Obtenção de alumínio por meio de eletrólise

O alumínio é obtido por meio de processos metalúrgicos. A metalurgia é uma área que estuda a transformação de minérios em metais ou em ligas metálicas. Vários metais são obtidos por esse método, tais como o cobre, o titânio, o ferro e o manganês.

No caso do alumínio, o principal minério utilizado é a bauxita (figura), que contém óxido de alumínio hidratado (Aℓ₂O₃ . x H₂O) e diversas impurezas.

Na metalurgia do alumínio, ocorrem as quatro etapas a seguir:

Quando o óxido de alumínio (Aℓ₂O_3(s)) é separado da bauxita, seu nome passa a ser alumina. 

Antigamente, fazia-se o seguinte: tratava-se a alumina com ácido clorídrico, para gerar o cloreto de alumínio; que era colocado para reagir com potássio ou sódio metálicos, causando a redução do composto e originando o alumínio metálico:

Aℓ₂O_3(s) + 6 HCℓ_(aq)→ 4 AℓCℓ_3(aq) + 3 H₂O_(ℓ)
AℓCℓ_3(aq) + 3 K_(s)→ 3 KCℓ_(s) + Aℓ_(s)

Entretanto, esse método era muito caro e ineficiente, por isso o alumínio era considerado um metal raro.

Mas, em 1886, dois cientistas de modo separado desenvolveram o método citado acima, em que se utilizava a eletrólise ígnea. Esses cientistas eram o americano Charles M. Hall e o francês Paul Héroult, por isso esse método passou a ser chamado de Processo de Hall-Héroult ou, simplesmente, Processo de Hall, visto que Charles M. Hall o patenteou.

 O ponto chave que eles descobriram era como fazer o óxido de alumínio ficar no estado líquido para assim conseguir realizar a sua eletrólise ígnea, pois o problema era que o ponto de fusão dele era acima de 2000ºC. Eles utilizaram um fundente, o minério criolita (Na₃AℓF₆), que foi capaz de abaixar a temperatura de fusão do óxido de alumínio para cerca de 1000 ºC.

Assim, como mostra o esquema abaixo, essa mistura de óxido de alumínio e criolita foi colocada em uma cuba eletrolítica de aço revestida de carbono. Por essa mistura fundida passa uma corrente elétrica. As paredes do recipiente que ficam em contato com a mistura funcionam como polo negativo da eletrólise (cátodo), onde ocorre a redução dos cátions de alumínio. Já o ânodo (polo positivo) são cilindros constituídos de grafite ou de carvão, isto é, ambos formados de carbono, onde ocorre a oxidação dos ânions de oxigênio:

Semirreação do cátodo: 4 Aℓ³⁺_(ℓ) + 12 e^- → 4 Aℓ_(ℓ)
Semirreação do ânodo: 6 O^2-_(ℓ)  → 12 e^- + 3 O_2(g)

O oxigênio formado reage com o carbono do ânodo e gera também dióxido de carbono:

3 O_2(g)  + 3 C_(s) → 3 CO_2(g)

De modo que a reação global e o esquema dessa eletrólise ígnea que dá origem ao alumínio são dados por:

O alumínio obtido está na forma líquida, porque o seu ponto de fusão é de 660,37 ºC, ou seja, menor que o da mistura de alumina e criolita. O alumínio também é mais denso que a mistura e, por isso, vai se depositando no fundo do recipiente, por onde é recolhido.

Na produção de 1 tonelada de alumínio usa-se:

• 4 a 5 toneladas de bauxita, de onde são extraídas cerca de 2 toneladas de alumina;
• 50 quilogramas de criolita (não há muitas reservas naturais de criolita, por isso, ela costuma ser obtida por meio de sua síntese a partir da fluorita (CaF₂), um mineral mais abundante na natureza);
• 0,6 toneladas de carvão para os eletrodos.

Anualmente a produção de alumínio ultrapassa 27,4 milhões de toneladas.

Entre as principais ligas metálicas do alumínio, temos as seguintes:

Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química