História do alumínio - History of aluminium
O metal de alumínio (ou alumínio) é muito raro na forma nativa , e o processo para refiná-lo a partir de minérios é complexo, portanto, durante a maior parte da história humana, ele era desconhecido. No entanto, o alúmen composto é conhecido desde o século 5 aC e foi amplamente utilizado pelos antigos para tingimento. Durante a Idade Média , seu uso para tingimento tornou-o uma mercadoria de comércio internacional. Os cientistas da Renascença acreditavam que o alume era um sal de uma nova terra ; durante a Idade das Luzes , foi estabelecido que esta terra, alumina , era um óxido de um novo metal. A descoberta desse metal foi anunciada em 1825 pelo físico dinamarquês Hans Christian Ørsted , cujo trabalho foi estendido pelo químico alemão Friedrich Wöhler .
O alumínio era difícil de refinar e, portanto, incomum no uso real. Logo após sua descoberta, o preço do alumínio ultrapassou o do ouro. Só foi reduzido após o início da primeira produção industrial pelo químico francês Henri Étienne Sainte-Claire Deville em 1856. Em 1878, James Fern Webster estava produzindo 100 libras de alumínio puro todas as semanas em sua fábrica Solihull Lodge em Warwickshire. Ele usou um processo químico. Em 1884, ele estabeleceu um título comercial, Webster's Patent Aluminium Crown Metal Company Ltd. O alumínio tornou-se muito mais disponível ao público com o processo Hall – Héroult desenvolvido de forma independente pelo engenheiro francês Paul Héroult e o engenheiro americano Charles Martin Hall em 1886, e a Bayer processo desenvolvido pelo químico austríaco Carl Joseph Bayer em 1889. Esses processos têm sido usados para a produção de alumínio até o presente.
A introdução desses métodos para a produção em massa de alumínio levou ao uso extensivo do metal leve e resistente à corrosão na indústria e na vida cotidiana. O alumínio passou a ser utilizado na engenharia e construção. Nas Guerras Mundiais I e II , o alumínio foi um recurso estratégico crucial para a aviação . A produção mundial do metal cresceu de 6.800 toneladas métricas em 1900 para 2.810.000 toneladas métricas em 1954, quando o alumínio se tornou o metal não ferroso mais produzido , ultrapassando o cobre .
Na segunda metade do século 20, o alumínio ganhou uso no transporte e embalagem. A produção de alumínio tornou-se uma fonte de preocupação devido ao seu efeito no meio ambiente, e a reciclagem do alumínio ganhou espaço. O metal se tornou uma mercadoria de troca na década de 1970. A produção começou a se deslocar dos países desenvolvidos para os em desenvolvimento ; em 2010, a China havia acumulado uma participação especialmente grande tanto na produção quanto no consumo de alumínio. A produção mundial continuou a aumentar, atingindo 58.500.000 toneladas métricas em 2015. A produção de alumínio supera a de todos os outros metais não ferrosos combinados.
História antiga
Hoje, trago a vocês a vitória sobre o turco. Todos os anos eles arrancam dos cristãos mais de trezentos mil ducados para o alume com o qual tingimos a lã. Pois isso não é encontrado entre os latinos, exceto em uma quantidade muito pequena. [...] Mas eu encontrei sete montanhas tão ricas neste material que poderiam fornecer sete mundos. Se você der ordens para contratar operários, construir fornos e fundir o minério, fornecerá alume a toda a Europa e o turco perderá todos os seus lucros. Em vez disso, eles acumularão para você ...
- Giovanni da Castro para seu padrinho, o Papa Pio II em 1461, após descobrir uma rica fonte de alume em Tolfa, perto de Roma
A história do alumínio foi moldada pelo uso de seu alúmen composto . O primeiro registro escrito de alúmen foi no século 5 AEC, pelo historiador grego Heródoto . Os antigos o usavam como um mordente de tingimento , na medicina, na moagem química e como um revestimento resistente ao fogo para madeira para proteger fortalezas de incêndios criminosos inimigos. O metal alumínio era desconhecido. O escritor romano Petronius mencionou em seu romance Satyricon que um vidro incomum havia sido apresentado ao imperador: depois que foi jogado no pavimento, não quebrou, apenas deformou. Foi devolvido à sua forma anterior com um martelo. Depois de saber do inventor que ninguém mais sabia como produzir esse material, o imperador mandou executar o inventor para que não diminuísse o preço do ouro. Variações dessa história foram mencionadas brevemente na História Natural pelo historiador romano Plínio, o Velho (que observou que a história "era atual por meio de repetições frequentes, em vez de autêntica") e na História Romana pelo historiador Romano Cássio Dio . Algumas fontes sugerem que este vidro pode ser de alumínio. É possível que ligas contendo alumínio tenham sido produzidas na China durante o reinado da primeira dinastia Jin (266–420).
Depois das Cruzadas , o alum era uma mercadoria do comércio internacional; era indispensável na indústria de tecidos europeia. Pequenas minas de alúmen eram exploradas na Europa católica, mas a maioria das minas de alúmen veio do Oriente Médio. O alumínio continuou a ser comercializado através do mar Mediterrâneo até meados do século 15, quando os otomanos aumentaram muito os impostos de exportação. Em poucos anos, o alume foi descoberto em grande abundância na Itália. O papa Pio II proibiu todas as importações do leste, usando os lucros do comércio de alúmen para iniciar uma guerra com os otomanos. Esse alume recém-encontrado desempenhou por muito tempo um papel importante na farmácia europeia , mas os altos preços estabelecidos pelo governo papal acabaram fazendo com que outros estados começassem sua própria produção; a mineração de alúmen em grande escala chegou a outras regiões da Europa no século XVI.
Estabelecendo a natureza do alum
Acho que não é muito arriscado prever que chegará o dia em que a natureza metálica da base de alúmen será incontestavelmente comprovada.
- Químico francês Théodore Baron d'Hénouville em 1760 na Academia de Ciências de Paris
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No início da Renascença , a natureza do alúmen permanecia desconhecida. Por volta de 1530, o médico suíço Paracelsus reconheceu o alume como separado do vitríolo (sulfatos) e sugeriu que era um sal da terra . Em 1595, o médico e químico alemão Andreas Libavius demonstrou que o alúmen e o vitríolo verde e azul eram formados pelo mesmo ácido, mas em terras diferentes; para a terra não descoberta que formou o alúmen, ele propôs o nome "alumina". O químico alemão Georg Ernst Stahl afirmou que a base desconhecida do alume era semelhante à cal ou giz em 1702; essa visão equivocada foi compartilhada por muitos cientistas por meio século. Em 1722, o químico alemão Friedrich Hoffmann sugeriu que a base do alume era uma terra distinta. Em 1728, o químico francês Étienne Geoffroy Saint-Hilaire afirmou que o alume foi formado por uma terra desconhecida e ácido sulfúrico ; ele erroneamente acreditou que queimar aquela terra produzia sílica. (O erro de Geoffroy só foi corrigido em 1785 pelo químico e farmacêutico alemão Johann Christian Wiegleb . Ele determinou que a terra do alúmen não poderia ser sintetizada a partir de sílica e álcalis, ao contrário da crença contemporânea.) O químico francês Jean Gello provou a terra na argila e na terra resultantes da reação de um álcali em alúmen eram idênticos em 1739. O químico alemão Johann Heinrich Pott mostrou que o precipitado obtido do vazamento de um álcali em uma solução de alúmen era diferente de cal e giz em 1746.
O químico alemão Andreas Sigismund Marggraf sintetizou a terra do alúmen fervendo argila em ácido sulfúrico e adicionando potássio em 1754. Ele percebeu que adicionar soda, potassa ou um álcali a uma solução da nova terra em ácido sulfúrico produzia alúmen. Ele descreveu a terra como alcalina, pois descobrira que ela se dissolvia em ácidos quando seca. Marggraf também descreveu sais desta terra: cloreto , nitrato e acetato . Em 1758, o químico francês Pierre Macquer escreveu que a alumina se assemelhava a uma terra metálica. Em 1760, o químico francês Théodore Baron d'Hénouville expressou sua confiança de que a alumina era uma terra metálica.
Em 1767, o químico sueco Torbern Bergman sintetizou alúmen fervendo alunita em ácido sulfúrico e adicionando potassa à solução. Ele também sintetizou o alúmen como um produto da reação entre os sulfatos de potássio e a terra do alúmen, demonstrando que o alúmen era um sal duplo. O químico farmacêutico alemão Carl Wilhelm Scheele demonstrou que tanto o alúmen quanto a sílica originados da argila e do alúmen não continham silício em 1776. Escrevendo em 1782, o químico francês Antoine Lavoisier considerou a alumina um óxido de metal com uma afinidade por oxigênio tão forte que nenhuma redução conhecida agentes poderiam superá-lo.
O químico sueco Jöns Jacob Berzelius sugeriu a fórmula AlO 3 para alumina em 1815. A fórmula correta, Al 2 O 3 , foi estabelecida pelo químico alemão Eilhard Mitscherlich em 1821; isso ajudou Berzelius a determinar o peso atômico correto do metal, 27.
Isolamento de metal
Esse amálgama se separa rapidamente no ar e, por destilação, em uma atmosfera inerte, dá um pedaço de metal que, em cor e brilho, lembra um pouco o estanho.
- O físico dinamarquês Hans Christian Ørsted em 1825, descrevendo o isolamento do alumínio na Real Academia Dinamarquesa de Ciências e Letras
Em 1760, o Barão de Hénouville tentou sem sucesso reduzir a alumina ao seu metal. Ele alegou que havia tentado todos os métodos de redução conhecidos na época, embora seus métodos não fossem publicados. É provável que ele tenha misturado alúmen com carbono ou alguma substância orgânica, com sal ou soda para fundir, e aquecido em fogo de carvão. Os químicos austríacos Anton Leopold Ruprecht e Matteo Tondi repetiram as experiências de Baron em 1790, aumentando significativamente as temperaturas. Eles encontraram pequenas partículas metálicas que acreditavam ser o metal procurado; mas experiências posteriores de outros químicos mostraram que se tratava de fosforeto de ferro de impurezas no carvão e na cinza óssea. O químico alemão Martin Heinrich Klaproth comentou em um rescaldo, "se existe uma terra que foi colocada em condições onde sua natureza metálica deveria ser divulgada, se a tivesse, uma terra exposta a experimentos adequados para reduzi-la, testada nos fogos mais quentes por todos os tipos de métodos, em grande ou pequena escala, essa terra é certamente alumina, mas ninguém ainda percebeu sua metalização. " Lavoisier em 1794 e o químico francês Louis-Bernard Guyton de Morveau em 1795 derreteram alumina em um esmalte branco em um fogo de carvão alimentado por oxigênio puro, mas não encontrou nenhum metal. O químico americano Robert Hare derreteu alumina com uma maçarica de oxidrogênio em 1802, obtendo também o esmalte, mas ainda não encontrou nenhum metal.
Em 1807, o químico britânico Humphry Davy eletrolisou com sucesso a alumina com baterias alcalinas, mas a liga resultante continha potássio e sódio , e Davy não tinha como separar o metal desejado deles. Ele então aqueceu alumina com potássio, formando óxido de potássio, mas foi incapaz de produzir o metal tão procurado. Em 1808, Davy montou um experimento diferente na eletrólise da alumina, estabelecendo que a alumina se decompunha no arco elétrico, mas formava uma liga metálica com ferro ; ele foi incapaz de separar os dois. Finalmente, ele tentou outro experimento de eletrólise, buscando coletar o metal no ferro, mas foi novamente incapaz de separar o cobiçado metal dele. Davy sugeriu o metal ser nomeado alumium em 1808 e de alumínio em 1812, produzindo assim o nome moderno. Outros cientistas usaram a grafia alumínio ; a grafia anterior voltou a ser usada nos Estados Unidos nas décadas seguintes.
O químico americano Benjamin Silliman repetiu a experiência de Hare em 1813 e obteve pequenos grânulos do tão procurado metal, que queimaram quase imediatamente.
Em 1824, o físico dinamarquês Hans Christian Ørsted tentou produzir o metal. Ele reagiu cloreto de alumínio anidro com amálgama de potássio , produzindo um pedaço de metal que parecia estanho. Ele apresentou seus resultados e demonstrou uma amostra do novo metal em 1825. Em 1826, ele escreveu, "o alumínio tem um brilho metálico e uma cor um tanto acinzentada e decompõe a água muito lentamente"; isso sugere que ele obteve uma liga de alumínio-potássio, em vez de alumínio puro. Ørsted deu pouca importância à sua descoberta. Ele não notificou Davy ou Berzelius, ambos conhecidos, e publicou seu trabalho em uma revista dinamarquesa desconhecida do público europeu. Como resultado, muitas vezes ele não é creditado como o descobridor do elemento; algumas fontes anteriores afirmaram que Ørsted não isolou o alumínio.
Berzelius tentou isolar o metal em 1825, lavando cuidadosamente o análogo de potássio do sal básico na criolita em um cadinho. Antes da experiência, ele identificou corretamente a fórmula deste sal como K 3 AlF 6 . Ele não encontrou nenhum metal, mas seu experimento quase teve sucesso e foi reproduzido com sucesso muitas vezes depois. O erro de Berzelius foi usar um excesso de potássio, o que tornou a solução muito alcalina e dissolveu todo o alumínio recém-formado.
O químico alemão Friedrich Wöhler visitou Ørsted em 1827 e recebeu permissão explícita para continuar a pesquisa de alumínio, para a qual Ørsted "não teve tempo". Wöhler repetiu os experimentos de Ørsted, mas não identificou nenhum alumínio. (Wöhler escreveu mais tarde a Berzelius, "o que Oersted presumiu ser um pedaço de alumínio não era nada além de potássio contendo alumínio".) Ele conduziu um experimento semelhante, misturando cloreto de alumínio anidro com potássio e produziu um pó de alumínio. Depois de ouvir sobre isso, Ørsted sugeriu que seu próprio alumínio pode ter contido potássio. Wöhler continuou sua pesquisa e em 1845 foi capaz de produzir pequenos pedaços do metal e descreveu algumas de suas propriedades físicas. A descrição das propriedades de Wöhler indica que ele obteve alumínio impuro. Outros cientistas também não conseguiram reproduzir o experimento de Ørsted, e Wöhler foi considerado o descobridor por muitos anos. Enquanto Ørsted não estava preocupado com a prioridade da descoberta, alguns dinamarqueses tentaram demonstrar que ele havia obtido alumínio. Em 1921, o motivo da inconsistência entre os experimentos de Ørsted e Wöhler foi descoberto pelo químico dinamarquês Johan Fogh, que demonstrou que o experimento de Ørsted foi bem-sucedido graças ao uso de uma grande quantidade de cloreto de alumínio em excesso e um amálgama com baixo teor de potássio. Em 1936, cientistas da empresa americana de produção de alumínio Alcoa recriaram com sucesso esse experimento. No entanto, muitas fontes posteriores ainda atribuem a Wöhler a descoberta do alumínio, bem como seu isolamento bem-sucedido em uma forma relativamente pura.
Produção industrial inicial
Meu primeiro pensamento foi ter colocado minhas mãos neste metal intermediário que encontraria seu lugar nos usos e necessidades do homem quando encontrássemos a maneira de retirá-lo do laboratório químico e colocá-lo na indústria.
- Prefácio do Alumínio, suas propriedades, fabricação e aplicações , livro escrito pelo químico francês Henri Étienne Sainte-Claire Deville em 1859
Como o método de Wöhler não produzia grandes quantidades de alumínio, o metal permaneceu incomum; seu custo havia excedido o do ouro antes que um novo método fosse criado. Os preços seguiram: em 1852, o alumínio era vendido a US $ 34 a onça. Em comparação, o preço do ouro na época era de US $ 19 a onça.
O químico francês Henri Étienne Sainte-Claire Deville anunciou um método industrial de produção de alumínio em 1854 na Academia de Ciências de Paris . O cloreto de alumínio pode ser reduzido pelo sódio, um metal mais conveniente e menos caro do que o potássio usado por Wöhler. Deville foi capaz de produzir um lingote do metal. Napoleão III da França prometeu a Deville um subsídio ilimitado para pesquisas de alumínio; no total, Deville usou 36.000 francos franceses - 20 vezes a renda anual de uma família comum. O interesse de Napoleão pelo alumínio residia em seu uso militar potencial: ele desejava que armas, capacetes, armaduras e outros equipamentos para o exército francês pudessem ser feitos do novo metal leve e brilhante. Embora o metal ainda não fosse exposto ao público, Napoleão teria realizado um banquete onde os convidados mais honrados receberam utensílios de alumínio, enquanto outros se contentaram com ouro.
Doze pequenos lingotes de alumínio foram posteriormente exibidos pela primeira vez ao público na Exposition Universelle de 1855 . O metal era apresentado como "a prata da argila" (o alumínio é muito semelhante à prata visualmente), e esse nome logo foi amplamente usado. Atraiu atenção generalizada; foi sugerido que o alumínio fosse usado nas artes, música, medicina, culinária e baixela. O metal foi notado pelos escritores de vanguarda da época - Charles Dickens , Nikolay Chernyshevsky e Júlio Verne - que previram seu uso no futuro. No entanto, nem todas as atenções foram favoráveis. Os jornais escreveram: "A exposição parisiense pôs fim ao conto de fadas da prata do barro", dizendo que muito do que havia sido dito sobre o metal foi exagerado, se não falso, e que a quantidade de metal apresentado - cerca de um quilograma - contrastou com o que se esperava e "não foi muito para uma descoberta que se dizia virar o mundo de pernas para o ar". De modo geral, a feira resultou na eventual comercialização do metal. Naquele ano, o alumínio foi colocado no mercado a um preço de 300 F por quilograma. Na feira seguinte em Paris em 1867 , os visitantes foram presenteados com fios e folhas de alumínio, bem como uma nova liga - bronze de alumínio , notável por seu baixo custo de produção, alta resistência à corrosão e propriedades mecânicas desejáveis.
Os fabricantes não desejavam desviar recursos da produção de metais conhecidos (e comercializáveis), como ferro e bronze , para experimentar um novo; além disso, o alumínio produzido ainda não era de grande pureza e diferia nas propriedades por amostra. Isso levou a uma relutância geral inicial em produzir o novo metal. Deville e seus parceiros estabeleceram a primeira produção industrial de alumínio do mundo em uma fundição em Rouen em 1856. A fundição de Deville mudou naquele ano para La Glacière e depois Nanterre , e em 1857 para Salindres . Para a fábrica de Nanterre, foi registrada uma produção de 2 quilos de alumínio por dia; com pureza de 98%. Originalmente, a produção começou com a síntese de alumina pura, que era obtida a partir da calcinação do alúmen de amônio. Em 1858, Deville foi introduzido à bauxita e logo se desenvolveu no que ficou conhecido como o processo Deville , empregando o mineral como fonte para a produção de alumina. Em 1860, Deville vendeu sua participação no alumínio para Henri Merle , fundador da Compagnie d'Alais et de la Camargue; esta empresa dominou o mercado de alumínio na França décadas depois.
Alguns químicos, incluindo Deville, procuraram usar a criolita como fonte de minério, mas com pouco sucesso. O engenheiro britânico William Gerhard montou uma fábrica com criolita como matéria-prima primária em Battersea, Londres, em 1856, mas dificuldades técnicas e financeiras obrigaram o fechamento da fábrica em três anos. O mestre de ferro britânico Isaac Lowthian Bell produziu alumínio de 1860 a 1874. Durante a inauguração de sua fábrica, ele acenou para a multidão com uma cartola de alumínio exclusiva e cara . Nenhuma estatística sobre esta produção pode ser recuperada, mas ela "não pode ser muito alta". A produção de Deville cresceu para 1 tonelada métrica por ano em 1860; 1,7 toneladas métricas em 1867; e 1,8 toneladas métricas em 1872. Na época, a demanda por alumínio era baixa: por exemplo, as vendas do alumínio de Deville por seus agentes britânicos atingiram 15 quilos em 1872. O alumínio na época era freqüentemente comparado com a prata; como a prata, foi considerada adequada para a confecção de joias e objetos de arte . O preço do alumínio diminuiu constantemente para 240 F em 1859; 200 F em 1862; 120 F em 1867.
Outros locais de produção começaram a aparecer na década de 1880. O engenheiro britânico James Fern Webster lançou a produção industrial de alumínio por redução com sódio em 1882; seu alumínio era muito mais puro do que o de Deville (continha 0,8% de impurezas, enquanto o de Deville normalmente continha 2%). A produção mundial de alumínio em 1884 era igual a 3,6 toneladas métricas. Em 1884, o arquiteto americano William Frishmuth combinou a produção de sódio, alumina e alumínio em um único processo tecnológico; isso contrastava com a necessidade anterior de coletar sódio, que entra em combustão na água e às vezes no ar; seu custo de produção de alumínio era de cerca de $ 16 por libra (compare com o custo da prata de $ 19 por libra, ou o preço francês, o equivalente a $ 12 por libra). Em 1885, Aluminium- und Magnesiumfabrik iniciou a produção em Hemelingen . Seus números de produção superaram fortemente os da fábrica em Salindres, mas a fábrica parou a produção em 1888. Em 1886, o engenheiro americano Hamilton Castner desenvolveu um método de produção mais barata de sódio, que diminuiu o custo de produção de alumínio para $ 8 por libra, mas ele o fez não tem capital suficiente para construir uma grande fábrica como a de Deville. Em 1887, ele construiu uma fábrica em Oldbury ; Webster construiu uma fábrica nas proximidades e comprou sódio de Castner para usá-lo em sua própria produção de alumínio. Em 1889, o metalúrgico alemão Curt Netto lançou um método de redução da criolita com sódio que produzia alumínio contendo 0,5-1,0% de impurezas.
Produção e comercialização eletrolítica
Eu estou indo para aquele metal.
- Supostamente, o estudante americano Charles Martin Hall em 1880, após ouvir de seu professor de química que uma produção industrial de alumínio seria um grande bem para a humanidade e uma fonte de riqueza para o descobridor
O alumínio foi produzido pela primeira vez de forma independente usando eletrólise em 1854 pelo químico alemão Robert Wilhelm Bunsen e Deville. Seus métodos não se tornaram a base para a produção industrial de alumínio porque os suprimentos elétricos eram ineficientes na época. Isso só mudou com a invenção do dínamo pelo engenheiro belga Zénobe-Théophile Gramme em 1870, que tornou possível a criação de grandes quantidades de eletricidade. A invenção da corrente trifásica pelo engenheiro russo Mikhail Dolivo-Dobrovolsky em 1889 tornou possível a transmissão dessa eletricidade por longas distâncias. Logo após sua descoberta, Bunsen mudou-se para outras áreas de interesse enquanto o trabalho de Deville era notado por Napoleão III; esse foi o motivo pelo qual a pesquisa de Deville, financiada por Napoleão, sobre a produção de alumínio foi iniciada. Deville percebeu rapidamente que a produção eletrolítica era impraticável na época e passou para os métodos químicos, apresentando os resultados ainda naquele ano.
A produção em massa eletrolítica permaneceu difícil porque os banhos eletrolíticos não podiam resistir a um contato prolongado com sais fundidos, sucumbindo à corrosão. A primeira tentativa de superar isso para a produção de alumínio foi feita pelo engenheiro americano Charles Bradley em 1883. Bradley aquecia os sais de alumínio internamente: a temperatura mais alta ficava dentro do banho e a mais baixa nas paredes, onde os sais solidificavam e protegiam o banho. Bradley então vendeu sua reivindicação de patente aos irmãos Alfred e Eugene Cowles, que a usaram em uma fundição em Lockport e mais tarde em Stoke-upon-Trent, mas o método foi modificado para produzir ligas em vez de alumínio puro. Bradley solicitou uma patente em 1883; devido a suas redações amplas, foi rejeitado como composto de arte anterior . Depois de uma pausa necessária de dois anos, ele se candidatou novamente. Esse processo durou seis anos, enquanto o escritório de patentes questionava se as idéias de Bradley eram originais. Quando a patente foi concedida a Bradley, a produção de alumínio eletrolítico já existia há vários anos.
O primeiro método de produção em grande escala foi desenvolvido de forma independente pelo engenheiro francês Paul Héroult e pelo engenheiro americano Charles Martin Hall em 1886; agora é conhecido como processo Hall – Héroult . A eletrólise da alumina pura é impraticável devido ao seu ponto de fusão muito alto; tanto Héroult quanto Hall perceberam que ela poderia ser reduzida significativamente pela presença de criolita derretida. Héroult obteve uma patente na França em abril e posteriormente em vários outros países europeus; ele também solicitou uma patente nos Estados Unidos em maio. Depois de obter uma patente, Héroult não encontrou interesse em sua invenção. Ao pedir conselhos a profissionais, foi-lhe dito que não havia procura de alumínio, mas sim de bronze de alumínio. A fábrica de Salindres não quis melhorar seu processo. Em 1888, Héroult e seus companheiros fundaram a Aluminum Industrie Aktiengesellschaft e iniciaram a produção industrial de alumínio-bronze em Neuhausen am Rheinfall . Então, a Société électrométallurgique française foi fundada em Paris. Eles convenceram Héroult a voltar para a França, compraram suas patentes e o nomearam diretor de uma fundição em Isère , que inicialmente produzia alumínio, bronze em grande escala e alumínio puro em poucos meses.
Ao mesmo tempo, Hall produziu alumínio pelo mesmo processo em sua casa em Oberlin . Ele solicitou uma patente em julho, e o escritório de patentes notificou Hall de uma "interferência" no pedido de Héroult. Os irmãos Cowles ofereceram apoio jurídico. Àquela altura, Hall não havia conseguido desenvolver um processo comercial para seus primeiros investidores e passou a fazer experiências na fundição de Cowles em Lockport. Ele experimentou por um ano sem muito sucesso, mas chamou a atenção dos investidores. Hall co-fundou a Pittsburgh Reduction Company em 1888 e iniciou a produção de alumínio. A patente de Hall foi concedida em 1889. Em 1889, a produção de Hall começou a usar o princípio do aquecimento interno. Em setembro de 1889, a produção de Hall cresceu para 385 libras (175 kg) a um custo de $ 0,65 por libra. Em 1890, a empresa de Hall ainda não tinha capital e não pagava dividendos ; Hall teve que vender algumas de suas ações para atrair investimentos. Durante aquele ano, uma nova fábrica em Patricroft foi construída. A fundição em Lockport foi incapaz de resistir à competição e fechou em 1892.
O processo Hall – Héroult converte alumina em metal. O químico austríaco Carl Josef Bayer descobriu uma maneira de purificar a bauxita para produzir alumina em 1888 em uma fábrica têxtil em São Petersburgo e obteve uma patente mais tarde naquele ano; isso agora é conhecido como processo Bayer . A Bayer sinterizou a bauxita com álcali e a lixiviou com água; após agitar a solução e introduzir um agente de semeadura nela, ele encontrou um precipitado de hidróxido de alumínio puro, que se decompôs em alumina no aquecimento. Em 1892, enquanto trabalhava em uma fábrica de produtos químicos em Yelabuga , ele descobriu o conteúdo de alumínio da bauxita dissolvido na sobra alcalina do isolamento de sólidos de alumina; isso foi crucial para o emprego industrial desse método. Ele obteve uma patente no final daquele ano.
A quantidade total de alumínio não ligado produzida usando o método químico de Deville de 1856 a 1889 é igual a 200 toneladas métricas. A produção somente em 1890 foi de 175 toneladas métricas. Ele cresceu para 715 toneladas métricas em 1893 e para 4.034 toneladas métricas em 1898. O preço caiu para $ 2 por libra em 1889 e para $ 0,5 por libra em 1894.
No final de 1889, uma pureza consistentemente alta de alumínio produzido por eletrólise havia sido alcançada. Em 1890, a fábrica de Webster ficou obsoleta depois que uma fábrica de eletrólise foi inaugurada na Inglaterra. A principal vantagem de Netto, a alta pureza do alumínio resultante, foi superada pelo alumínio eletrolítico e sua empresa fechou no ano seguinte. A Compagnie d'Alais et de la Camargue também decidiu mudar para a produção eletrolítica, e sua primeira planta usando este método foi inaugurada em 1895.
A produção moderna do metal alumínio baseia-se nos processos Bayer e Hall-Héroult. Foi ainda melhorado em 1920 por uma equipe liderada pelo químico sueco Carl Wilhelm Söderberg . Anteriormente, as células anódicas eram feitas de blocos de carvão pré-cozidos, que rapidamente se corrompiam e exigiam substituição; a equipe introduziu eletrodos contínuos feitos de pasta de coque e alcatrão em uma câmara de redução. Isso aumentou muito a produção mundial de alumínio.
Uso em massa
Dê-nos o alumínio na quantidade certa e poderemos lutar por mais quatro anos.
- O líder soviético Joseph Stalin para Harry Hopkins , representante pessoal do presidente dos EUA Franklin D. Roosevelt , em agosto de 1941
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Os preços do alumínio caíram e, no início da década de 1890, o metal se tornou amplamente utilizado em joias, armações de óculos, instrumentos ópticos e muitos itens de uso diário. As panelas de alumínio começaram a ser produzidas no final do século XIX e gradualmente suplantaram as panelas de cobre e ferro fundido nas primeiras décadas do século XX. A folha de alumínio foi popularizada naquela época. O alumínio é macio e leve, mas logo se descobriu que ligá-lo a outros metais poderia aumentar sua dureza, preservando sua baixa densidade. As ligas de alumínio encontraram muitos usos no final do século 19 e no início do século 20. Por exemplo, o bronze de alumínio é aplicado para fazer faixas flexíveis, chapas e fios, e é amplamente utilizado nas indústrias de construção naval e aviação. A aviação usou uma nova liga de alumínio, duralumínio , inventada em 1903. A reciclagem de alumínio começou no início de 1900 e tem sido usada extensivamente, uma vez que o alumínio não é prejudicado pela reciclagem e, portanto, pode ser reciclado repetidamente. Nesse ponto, apenas o metal que não havia sido utilizado pelos consumidores finais foi reciclado. Durante a Primeira Guerra Mundial , os principais governos exigiram grandes remessas de alumínio para fuselagens leves e fortes. Freqüentemente, subsidiavam fábricas e os sistemas de abastecimento elétrico necessários. A produção geral de alumínio atingiu o pico durante a guerra: a produção mundial de alumínio em 1900 foi de 6.800 toneladas métricas; em 1916, a produção anual ultrapassou 100.000 toneladas métricas. A guerra criou uma maior demanda por alumínio, que a crescente produção primária não foi capaz de satisfazer plenamente, e a reciclagem também cresceu intensamente. O pico de produção foi seguido por um declínio e, em seguida, por um rápido crescimento.
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Durante a primeira metade do século 20, o preço real do alumínio caiu continuamente de $ 14.000 por tonelada métrica em 1900 para $ 2.340 em 1948 (em dólares dos Estados Unidos de 1998). Houve algumas exceções, como o forte aumento de preços durante a Primeira Guerra Mundial. O alumínio era abundante e, em 1919, a Alemanha começou a substituir suas moedas de prata por moedas de alumínio; mais e mais denominações foram trocadas por moedas de alumínio à medida que a hiperinflação progrediu no país. Em meados do século 20, o alumínio passou a fazer parte da vida cotidiana, tornando-se um componente essencial dos utensílios domésticos. Os vagões de carga de alumínio apareceram pela primeira vez em 1931. Sua menor massa permitia que transportassem mais carga. Durante a década de 1930, o alumínio surgiu como um material de engenharia civil usado tanto na construção básica quanto em interiores de edifícios. Seu uso em engenharia militar para aviões e motores de tanques avançados.
O alumínio obtido a partir da reciclagem foi considerado inferior ao alumínio primário devido ao controle químico mais pobre, bem como à remoção deficiente de escórias e escórias . A reciclagem cresceu no geral, mas dependeu muito da produção da produção primária: por exemplo, à medida que os preços da energia elétrica caíam nos Estados Unidos no final da década de 1930, mais alumínio primário poderia ser produzido usando o caro processo Hall-Héroult. Isso tornou a reciclagem menos necessária e, portanto, as taxas de reciclagem de alumínio caíram. Em 1940, a reciclagem em massa do alumínio pós-consumo começou.
Durante a Segunda Guerra Mundial , a produção atingiu o pico novamente, ultrapassando 1.000.000 de toneladas métricas pela primeira vez em 1941. O alumínio era muito usado na produção de aeronaves e era um material estratégico de extrema importância; tanto que quando a Alcoa (sucessora da Hall's Pittsburgh Reduction Company e monopolista da produção de alumínio nos Estados Unidos na época) não expandiu sua produção, o Secretário do Interior dos Estados Unidos proclamou em 1941: "Se a América perder a guerra, pode agradecer à Aluminum Corporation of America ". Em 1939, a Alemanha era o maior produtor mundial de alumínio; os alemães, portanto, viam o alumínio como sua vantagem na guerra. As moedas de alumínio continuaram a ser usadas, mas embora simbolizassem um declínio em sua introdução, em 1939 elas passaram a representar o poder. (Em 1941, eles começaram a ser retirados de circulação.) Depois que o Reino Unido foi atacado em 1940, ele deu início a um ambicioso programa de reciclagem de alumínio; o recém-nomeado Ministro da Produção de Aeronaves apelou ao público para doar qualquer alumínio doméstico para a construção de aviões. A União Soviética recebeu 328.100 toneladas métricas de alumínio de seus co-combatentes de 1941 a 1945; este alumínio foi usado em aviões e motores de tanques. Sem essas remessas, a produção da indústria aeronáutica soviética teria caído mais da metade.
Após o pico da guerra, a produção mundial caiu por três anos no final da guerra e no pós-guerra, mas depois recuperou seu rápido crescimento. Em 1954, a produção mundial era de 2.810.000 toneladas métricas; essa produção superou a do cobre , historicamente perdendo apenas para o ferro, tornando-o o metal não ferroso mais produzido .
Idade do Alumínio
Nada para o tempo. Uma época segue a outra, e às vezes nem percebemos. A Idade da Pedra ... A Idade do Bronze ... A Idade do Ferro ... [...] No entanto, pode-se afirmar que é agora que estamos no limiar da Idade do Alumínio.
- A empresa russa de produção de alumínio RUSAL em seu livro Alumínio: o décimo terceiro elemento em 2007
O primeiro satélite artificial da Terra , lançado em 1957, consistia em dois hemisférios de alumínio unidos. Todas as espaçonaves subsequentes usaram alumínio até certo ponto. A lata de alumínio foi fabricada pela primeira vez em 1956 e utilizada como recipiente para bebidas em 1958. Na década de 1960, o alumínio foi empregado na produção de fios e cabos . Desde a década de 1970, os trens de alta velocidade costumam usar o alumínio por sua alta relação resistência / peso. Pelo mesmo motivo, o teor de alumínio nos carros está crescendo.
Em 1955, o mercado mundial era dominado pelos Seis Majors: Alcoa, Alcan (originada como parte da Alcoa), Reynolds , Kaiser , Pechiney (fusão da Compagnie d'Alais et de la Camargue que comprou a fundição de Deville e a Société électrométallurgique française que contratou Héroult), e Alusuisse (sucessora da Alumínio Industrie Aktien Gesellschaft de Héroult); sua participação combinada de mercado era de 86%. A partir de 1945, o consumo de alumínio cresceu quase 10% ao ano por quase três décadas, ganhando espaço em aplicações de construção, cabos elétricos, folhas básicas e indústria aeronáutica. No início da década de 1970, um impulso adicional veio com o desenvolvimento de latas de alumínio para bebidas. O preço real caiu até o início dos anos 1970; em 1973, o preço real era igual a $ 2.130 por tonelada métrica (em dólares dos Estados Unidos de 1998). Os principais fatores para a queda no preço foram a queda nos custos de extração e processamento, o progresso tecnológico e o aumento na produção de alumínio, que primeiro ultrapassou 10.000.000 de toneladas métricas em 1971.
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No final dos anos 1960, os governos tomaram conhecimento do desperdício da produção industrial; eles impuseram uma série de regulamentos que favorecem a reciclagem e o descarte de resíduos. Os ânodos de Söderberg, que economizam capital e trabalho para assar os ânodos, mas são mais prejudiciais ao meio ambiente (por causa de uma maior dificuldade em coletar e descartar os fumos do cozimento), caíram em desgraça, e a produção começou a voltar para os pré-assados. ânodos. A indústria do alumínio passou a promover a reciclagem das latas de alumínio na tentativa de evitar restrições às mesmas. Isso desencadeou a reciclagem do alumínio anteriormente utilizado pelos consumidores finais: por exemplo, nos Estados Unidos, os níveis de reciclagem desse alumínio aumentaram 3,5 vezes de 1970 a 1980 e 7,5 vezes a 1990. Os custos de produção do alumínio primário aumentaram nas décadas de 1970 e 1980 , e isso também contribuiu para o aumento da reciclagem de alumínio. O controle mais próximo da composição e a tecnologia de refino aprimorada diminuíram a diferença de qualidade entre o alumínio primário e o secundário.
Na década de 1970, o aumento da demanda por alumínio tornou-o uma mercadoria de troca; entrou na London Metal Exchange , a mais antiga bolsa de metais industrial do mundo, em 1978. Desde então, o alumínio foi negociado por dólares dos Estados Unidos e seu preço flutuou junto com a taxa de câmbio da moeda. A necessidade de explorar depósitos de qualidade inferior e de qualidade inferior e os custos de entrada de energia em rápido aumento, mas também de bauxita, bem como as mudanças nas taxas de câmbio e na regulamentação dos gases de efeito estufa , aumentaram o custo líquido do alumínio; o preço real cresceu na década de 1970.
O aumento do preço real e as mudanças de tarifas e impostos deram início à redistribuição das participações dos produtores mundiais: os Estados Unidos, a União Soviética e o Japão representaram quase 60% da produção primária mundial em 1972 (e sua participação combinada na o consumo de alumínio primário também ficou próximo a 60%); mas sua participação combinada excedeu apenas ligeiramente 10% em 2012. A mudança de produção começou na década de 1970 com a produção indo dos Estados Unidos, Japão e Europa Ocidental para Austrália, Canadá, Oriente Médio, Rússia e China, onde era mais barata devido aos preços mais baixos da eletricidade e regulamentação estadual favorável, como impostos baixos ou subsídios. Os custos de produção nas décadas de 1980 e 1990 diminuíram devido aos avanços na tecnologia, preços mais baixos de energia e alumina e altas taxas de câmbio do dólar dos Estados Unidos.
Na década de 2000, a participação combinada dos países do BRIC (Brasil, Rússia, Índia e China) cresceu de 32,6% para 56,5% na produção primária e de 21,4% para 47,8% no consumo primário. A China acumulou uma parcela especialmente grande da produção mundial, graças à abundância de recursos, energia barata e estímulos governamentais; também aumentou sua participação no consumo de 2% em 1972 para 40% em 2010. O único outro país com uma porcentagem de dois dígitos foram os Estados Unidos, com 11%; nenhum outro país excedeu 5%. Nos Estados Unidos, Europa Ocidental e Japão, a maior parte do alumínio era consumida em transporte, engenharia, construção e embalagem.
Em meados dos anos 2000, o aumento dos preços da energia, alumina e carbono (usados nos anodos) provocou um aumento nos custos de produção. Isso foi amplificado por uma mudança nas taxas de câmbio: não apenas um enfraquecimento do dólar dos Estados Unidos, mas também um fortalecimento do yuan chinês . Este último tornou-se importante porque a maior parte do alumínio chinês era relativamente barato.
A produção mundial continuou crescendo: em 2013, a produção anual de alumínio ultrapassou 50 milhões de toneladas métricas. Em 2015, foi um recorde de 57.500.000 toneladas métricas. O alumínio é produzido em maiores quantidades do que todos os outros metais não ferrosos combinados. Seu preço real (em dólares dos Estados Unidos de 1998) em 2015 foi de $ 1.340 por tonelada métrica ($ 1.940 por tonelada em dólares contemporâneos).
Veja também
Notas
Referências
Bibliografia
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- Drozdov, Andrey (2007). Alumínio: o décimo terceiro elemento (PDF) . Biblioteca RUSAL. ISBN 978-5-91523-002-5. Arquivado do original (PDF) em 16/04/2016 . Obtido em 09/06/2019 .
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