História do Alumínio (ALI)

História do Alumínio

Embora o alumínio seja um elemento muito raro, sua existência na forma metálica pura escapou à humanidade por séculos devido às complexidades de extraí-lo do minério. No entanto, o uso de compostos de alumínio, como o alúmen, foi documentado desde o século V a.C., particularmente em processos de tingimento. A importância do alúmen no tingimento o elevou a uma valiosa commodity comercial durante a Idade Média. Foi somente na Renascença que os estudiosos começaram a suspeitar que o alúmen continha um elemento desconhecido. Na Era do Iluminismo, eles determinaram que esse elemento, a alumina, era um óxido de um novo metal. Em 1825, o físico dinamarquês Hans Christian Ørsted, seguido pelo químico alemão Friedrich Wöhler, apresentou formalmente o alumínio ao mundo.

O desafio inicial de refinar o alumínio o tornou mais caro que o ouro e, portanto, impraticável para uso generalizado. Essa barreira de alto custo começou a ruir em 1856 com a inovação do primeiro processo de produção industrial pelo químico francês Henri Étienne Sainte-Claire Deville. A acessibilidade aumentou drasticamente com o desenvolvimento independente do processo Hall–Héroult em 1886 pelo engenheiro francês Paul Héroult e pelo engenheiro americano Charles Martin Hall, seguido de perto pelo processo Bayer de 1889, pioneiro do químico austríaco Carl Joseph Bayer. Esses métodos inovadores revolucionaram a produção de alumínio e continuam sendo o padrão da indústria hoje.

A capacidade de produzir alumínio em massa liberou seu potencial, levando à sua ampla adoção em todas as indústrias e na vida cotidiana. Suas propriedades leves e resistentes à corrosão provaram ser inestimáveis ​​em engenharia e construção, garantindo seu papel como um recurso crítico na produção de aeronaves durante a Primeira e a Segunda Guerra Mundial. Consequentemente, a produção global de alumínio experimentou um crescimento explosivo, disparando de meras 6.800 toneladas métricas em 1900 para impressionantes 2.810.000 toneladas métricas em 1954. Esse aumento impulsionou o alumínio a ultrapassar o cobre como o principal metal não ferroso do mundo.

A segunda metade do século XX testemunhou o uso expandido do alumínio nos setores de transporte e embalagem. No entanto, esse progresso teve um custo, pois as preocupações ambientais em torno da produção de alumínio começaram a surgir. Consequentemente, a reciclagem de alumínio ganhou força como uma prática mais sustentável. A década de 1970 marcou a entrada do alumínio no mercado de commodities, coincidindo com uma mudança de produção de países desenvolvidos para países em desenvolvimento. Em 2010, a China havia se tornado um player dominante tanto na produção quanto no consumo de alumínio. A produção global continuou sua trajetória ascendente, atingindo 58.500.000 toneladas métricas em 2015, consolidando a posição do alumínio como líder indiscutível na produção de metais não ferrosos.

História Antiga

O alúmen, um composto de alumínio, tem uma longa e histórica história. Civilizações antigas, já no século V a.C., reconheceram seu valor. O historiador grego Heródoto documentou seu uso como mordente em tingimento, uma substância medicinal, um agente químico de moagem e um revestimento retardante de fogo para madeira, particularmente na fortificação de estruturas contra incêndio criminoso. Embora o uso do alúmen fosse bem conhecido, o próprio metal alumínio permaneceu desconhecido.

Curiosamente, o escritor romano Petrônio, em sua obra Satyricon, conta sobre um vidro único apresentado ao imperador. Notavelmente resiliente, o vidro se deformava sob impacto em vez de quebrar e podia ser remodelado com um martelo. Com medo de desvalorizar o ouro, o imperador, ao saber do conhecimento exclusivo do inventor, o executou para suprimir a descoberta. Variações desse relato aparecem em obras de Plínio, o Velho, e Cássio Dio, embora sua autenticidade seja debatida. Alguns especulam que esse vidro resiliente pode ter sido uma forma inicial de alumínio. Outras evidências sugerem que ligas de alumínio podem ter sido produzidas na China durante a Dinastia Jin (266-420 d.C.).

Após as Cruzadas, o alúmen se tornou uma mercadoria significativa no comércio internacional, particularmente essencial para a indústria têxtil europeia. Enquanto pequenas minas de alúmen operavam na Europa católica, o Oriente Médio continuou sendo a principal fonte, com o comércio ocorrendo principalmente através do Mar Mediterrâneo. Isso mudou em meados do século XV, quando o Império Otomano aumentou significativamente os impostos de exportação de alúmen. Pouco depois, depósitos abundantes de alúmen foram descobertos na Itália. Capitalizando essa descoberta, o Papa Pio II proibiu todas as importações de alúmen do Oriente, alavancando os lucros dessa nova fonte para financiar uma guerra contra os otomanos. O alúmen italiano se tornou uma pedra angular dos produtos farmacêuticos europeus, mas as políticas de preços do governo papal eventualmente levaram outras nações a buscar suas próprias fontes. Consequentemente, a mineração de alúmen em larga escala se espalhou para outras regiões europeias durante o século XVI.

A natureza enigmática do alúmen intrigou os estudiosos no alvorecer do Renascimento. Foi somente por volta de 1530 que o médico suíço Paracelso distinguiu o alúmen dos vitríolos (sulfatos), propondo sua classificação como um sal terroso. Em 1595, o médico e químico alemão Andreas Libavius, por meio de seus experimentos, demonstrou que o alúmen, o vitríolo verde e o vitríolo azul compartilhavam um ácido comum, mas diferiam em seus constituintes terrosos. Ele batizou a terra desconhecida encontrada no alúmen de "alumina". Em 1702, o químico alemão Georg Ernst Stahl postulou que a base do alúmen compartilhava semelhanças com cal ou giz, um equívoco que persistiu nos círculos científicos pelo meio século seguinte. Friedrich Hoffmann, um químico alemão, desafiou essa visão em 1722, sugerindo que a base do alúmen era uma terra completamente distinta. Essa noção foi promovida pelo químico francês Étienne Geoffroy Saint-Hilaire em 1728, que, embora acreditasse erroneamente que queimar a terra produzia sílica, afirmou que o alúmen surgiu da interação de uma terra desconhecida com ácido sulfúrico. Demorou até 1785 para o químico e farmacêutico alemão Johann Christian Wiegleb retificar o erro de Geoffroy, demonstrando que, ao contrário das crenças predominantes, a terra de alúmen não poderia ser sintetizada a partir de sílica e álcalis. Somando-se a esse crescente corpo de conhecimento, o químico francês Jean Gello, em 1739, provou a natureza idêntica da terra presente na argila e da terra produzida pela reação de um álcali com alúmen. Consolidando ainda mais a distinção da base do alúmen, o químico alemão Johann Heinrich Pott, em 1746, demonstrou que o precipitado resultante da adição de um álcali a uma solução de alúmen diferia tanto da cal quanto do giz.

Um avanço veio em 1754 quando o químico alemão Andreas Sigismund Marggraf sintetizou com sucesso a terra de alúmen. Seu método envolvia ferver argila em ácido sulfúrico e introduzir potássio. Ele observou que a adição de soda, potássio ou qualquer álcali a uma solução desta terra recém-sintetizada em ácido sulfúrico resultava na formação de alúmen. Marggraf, observando sua solubilidade em ácidos após a secagem, caracterizou esta terra como alcalina. Seu trabalho também se estendeu para descrever os sais desta terra, incluindo cloreto, nitrato e acetato. Em 1758, o químico francês Pierre Macquer fez uma comparação entre alumina e terras metálicas, uma visão ecoada por seu compatriota, o químico Théodore Baron d'Hénouville, em 1760, que expressou confiança na identidade da alumina como uma terra metálica.

O químico sueco Torbern Bergman, em 1767, aprofundou a compreensão do alúmen ao sintetizá-lo por meio de dois métodos distintos: fervendo alunite em ácido sulfúrico e adicionando potássio à solução, e reagindo sulfatos de potássio com a terra de alúmen. Por meio desses experimentos, ele estabeleceu a identidade do alúmen como um sal duplo. Somando-se à crescente clareza, o químico farmacêutico sueco-alemão Carl Wilhelm Scheele, em 1776, demonstrou que tanto o alúmen quanto a sílica compartilhavam sua origem na argila e que o alúmen era desprovido de silício. Em 1782, o renomado químico francês Antoine Lavoisier classificou a alumina como um óxido de um metal, propondo que sua afinidade pelo oxigênio era tão potente que nenhum agente redutor conhecido poderia quebrar a ligação.

Em 1815, o químico sueco Jöns Jacob Berzelius apresentou a fórmula AlO3 para alumina. No entanto, foi o químico alemão Eilhard Mitscherlich que, em 1821, estabeleceu a fórmula correta como Al2O3. Essa correção provou ser instrumental na determinação subsequente de Berzelius do peso atômico preciso do metal: 27.

Produção industrial

Em 1854, na Academia de Ciências de Paris, o químico francês Henri Étienne Sainte-Claire Deville revelou um método industrial inovador para produzir alumínio. Seu processo envolvia a redução do cloreto de alumínio usando sódio, uma alternativa mais prática e econômica ao potássio empregado por Wöhler. Essa inovação permitiu que Deville criasse com sucesso um lingote do metal. Intrigado por suas potenciais aplicações militares, Napoleão III prometeu apoio financeiro substancial à pesquisa de Deville, esperando equipar o exército francês com armas leves e resistentes, capacetes, armaduras e outros equipamentos feitos desse novo e brilhante metal. Embora ainda não estivesse pronto para exibição pública, o fascínio do alumínio era tanto que Napoleão teria oferecido um banquete onde convidados estimados jantaram com utensílios de alumínio, um privilégio negado a outros que tiveram que se contentar com ouro.

A Exposição Universal de 1855 marcou a primeira exposição pública de doze pequenos lingotes de alumínio. Apelidado de "a prata do barro" devido à sua impressionante semelhança com a prata, o metal atraiu interesse significativo e provocou especulação generalizada sobre suas potenciais aplicações em arte, música, medicina, artes culinárias e utensílios de mesa. Escritores de vanguarda da época, incluindo Charles Dickens, Nikolay Chernyshevsky e Júlio Verne, previram um futuro moldado pelo alumínio. No entanto, a recepção não foi isenta de críticas. Alguns jornais rejeitaram o hype inicial, alegando que a quantidade exibida, um mero quilo, ficou aquém das expectativas e lançou dúvidas sobre o impacto revolucionário do metal. Apesar desse ceticismo, a exposição finalmente abriu caminho para a comercialização do alumínio. Naquele ano, ele entrou no mercado com o preço de 300 francos por quilo. Na feira subsequente de Paris, em 1867, fios de alumínio, folhas e uma nova liga — bronze-alumínio — estavam em exposição, demonstrando a versatilidade do metal e seu custo de produção econômico, impressionante resistência à corrosão e propriedades mecânicas desejáveis.

As primeiras tentativas de produzir alumínio comercialmente foram prejudicadas por vários fatores. Os fabricantes hesitavam em desviar recursos de metais estabelecidos como ferro e bronze, preferindo focar nesses materiais conhecidos e facilmente comercializáveis. Além disso, o alumínio produzido nessa época era frequentemente impuro, suas propriedades variando significativamente entre os lotes. Essa inconsistência criou relutância dentro das indústrias em adotar o novo metal.

Apesar desses desafios, Deville e seus parceiros estabeleceram a primeira unidade de produção industrial de alumínio do mundo em Rouen em 1856. Esta fundição foi posteriormente realocada várias vezes, finalmente se estabelecendo em Salindres. Em 1858, Deville havia refinado seu processo, utilizando bauxita como a principal fonte de alumina. Mais tarde, ele vendeu seus interesses em alumínio para a Compagnie d'Alais et de la Camargue de Henri Merle, uma empresa que dominaria o mercado francês de alumínio por décadas.

Embora o processo de Deville tenha representado um avanço significativo, ele não estava isento de limitações. A produção permaneceu relativamente baixa, atingindo apenas 1,8 toneladas métricas em 1872. A demanda por alumínio também era limitada, com o metal sendo frequentemente comparado à prata e usado principalmente para itens decorativos e joias.

Ao longo da década de 1880, novos locais de produção surgiram, cada um tentando refinar o processo e melhorar a pureza do alumínio produzido. O engenheiro britânico James Fern Webster alcançou sucesso notável em 1882, seu método produzindo alumínio significativamente mais puro do que o de Deville. Na América, William Frishmuth simplificou a produção, combinando a produção de sódio, alumina e alumínio em um único processo, enquanto as inovações de Hamilton Castner na produção de sódio reduziram significativamente o custo do alumínio. Apesar desses avanços, a adoção generalizada do alumínio permaneceu ilusória, prejudicada por altos custos de produção e aplicações industriais limitadas.

Uso em massa do alumínio

O declínio do preço do alumínio no final do século XIX levou à sua ampla adoção em uma variedade de objetos do cotidiano, de joias e armações de óculos a instrumentos ópticos. O final do século XIX e o início do século XX testemunharam um aumento no uso do alumínio. Utensílios de cozinha feitos desse metal leve começaram a substituir panelas e frigideiras tradicionais de cobre e ferro fundido no início dos anos 1900, coincidindo com o aumento da popularidade da folha de alumínio. Metalúrgicos descobriram que a liga de alumínio com outros metais aumentava sua resistência sem comprometer seu baixo peso. Isso levou ao desenvolvimento de ligas como o bronze de alumínio, amplamente utilizado na construção naval e na aviação por sua flexibilidade e resistência. A invenção do duralumínio em 1903 impulsionou ainda mais o uso do alumínio na aviação, principalmente na construção do motor do Wright Flyer.

O início do século XX viu o surgimento da reciclagem de alumínio, uma prática que rapidamente ganhou força. A capacidade do alumínio de ser reciclado repetidamente sem degradação o tornou um candidato ideal para esse processo. Inicialmente, apenas o alumínio que não havia chegado aos consumidores era reciclado. No entanto, a eclosão da Primeira Guerra Mundial aumentou drasticamente a demanda por alumínio, particularmente para componentes de aeronaves leves, mas robustos. Governos em todo o mundo investiram pesadamente na produção de alumínio, subsidiando fábricas e reforçando redes elétricas para atender à crescente demanda. A produção global aumentou de modestas 6.800 toneladas métricas em 1900 para mais de 100.000 toneladas métricas em 1916. Esse aumento, no entanto, não conseguiu acompanhar os requisitos de guerra, levando a um aumento significativo na reciclagem de alumínio.

Os anos do pós-guerra testemunharam uma queda na produção de alumínio, seguida por um período de rápido crescimento. O preço real do alumínio diminuiu constantemente ao longo da primeira metade do século XX, despencando de US$ 14.000 por tonelada métrica em 1900 para US$ 2.340 em 1948, com exceção de um pico acentuado durante a Primeira Guerra Mundial. Essa acessibilidade, juntamente com sua abundância, levou à sua adoção em várias aplicações. A Alemanha, lutando contra a hiperinflação em 1919, começou a substituir suas moedas de prata por equivalentes de alumínio. Em meados do século XX, o alumínio havia se tornado onipresente, firmemente estabelecido como um item básico nas residências em todo o mundo.

A década de 1930 marcou um ponto de virada para o alumínio, pois ele entrou no reino da engenharia civil, empregado em aplicações estruturais e internas. Simultaneamente, seu uso na engenharia militar, particularmente em motores de aeronaves e tanques, se expandiu. A indústria de transporte se beneficiou das propriedades leves do alumínio com a introdução de vagões de carga de alumínio em 1931, permitindo maior capacidade de carga.

Apesar do crescimento da reciclagem, o alumínio primário permaneceu superior devido aos desafios em manter uma química consistente e remover efetivamente as impurezas durante o processo de reciclagem. Fatores como preços flutuantes de energia também impactaram as taxas de reciclagem. Por exemplo, quando os preços de energia nos Estados Unidos caíram no final da década de 1930, produzir alumínio primário usando o processo Hall–Héroult de uso intensivo de energia se tornou mais viável economicamente, levando a um declínio na reciclagem de alumínio. No entanto, em 1940, a reciclagem em massa de alumínio pós-consumo havia se tornado uma realidade.

A Segunda Guerra Mundial viu um aumento na produção de alumínio, ultrapassando um milhão de toneladas métricas pela primeira vez em 1941. Seu uso na fabricação de aeronaves o tornou um ativo estratégico crucial. A importância do alumínio era tal que quando a Alcoa, a força dominante na produção de alumínio americana na época, hesitou em aumentar a produção, o Secretário do Interior dos EUA declarou em 1941: "Se a América perder a guerra, pode agradecer à Aluminum Corporation of America". A Alemanha, a principal produtora de alumínio em 1939, viu essa vantagem como essencial para seu esforço de guerra. Inicialmente simbólicas de declínio, as moedas de alumínio, em 1939, tornaram-se uma representação de poder. No entanto, em 1941, elas foram retiradas de circulação para conservar o metal para fins militares. Após sua entrada na guerra em 1940, o Reino Unido iniciou um programa de reciclagem de alumínio em larga escala, com o Ministro da Produção de Aeronaves pedindo ao público que contribuísse com qualquer alumínio doméstico disponível para a construção de aeronaves. A União Soviética, entre 1941 e 1945, recebeu 328.100 toneladas métricas de alumínio de seus aliados, cruciais para sua produção de aeronaves e motores de tanque. Estima-se que, sem esses suprimentos, a produção de aeronaves soviéticas teria sido reduzida pela metade.

Embora a produção global tenha declinado por um breve período após a guerra, ela logo retomou sua rápida ascensão. Em 1954, a produção mundial atingiu 2.810.000 toneladas métricas, excedendo a do cobre e estabelecendo o alumínio como o metal não ferroso mais produzido, perdendo apenas para o ferro na produção geral de metais.

A Era do Alumínio

O lançamento do satélite artificial inaugural da Terra em 1957, construído a partir de dois hemisférios de alumínio unidos, marcou o início do uso extensivo do alumínio em naves espaciais. Curiosamente, a lata de alumínio, produzida pela primeira vez em 1956, encontrou sua aplicação inicial como recipiente para bebidas em 1958. A década de 1960 viu o alumínio ser utilizado na produção de fios e cabos. A partir da década de 1970, sua alta relação resistência-peso o tornou uma escolha popular na construção de trens de alta velocidade e contribuiu para sua crescente presença na indústria automotiva.

Em 1955, o mercado global de alumínio era dominado por seis grandes players: Alcoa, Alcan (que se originou da Alcoa), Reynolds, Kaiser, Pechiney (uma fusão da Compagnie d'Alais et de la Camargue, que adquiriu a fundição de Deville, e da Société électrométallurgique française, que empregou Héroult) e Alusuisse (sucessora da Aluminium Industrie Aktien Gesellschaft de Héroult). Essas empresas coletivamente detinham uma market share de 86%. Por quase três décadas após 1945, o consumo de alumínio experimentou um crescimento anual quase constante de 10%, impulsionado por seu uso em expansão em aplicações de construção, cabos elétricos, folhas básicas e na indústria aeronáutica. O advento das latas de bebidas de alumínio no início dos anos 1970 impulsionou ainda mais esse crescimento. Esse aumento na produção, juntamente com avanços tecnológicos e custos reduzidos de extração e processamento, contribuíram para um declínio no preço real do alumínio até o início da década de 1970. Em 1973, o preço real caiu para US$ 2.130 por tonelada métrica (em dólares americanos de 1998). A produção global de alumínio ultrapassou 10.000.000 de toneladas métricas pela primeira vez em 1971.

No final da década de 1960, os governos começaram a reconhecer o impacto ambiental dos resíduos industriais. Regulamentações foram implementadas para incentivar a reciclagem e o descarte de resíduos. Os ânodos Söderberg, embora econômicos em termos de capital e mão de obra para cozimento de ânodos, eram prejudiciais ao meio ambiente devido aos desafios na captura e descarte de vapores de cozimento. Consequentemente, eles caíram em desuso, e a indústria voltou a usar ânodos pré-cozidos. Em um esforço para evitar potenciais restrições às latas de alumínio, a indústria do alumínio começou a promover sua reciclagem. Isso estimulou a reciclagem de alumínio pós-consumo. Nos Estados Unidos, por exemplo, a taxa de reciclagem desse tipo de alumínio aumentou 3,5 vezes de 1970 a 1980, e mais 7,5 vezes até 1990. O aumento dos custos de produção de alumínio primário durante as décadas de 1970 e 1980 também contribuiu para o crescimento da reciclagem de alumínio. Além disso, os avanços no controle da composição e na tecnologia de refino reduziram a lacuna de qualidade entre o alumínio primário e o secundário.

A década de 1970 viu o alumínio se tornar uma commodity comercializada devido ao aumento da demanda. Ele foi listado na London Metal Exchange, a mais antiga bolsa de metais industriais do mundo, em 1978. Daquele ponto em diante, o alumínio tem sido comercializado em dólares americanos, com seu preço flutuando junto com as taxas de câmbio. Vários fatores, incluindo a necessidade de explorar depósitos de menor qualidade, custos crescentes de energia e insumos de bauxita, flutuações cambiais e regulamentações de gases de efeito estufa, contribuíram para um aumento no custo líquido do alumínio. Consequentemente, o preço real do alumínio aumentou ao longo da década de 1970.

O aumento do preço real do alumínio, juntamente com mudanças em tarifas e impostos, levou a uma mudança nas quotas de produção global. Em 1972, os Estados Unidos, a União Soviética e o Japão coletivamente representavam quase 60% da produção primária global e uma proporção semelhante do consumo primário de alumínio. No entanto, em 2012, sua participação combinada havia diminuído para pouco mais de 10%. Essa mudança de produção, que começou na década de 1970, viu a produção se deslocar dos Estados Unidos, Japão e Europa Ocidental para regiões como Austrália, Canadá, Oriente Médio, Rússia e China. Essas regiões ofereciam custos de produção mais baixos devido aos preços mais baratos de eletricidade e políticas governamentais favoráveis, incluindo incentivos fiscais e subsídios. Avanços tecnológicos, preços mais baixos de energia e alumina e um dólar americano forte contribuíram para um declínio nos custos de produção durante as décadas de 1980 e 1990.

O alvorecer do século XXI viu a participação combinada das nações BRIC (Brasil, Rússia, Índia e China) na produção primária aumentar de 32,6% para 56,5%, e sua participação no consumo primário aumentar de 21,4% para 47,8%. A China, em particular, acumulou uma parcela significativa da produção global devido a recursos abundantes, energia barata e incentivos governamentais. A participação do país no consumo também disparou de meros 2% em 1972 para impressionantes 40% em 2010. O único outro país a manter uma porcentagem de dois dígitos foi os Estados Unidos, com 11%, sem nenhum outro país excedendo 5%. Transporte, engenharia, construção e embalagem foram os principais setores de consumo de alumínio nos Estados Unidos, Europa Ocidental e Japão.

Os preços crescentes de energia, alumina e carbono (usado em ânodos) exerceram pressão ascendente sobre os custos de produção em meados dos anos 2000. Isso foi exacerbado por mudanças nas taxas de câmbio, particularmente o enfraquecimento do dólar americano e o fortalecimento do yuan chinês. Este último se tornou cada vez mais significativo, pois uma grande proporção do alumínio chinês era relativamente barata.

Apesar dessas pressões de custo, a produção global de alumínio continuou sua trajetória ascendente, atingindo um recorde de 63.600.000 toneladas métricas em 2018 antes de experimentar uma ligeira queda em 2019. A produção de alumínio agora supera a de todos os outros metais não ferrosos combinados. Em 2019, o preço real do alumínio (em dólares americanos de 1998) era de US$ 1.400 por tonelada métrica, o que equivale a US$ 2.190 por tonelada na moeda atual.