História do Alumínio

O alumínio, apesar de ser o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre, é o metal mais jovem usado em escala industrial. Há sete milênios, ceramistas da Pérsia já produziam seus vasos com um tipo de barro que continha óxido de alumínio, que hoje conhecemos como alumina. Trinta séculos mais tarde, egípcios e babilônios usaram uma outra substância contendo alumínio na fabricação de cosméticos e produtos medicinais.

Sua cronologia mostra que, mesmo nas civilizações mais antigas, o metal dava um tom de modernidade e sofisticação aos mais diferentes artefatos. Não obstante, durante seus primeiros usos, nada se sabia sobre o metal na forma como o conhecemos hoje, já que o alumínio só começou a ser produzido comercialmente há cerca de 150 anos.

Cronologia

• 6000 a.C.

  Os Persas fabricaram potes e recipientes de argila que continham óxido de alumínio (Al2O3)

• 3000 a.C.

  Argilas com alumina eram utilizadas por povos antigos do Egito e Babilônia para a fabricação de cosméticos, medicamentos e corantes de tecidos

• 1809

  Primeira obtenção do que até então mais se aproximava do alumínio. Humphrey Davy foi o mentor da descoberta, fundindo ferro na presença de alumina

• 1821

  O francês P. Berthier descobre um minério avermelhado, que contém 52% de óxido de alumínio, perto da aldeia de Lês Baux, no sul da França. É a descoberta da bauxita, o minério mais comum de alumínio

• 1825

  O físico dinamarquês Hans Christian Oersted consegue isolar o alumínio de outra maneira, a partir do cloreto de alumínio na forma como é conhecido hoje

• 1854

  

  Primeira obtenção do alumínio por via química, realizada por Henry Saint–Claire Deville

• 1855

  Deville mostra, na exposição de Paris, o primeiro lingote de um metal muito mais leve que o ferro. Torna-se público o processo de obtenção de alumínio por meio da redução eletrolítica da alumina dissolvida em banho fundido de criolita. Esse procedimento foi desenvolvido separadamente pelo norte-americano Charles Martin Hall e pelo francês Paul Louis Toussaint Héroult, que o descobriram e o patentearam quase simultaneamente. Esse processo ficou conhecido como Hall-Heróult e foi o que permitiu o estabelecimento da indústria global do alumínio

• 1945

  

  Na cidade de Ouro Preto (MG) é produzido o primeiro lingote de alumínio do Hemisfério Sul, na fábrica da Elquisa

   

  História da Indústria do Alumínio

  Inicialmente obtido em laboratório, a produção de alumínio em escala industrial somente foi possível a partir de 1886, quando Charles Martin Hall, nos Estados Unidos, e Louis Toussaint Héroult, na França, obtiveram o metal puro a partir da dissolução eletrolítica de óxido de alumínio (alumina), em banho de criolita. O processo Hall-Héroult, como é conhecido, ainda é o principal processo de produção de alumínio.

  Anos mais tarde, a necessidade de fabricar produtos mais leves e resistentes impulsionou a indústria do alumínio durante a primeira guerra mundial e, desde então, tem ocupado uma posição mundial altamente estratégica, ao suprir com metal praticamente todos os setores da economia.

  No Brasil esta história teve início com a instalação da Companhia Paulista de Artefatos de Alumínio em 1917, ano que a produção mundial do alumínio atingiu seu primeiro milhão de toneladas. Já a instalação das primeiras fábricas de alumínio primário no País ocorreu a partir dos anos 1950.

   

  História da Indústria no Mundo

  

  Quando o alumínio era pouco conhecido e tinha um custo elevado de produção, suas as primeiras aplicações foram limitadas a trabalhos luxuosos, como em estatuetas e placas comemorativas. Com o desenvolvimento dos processos industriais, o metal passou a estar disponível em maiores quantidades (embora ainda medido em quilos ao invés de toneladas), e começou a ser usado na decoração Vitoriana como em bandejas e escovas de cabelo ornamentais. 
  
  No final do Século XIX, com o aumento da produção e preços menores, foi sendo gradualmente utilizado em utensílios de cozinha e em alguns dos primeiros automóveis que já possuíam painéis revestidos de alumínio comercialmente puro. 
  Conseqüentemente, no início do Século XX, as indústrias de alumínio começaram a trabalhar na produção de ligas de alumínio com propriedades mecânicas mais elevadas. Os primeiros experimentos ocorreram através de tentativas e erros, aliados a observações perspicazes, responsáveis pelo aprimoramento dos princípios metalúrgicos fundamentais envolvidos. 
  
  O rápido e notável crescimento da importância do alumínio na indústria é resultado de uma série de fatores:

  • É um metal que possui excelente combinação de propriedades úteis, resultando numa adequabilidade técnica para um campo vasto de aplicações em engenharia
  • Pode ser facilmente transformado por meio de todos processos metalúrgicos normais, tornando-se assim, viável à indústria manufatureira em qualquer forma necessária
  • Em laboratórios acadêmicos, a indústria do alumínio e seus próprios usuários têm desenvolvido novas pesquisas, técnicas de fabricação, de soldagem e de acabamento, o que tem levado a um conhecimento maior de técnicas de engenharia deste metal, fazendo com que seja considerado um material de fácil aplicação
  • A livre divulgação da indústria sobre recomendações aos usuários e potenciais de uso do alumínio, o que foi muito importante para sua aceitação geral

  O primeiro milhão de toneladas de produção anual do minério foi atingido em 1917, quase no fim da Primeira Guerra, quando a mineração havia se expandido para a Áustria, Hungria, Alemanha e Guiana Britânica, na América do Sul. 
  
  Por volta da Segunda Guerra Mundial, em 1943, os maiores produtores de bauxita eram os Estados Unidos, a Guiana Britânica, Hungria, Iugoslávia, Itália, Grécia, Rússia, Suriname, Guiana, Indonésia e Malásia. 
  
  Em 1952, a Jamaica iniciou intensa mineração de bauxita, ultrapassando o Suriname, que foi por anos o maior produtor. Na década de 1960, Austrália e Guiné juntaram-se a esse time.

   

  História da Indústria no Brasil

  Em 1917, surgiu a Companhia Paulista de Artefatos de Alumínio (CPAA), que registrou a marca Rochedo e iniciou a fabricação de placas fundidas para automóveis. Na década de 1930, a O. R. Muller, instalada em São Paulo, consolidou-se no ramo de produção de bisnagas de alumínio, utilizando matéria-prima importada. De fato, a incipiente indústria de transformação era totalmente dependente das importações do produto primário.

  As primeiras referências sobre a bauxita no Brasil estão nos Anais de 1928 da Escola de Minas de Ouro Preto e nessa época ocorreram duas iniciativas concorrentes para implantar a produção de alumínio: a da Elquisa - Eletro Química Brasileira S/A, de Ouro Preto (MG) e a da CBA - Companhia Brasileira de Alumínio, em Alumínio (SP). Tais registros apontam que nesse período os primeiros quilos de alumínio primário foram produzidos no Brasil graças à perseverança de alguns empresários pioneiros, porém insuficientes para atender à demanda.

  A Elquisa teve dificuldades de comercialização devido ao excesso de produção mundial de alumínio. Apenas em 1938, com o apoio do governo Vargas, começou em definitivo a produção do metal em Ouro Preto (MG). Porém, sua primeira utilização para a produção de alumina e alumínio no País, em escala industrial, aconteceu em 1944, durante a 2ª Grande Guerra Mundial, consolidando a indústria no Brasil. Tal iniciativa partiu do grande empreendedor Américo Giannetti, que deu início à promissora história de uma indústria que, década após década, apresentaria uma evolução impressionante.

  Em junho de 1950, a Elquisa foi adquirida pela Aluminium Limited do Canadá - Alcan, tornando-se assim a primeira empresa multinacional a participar do mercado brasileiro, produzindo não só o alumínio primário, como produtos transformados de alumínio. Meio século depois, em 2005, a empresa mudou globalmente seu nome para Novelis, depois que área de laminação foi separada das demais atividades do grupo.

  A Companhia Brasileira de Alumínio - CBA, fundada em 1941, contava com as reservas de bauxita de Poços de Caldas, mas sua unidade industrial para a produção de alumínio primário acabou sendo localizada na cidade de Alumínio, próxima de Sorocaba, onde a disponibilidade de energia elétrica e o combustível (lenha) eram mais abundantes. A empresa paulista foi uma das pioneiras que permaneceram, atuando hoje como Votorantim Metais-CBA.

  Outra empresa que possui hoje uma posição de destaque na indústria transformadora de alumínio é a atual Laminação de Metais Clemente, fundada na década de 1940 na cidade de S. Paulo e atualmente em Jandira (SP).

  Em 1983, o Brasil passa de grande importador a um dos principais exportadores mundiais, graças aos grandes e contínuos investimentos das empresas do setor. Três anos depois, o país torna-se o quinto produtor mundial de alumínio primário.

  Esses são apenas alguns dos resultados da união dos produtores primários e transformadores em torno de foro que na década de 70 levou à fundação da Associação Brasileira do Alumínio (ABAL) para discutir e conciliar os interesses comuns, com representação junto ao governo e à comunidade.

  Outras empresas que participaram do crescimento do setor

  A Alcoa - Aluminium Company of América - estabeleceu representação no Brasil em 1915 e iniciou operações comerciais somente em 1940. A Alcoa se interessou pelo mercado brasileiro apenas no início da década de 60, quando adquiriu a Companhia Geral de Minas, detentora de jazidas de bauxita em Poços de Caldas (MG).

  A instalação da primeira "redução" da Alcoa, em Poços de Caldas (MG), destinou-se a produzir alumínio para o mercado interno no período entre 1967 e 1970, o que coincidiu com a descoberta das grandes reservas comerciais de bauxita na Amazônia pela Alcan em 1967. Nesse período, a Alcan criou a Mineração Rio do Norte S. A., a qual posteriormente foi assumida pela da Companhia Vale do Rio Doce (CVRD) com uma participação de 41%, Alcan (19%), VM-CBA (10%) e mais seis empresas internacionais (Reynolds, INI, RTZ, ASV, Norsk e Billiton), cada uma delas com 5%.

  Em 1978, um acordo entre os governos brasileiro e japonês, com a participação da CVRD, estabeleceu a Alunorte – refinaria de alumina instalada em Barcarena (PA). A operação iniciou-se quase vinte anos depois, em 1995, devido à crise no mercado mundial.

  A Valesul Alumínio S.A., instalada em Santa Cruz (RJ), foi a quarta empresa produtora de alumínio primário no Brasil e passou a operar em janeiro de 1982, por iniciativa da CVRD e da Billiton Metais S.A., então subsidiária do Grupo Shell. A presença da Valesul permitiu substituir as importações brasileiras de alumínio, que experimentavam crescimento acentuado àquela época. Em abril de 2009 a empresa encerrou suas atividades.

  Em 1981, a Billiton Metais S.A., hoje BHP Billiton, engajou-se no projeto da Alcoa (já com o nome de Alcoa Alumínio S.A.), destinado à produção de alumina e exportação de alumínio primário em grande escala, transformando-o no Consórcio de Alumínio do Maranhão - Alumar, em São Luís do Maranhão, que iniciou suas operações em 1984.

  Enquanto isso a Aluvale - Vale do Rio Doce Alumínio - dava andamento aos estudos de viabilidade do projeto Albras (consórcio entre NAAC - Nippon Amazon Aluminium Co Ltd. e CVRD - Companhia Vale do Rio Doce), no qual estava previsto inclusive a construção de Tucuruí. O início de operação da Albras deu-se em 1985. Em 2011, os ativos do negócio alumínio da Vale (Albras e Alunorte) foram adquiridos pela empresa Norsk Hydro.

  Essas são as empresas que hoje compõem o cenário brasileiro da indústria do alumínio, quer seja na extração da bauxita, no seu beneficiamento e produção de alumina e alumínio primário.

   

  Cadeia Primária

  O alumínio não é encontrado diretamente em estado metálico na crosta terrestre. Sua obtenção parte da Mineração da bauxita e segue para as etapas posteriores de Refinaria e Redução.

  

  Mineração

  O alumínio é obtido a partir da bauxita, um minério que pode ser encontrado em três principais grupos climáticos: o Mediterrâneo, o Tropical e o Subtropical. A bauxita deve apresentar no mínimo 30% de óxido de alumínio (Al2O3) aproveitável para que a produção de alumínio seja economicamente viável. As reservas brasileiras de bauxita, além da ótima qualidade do minério também estão entre as maiores do mundo.

  A mineração da bauxita pode ser assim exemplificada:

   

  Refinaria

  Essa fase do processo além de ser insumo para a obtenção do alumínio primário, a alumina tem diversas aplicações como a fabricação de materiais refratários, tratamento de água, uso em produtos abrasivos e para polimento, como retardante de chamas, na fabricação de velas de ignição entre outros.
  
  O processo mais utilizado para obtenção de alumina é Bayer.

  Acompanhe o fluxo:

  

  Redução do alumínio

  A obtenção do alumínio ocorre pela redução da alumina calcinada em cubas eletrolíticas, a altas temperaturas, no processo conhecido como Hall-Héroult. São necessárias duas toneladas de alumina para produzir uma tonelada de metal primário pelo processo de Redução.

  A transformação da alumina calcinada em alumínio metálico pode ser assim exemplificada:

  

   

  Processos de Produção

  Uma das vantagens mais importantes do alumínio é o fato de poder ser transformado com facilidade. O alumínio pode ser laminado em qualquer espessura e extrudado numa infinidade de perfis de seção transversal constante e grande comprimento. O metal pode ser também, forjado ou impactado. Arames de alumínio trefilados a partir de vergalhões dão origem a fios de alumínio que, após serem encordoados, transformam-se em cabos condutores.

  A facilidade e a velocidade com o qual o alumínio pode ser usinado é outro importante fator que contribui para difundir o uso desse material e que também aceita, praticamente, todos os métodos de união, tais como rebitagem, soldagem, brasagem e colagem. Além disso, para a maioria das aplicações do alumínio não são necessários revestimentos de proteção.

   

  Laminação

  É um processo de transformação mecânica que consiste na redução da seção transversal por compressão do metal, por meio da passagem entre dois cilindros de aço ou ferro fundido com eixos paralelos que giram em torno de si mesmos. Esta seção transversal é retangular e refere-se a produtos laminados planos de alumínio e suas ligas, compreendendo desde chapas grossas com espessuras de 150 mm, usadas em usinas atômicas, até folhas com espessura de 0,005 mm, usadas em condensadores. Existem dois processos tradicionais de laminação de alumínio: laminação a quente e laminação a frio. Atualmente, a indústria também utiliza-se da laminação contínua. 
  Os principais tipos de produtos laminados são: chapas planas ou bobinadas, folhas e discos. Esses semimanufaturados têm diversas aplicações em setores como transportes (carrocerias para ônibus, equipamentos rodoviários, elementos estruturais, etc.), construção civil (telhas, fachadas, calhas, rufos, etc.), embalagens (latas, descartáveis e flexíveis) e bens de consumo (panelas, utensílios domésticos, etc.).

  Laminação a quente

   

  

   

  Laminação a frio

  
  
  

  

  
  
  
  
  

  

  Laminação a quente

  Promove reduções da seção transversal com o metal a uma temperatura mínima de aproximadamente 350°C (igual à temperatura de recristalização do alumínio). A ductilidade do metal a temperaturas desta ordem é máxima e, nesse processo ocorre, a recristalização dinâmica na deformação plástica. O processo transcorre da seguinte forma:

  • 1) Uma placa (matéria-prima inicial) é produzida na refusão, por meio de fundição semicontínua ou em molde com seção transversal retangular.
    A placa pode sofrer uma usinagem superficial (faceamento) para remoção da camada de óxido de alumínio, dos grãos colunares (primeiro material solidificado) e das impurezas provenientes da fundição.
  • 2) Posteriormente, a placa é aquecida até tornar-se semiplástica.
  • 3) A laminação a quente se processa em laminadores reversíveis duplos (dois cilindros) ou quádruplos (dois cilindros de trabalho e dois de apoio ou encosto).
  • 4) O material laminado é deslocado, a cada passada, por entre os cilindros, sendo que a abertura dos mesmos define a espessura do passe. A redução da espessura por passe é de aproximadamente 50% e depende da dureza da liga que está sendo laminada. No último passe de laminação, o material apresenta-se com espessura ao redor de 6mm, sendo enrolado ou cortado em chapas planas, constituindo-se na matéria-prima para o processo de laminação a frio.

  

laminação a frio

Realiza-se a temperaturas bem inferiores às de recristalização do alumínio. A matéria-prima é oriunda da laminação a quente. A laminação a frio é executada, geralmente, em laminadores quádruplos, reversíveis ou não, sendo este último mais empregado. O número de passes depende da espessura inicial da matéria-prima, da espessura final, da liga e da têmpera do produto desejado. Os laminadores estão dimensionados para reduções de seções entre 30% e 70% por passe, dependendo, também, das características do material em questão. Laminadores mais sofisticados possuem sistemas computadorizados de controle de espessura e de planicidade. Na laminação a frio utilizam-se dois recursos: tensões avante e tensões a ré. 

Ambas aliviam o esforço de compressão exercido pelos cilindros ou aumentam a capacidade de redução por passe. Estes recursos são também responsáveis pela redução da espessura no caso de laminação de folhas finas, em que os cilindros de laminação estão em contato e praticamente sem abertura perceptível.

A deformação a frio confere encruamento ao alumínio. Aumenta os limites de resistência à tração e ao escoamento, com diminuição do alongamento. Esse procedimento produz um metal com bom acabamento superficial e preciso controle dimensional. 

Os produtos laminados de alumínio são utilizados em todas as operações metalúrgicas usuais de chapas, incluindo aquelas que exigem do metal de excepcional ductilidade, como é o caso de processos como estampagem, extrusão por impacto, perfilação (roletagem), etc. Recozimentos intermediários podem ser realizados para amolecimento (recristalização) e para facilitar posterior laminação ou determinar têmperas específicas. 

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas), com espessura de até 0,005 mm, são produzidos em laminadores específicos, que concebem o processo de laminação de folhas dupladas com lubrificação entre elas.

laminação continua

Outro processo atualmente muito utilizado é o de laminação contínua que elimina a etapa de laminação a quente. O alumínio é solidificado entre dois cilindros refrigerados internamente por água, que giram em torno de seus eixos, produzindo uma chapa com seção retangular e espessura aproximada de 6mm. Posteriormente, esta chapa é enrolada, obtendo-se assim um produto similar àquele obtido por laminação a quente. Porém, este produto apresentará uma estrutura bruta de fusão bastante refinada, dada a alta eficiência do refinador de grão utilizado no vazamento.

Estampagem

Chapas e discos de alumínio são amplamente utilizados para repuxação e estampagem profunda. Nesse processo, o material é pressionado por um punção contra uma matriz, como acontece com os utensílios domésticos e latas de bebidas. Estas operações requerem material com grande plasticidade, alta ductilidade e com uma baixa taxa de encruamento. Os melhores resultados são obtidos quando o metal possui um tamanho de grão pequeno e uniforme. Assim, as ligas das séries 1xxx e 3xxx são mais utilizadas para estas aplicações, a não ser que os componentes acabados tenham que ter maior resistência.

Outro método usado para confirmar se um determinado material foi escolhido adequadamente é um simples teste de dobramento. É realizado em chapas de espessura fina em que se determina qual o menor raio em que elas conseguem ser dobradas sem se romper. Enquanto um material recozido pode ser dobrado completamente, um raio cujo dobramento é de cinco vezes a espessura pode ser o mínimo obtido para material duro, totalmente tratado termicamente.

Extrusão por impacto

Também chamado de extrusão a frio, esse processo aumenta a resistência do material, melhora o acabamento superficial e permite tolerâncias dimensionais mais estreitas. O material sofre um súbito impacto por meio de um punção, provocando o seu estiramento, como é o caso dos tubos de remédio e de aerossóis.

ansformação termomecânica no qual um tarugo de metal é reduzido em sua seção transversal quando forçado a fluir através do orifício de uma matriz (ferramenta), sob o efeito de altas pressões e temperatura. Como uma pasta de dente sendo expelida para fora de seu tubo.

A variedade de perfis que podem ser extrudados em alumínio é praticamente ilimitada. O processo reduz custos, pois elimina operações posteriores de usinagem ou junção, e possibilita a obtenção de seções mais resistentes pela adequada eliminação de juntas frágeis e uma melhor distribuição de metal. Entre os principais tipos de produtos extrudados estão perfis sólidos, tubulares e semi-tubulares. Suas aplicações são ideais para os setores de construção civil, bens de consumo, indústria elétrica e transportes.

Trefilação

É um processo de transformação pela deformação mecânica a frio que permite a diminuição da seção transversal de um produto pela passagem através de uma matriz, por esforço de tração. Análogo à laminação, o processo aumenta as propriedades mecânicas da liga, diminuindo as tolerâncias dimensionais, melhorando o acabamento superficial e produzindo bitolas que seriam mais complexas de se obter por extrusão. Normalmente, são trefiladas ligas não tratáveis (aumentando suas propriedades mecânicas) e tratáveis termicamente (nas quais a função é a de precisão dimensional). A indústria utiliza dois sistemas de trefilação:

• •   Em bancos: para barras e tubos de maior diâmetro;
• •   Em blocos rotativos: para dimensões menores de vergalhões e tubos.

Forjamento

O forjamento é o processo de conformação pelo qual se obtém a forma desejada de uma peça por martelamento ou aplicação gradativa de uma pressão. A maioria das operações de forjamento é feitas a quente. A indústria utiliza três métodos de forjamento: matriz aberta; matriz fechada com rebarba; matriz fechada sem rebarba.

No forjamento do alumínio, um bloco, tarugo ou perfil é aquecido e pressionado contra uma matriz bipartida, na qual foi escavada a forma da peça em negativo. O metal escoa, preenchendo a cavidade formada pelo ferramental, tomando a forma da peça.

Depois das ligas ferrosas, o alumínio é o metal mais utilizado para forjamento, sendo utilizado principalmente nas indústrias aeronáutica, bélica, transportes, máquinas e equipamentos. Sua aplicação abrange peças como rodas, eixos, longarinas, bielas, peças de bicicletas, motores, rotores, engrenagens, pistões, etc.