Modelo matemático pode aprimorar a produção de alumínio

A ferramenta promete melhorar o controle de qualidade do processo de produção da alumina, além de reduzir a quantidade de insumos consumidos e de resíduos gerados

Reprodução: Companhia Brasileira de Alumínio

Antes de estar na lata do refrigerante, na janela, em aviões e edifícios, o alumínio estava bem abaixo do chão – e percorreu um longo caminho que, muitas vezes, deixa rastros. Para melhorar o processo produtivo de alumínio, reduzir a quantidade de insumos necessários e os resíduos gerados na sua produção, Thiago Teixeira Franco, mestrando da Escola Politécnica (Poli) da USP, desenvolveu um modelo matemático, que pode ser uma ferramenta aliada para a indústria.

Produção de alumínio

Tudo começa com a extração da bauxita, rocha de cor vermelha composta por sílica, dióxido de titânio, óxidos de ferro e, que quando é adequada para a indústria, possui cerca de 30% de óxido de alumínio (Al2O3). Depois, toda a terra e vegetação são retiradas por máquinas, para que as rochas sejam extraídas dos depósitos onde são formadas e, então, transportadas. 

Reprodução: Companhia Brasileira de Alumínio

Já nas indústrias, a bauxita é moída e misturada a outras substâncias químicas, formando uma pasta densa. Misturada com soda cáustica, a solução é aquecida a 150ºC e colocada sob pressão. Após percorrer etapas de decantação, filtração, precipitação e calcinação, chega-se ao óxido de alumínio – mais conhecido como alumina. Em todo o mundo, há mais de 100 refinarias de alumina. Em 2020, a produção foi de 134,3 Mt (milhão de toneladas), segundo a International Aluminium Institute (IAI).

“A motivação foi o desafio de construir um modelo matemático complexo e (realizar) a implementação em um simulador de processos, ferramenta que poucas empresas possuem”, afirma o pesquisador. De acordo com ele, o objetivo foi desenvolver um modelo matemático que representasse o processo de cristalização do hidróxido de alumínio, em que acontece a aglomeração de pequenas partículas para formação de cristais maiores e resistentes. 

“Estudamos as expressões dos processos elementares e as avaliamos individualmente, ajustadas aos dados experimentais da planta industrial para fornecer a evolução granulométrica das partículas do produto no final de uma longa cadeia de cristalizadores”, explica, sobre o desenvolvimento da ferramenta. Para a obtenção de alumínio, a alumina é submetida ao processo de eletrólise; que envolve a passagem de corrente para redução da alumina, o que libera dióxido de carbono e, finalmente, decanta o alumínio metálico. 

Esse alumínio é fundido e se torna sólido novamente, o que se chama alumínio primário. Esse metal é um dos mais maleáveis conhecidos e, moldando-o, produz-se lingotes, tarugos, placas e vergalhões. Em seguida, o produto primário passa pelo processo de ‘transformação plástica’ e forma chapas, bobinas, folhas e perfis extrudados – e é aqui que surge a latinha de refrigerante.

Com o modelo produzido por Thiago, essas etapas indústrias podem ser mais produtivas. “A metodologia criada oferece simulações de processos aderentes à realidade e pode ser aplicada em qualquer planta industrial de produção de alumina”, conta. 

Segundo ele, as simulações criadas, auxiliam na estabilidade operacional do processo industrial, no aumento de produtividade de cristalização e na redução da quantidade de partículas finas geradas.

Chapas, bobinas, folhas e perfis extrudados de alumínio. Reprodução: Companhia Brasileira de Alumínio

O que muda com a nova ferramenta?

O modelo é capaz de gerar economia no consumo de gás natural e aumento da produção de alumina. “Reduzir a quantidade de partículas finas geradas reduz a quantidade de resíduos gerados no processo de calcinação do hidróxido de alumínio (Al(OH)3) para produção de alumina (Al2O3) e no processo de redução da alumina para produção de alumínio líquido (Al)”, explica o pesquisador.

A redução no consumo do minério e do gás são importantes para minimizar impactos ambientais da produção de alumínio, uma vez que a extração da bauxita degrada a vegetação aos arredores e a queima do gás libera gases de efeito estufa. 

O trabalho contou com  o suporte da equipe de Engenharia de Processos da Refinaria de Alumina da Companhia Brasileira de Alumínio (CBA), com colaboração dos engenheiros André Arantes e Anderson Duck, do departamento de Engenharia Química da Escola Politécnica (Poli) da USP, pelo professor Marcelo Seckler.

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