alumínio (diagrama de fases - nomenclaturas)

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ALUMNIO E SUAS LIGASRubens A. BignettiMateriais de Construo da Eng. Qumica 7 de Junho de 2000

O que o Alumnio um metal branco acinzentado leve no txico (no estado no particulado) 3 elemento em abundncia na litosfera encontrado na natureza apenas na forma combinada muito reativo

Caractersticas Fsico-Qumicas Smbolo Qumico: Al Nmero Atmico: 5 Peso Atmico: 26,98153 Grupo da Tabela: 13 Configurao Eletrnica: [Ne].3s2.3p1 Classificao: Metal Estado Fsico (T=298K): Slido Densidade: 2,702 g/cm3 Ponto de Fuso: 933,7 K Ponto de Ebulio: 2792,0 K Condutividade Trmica: 235,0 W/m.K Resistividade Eltrica: 2,65 .10-8.Ohm.m nmero de oxidao: +3 (excepcionalmente +1) Anftero (reage c/ cidos e bases) Al + cido --> Al+3 + H2 Al + base --> Al(OH)4 + H2

Caractersticas Fsico-Qumicas Energias de Ionizao 1 2 3 4a 5 6 7 577,5 1816,5 2744,8 11577,0 14842,0 18379,0 23326,0kJ/mol kJ/mol kJ/mol kJ/mol kJ/mol kJ/mol kJ/mol

Raio Neutro (pm): Raio Atmico Emprico: 125,0 Raio Atmico Calculado: 118,0 Raio Covalente: 118,0 Raio van der Waals: no tem Raio Inico on Al (I): 50,0 pm

Calor Especfico: 0,9 J/g.K Eletronegatividade (Pauling): 1,61

Caractersticas Fsico-Qumicas Potencial Padro de Reduo (E, eV):+1 Soluo cida Al3+ Soluo bsica Al(OH)3 Al(OH)4-1,676 - 2,300 - 2,310

0 Al Al Al

Caractersticas Fsico-Qumicas Riscos: No apresenta risco industrial Toxidade: Na forma de p ou grnulos txico por inalao ou ingesto. O alumnio apresenta uma propriedade acumulativa no corpo humano, que aps algum tempo torna-se nocivo, ocasionando srias conseqncias no sistema biolgico dos seres vivos. O metal est associado doena de Alzheimer (doena mental).

Caractersticas Fsico-Qumicas Istopos: Al23 Al24 Al25 Al26 Al27 Al28 Al29 Al30 no encontrado na natureza no encontrado na natureza no encontrado na natureza no encontrado na natureza 100% na natureza no encontrado na natureza no encontrado na natureza no encontrado na natureza meia vida = 0,13 s meia vida = 2,1 s meia vida = 7,2 s meia vida = 7,4.105 anos estvel meia vida = 2,3 horas meia vida = 6,6 min meia vida = 3,3 s

Estrutura Cristalina: CFC

Origem do nome do latin "alumen" meaning "alum" Tradues: Alemo: aluminium Ingls: aluminium Espanhol: aluminio Francs: aluminium Italiano: alluminio

Histrico Gregos e Romanos: medicina - alumina (Al2O3) encontrada em minrios; 1787 - Lavoisier : suspeitou que esta substncia era um xido de um metal desconhecido; 1807 - Davy: prope nome Alumium, posteriormente trocado para Aluminium (alumnio); 1821 - Berthier (Les Baux, sul da Frana): bauxita identificada pela primeira vez 1825 - Oersted: isolado Al reagindo cloreto de alumnio (AlCl3) com amlgama de potssio;

Histrico 1854 - Sainte-Claire Deville: obteno industrial do alumnio por via qumica; 1925 - Heroult (Normandia - Frana) e Hall (OhioEstados Unidos): processo eletroltico

Principais Minerais bauxita Al2O3.nH2O: 48% a 64% de alumina, de aparncia fsica muito varivel (branca, cinza ou creme para baixa porcentagem de ferro; amarelo, marrom-claro, rosado ou vermelhoescuro para altas percentagens de ferro). criolita Na3AlF6 :s encontrado em jazida na Groelndia, da sua pouca importncia no cenrio mundial.

Outros Minerais xidos, fluoretos e silicatos de constituio complexa. O xido de alumnio (coridon) apresenta-se de duas formas: cridon lmpido colorido (rubs e safiras) e cridon impuro (esmeril) contendo ferro como principal impureza.

Obteno do Alumnio Fase qumica: extrao do xido (Al2O3) que contm o metal; Fase eletroltica: eletrlise da alumina dissolvida em um sal fundido.

Mtodo Bayer moagem do minrio; calcinao a 900C; Moagem fina; autoclavar minrio calcinado com soda custica a 180C e 12-15 atm; germinao (decomposio em presena de hidrxido de alumnio) do aluminato de sdio obtido nas autoclaves, [ NaAl(OH)4 ------> Al(OH)2 + NaOH ]; calcinao do hidrxido de alumnio separado a 1200C obtendo a alumina c/ 99,5% de pureza [ 2Al(OH)2 ---> Al2O3 + 3H2O ] 2 kg de bauxita+ 2 kg de combustvel e 2 kWh de eletricidade gastos por kg de Al2O3obtido

Fase qumica

Mina

Decantadores (Aluminato)

Filtros Verticais

Filtros Verticais (detalhe)

Filtro Rotativo (Hidrxido de Al)

Fase eletrolticaCuba eletroltica recipiente de ferro revestido por carvo nas laterais e parte inferior, funcionando como ctodo o nodo formado por eletrodo tipo Sderberg: camisa metlica na qual vai sendo despejada continuamente do alto uma pasta de carvo e piche durante a eletrlise decomposio se processa de forma contnua adicionando-se alumina periodicamente ao banho, mantendo-a em uma concentrao superior a 2,5% para evitar decomposio da criolita (eletrlito) liberando gases ricos em flor, interrompendo o processo (fenmeno andico) gases provenientes das cubas (CO, CO2, flor e outros) so passados por uma coluna de absoro contendo soluo aquosa de carbonato de sdio para retirar o flor, altamente txico.

Cuba eletroltica Em geral so gastos 2 kg de alumina e de 16 a 18 kWh de energia para cada kg de alumnio 99,5% puro obtido; Para fins especiais pode-se obter graus de pureza da ordem de 99,99% e at 99,999% mediante refinao eletroltica a alta temperatura (750C) em processo denominado de trs camadas em clulas com eletrlito de mistura fundida de flouretos e cloretos, nodo de alumnio bruto e ctodo de alumnio refinado, a um custo de 20 kWh de eletricidade por kg de alumnio refinado.

Cuba eletroltica

Cuba

Criolita Al depositado no ctodo Aspirao Cuba de refino

Fase eletroltica dissoluo da alumina a 5% em criolita fundida a 930C; eletrlise em cuba eletroltica durante 24-28 horas a 100.000 A e 5-6 V; limpeza de escrias e adio de ligantes em forno contnuo;

Principais Ligas de Alumnio a) Ligas tratveis trmica ou mecanicamente: ligas tratveis termicamente: Al-Cu Al-Zn-Mg Al-Si-Mg;

ligas endurecidas por trabalho a frio (encruveis): Al-Mg Al-Si

b) Ligas para fundio Al-Cu Al-Si Al-Si-Cu/Mg Al-Mg Al-Sn

Influncia dos elementos de ligalemento de liga u i g ercentagem T ica a a antagem - confere alta resistncia mec nica - facilita tra al o de usinagem n , a , aumenta fluidez na fundi o reduz coeficiente de dilata o mel ora a solda ilidade confere alta solda ilidade aumenta resistncia a corros o em meio salino ossi ilita tratamento t rmico de ligas de l- i (mel ora das caractersticas mec nicas) sem re associado ao g confere alta resistncia mec nica ligas auto tem erantes aumenta dutilidade como corretor aumenta resistncia mec nica a uente es antagem - diminui resistncia corros o salina - fragilidade a uente - diminui usina ilidade - dificulta fundi o de ido a o ida o ( orra) e a sor o de im urezas ( e e outros)

n

, a

,

-

- diminui resistncia corros o salina - fragilidade a uente - alta contra o em fundi o - e uena diminui o da dutilidade

Caractersticas das Ligas de AlumnioLigas Tratveis Al > 99,0% Designao AA 1XXX Caractersticas Tratveis Termicamente tima resistncia corroso tima soldabilidade tima conformabilidade Usos - Condutores eltricos - Revestimento em Alclads - Equipamentos qumicos e alimentares - Embalagens - Refletores - Utenslios domsticos - Aeronutica sob a forma de Alclad com liga 2024 - Peas usinadas ou forjadas sujeitas a esforos mdios, operando em ambiente no corrosivo - Avies - Automveis - Estruturas - Relojoaria - Tubos soldados - Caldeiraria - Peas fabricadas por embutimento

Al-Cu

2XXX

Al-Mn

3XXX

- Tratveis Termicamente - Boa resistncia mecnica (RT 40 a 2 50 kgf/mm T8) - Baixa conformabilidade exceto recozidas (I = 20 a 22% rec.) - Soldvel apenas por resistncia - Boa usinabilidade - Tratveis Termicamente - Boa dutilidade - Mdia resistncia mecnica (RT 2 11 a 20 kgf/mm ) - Excelente soldabilidade - Baixa usinabilidade

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it t ic s str t r is t s ic s, li t r s, t t is i r sit s s r ss s f it li i s rr s r s r tic s r s str t r is l s i t s ic s, li t r s I stri l tric i t

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Ligas para fundio Al-Si

Designao AA 4XX.X

Caractersticas - Tratveis por Encruamento - Baixo alongamento (I = 8% Fundido) - Excelente soldabilidade - Excelente fluidez na fundio - Baixa usinabilidade - Boa resistncia corroso - No tratvel termicamente, exceto a AA 520.2 (9,5%Mg) - Melhores combinaes de usinabilidade