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Metalurgiaver 4 6

O documento descreve os processos metalúrgicos de produção de ferro e aço, incluindo a extração de minério de ferro, produção de pelotas e sinter, alto-forno, refino em conversor a oxigênio e fabricação de aço. Detalha as principais reações químicas envolvidas e instalações industriais como alto-fornos e conversores a oxigênio.

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1 Química Industrial Inorgânica Ver 4.6 Crosta Terrestre: Placas em Movimento • Rochas ígneas ou magmáticas Subsolo do Brasil Subsolo do Brasil Principais jazidas de minérios metálicos no Brasil Distribuição dos Metais na Crosta  Terrestre Alumínio FerroFerro Cálcio Magnésio Sódio Potássio Outros Fonte: Esperidião, Ivone, Os Metais e o Homem Produção Mundial de Minérios (mil  toneladas por ano) Minério / Metal* mil toneladas/ano Ouro* 2,0 Mercúrio* 4,4 Prata* 14,2 Estanho 191,4 Minério / Metal* mil toneladas/ano Ouro* 2,0 Mercúrio* 4,4 Prata* 14,2 Estanho 191,4Estanho 191,4 Níquel 904,2 Titânio 3.301,0 Chumbo 3.323,5 Zinco 7.402,1 Cobre 9.199,3 Cromo 11.845,5 Manganês 23.216,3 Alumínio 111.453,7 Ferro 962.616,8 Estanho 191,4 Níquel 904,2 Titânio 3.301,0 Chumbo 3.323,5 Zinco 7.402,1 Cobre 9.199,3 Cromo 11.845,5 Manganês 23.216,3 Alumínio 111.453,7 Ferro 962.616,8
2 Metalurgia Metal no Minério (carga +) Metalurgia Metal como substância Simples(carga ) (carga nula) Metalurgia - É a seqüência de processos que visa à obtenção de um elemento metálico a partir de seu minério. Corrosão x Metalurgia Aumenta a facilidade de sofrer redução Al Zn Fe Ni Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au Aumenta a facilidade de sofrer oxidação Metal na Forma Oxidada Metalurgia Metal na Forma Reduzida Corrosão Operações na Metalurgia • Lavra Moagem/purificação do i é iminério Reação química de redução Purificação do metal Acabamento final FERRO -- SiderurgiaSiderurgia Aplicações • Maior aplicação é na forma de LIGA • Metal estrutural (construção civil, ...) • Industrial automobilística • Ferramentas e implementos FerroFerroFerro • Ferramentas e implementos • Pontes, caldeiras, tubulações, reatores, ... • Importância biológica • Compostos derivados do Ferro: FeSO4, ...
3 Ocorrência • Principais produtores mundiais de  Minério de ferro FerroFerroFerro País Produção anual (milhões toneladas) Participação no total mundial(milhões toneladas) total mundial Ex-URSS 236 24,5 % China 165 17,1 % Brasil 152 15,8 % Austrália 112 11,6 % EUA 56 5,8 % Participação dos principais produtosParticipação dos principais produtos exportadosexportados Principais empresas mineradoras brasileiras Vale Exportação de minerais metálicos
4 Ocorrência• O Quadrilátero FerríferoFerroFerroFerro Ocorrência• Serra do CarajásFerroFerroFerro Matérias‐Primas • Minérios de Ferro Carvão Pela coqueificação obtém se o COQUE FerroFerroFerro – Pela coqueificação, obtém-se o COQUE. Calcário – Possui a função de fundente, combinando- se com as impurezas, formando a escória. Matérias‐Primas • Minérios de Ferro FerroFerroFerro – Magnetita (Fe3O4 - contendo 72,4 % Fe) – Hematita (Fe2O3 - contendo 69,9 % Fe) Hematita ( 2 3 , ) – Limonita (2FeO3.3H2O - 48,3 % Fe) – Siderita (FeCO3) – Pirita (FeS2)
5 Matérias‐Primas • Minérios de Ferro FerroFerroFerro Produção de ferro gusa FerroFerroFerro Companhia Siderúrgica Nacional Produção do AçoProdução do Aço Ferro Primário ••Fontes de FerroFontes de Ferro 5mm<Pelotas<18mm5mm<Pelotas<18mm 5mm<Sinter<50mm5mm<Sinter<50mm 6mm< Minério <40mm6mm< Minério <40mm granuladogranulado 6mm< Minério <40mm6mm< Minério <40mm granuladogranulado Em detalheEm detalhe Processo de Pelotização Pelotas são aglomerados de forma esférica formados pela pelotização de minérios finos com o auxílio de aditivos seguido por um endurecimento a frio ou a quente. Os aditivos geralmente utilizados são: fundentes (calcário, dolomita), aglomerantes (bentonita, cal hidratada) e combustível sólido (antracito) Processo de Pelotização
6 Processo de Pelotização Processo de Sinterização Sinteres são aglomerados de forma irregular e esponjosa formados por meio de uma combustão forçada (sinterização) de um combustível previamente adicionado à mistura (finos minério de ferro; fundentes calcário areia; combustível finosferro; fundentes – calcário, areia; combustível – finos de coque; aditivos – corretivo de características para aproveitamento de resíduos de recirculação). Tecnologia criada com o objetivo de aproveitar minérios finos (quantidade crescente no mundo) e resíduos industriais. A sinterização atual visa basicamente elaborar uma carga de altíssima qualidade para o AF. F dChaminé Tambor de mistura A B C D E F Silos de armazenagem INSUMOS Finos de retorno Finos de minério Coque Calcário Pó de alto forno Processo de Sinterização Máquina de sinterizaçãoMáquina de sinterização Forno de igniçãoAlimentador Chaminé Exaustor Caixa de Despoeiramento Fragmentação do bolo de sinter Peneiramento a quente Sinter Peneiramento a frioFinos de retorno Resfriador rotativo Processo de Sinterização FerroFerroFerro Produção Alto Forno OO altoalto fornoforno éé umum fornoforno dede cubacuba queque operadooperado emem regimeregime dede contracontra correntecorrente.. NoNo topotopo dodo fornoforno oo coque,coque, calcário,calcário, ee oo materialmaterial portadorportador dede ferroferro (sinter,(sinter, pelotaspelotas ee minériominério granulado)granulado) sãosão carregadocarregado emem diferentesdiferentes camadascamadassãosão carregadocarregado emem diferentesdiferentes camadascamadas.. AA cargacarga sólida,sólida, alimentadaalimentada pelopelo topo,topo, descedesce porpor gravidadegravidade reagindoreagindo comcom oo gásgás queque sobesobe.. NaNa parteparte inferiorinferior dodo fornoforno oo arar quentequente (vindo(vindo dosdos regeneradores)regeneradores) éé injetadoinjetado atravésatravés dasdas ventaneirasventaneiras.. EmEm frentefrente asas ventaneirasventaneiras oo OO22,, presentepresente nono ar,ar, reagereage comcom oo coquecoque formandoformando monóxidomonóxido dede carbonocarbono (CO)(CO) queque ascendeascende nono fornoforno reduzindoreduzindo oo óxidoóxido dede ferroferro presentepresente nana cargacarga queque descedesce emem contracontra correntecorrente..
7 Alto Forno John A. Ricketts, Ispat Inland, Inc. A matéria prima requer de 6 a 8 horas para alcançar o fundo do forno (cadinho) na forma do produto final de metal fundido (gusa) e escória líquida (mistura de óxidos não reduzidos). Estes produtos líquidos são vazados em intervalos regulares de tempo. Alto Forno Os produtos do alto forno são o gusa (que segue para o processo de refino do aço), a escória (matéria-prima para a indústria de cimento), gases de topo e material particulado. Uma vez iniciada a campanha de um alto forno ele será operado continuamente de 4 a 10 anos com paradas curtas para manutenções planejadas. Processo Temperatura (°C) ΔH (kJ/Kmol) Evaporação da umidade 100 + 6,490 Remoção da água de hidratação 120 - 300 + 7,955 Remoção do CO2: 3 MnCO3 Mn3O4+CO2+CO 3 FeCO3 Fe3O4+CO2+CO FeCO3 FeO+CO2 > 525 380 - 570 > 570 + 363,791 + 236,973 + 112,206 Redução do Fe2O3 a Fe3O4: 3Fe2O3+CO Fe3O4+CO2 400 - 550 - 52,854 Alto FornoAlto Forno Reações químicas típicas do Alto FornoReações químicas típicas do Alto Forno ç 2 3 3 4 2 3 3 4 2 , Remoção do CO2: MgCO3 MgO+CO2 MgCO3 . CaCO3 MgO. CaO+CO2 400 - 500 400 - 750 + 114,718 + 304,380 Decomposição do CO: 2CO CO2+C 450 - 600 - 172,467 Redução do Fe3O4 a FeO: Fe3O4+CO 3FeO+CO2 570 - 800 + 36,463 Remoção do CO2: CaCO3 CaO+CO2 850 - 950 + 177,939 Redução do FeO a Fe: FeO+CO Fe+CO2 650 - Ts - 17,128 Reação de Boudouard: CO2+C 2CO > 900 + 172,467 Fusão da escória primária 1100 + 921,1 (kg slag) Dissolução do CaO na escória primária 1250 + 1046,7 (kg Fe) Combustão do Ccoque: Ccoque+O2 CO 2Ccoque+CO2 2CO Ccoque+0.5O2 CO 1800 - 2000 2000 - 1450 1550 - 406,120 + 172,467 - 116,83 Produção • Instalação de Alto forno FerroFerroFerro Produção • O Alto forno FerroFerroFerro Produção • O Alto forno FerroFerroFerro Fe2O3 + CO → CO2 + 2 FeO CO2 + C → 2 CO FeO + CO → CO2 + Fe CO2 + C → 2 CO C + O2 → CO2 Ar
8 COQUEMINÉRIO Fe2O3 MnO2 P2O5 K2O SiO2 CaO Al2O3 GÁS GÁS C GÁS GÁS AsAs condiçõescondições termodinâmicastermodinâmicas existentesexistentes nono interiorinterior dodo reatorreator promovempromovem aa incorporaçãoincorporação dede algumasalgumas impurezasimpurezas aoao gusagusa líquidolíquido ee separasepara outrasoutras nana fasefase escóriaescória ee gásgás.. Alto Forno ESCÓRIA GUSA Fe3O4 FeO FeO Fe (99%) Si (10%) SiO2 CaO Al2O3P2O5 P (95%) K2O C (12%)Mn (70%) MnO Mn3O4 MnO Produção • Lingote de ferro‐gusa FerroFerroFerro Produção • Fabricação do Aço FerroFerroFerro Método mais usado: • Pneumáticos - Agente oxidante é o ar ou oxigênio Ligas de Ferro Teor de Carbono Ferro-gusa 2 a 5 % 0,5 a 1,7 % < 0,5 % Aço Ferro doce Produção do Aço Líquido AA produçãoprodução dodo açoaço líquidolíquido sese dádá atravésatravés dada oxidaçãooxidação controladacontrolada dasdas impurezasimpurezas presentespresentes nono gusagusa líquidolíquido ee nana sucatasucata.. EsteEste processoprocesso éé denominadodenominado refinorefino dodo açoaço ee éépp çç realizadorealizado emem umauma instalaçãoinstalação conhecidaconhecida comocomo aciariaaciaria.. OO refinorefino dodo açoaço normalmentenormalmente éé realizadorealizado emem bateladabatelada pelospelos seguintesseguintes processosprocessos:: -- AciariaAciaria aa oxigêniooxigênio –– ConversorConversor LDLD (carga(carga predominantementepredominantemente líquida)líquida).. -- AciariaAciaria elétricaelétrica –– FornoForno elétricoelétrico aa arcoarco –– FEAFEA (carga(carga predominantementepredominantemente sólida)sólida).. *LD – Linz-Donawitz Produção • Conversor a oxigênio (LD) FerroFerroFerro Produção • Conversor a oxigênio (LD) FerroFerroFerro
9 Conversor LD Conversor LD Conversor LD Responsável por cerca 60% (540 milhões ton/ano) da produção de aço líquido mundial, a tecnologia continua a ser a mais importante rota para a produção de aço particularmente chapas de aço deprodução de aço, particularmente, chapas de aço de alta qualidade. Processo industrial teve início em 1952, quando o oxigênio tornou-se industrialmente barato. A partir daí o crescimento foi explosivo. Permite elaborar uma enorme gama de tipos de aços, desde o baixo carbono aos média-liga. Aciaria Elétrica Aciaria Elétrica Processo industrial começou no início do século XX. Inicialmente, o forno elétrico era considerado sobretudo como um aparelho para a fabricação de aços especiais, inoxidáveis e de alta liga.ç p , g Atualmente, ele tem sido cada vez mais utilizado na fabricação de aço carbono. Processo reciclador de sucata por excelência; não há restrição para proporção de sucata na carga. A participação do aço elétrico no mundo vem crescendo substancialmente nas últimas décadas. Metalurgia de Panela ApósApós oo refino,refino, oo açoaço aindaainda nãonão sese encontraencontra emem condiçõescondições dede serser lingotadolingotado.. OO tratamentotratamento aa serser feitofeito visavisa osos acertosacertos finaisfinais nana composiçãocomposição químicaquímica ee nana temperaturatemperatura.. Portanto,Portanto, situasitua--sese entreentre oo refinorefino ee oo lingotamentolingotamento contínuocontínuo nana cadeiacadeia dede produçãoprodução dede açoaço carbonocarbono..
10 As seguintes operações podem ser executadas: - Homogeneização do calor; - Ajuste da composição; Ajuste da temperatura do aço; Forno de Panela - Ajuste da temperatura do aço; - Desoxidação – remoção do oxigênio residual do aço e cria condições termodinâmicas para a adição de elementos de liga (os desoxidantes mais comuns são ferro-ligas, escolhidos em função do aço a ser fabricado (FeMn, FeSiMn) e Alumínio. - Desulfuração com escória sintética ou injeção de pós; - Desfosforação Forno de Panela Forno na metalurgia de panela TodaToda aa etapaetapa dede refinorefino dodo açoaço sese dádá nono estadoestado líquidolíquido.. ÉÉ necessário,necessário, pois,pois, solidificásolidificá--lolo dede formaforma adequadaadequada emem funçãofunção dada suasua utilizaçãoutilização posteriorposterior.. LingotamentoLingotamento Lingotamento ContínuoLingotamento Contínuo ConformaçãoConformação AA grandegrande importânciaimportância dosdos metaismetais nana tecnologiatecnologia modernamoderna devedeve--se,se, emem grandegrande parte,parte, àà facilidadefacilidade comcom queque eleseles podempodem serser produzidosproduzidos nasnas maismais variadasvariadas formas,formas, parapara atenderatender aa diferentesdiferentes usosusos.. OsOs processosprocessos dede fabricaçãofabricação dede peçaspeças aa partirpartir dosdos metaismetais nono estadoestado sólidosólido podempodem serser classificadosclassificados emem:: -- ConformaçãoConformação MecânicaMecânica:: volumevolume ee massamassa sãosão conservadosconservados;; -- RemoçãoRemoção MetálicaMetálica ouou UsinagemUsinagem:: retiraretira--sese materialmaterial parapara sese obterobter aa formaforma desejadadesejada;; OsOs processosprocessos dede conformaçãoconformação mecânicamecânica podempodem serser classificadosclassificados dede acordoacordo comcom oo tipotipo dede forçaforça aplicadaaplicada aoao materialmaterial:: -- Compressão direta:Compressão direta: Forjamento, Laminação;Forjamento, Laminação; ConformaçãoConformação pp j çj ç -- Compressão indireta:Compressão indireta: TrefilaçãoTrefilação, Extrusão,, Extrusão, EmbutimentoEmbutimento;; -- TrativoTrativo:: Estiramento;Estiramento; -- Dobramento:Dobramento: Dobramento;Dobramento; -- Cisalhamento:Cisalhamento: Corte.Corte.
11 ExtrusãoExtrusão: Processo no qual um bloco de metal tem: Processo no qual um bloco de metal tem reduzida sua seção transversal pela aplicação dereduzida sua seção transversal pela aplicação de pressões elevadas, forçandopressões elevadas, forçando--o a escoar através doo a escoar através do orifício de uma matrizorifício de uma matriz.. Tipos de ConformaçãoTipos de Conformação T fil ãT fil ã P i t t lP i t t l ExtrusãoExtrusão TrefilaçãoTrefilação TrefilaçãoTrefilação: Processo que consiste em puxar o metal: Processo que consiste em puxar o metal através de uma matriz, por meio de uma força deatravés de uma matriz, por meio de uma força de tração a ele aplicada na saída dessa mesma matriz.tração a ele aplicada na saída dessa mesma matriz. ForjamentoForjamento: Processo de transformação de metais por: Processo de transformação de metais por prensagem ouprensagem ou martelamentomartelamento (é a mais antiga forma de(é a mais antiga forma de conformação existenteconformação existente).). Tipos de ConformaçãoTipos de Conformação LaminaçãoLaminação: Processo de deformação plástica no qual: Processo de deformação plástica no qual Forjamento Laminação o metal tem sua forma alterada ao passar entre rolos eo metal tem sua forma alterada ao passar entre rolos e rotação. É o de maior uso em função de sua altarotação. É o de maior uso em função de sua alta produtividade e precisão dimensional. Pode ser a quenteprodutividade e precisão dimensional. Pode ser a quente ou a frio.ou a frio. Dobramento Forjamento Laminação ExtrusãoExtrusão Tipos de ConformaçãoTipos de Conformação Trefilação Embutimento ProfundoEstiramento Matriz Cisalhamento τ Lingotamento e LaminaçãoLingotamento e Laminação Nomenclatura para AçosNomenclatura para Aços
12 Produção • Aço Temperado FerroFerroFerro Em altas temperaturas, o ferro e o carbono se combinam para formar a cementita (Fe3C). • Quando resfriada lentamente, se decompõe • Quando resfriada rapidamente, a cementita não se decompõe, originando um material mais duro e resistente. Processo: Têmpera Aplicações • Metal Estrutural (Aviões, navios,  automóveis, trocadores de calor, ... • Indústria de construção (portas, janelas,  AlumínioAlumínioAlumínio etc. ) • Recipientes diversos ( embalagens para  bebidas) • Utensílios de cozinha • Compostos derivados do alumínio: Al(OH)3,  Al2(SO4)3, etc. Ocorrência • Principais produtores mundiais de  Minério de Alumínio País Produção anual ( il t l d ) Participação no t t l di l AlumínioAlumínioAlumínio (mil toneladas) total mundial Austrália 40.503 36,3 % Guiné 17.524 15,7 % Jamaica 11.608 10,4 % Brasil 10.500 9,4 % Ex-URSS 5.350 4,8 % AlumínioAlumínioAlumínio Produção Mundial de Alumínio Fonte: Anuário Estatístico 2009 - MME Ocorrência • O alumínio é o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre. AlumínioAlumínioAlumínio
13 Matérias‐Primas AlumínioAlumínioAlumínio Minério de Alumínio • Bauxita - Al2O3.H2O - Teor de Al2O3 de 40 a 60 % Produção de Alumínio • Obtenção da Alumina ( Al2O3 ), a partir do  minério AlumínioAlumínioAlumínio Eletrólise da Alumina rocesso Produtivo do Alumínio - MineraçãoP AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do Alumínio - MineraçãoP Lavra AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do Alumínio - MineraçãoP Lavra AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do Alumínio - MineraçãoP Recuperação do local AlumínioAlumínioAlumínio
14 rocesso Produtivo do Alumínio - MineraçãoP Beneficiamento AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do Alumínio - MineraçãoP Beneficiamento AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do Alumínio - MineraçãoP Tratamento de resíduos AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do Alumínio - MineraçãoP Homogeneização AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do Alumínio - MineraçãoP Transporte AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do AlumínioP Minério AlumínioAlumínioAlumínio
15 Obtenção da Alumina - Al2O3 BauxitaBauxita Britada e  moída NaAl(OH) Fe2O3 sólido NaOHNaOH Autoclave NaAl(OH)4 Al(OH)3  sólido Al2O3 sólido 250 oC 1200 oC rocesso Produtivo do AlumínioPAlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do AlumínioP Alumina AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do AlumínioP Alumina AlumínioAlumínioAlumínio AlumínioAlumínioAlumínio Eletrólise da Alumina Principal Processo: de Héroult & Hall 1886 – Uso da criolitada criolita (Na3AlF6): de temperaturas superiores a 2000 oC para cerca de 1000 oC. AlumínioAlumínioAlumínio Eletrólise da Alumina Principal Processo: de Héroult & Hall – Matérias-primas • Alumina (Al2O3)Alumina (Al2O3) • Criolita (Na3AlF6 ) • Grafite • Outros: CaF2, AlF3 e Li2CO3
16 AlumínioAlumínioAlumínio Eletrólise da Alumina G fitG fit GrafiteGrafite Polo positivo GrafiteGrafite Polo negativo AlAl fundido Mistura: AlAl 22OO33 + Criolita+ Criolita rocesso Produtivo do AlumínioP Redução AlumínioAlumínioAlumínio AlumínioAlumínioAlumínio Cuba de Redução do Alumínio Eletrólise rocesso Produtivo do AlumínioP Redução AlumínioAlumínioAlumínio Khakas aluminium smelter, Russia AlumínioAlumínioAlumínio Eletrólise da Alumina Ânodo: Eletrodo de Grafite • 2 O2- → O2 + 4e- • C + O2 → CO2 Cátodo: Revestimento de Grafite • Al3+ + 3e- → Alo rocesso Produtivo do AlumínioP Fundição AlumínioAlumínioAlumínio
17 rocesso Produtivo do AlumínioP Matéria-prima AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do AlumínioP Produtos fundidos AlumínioAlumínioAlumínio Tarugos Chapas Lingotes Vergalhões Placas rocesso Produtivo do AlumínioP Produtos fundidos Tarugos AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do AlumínioP Produtos fundidos Chapas Lingotes AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do AlumínioP Produtos fundidos Vergalhões Placas AlumínioAlumínioAlumínio COBRECOBRE
18 Ocorrência • Cobre nativo CobreCobreCobre Cuprita Cu2O Calcosita Cu2S Fonte: www.cdcc.sc.usp.br 2 Ocorrência • Malaquita CuCO3.Cu(OH)2 CobreCobreCobre Atacamita CuCl2.3Cu(OH)2 Fonte: www.cdcc.sc.usp.br Ocorrência • Exploração do minério de cobre a céu aberto. CobreCobreCobre Fonte: Canto, 1996 Ocorrência • mapa de localização da mina Caraíba no município de  Jaguarari (Bahia) e a mina. CobreCobreCobre Fonte: Centro de Tecnologia Mineral Ministério da Ciência e Tecnologia Economia CobreCobreCobre CobreCobreCobre
19 CobreCobreCobre Produção Mundial de Cobre refinado Fonte: Anuário Estatístico 2009 - MME CobreCobreCobre CobreCobreCobre Beneficiamento do Minério de Cobre CobreCobreCobre Beneficiamento do Minério de Cobre CobreCobreCobre Produção de Cobre • A calcosita reage, sob aquecimento, com  oxigênio, produzindo cobre metálico e dióxido  de enxofre. • É a USTULAÇÃO da calcosita• É a USTULAÇÃO da calcosita • Cu2S  +   O2 → 2 Cu  +  SO2 CobreCobreCobre Produção de Cobre
20 CobreCobreCobre Produção de Cobre Ocorrência • Blenda ( ZnS ) ZincoZincoZinco Fonte: Canto, 1996 Produção de Zinco • A Blenda reage, sob aquecimento, com oxigênio, produzindo o óxido  de zinco e e o dióxido de enxofre. • É a USTULAÇÃO da blenda. • 2 ZnS +  3 O2 → 2 ZnO  +  2 SO2  ZincoZincoZinco Produção de Zinco • O óxido de zinco reage, sob aquecimento, com carbono, produzindo  zinco metálico  e monóxido de carbono. • O carbono atua como agente redutor. • ZnO  +  C  → Zn  + CO ZincoZincoZinco Aplicações • Produção de aço galvanizado • Pilhas comuns e alcalinas • Liga de latão (20% Zn e 80% Cu) ZincoZincoZinco • Seus compostos: – ZnS (osciloscópios, telas detectoras de raios X – ZnO (fungicida)
21 ZincoZincoZinco Produção Mundial de Zinco Fonte: Anuário Estatístico 2009 - MME ESTANHO Ocorrência • Cassiterita ( SnO2 ) EstanhoEstanhoEstanho Fonte: Canto, 1996 Ocorrência • Principais estados produtores de cassiterita: • Amazonas, Pará, Rondônia*, Mato Grosso, Goiais,  Minas Gerais e Rio Grande do Sul.  EstanhoEstanhoEstanho Fonte: Canto, 1996 * Mais de 50% Produção de Estanho • A cassiterita reage, sob aquecimento, com  carbono, produzindo estanho metálico  e  monóxido de carbono EstanhoEstanhoEstanho monóxido de carbono. • O carbono atua como agente redutor. • SnO2 +  2 C  → Sn  +  2 CO * Pode ser purificado por eletrólise, de forma análoga ao cobre. Aplicações • Liga de bronze (10% Sn e 90% Cu); • Liga com Pb em solda eletrônica; • Proteção do aço (“lata” ou folha‐de‐ EstanhoEstanhoEstanho flandres);
22 EstanhoEstanhoEstanho Produção Mundial de Estanho Fonte: Anuário Estatístico 2009 - MME MANGANÊS Ocorrência • Pirolusita ( MnO2 ) ManganêsManganêsManganês Fonte: Canto, 1996 Ocorrência • Jazida de minério de Mn na Serra do Navio, Amapá. ManganêsManganêsManganês Fonte: Canto, 1996 Produção de Manganês • Redução da pirolusita com coque • Redução da pirolusita com Al (aluminotermia) ManganêsManganêsManganês Aplicações • Indústria do aço: Ligas ( 95%) • Seus compostos: – Pilhas secas ManganêsManganêsManganês – Indústria de cerâmica – Agentes oxidantes
23 MERCÚRIO Ocorrência • Cinábrio ( HgS ) MercúrioMercúrioMercúrio Fonte: Canto, 1996 Produção do Mercúrio • Ustulação do cinábrio (HgS) produz vapor  de mercúrio. Q d f i d à t t MercúrioMercúrioMercúrio • Quando resfriado à temperatura  ambiente, converte‐se em líquido  prateado, largamente utilizado. • HgS +   O2 → Hg  +  SO2 Aplicações • Pilhas de mercúrio; • Fungicidas e medicamentos; • Termômetros; MercúrioMercúrioMercúrio • Lâmpadas de iluminação; • Amálgamas dentários; • Extração de metais como Ouro e Prata; • Supercondutores. Mercúrio nos garimpos • Em muitos garimpos o ouro se encontra na  forma de pó, misturado na lama. MercúrioMercúrioMercúrio Fonte: Canto, 1996 Mercúrio nos garimpos • Para separar o ouro, o garimpeiro coloca a mistura na bateia e  acrescenta mercúrio, metal líquido que dissolve o ouro, mas não a  lama. MercúrioMercúrioMercúrio Fonte: Canto, 1996
24 Mercúrio nos garimpos • O amálgama é transferido para outro recipiente, em que é fervido.  O mercúrio evapora, sobrando apenas ouro. MercúrioMercúrioMercúrio Fonte: Canto, 1996 Sobra na bateia a lama contaminada com mercúrio, que é jogada  de volta ao rio. NÍQUEL Ocorrência • O mais importante minério é a PENTLANDITA  (FeS.NiS). • As maiores jazidas brasileira de minério de níquel  encontram‐se em Goiás. NíquelNíquelNíquel encontram se em Goiás. • O Município de Niquelândia, a nordeste de Brasília,  responde por quase metade da produção nacional. Fonte: Museo Don Felipe de Borbón y Grecia - ETSI de Minas, Madrid Produção de Níquel • O sulfeto de níquel reage, sob  aquecimento, com oxigênio, produzindo o  óxido de níquel e e o dióxido de enxofre NíquelNíquelNíquel óxido de níquel e e o dióxido de enxofre.  (USTULAÇÃO). • 2 NiS +  3 O2 → 2 NiO +  2 SO2  Produção de Níquel • O óxido de níquel reage, sob  aquecimento, com carbono, produzindo  níquel metálico e monóxido de carbono NíquelNíquelNíquel níquel metálico  e monóxido de carbono. • O carbono atua como agente redutor. • NiO +  C  → Ni + CO Aplicações • Produção de aço especiais (ligas); • Revestimento do aço (niquelação); • Catalisador de reações químicas; NíquelNíquelNíquel • Moedas (ligas Ni e Cu) • Liga (Ni, Fe e Cr): filamentos de  aquecimento. • Liga (Ni, Al e Co): imãs permanentes
25 NíquelNíquelNíquel Produção Mundial de Níquel Fonte: Anuário Estatístico 2009 - MME CHUMBO ChumboChumboChumbo Ocorrência Galena ( PbS ) Fonte: Canto, 1996 ChumboChumboChumbo Produção de Chumbo • A galena reage, sob aquecimento, com  oxigênio, produzindo óxido de chumbo II e  dióxido de enxofre. • É a USTULAÇÃO da galena• É a USTULAÇÃO da galena. • 2 PbS +  3 O2 → 2 PbO +  2 SO2 ChumboChumboChumbo Produção de Chumbo • O óxido de chumbo II reage, sob aquecimento,  com carbono, produzindo chumbo metálico  e  monóxido de carbono. • O carbono atua como agente redutor• O carbono atua como agente redutor. • PbO +  C  → Pb + CO Aplicações • Baterias  • Ligas para soldas • Proteção contra a radiação (raios X e radiação  ) ChumboChumboChumbo gama) • Munição • Compostos: ‐ Litargírio (PbO) – Usado para vitrificar a  cerâmica.
26 ChumboChumboChumbo Produção Mundial de Chumbo Fonte: Anuário Estatístico 2009 - MME CobreCobreCobreProdução Brasileira de Metais Não‐ Ferrosos Fonte: Anuário Estatístico 2009 - MME Ligas Metálicas

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Metalurgiaver 4 6

  • 1.
    1 Química Industrial Inorgânica Ver4.6 Crosta Terrestre: Placas em Movimento • Rochas ígneas ou magmáticas Subsolo do Brasil Subsolo do Brasil Principais jazidas de minérios metálicos no Brasil Distribuição dos Metais na Crosta  Terrestre Alumínio FerroFerro Cálcio Magnésio Sódio Potássio Outros Fonte: Esperidião, Ivone, Os Metais e o Homem Produção Mundial de Minérios (mil  toneladas por ano) Minério / Metal* mil toneladas/ano Ouro* 2,0 Mercúrio* 4,4 Prata* 14,2 Estanho 191,4 Minério / Metal* mil toneladas/ano Ouro* 2,0 Mercúrio* 4,4 Prata* 14,2 Estanho 191,4Estanho 191,4 Níquel 904,2 Titânio 3.301,0 Chumbo 3.323,5 Zinco 7.402,1 Cobre 9.199,3 Cromo 11.845,5 Manganês 23.216,3 Alumínio 111.453,7 Ferro 962.616,8 Estanho 191,4 Níquel 904,2 Titânio 3.301,0 Chumbo 3.323,5 Zinco 7.402,1 Cobre 9.199,3 Cromo 11.845,5 Manganês 23.216,3 Alumínio 111.453,7 Ferro 962.616,8
  • 2.
    2 Metalurgia Metal no Minério (carga+) Metalurgia Metal como substância Simples(carga ) (carga nula) Metalurgia - É a seqüência de processos que visa à obtenção de um elemento metálico a partir de seu minério. Corrosão x Metalurgia Aumenta a facilidade de sofrer redução Al Zn Fe Ni Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au Aumenta a facilidade de sofrer oxidação Metal na Forma Oxidada Metalurgia Metal na Forma Reduzida Corrosão Operações na Metalurgia • Lavra Moagem/purificação do i é iminério Reação química de redução Purificação do metal Acabamento final FERRO -- SiderurgiaSiderurgia Aplicações • Maior aplicação é na forma de LIGA • Metal estrutural (construção civil, ...) • Industrial automobilística • Ferramentas e implementos FerroFerroFerro • Ferramentas e implementos • Pontes, caldeiras, tubulações, reatores, ... • Importância biológica • Compostos derivados do Ferro: FeSO4, ...
  • 3.
    3 Ocorrência • Principais produtores mundiais de  Minério de ferro FerroFerroFerro País Produçãoanual (milhões toneladas) Participação no total mundial(milhões toneladas) total mundial Ex-URSS 236 24,5 % China 165 17,1 % Brasil 152 15,8 % Austrália 112 11,6 % EUA 56 5,8 % Participação dos principais produtosParticipação dos principais produtos exportadosexportados Principais empresas mineradoras brasileiras Vale Exportação de minerais metálicos
  • 4.
    4 Ocorrência• O Quadrilátero FerríferoFerroFerroFerro Ocorrência•Serra do CarajásFerroFerroFerro Matérias‐Primas • Minérios de Ferro Carvão Pela coqueificação obtém se o COQUE FerroFerroFerro – Pela coqueificação, obtém-se o COQUE. Calcário – Possui a função de fundente, combinando- se com as impurezas, formando a escória. Matérias‐Primas • Minérios de Ferro FerroFerroFerro – Magnetita (Fe3O4 - contendo 72,4 % Fe) – Hematita (Fe2O3 - contendo 69,9 % Fe) Hematita ( 2 3 , ) – Limonita (2FeO3.3H2O - 48,3 % Fe) – Siderita (FeCO3) – Pirita (FeS2)
  • 5.
    5 Matérias‐Primas • Minérios de Ferro FerroFerroFerro Produção de ferro gusa FerroFerroFerro Companhia SiderúrgicaNacional Produção do AçoProdução do Aço Ferro Primário ••Fontes de FerroFontes de Ferro 5mm<Pelotas<18mm5mm<Pelotas<18mm 5mm<Sinter<50mm5mm<Sinter<50mm 6mm< Minério <40mm6mm< Minério <40mm granuladogranulado 6mm< Minério <40mm6mm< Minério <40mm granuladogranulado Em detalheEm detalhe Processo de Pelotização Pelotas são aglomerados de forma esférica formados pela pelotização de minérios finos com o auxílio de aditivos seguido por um endurecimento a frio ou a quente. Os aditivos geralmente utilizados são: fundentes (calcário, dolomita), aglomerantes (bentonita, cal hidratada) e combustível sólido (antracito) Processo de Pelotização
  • 6.
    6 Processo de Pelotização Processo de Sinterização Sinteres sãoaglomerados de forma irregular e esponjosa formados por meio de uma combustão forçada (sinterização) de um combustível previamente adicionado à mistura (finos minério de ferro; fundentes calcário areia; combustível finosferro; fundentes – calcário, areia; combustível – finos de coque; aditivos – corretivo de características para aproveitamento de resíduos de recirculação). Tecnologia criada com o objetivo de aproveitar minérios finos (quantidade crescente no mundo) e resíduos industriais. A sinterização atual visa basicamente elaborar uma carga de altíssima qualidade para o AF. F dChaminé Tambor de mistura A B C D E F Silos de armazenagem INSUMOS Finos de retorno Finos de minério Coque Calcário Pó de alto forno Processo de Sinterização Máquina de sinterizaçãoMáquina de sinterização Forno de igniçãoAlimentador Chaminé Exaustor Caixa de Despoeiramento Fragmentação do bolo de sinter Peneiramento a quente Sinter Peneiramento a frioFinos de retorno Resfriador rotativo Processo de Sinterização FerroFerroFerro Produção Alto Forno OO altoalto fornoforno éé umum fornoforno dede cubacuba queque operadooperado emem regimeregime dede contracontra correntecorrente.. NoNo topotopo dodo fornoforno oo coque,coque, calcário,calcário, ee oo materialmaterial portadorportador dede ferroferro (sinter,(sinter, pelotaspelotas ee minériominério granulado)granulado) sãosão carregadocarregado emem diferentesdiferentes camadascamadassãosão carregadocarregado emem diferentesdiferentes camadascamadas.. AA cargacarga sólida,sólida, alimentadaalimentada pelopelo topo,topo, descedesce porpor gravidadegravidade reagindoreagindo comcom oo gásgás queque sobesobe.. NaNa parteparte inferiorinferior dodo fornoforno oo arar quentequente (vindo(vindo dosdos regeneradores)regeneradores) éé injetadoinjetado atravésatravés dasdas ventaneirasventaneiras.. EmEm frentefrente asas ventaneirasventaneiras oo OO22,, presentepresente nono ar,ar, reagereage comcom oo coquecoque formandoformando monóxidomonóxido dede carbonocarbono (CO)(CO) queque ascendeascende nono fornoforno reduzindoreduzindo oo óxidoóxido dede ferroferro presentepresente nana cargacarga queque descedesce emem contracontra correntecorrente..
  • 7.
    7 Alto Forno John A. Ricketts,Ispat Inland, Inc. A matéria prima requer de 6 a 8 horas para alcançar o fundo do forno (cadinho) na forma do produto final de metal fundido (gusa) e escória líquida (mistura de óxidos não reduzidos). Estes produtos líquidos são vazados em intervalos regulares de tempo. Alto Forno Os produtos do alto forno são o gusa (que segue para o processo de refino do aço), a escória (matéria-prima para a indústria de cimento), gases de topo e material particulado. Uma vez iniciada a campanha de um alto forno ele será operado continuamente de 4 a 10 anos com paradas curtas para manutenções planejadas. Processo Temperatura (°C) ΔH (kJ/Kmol) Evaporação da umidade 100 + 6,490 Remoção da água de hidratação 120 - 300 + 7,955 Remoção do CO2: 3 MnCO3 Mn3O4+CO2+CO 3 FeCO3 Fe3O4+CO2+CO FeCO3 FeO+CO2 > 525 380 - 570 > 570 + 363,791 + 236,973 + 112,206 Redução do Fe2O3 a Fe3O4: 3Fe2O3+CO Fe3O4+CO2 400 - 550 - 52,854 Alto FornoAlto Forno Reações químicas típicas do Alto FornoReações químicas típicas do Alto Forno ç 2 3 3 4 2 3 3 4 2 , Remoção do CO2: MgCO3 MgO+CO2 MgCO3 . CaCO3 MgO. CaO+CO2 400 - 500 400 - 750 + 114,718 + 304,380 Decomposição do CO: 2CO CO2+C 450 - 600 - 172,467 Redução do Fe3O4 a FeO: Fe3O4+CO 3FeO+CO2 570 - 800 + 36,463 Remoção do CO2: CaCO3 CaO+CO2 850 - 950 + 177,939 Redução do FeO a Fe: FeO+CO Fe+CO2 650 - Ts - 17,128 Reação de Boudouard: CO2+C 2CO > 900 + 172,467 Fusão da escória primária 1100 + 921,1 (kg slag) Dissolução do CaO na escória primária 1250 + 1046,7 (kg Fe) Combustão do Ccoque: Ccoque+O2 CO 2Ccoque+CO2 2CO Ccoque+0.5O2 CO 1800 - 2000 2000 - 1450 1550 - 406,120 + 172,467 - 116,83 Produção • Instalação de Alto forno FerroFerroFerro Produção • O Alto forno FerroFerroFerro Produção • O Alto forno FerroFerroFerro Fe2O3 + CO → CO2 + 2 FeO CO2 + C → 2 CO FeO + CO → CO2 + Fe CO2 + C → 2 CO C + O2 → CO2 Ar
  • 8.
    8 COQUEMINÉRIO Fe2O3 MnO2 P2O5K2O SiO2 CaO Al2O3 GÁS GÁS C GÁS GÁS AsAs condiçõescondições termodinâmicastermodinâmicas existentesexistentes nono interiorinterior dodo reatorreator promovempromovem aa incorporaçãoincorporação dede algumasalgumas impurezasimpurezas aoao gusagusa líquidolíquido ee separasepara outrasoutras nana fasefase escóriaescória ee gásgás.. Alto Forno ESCÓRIA GUSA Fe3O4 FeO FeO Fe (99%) Si (10%) SiO2 CaO Al2O3P2O5 P (95%) K2O C (12%)Mn (70%) MnO Mn3O4 MnO Produção • Lingote de ferro‐gusa FerroFerroFerro Produção • Fabricação do Aço FerroFerroFerro Método mais usado: • Pneumáticos - Agente oxidante é o ar ou oxigênio Ligas de Ferro Teor de Carbono Ferro-gusa 2 a 5 % 0,5 a 1,7 % < 0,5 % Aço Ferro doce Produção do Aço Líquido AA produçãoprodução dodo açoaço líquidolíquido sese dádá atravésatravés dada oxidaçãooxidação controladacontrolada dasdas impurezasimpurezas presentespresentes nono gusagusa líquidolíquido ee nana sucatasucata.. EsteEste processoprocesso éé denominadodenominado refinorefino dodo açoaço ee éépp çç realizadorealizado emem umauma instalaçãoinstalação conhecidaconhecida comocomo aciariaaciaria.. OO refinorefino dodo açoaço normalmentenormalmente éé realizadorealizado emem bateladabatelada pelospelos seguintesseguintes processosprocessos:: -- AciariaAciaria aa oxigêniooxigênio –– ConversorConversor LDLD (carga(carga predominantementepredominantemente líquida)líquida).. -- AciariaAciaria elétricaelétrica –– FornoForno elétricoelétrico aa arcoarco –– FEAFEA (carga(carga predominantementepredominantemente sólida)sólida).. *LD – Linz-Donawitz Produção • Conversor a oxigênio (LD) FerroFerroFerro Produção • Conversor a oxigênio (LD) FerroFerroFerro
  • 9.
    9 Conversor LD Conversor LD Conversor LD Responsável porcerca 60% (540 milhões ton/ano) da produção de aço líquido mundial, a tecnologia continua a ser a mais importante rota para a produção de aço particularmente chapas de aço deprodução de aço, particularmente, chapas de aço de alta qualidade. Processo industrial teve início em 1952, quando o oxigênio tornou-se industrialmente barato. A partir daí o crescimento foi explosivo. Permite elaborar uma enorme gama de tipos de aços, desde o baixo carbono aos média-liga. Aciaria Elétrica Aciaria Elétrica Processo industrial começou no início do século XX. Inicialmente, o forno elétrico era considerado sobretudo como um aparelho para a fabricação de aços especiais, inoxidáveis e de alta liga.ç p , g Atualmente, ele tem sido cada vez mais utilizado na fabricação de aço carbono. Processo reciclador de sucata por excelência; não há restrição para proporção de sucata na carga. A participação do aço elétrico no mundo vem crescendo substancialmente nas últimas décadas. Metalurgia de Panela ApósApós oo refino,refino, oo açoaço aindaainda nãonão sese encontraencontra emem condiçõescondições dede serser lingotadolingotado.. OO tratamentotratamento aa serser feitofeito visavisa osos acertosacertos finaisfinais nana composiçãocomposição químicaquímica ee nana temperaturatemperatura.. Portanto,Portanto, situasitua--sese entreentre oo refinorefino ee oo lingotamentolingotamento contínuocontínuo nana cadeiacadeia dede produçãoprodução dede açoaço carbonocarbono..
  • 10.
    10 As seguintes operaçõespodem ser executadas: - Homogeneização do calor; - Ajuste da composição; Ajuste da temperatura do aço; Forno de Panela - Ajuste da temperatura do aço; - Desoxidação – remoção do oxigênio residual do aço e cria condições termodinâmicas para a adição de elementos de liga (os desoxidantes mais comuns são ferro-ligas, escolhidos em função do aço a ser fabricado (FeMn, FeSiMn) e Alumínio. - Desulfuração com escória sintética ou injeção de pós; - Desfosforação Forno de Panela Forno na metalurgia de panela TodaToda aa etapaetapa dede refinorefino dodo açoaço sese dádá nono estadoestado líquidolíquido.. ÉÉ necessário,necessário, pois,pois, solidificásolidificá--lolo dede formaforma adequadaadequada emem funçãofunção dada suasua utilizaçãoutilização posteriorposterior.. LingotamentoLingotamento Lingotamento ContínuoLingotamento Contínuo ConformaçãoConformação AA grandegrande importânciaimportância dosdos metaismetais nana tecnologiatecnologia modernamoderna devedeve--se,se, emem grandegrande parte,parte, àà facilidadefacilidade comcom queque eleseles podempodem serser produzidosproduzidos nasnas maismais variadasvariadas formas,formas, parapara atenderatender aa diferentesdiferentes usosusos.. OsOs processosprocessos dede fabricaçãofabricação dede peçaspeças aa partirpartir dosdos metaismetais nono estadoestado sólidosólido podempodem serser classificadosclassificados emem:: -- ConformaçãoConformação MecânicaMecânica:: volumevolume ee massamassa sãosão conservadosconservados;; -- RemoçãoRemoção MetálicaMetálica ouou UsinagemUsinagem:: retiraretira--sese materialmaterial parapara sese obterobter aa formaforma desejadadesejada;; OsOs processosprocessos dede conformaçãoconformação mecânicamecânica podempodem serser classificadosclassificados dede acordoacordo comcom oo tipotipo dede forçaforça aplicadaaplicada aoao materialmaterial:: -- Compressão direta:Compressão direta: Forjamento, Laminação;Forjamento, Laminação; ConformaçãoConformação pp j çj ç -- Compressão indireta:Compressão indireta: TrefilaçãoTrefilação, Extrusão,, Extrusão, EmbutimentoEmbutimento;; -- TrativoTrativo:: Estiramento;Estiramento; -- Dobramento:Dobramento: Dobramento;Dobramento; -- Cisalhamento:Cisalhamento: Corte.Corte.
  • 11.
    11 ExtrusãoExtrusão: Processo noqual um bloco de metal tem: Processo no qual um bloco de metal tem reduzida sua seção transversal pela aplicação dereduzida sua seção transversal pela aplicação de pressões elevadas, forçandopressões elevadas, forçando--o a escoar através doo a escoar através do orifício de uma matrizorifício de uma matriz.. Tipos de ConformaçãoTipos de Conformação T fil ãT fil ã P i t t lP i t t l ExtrusãoExtrusão TrefilaçãoTrefilação TrefilaçãoTrefilação: Processo que consiste em puxar o metal: Processo que consiste em puxar o metal através de uma matriz, por meio de uma força deatravés de uma matriz, por meio de uma força de tração a ele aplicada na saída dessa mesma matriz.tração a ele aplicada na saída dessa mesma matriz. ForjamentoForjamento: Processo de transformação de metais por: Processo de transformação de metais por prensagem ouprensagem ou martelamentomartelamento (é a mais antiga forma de(é a mais antiga forma de conformação existenteconformação existente).). Tipos de ConformaçãoTipos de Conformação LaminaçãoLaminação: Processo de deformação plástica no qual: Processo de deformação plástica no qual Forjamento Laminação o metal tem sua forma alterada ao passar entre rolos eo metal tem sua forma alterada ao passar entre rolos e rotação. É o de maior uso em função de sua altarotação. É o de maior uso em função de sua alta produtividade e precisão dimensional. Pode ser a quenteprodutividade e precisão dimensional. Pode ser a quente ou a frio.ou a frio. Dobramento Forjamento Laminação ExtrusãoExtrusão Tipos de ConformaçãoTipos de Conformação Trefilação Embutimento ProfundoEstiramento Matriz Cisalhamento τ Lingotamento e LaminaçãoLingotamento e Laminação Nomenclatura para AçosNomenclatura para Aços
  • 12.
    12 Produção • Aço Temperado FerroFerroFerro Em altastemperaturas, o ferro e o carbono se combinam para formar a cementita (Fe3C). • Quando resfriada lentamente, se decompõe • Quando resfriada rapidamente, a cementita não se decompõe, originando um material mais duro e resistente. Processo: Têmpera Aplicações • Metal Estrutural (Aviões, navios,  automóveis, trocadores de calor, ... • Indústria de construção (portas, janelas,  AlumínioAlumínioAlumínio etc. ) • Recipientes diversos ( embalagens para  bebidas) • Utensílios de cozinha • Compostos derivados do alumínio: Al(OH)3,  Al2(SO4)3, etc. Ocorrência • Principais produtores mundiais de  Minério de Alumínio País Produção anual ( il t l d ) Participação no t t l di l AlumínioAlumínioAlumínio (mil toneladas) total mundial Austrália 40.503 36,3 % Guiné 17.524 15,7 % Jamaica 11.608 10,4 % Brasil 10.500 9,4 % Ex-URSS 5.350 4,8 % AlumínioAlumínioAlumínio Produção Mundial de Alumínio Fonte: Anuário Estatístico 2009 - MME Ocorrência • O alumínio é o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre. AlumínioAlumínioAlumínio
  • 13.
    13 Matérias‐Primas AlumínioAlumínioAlumínio Minério de Alumínio •Bauxita - Al2O3.H2O - Teor de Al2O3 de 40 a 60 % Produção de Alumínio • Obtenção da Alumina ( Al2O3 ), a partir do  minério AlumínioAlumínioAlumínio Eletrólise da Alumina rocesso Produtivo do Alumínio - MineraçãoP AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do Alumínio - MineraçãoP Lavra AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do Alumínio - MineraçãoP Lavra AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do Alumínio - MineraçãoP Recuperação do local AlumínioAlumínioAlumínio
  • 14.
    14 rocesso Produtivo doAlumínio - MineraçãoP Beneficiamento AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do Alumínio - MineraçãoP Beneficiamento AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do Alumínio - MineraçãoP Tratamento de resíduos AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do Alumínio - MineraçãoP Homogeneização AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do Alumínio - MineraçãoP Transporte AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do AlumínioP Minério AlumínioAlumínioAlumínio
  • 15.
    15 Obtenção da Alumina- Al2O3 BauxitaBauxita Britada e  moída NaAl(OH) Fe2O3 sólido NaOHNaOH Autoclave NaAl(OH)4 Al(OH)3  sólido Al2O3 sólido 250 oC 1200 oC rocesso Produtivo do AlumínioPAlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do AlumínioP Alumina AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do AlumínioP Alumina AlumínioAlumínioAlumínio AlumínioAlumínioAlumínio Eletrólise da Alumina Principal Processo: de Héroult & Hall 1886 – Uso da criolitada criolita (Na3AlF6): de temperaturas superiores a 2000 oC para cerca de 1000 oC. AlumínioAlumínioAlumínio Eletrólise da Alumina Principal Processo: de Héroult & Hall – Matérias-primas • Alumina (Al2O3)Alumina (Al2O3) • Criolita (Na3AlF6 ) • Grafite • Outros: CaF2, AlF3 e Li2CO3
  • 16.
    16 AlumínioAlumínioAlumínio Eletrólise da Alumina GfitG fit GrafiteGrafite Polo positivo GrafiteGrafite Polo negativo AlAl fundido Mistura: AlAl 22OO33 + Criolita+ Criolita rocesso Produtivo do AlumínioP Redução AlumínioAlumínioAlumínio AlumínioAlumínioAlumínio Cuba de Redução do Alumínio Eletrólise rocesso Produtivo do AlumínioP Redução AlumínioAlumínioAlumínio Khakas aluminium smelter, Russia AlumínioAlumínioAlumínio Eletrólise da Alumina Ânodo: Eletrodo de Grafite • 2 O2- → O2 + 4e- • C + O2 → CO2 Cátodo: Revestimento de Grafite • Al3+ + 3e- → Alo rocesso Produtivo do AlumínioP Fundição AlumínioAlumínioAlumínio
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    17 rocesso Produtivo doAlumínioP Matéria-prima AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do AlumínioP Produtos fundidos AlumínioAlumínioAlumínio Tarugos Chapas Lingotes Vergalhões Placas rocesso Produtivo do AlumínioP Produtos fundidos Tarugos AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do AlumínioP Produtos fundidos Chapas Lingotes AlumínioAlumínioAlumínio rocesso Produtivo do AlumínioP Produtos fundidos Vergalhões Placas AlumínioAlumínioAlumínio COBRECOBRE
  • 18.
    18 Ocorrência • Cobre nativo CobreCobreCobre Cuprita Cu2O CalcositaCu2S Fonte: www.cdcc.sc.usp.br 2 Ocorrência • Malaquita CuCO3.Cu(OH)2 CobreCobreCobre Atacamita CuCl2.3Cu(OH)2 Fonte: www.cdcc.sc.usp.br Ocorrência • Exploração do minério de cobre a céu aberto. CobreCobreCobre Fonte: Canto, 1996 Ocorrência • mapa de localização da mina Caraíba no município de  Jaguarari (Bahia) e a mina. CobreCobreCobre Fonte: Centro de Tecnologia Mineral Ministério da Ciência e Tecnologia Economia CobreCobreCobre CobreCobreCobre
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    19 CobreCobreCobre Produção Mundial de Cobre refinado Fonte: Anuário Estatístico2009 - MME CobreCobreCobre CobreCobreCobre Beneficiamento do Minério de Cobre CobreCobreCobre Beneficiamento do Minério de Cobre CobreCobreCobre Produção de Cobre • A calcosita reage, sob aquecimento, com  oxigênio, produzindo cobre metálico e dióxido  de enxofre. • É a USTULAÇÃO da calcosita• É a USTULAÇÃO da calcosita • Cu2S  +   O2 → 2 Cu  +  SO2 CobreCobreCobre Produção de Cobre
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    20 CobreCobreCobre Produção de Cobre Ocorrência • Blenda ( ZnS ) ZincoZincoZinco Fonte:Canto, 1996 Produção de Zinco • A Blenda reage, sob aquecimento, com oxigênio, produzindo o óxido  de zinco e e o dióxido de enxofre. • É a USTULAÇÃO da blenda. • 2 ZnS +  3 O2 → 2 ZnO  +  2 SO2  ZincoZincoZinco Produção de Zinco • O óxido de zinco reage, sob aquecimento, com carbono, produzindo  zinco metálico  e monóxido de carbono. • O carbono atua como agente redutor. • ZnO  +  C  → Zn  + CO ZincoZincoZinco Aplicações • Produção de aço galvanizado • Pilhas comuns e alcalinas • Liga de latão (20% Zn e 80% Cu) ZincoZincoZinco • Seus compostos: – ZnS (osciloscópios, telas detectoras de raios X – ZnO (fungicida)
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    21 ZincoZincoZinco Produção Mundial de Zinco Fonte: Anuário Estatístico2009 - MME ESTANHO Ocorrência • Cassiterita ( SnO2 ) EstanhoEstanhoEstanho Fonte: Canto, 1996 Ocorrência • Principais estados produtores de cassiterita: • Amazonas, Pará, Rondônia*, Mato Grosso, Goiais,  Minas Gerais e Rio Grande do Sul.  EstanhoEstanhoEstanho Fonte: Canto, 1996 * Mais de 50% Produção de Estanho • A cassiterita reage, sob aquecimento, com  carbono, produzindo estanho metálico  e  monóxido de carbono EstanhoEstanhoEstanho monóxido de carbono. • O carbono atua como agente redutor. • SnO2 +  2 C  → Sn  +  2 CO * Pode ser purificado por eletrólise, de forma análoga ao cobre. Aplicações • Liga de bronze (10% Sn e 90% Cu); • Liga com Pb em solda eletrônica; • Proteção do aço (“lata” ou folha‐de‐ EstanhoEstanhoEstanho flandres);
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    22 EstanhoEstanhoEstanho Produção Mundial de Estanho Fonte: Anuário Estatístico2009 - MME MANGANÊS Ocorrência • Pirolusita ( MnO2 ) ManganêsManganêsManganês Fonte: Canto, 1996 Ocorrência • Jazida de minério de Mn na Serra do Navio, Amapá. ManganêsManganêsManganês Fonte: Canto, 1996 Produção de Manganês • Redução da pirolusita com coque • Redução da pirolusita com Al (aluminotermia) ManganêsManganêsManganês Aplicações • Indústria do aço: Ligas ( 95%) • Seus compostos: – Pilhas secas ManganêsManganêsManganês – Indústria de cerâmica – Agentes oxidantes
  • 23.
    23 MERCÚRIO Ocorrência • Cinábrio ( HgS) MercúrioMercúrioMercúrio Fonte: Canto, 1996 Produção do Mercúrio • Ustulação do cinábrio (HgS) produz vapor  de mercúrio. Q d f i d à t t MercúrioMercúrioMercúrio • Quando resfriado à temperatura  ambiente, converte‐se em líquido  prateado, largamente utilizado. • HgS +   O2 → Hg  +  SO2 Aplicações • Pilhas de mercúrio; • Fungicidas e medicamentos; • Termômetros; MercúrioMercúrioMercúrio • Lâmpadas de iluminação; • Amálgamas dentários; • Extração de metais como Ouro e Prata; • Supercondutores. Mercúrio nos garimpos • Em muitos garimpos o ouro se encontra na  forma de pó, misturado na lama. MercúrioMercúrioMercúrio Fonte: Canto, 1996 Mercúrio nos garimpos • Para separar o ouro, o garimpeiro coloca a mistura na bateia e  acrescenta mercúrio, metal líquido que dissolve o ouro, mas não a  lama. MercúrioMercúrioMercúrio Fonte: Canto, 1996
  • 24.
    24 Mercúrio nos garimpos • O amálgama é transferido para outro recipiente, em que é fervido.  O mercúrio evapora, sobrando apenas ouro. MercúrioMercúrioMercúrio Fonte: Canto,1996 Sobra na bateia a lama contaminada com mercúrio, que é jogada  de volta ao rio. NÍQUEL Ocorrência • O mais importante minério é a PENTLANDITA  (FeS.NiS). • As maiores jazidas brasileira de minério de níquel  encontram‐se em Goiás. NíquelNíquelNíquel encontram se em Goiás. • O Município de Niquelândia, a nordeste de Brasília,  responde por quase metade da produção nacional. Fonte: Museo Don Felipe de Borbón y Grecia - ETSI de Minas, Madrid Produção de Níquel • O sulfeto de níquel reage, sob  aquecimento, com oxigênio, produzindo o  óxido de níquel e e o dióxido de enxofre NíquelNíquelNíquel óxido de níquel e e o dióxido de enxofre.  (USTULAÇÃO). • 2 NiS +  3 O2 → 2 NiO +  2 SO2  Produção de Níquel • O óxido de níquel reage, sob  aquecimento, com carbono, produzindo  níquel metálico e monóxido de carbono NíquelNíquelNíquel níquel metálico  e monóxido de carbono. • O carbono atua como agente redutor. • NiO +  C  → Ni + CO Aplicações • Produção de aço especiais (ligas); • Revestimento do aço (niquelação); • Catalisador de reações químicas; NíquelNíquelNíquel • Moedas (ligas Ni e Cu) • Liga (Ni, Fe e Cr): filamentos de  aquecimento. • Liga (Ni, Al e Co): imãs permanentes
  • 25.
    25 NíquelNíquelNíquel Produção Mundial de Níquel Fonte: Anuário Estatístico2009 - MME CHUMBO ChumboChumboChumbo Ocorrência Galena ( PbS ) Fonte: Canto, 1996 ChumboChumboChumbo Produção de Chumbo • A galena reage, sob aquecimento, com  oxigênio, produzindo óxido de chumbo II e  dióxido de enxofre. • É a USTULAÇÃO da galena• É a USTULAÇÃO da galena. • 2 PbS +  3 O2 → 2 PbO +  2 SO2 ChumboChumboChumbo Produção de Chumbo • O óxido de chumbo II reage, sob aquecimento,  com carbono, produzindo chumbo metálico  e  monóxido de carbono. • O carbono atua como agente redutor• O carbono atua como agente redutor. • PbO +  C  → Pb + CO Aplicações • Baterias  • Ligas para soldas • Proteção contra a radiação (raios X e radiação  ) ChumboChumboChumbo gama) • Munição • Compostos: ‐ Litargírio (PbO) – Usado para vitrificar a  cerâmica.
  • 26.
    26 ChumboChumboChumbo Produção Mundial de Chumbo Fonte: Anuário Estatístico2009 - MME CobreCobreCobreProdução Brasileira de Metais Não‐ Ferrosos Fonte: Anuário Estatístico 2009 - MME Ligas Metálicas