladas de carbono por tonelada de metal produzido. O alumínio líquido é mais denso que o eletrólito e se acumula no chão da célula, de onde é sifonado para cadinhos. A voltagem da célula é dominada pelo banho entre o ânodo e o cátodo, e não pelo potencial teórico de decomposição, razão pela qual o consumo específico de energia para o alumínio primário é de aproximadamente 13.500 quilowatts-hora por tonelada.
A disciplina operacional centra-se no controle de alimentação de alumina, temperatura e proporção do banho, espaçamento anódico e recuperação do efeito anódico. O mau controle da alimentação causa acúmulo-de lodo ou efeitos anódicos excessivos, e ambos aumentam o consumo de energia e as emissões. As fundições modernas também capturam e tratam o gás de maconha para remover compostos de flúor e enxofre antes da liberação.
Fundição e Homogeneização de Placas e Tarugos
O metal líquido é transferido dos cadinhos para as estações de fundição e ligado conforme as especificações antes da solidificação. A fundição direta a frio é o processo principal para produtos forjados: o metal é derramado em um molde resfriado-a água, enquanto uma mesa hidráulica retira a casca solidificada, produzindo placas rolantes para produtos planos e tarugos cilíndricos para extrusão.
Lajes laminadas: grandes peças fundidas retangulares, geralmente até cerca de 30 toneladas, para produção de chapas e folhas metálicas
Bilete de extrusão: peças fundidas redondas em diversos diâmetros para perfis, tubos e hastes
Fundição contínua e fundição de tiras: rotas compactas produzindo tiras ou folhas perto da bitola final
Homogeneização: imersão a aproximadamente 500 a 580 graus Celsius para remover a segregação e equalizar a microestrutura
Escalpelamento e serragem: remoção da superfície segregada e oxidada antes do trabalho a quente
A prática de homogeneização influencia fortemente a formabilidade a jusante. A imersão insuficiente deixa fases solúveis grosseiras que racham durante a laminação ou extrusão, enquanto o tempo de imersão excessivo desperdiça a capacidade do forno e pode tornar os dispersóides mais grossos além da faixa útil.
Modelagem: Laminação, Extrusão, Forjamento e Fundição sob Pressão
Os produtos planos são produzidos pela laminação a quente da placa homogeneizada em um laminador reversível, reduzindo a espessura de aproximadamente 600 milímetros para entre 2 e 10 milímetros e, em seguida, laminação a frio em moinhos de suportes múltiplos ou de suporte único- até a espessura final. As etapas de recozimento entre passes controlam a dureza, o tamanho do grão e a textura. A laminação de folhas continua em moinhos cluster até espessuras próximas de 0,006 milímetros para as embalagens mais finas e folhas de capacitores. Chapas e chapas são especificadas pela ASTM B209, e os requisitos europeus de propriedades mecânicas aparecem na EN 485-2, com composição química para produtos forjados estabelecida na EN 573-3.
Perfis e tubos são feitos por extrusão, pressionando tarugos aquecidos através de matrizes moldadas para que o metal flua em uma seção contínua. Barras, hastes e perfis extrudados são especificados pela ASTM B221. O forjamento aplica deformação compressiva a tarugos ou material cortado, refinando o fluxo de grãos e melhorando o desempenho em fadiga e a tenacidade de rodas, braços de suspensão e acessórios estruturais. A fundição sob pressão de alta-pressão injeta liga fundida em matrizes de aço endurecido para carcaças, suportes e componentes de motores com paredes finas e nervuras complexas.
A conformação de chapas metálicas atende a uma necessidade diferente. A estampagem progressiva produz grandes volumes de painéis e gabinetes automotivos, enquanto a fabricação aditiva cria componentes em formato quase-rede-, camada por camada, o que reduz o tempo de entrega para peças aeroespaciais e de ferramentas de baixo-volume, mas requer controle de qualidade do pó e pós{4}}processamento.
Tratamento de Superfície e Controle de Qualidade
O acabamento superficial determina a vida útil da corrosão, a aparência e a aderência a jusante. A anodização produz uma camada porosa de óxido anódico que pode ser selada ou tingida, normalmente com 5 a 25 micrômetros de espessura, dependendo da classe necessária. O revestimento em pó aplica uma camada de polímero que resiste às intempéries e à abrasão. O revestimento de conversão química produz filmes isentos de fosfato ou-cromato que melhoram a adesão da tinta e a proteção temporária contra corrosão. O polimento mecânico proporciona acabamentos reflexivos e a texturização a laser cria micro{7}}padrões que retêm o lubrificante durante a conformação.
Verificação da composição química por espectrometria de emissão óptica em cada molde
Testes mecânicos de resistência à tração, limite de escoamento e alongamento no produto acabado
Inspeção dimensional de espessura, largura, planicidade, retilineidade e tolerância de perfil
Inspeção de superfície quanto a inclusões, manchas de óxido, arranhões, rachaduras nas bordas e marcas de fresagem
Testes não-destrutivos, como inspeção ultrassônica para defeitos internos em chapas e peças forjadas de grande porte
A rastreabilidade vincula cada lote acabado ao seu número de fundição, registro de tratamento térmico e dados de inspeção. Essa cadeia de registros é o que permite que um fabricante aceite material sem repetir todos os testes, portanto é um ativo comercial e não uma papelada.
Perguntas frequentes
P: Como a alumina é extraída do minério de bauxita?
O minério é triturado e lavado e depois digerido com soda cáustica quente para que os hidróxidos de alumínio se dissolvam. A lama vermelha rica em ferro insolúvel-é separada, o hidróxido de alumínio é cristalizado a partir do licor resfriado por semeadura e o hidrato é calcinado em pó de alumina-de grau de fundição.
P: O que acontece dentro de uma célula de redução eletrolítica?
A alumina se dissolve na criolita fundida a cerca de 960 graus Celsius. A corrente contínua de 150 a 300 quiloamperes divide a alumina em alumínio líquido e oxigênio, os ânodos de carbono são consumidos e o metal fundido é coletado no piso da célula-revestido de carbono para vazamentos periódicos.
P: Por que a homogeneização é necessária após a fundição?
A fundição deixa segregação e fases grosseiras de não{0}}equilíbrio. A imersão perto de 500 a 580 graus Celsius dissolve essas fases e equaliza a microestrutura, o que melhora o comportamento de laminação e extrusão e estabiliza as propriedades finais.
P: Quanta energia o alumínio primário requer?
Cerca de 13.500 quilowatts-hora por tonelada de metal, sendo a maior parcela consumida nas células eletrolíticas. O alumínio reciclado evita totalmente a etapa de redução e necessita apenas de uma pequena fração dessa energia.
P: Quais padrões abrangem chapas de alumínio e perfis extrudados?
ASTM B209 cobre chapas e chapas e ASTM B221 cobre barras, vergalhões e perfis extrudados, enquanto EN 573-3 define a composição forjada e EN 485-2 define as propriedades mecânicas da chapa. Os requisitos chineses são definidos pelos padrões GB/T para lingotes e produtos downstream.
P: Qual acabamento superficial deve ser selecionado?
Escolha anodização para desgaste e cor decorativa, revestimento em pó para resistência externa às intempéries, revestimento de conversão química como base de tinta ou proteção temporária, polimento para refletividade e texturização a laser onde a retenção de lubrificante é necessária durante a formação.
