2 - obtenção de metais
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Introdução à metalurgia extrativaTRANSCRIPT
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
UFOP – ESCOLA DE MINAS
MET216
Aula 2: Obtenção de Metais
Professor: Rodrigo Porcaro
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Agenda da Aula
• A metalurgia extrativa;
• Rotas para obtenção de metais;
• Fluxogramas;
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Histórico Na Idade da Pedra as pinturas rupestres em grutas eram feitas com pigmentos de hematita vermelha e óxido de manganês negro.
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Os metais como arma de dominação: a era do cobre
Lingote de cobre encontrado em Creta
Entre 6000 e 4000 a.C
Grandes civilizações antigas como os Fenícios, Assírios e Egípcios, deveram parte do seu desenvolvimento e hegemonia militar ao uso do cobre.
O “homem de gelo” ,que viveu há 5700 anos, encontrado na Itália em 91 tinha um machado de cobre com pureza de 99.7%. Os elevados índices de arsênio encontrados em seu cabelo levam a supor que fundiu o metal para a fabricação da ferramenta.
Ötzi O Homem do gelo
Histórico
310 - 400 d.C
• Pilar de Delhi, India: feito a partir de barras de ferro unidas por soldagem em forjamento. 6 toneladas de metal.
Histórico
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De la Pirotechnia - Vannoccio Biringuccio
Vannoccio Biringuccio, às vezes escrito como Vannocio Biringuccio (1480 - 1539), foi um metalúrgico italiano. É conhecido, sobretudo, pelo seu livro sobre os metais, De la Pirotechnia, publicado em 1540, que contém a primeira descrição do método para isolar o antimônio. Biringuccio é considerado por alguns como o pai da indústria da fundição, pois, o De la pirotechnia é o primeiro relato escrito sobre a prática correta da fundição. Em sua carreira laboral, esteve a cargo de uma mina de ferro próximo de Siena, e também a cargo da Casa da Moeda e do arsenal. Ele também foi responsável pela fundição de canhões de Veneza e, mais tarde, de Florença.
Efígie do Museo della Specola (Florença).
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Georgius Agricola (1556) De Re Metallica
Mineração &
Fusão, Refino
Poços, túneis, carros,
sustentação
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A história da siderurgia e evolução dos processos
Menzel, Adolph von – Metalurgia, Berlim 1872-1875.
Acredita-se que o homem conheça o ferro proveniente de meteoritos desde 8000 a.C, era raro e atribuído aos Deuses.
Siderurgia cujo radical latino sider significa astro.
Meteorito de ferro e níquel. Acredita-se que o conhecimento de técnicas de redução do minério de ferro começou por acaso em fogueiras. • Registros mais antigos – Ur Caldeia
3500 a.C
Os hititas foram os primeiros a trabalhar o ferro, 2000 a.C.
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Extração primitiva do ferro
• Buracos redutores: mistura de minério de ferro
e carvão vegetal, produto obtido por redução direta e sem fusão.2500-500 a.C.
Inicio da exploração de jazidas de minério de ferro no Oriente Médio em 1500 a.C, importado por egípcios e assírios.
Uso de tratamentos térmicos por egípcios e gregos e romanos. Batalha entre romanos e gauleses 220 a.C.
Ponta de lança da idade do ferro No séc. XVI a.C Nabucodonosor manda construir os portões da babilônia de ferro coberto com cobre.
A história da siderurgia e evolução dos processos
Evolução dos processos de redução • Fornos de lupa: fornos primitivos mais
importantes
• Acionados por foles manuais
• Processo de redução direta
• Dimensões 38x25x15 cm
• Acredita-se que foram usados a partir de 500 a.C
• Para cada kg de aço produzido utilizava-se 4 kg de carvão vegetal e 2,5 kg de minério.
• Uso militar do ferro pelos Hititas, construção de um poderoso império.
• Por volta do século V a.C os chineses começaram a produzir ferro carburado, o império Chinês foi capaz de dominar todos os reinos ao seu redor.
A história da siderurgia e evolução dos processos
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A forja catalã
• Desenvolveu-se após a queda do império romano na Espanha:
1. Uso de foles manuais e, mais tarde, rodas d'água.
2. Fornos maiores e construídos com pedras, 2 metros de altura.
3. Camadas alternadas de carvão vegetal e minério de ferro.
4. Elevação da temperatura que permitiu
produzir ferro líquido pela primeira vez.
Stueckofen
Forja catalã
A história da siderurgia e evolução dos processos
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O alto - forno
Stueckofen
• Os alto - fornos mais antigos que se tem notícias surgiram na China
no século I a.C.
• Uso de energia hidráulica permitiu aumento do poder de sopro que,
consequentemente, eleva a temperatura.
• O material obtido era uma massa líquida incandescente de ferro,
carbono e outras impurezas. O ferro gusa.
• Inicio do processo de produção indireto de aço.
• Fornos de grande porte, na Alemanha e Inglaterra no
inicio do século XV já existiam fornos com produção
diária de 1500kg.
• Inicio dos sérios problemas ambientais.
A história da siderurgia e evolução dos processos
Tratamento do gusa • Inicialmente o carbono era retirado por um árduo
processo em que o banho era submetido a choques
mecânicos, para proporcionar maior contato com ar e
queimar o carbono.
• Em 1700 foi introduzido o coque na indústria do aço.
• Henry Cort inventou em 1784 o processo de
pudlagem, em que um cadinho a coque mantém o gusa
aquecido e barras metálicas( puddle) agitam a massa
promovendo a oxidação do carbono. Gastavam-se 4
toneladas de coque para cada tonelada de aço produzido
e o trabalho era degradante.
• O processo Bessemer foi desenvolvido paralelamente
por William Kelly e Henry Bessemer e representou um
avanço de tempo da ordem de 200 vezes na
descarburação.
• Uso de fundentes como pedra cacaria e dolomita.
A história da siderurgia e evolução dos processos
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– Conversor Bessemer, Museu de Kelham Island, Sheffield, Yorkshire, Inglaterra
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A metalurgia
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Extrativa
Física
Transformação
• Processamento • Extração • Refino
• Fenômenos metalúrgicos • Estrutura • Propriedades
• Processos de fabricação • Conformação • Produtos metálicos
Inte
r re
laci
on
ame
nto
Interfaces entre áreas
Eng. Metalúrgica
Eng. de Minas
Eng. Química
Eng. Mecânica
Principalmente... 19
• Geologia • Automação • Civil
Interfaces com a Eng. de Minas
Hematita – Fe2O3 Fluorita (CaF2)
Mineralogia
Calcita – CaCO3
Por volta de 1784, o mineralogista francês, Abbé Haüy, observou que ao deixar cair um cristal de calcita, ele reproduzia fragmentos com mesma forma geométrica (romboedros).
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Interfaces com a Eng. de Minas
Rutilo – TiO2
Cristalografia;
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Interfaces com a Eng. de Minas Petrografia;
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Interfaces com a Eng. de Minas Extração
Mina La Escondida – Chile. Maior produtora de cobre do mundo. Cu, Ag, Au.
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Beneficiamento ou processamento mineral
Exemplo de Fluxograma – Barro Alto (GO) – Níquel 24
Interfaces com a Eng. de Minas
Beneficiamento ou processamento mineral
Moagem 25
Interfaces com a Eng. Mecânica Resistência dos Materiais Propriedades Mecânicas Soldagem
Esforços em materiais...
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Interfaces com a Eng. Mecânica Termodinâmica e sistemas térmicos Transferência de calor e massa
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Interfaces com a Eng. Mecânica Processos de Fabricação
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Interfaces com a Eng. Mecânica Processos de Fabricação
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Interfaces com a Eng. Mecânica Processos de Fabricação
Metalurgia do Pó 30
Interfaces com a Eng. Mecânica Processos de Fabricação
Soldagem
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Interfaces com a Eng. Mecânica Processos de Fabricação
Fundição de um molde de grande porte (grande parte do molde está “enterrada” no chão da fábrica).
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Interfaces com a Eng. Mecânica Processos de Fabricação
Usinagem, retificação, fresamento... 33
Interfaces com a Eng. Mecânica Processos de Fabricação
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Se removermos os metais do serviço do homem, todos os métodos de proteção e sustentação da saúde e de preservação mais cuidadosa do curso da vida deixarão de existir. Se não existissem metais, os homens passariam uma vida horrível e desgraçada no meio de bestas selvagens; teriam que retornar às nozes e frutos das florestas.
Agrícola, 1556.
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A metalurgia Extrativa
Metalurgia Extrativa
Pré-extração
Hidrometalurgia
Eletrometalurgia
Pirometalurgia
Extração Refino 41
Water
Hydrometallurgical metal production
Material sciences
Mining & Enrichment
Metallurgy: introduction
Electro- metallurgy
Extractive metallurgy
Ores Mining
Enrichment Crushing Screening Mechanical separation
(...)
Properties of metals Physical
metallurgy Hot and cold
rolling (...)
Hydrometallurgy
Pyrometallurgy
e.g. zinc
nickel
Electrowinning
Cementation
Ion exchange
Chemical precipitation
Solvent extraction
Similar methods
Reaction kinetics
Thermo- dynamics
Theory
Metal recovery
Impurity removal
Fluid dynamics
Heat transfer
Mass transfer
Transport phenomena
Methods
Leaching
Iron and steel
Sulphide- ores (e.g. Cu)
e.g. Roasting
Pyrometall. pretreatment
Pyrometallurgical metal production
e.g. iron/steel copper
Sintering
Coking
Blast furnace
Sulphur removal
Ladle treatments
Converters (LD/AOD/...)
Casting
Flash smelting
Converters (PS)
Electric furnaces
(...)
Acidic Basic
Organic
Solvents
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A metalurgia Extrativa
GEOLOGIA LAVRA BRITAGEM PENEIRAMENTO
MANUSEIO
MOAGEM CLASSIFICAÇÃO
CONCENTRAÇÃO
HIDROMETALURGIA PIROMETALURGIA
ELETROMETALURGIA Geólogo
Eng. de minas (Brasil)
Eng. metalúrgico (Brasil)
Eng. de minas (USA) Eng. Metalúrgico (USA)
Mining geologist (Japão) Eng. químico (Brasil)
Competência profissional em diferentes países – Artur Pinto Chaves
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Como escolher um processo?
Pirometalurgia Hidrometalurgia Eletrometalurgia
Cadeia produtiva Produtos Matérias primas
Resíduos
Mercado
Transporte
Energia
Água
Viabilidade Termodinâmica e
Cinética
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Como escolher
um processo?
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http://www.chem.mtu.edu/chem_eng/faculty/kawatra/CM2200_Primary_Metals.pdf
Operações unitárias Pirometalurgia
Pré-tratamentos
Refino do metal
Extração do metal
Produção de Metais Matéria prima Produtos
Redução e oxidação
Pré-tratamento
térmico
Processos refinadores
Produção De Mates
Redução de óxidos
Controle Composição
Remoção de impurezas
Controle de Temperatura
Sinterização
Secagem
Calcinação
Coqueificação
Ustulação Pelotização
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Votorantim Juiz de Fora – Exemplo de caso
Ustulação
As razões para o emprego da ustulação são variadas, por exemplo: os sulfetos são de difícil redução pelo carbono, os sulfatos podem ser dissolvidos seletivamente em água e os haletos, por causa do seu baixo ponto de fusão ou ebulição, podem ser destilados de uma massa contendo impurezas. 48
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Produção do zinco Fluxograma da produção de zinco pela Votorantim Metais, Juiz de Fora – MG:
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Votorantim Juiz de Fora
Lixiviação em pilha - ouro, Novo Mexico. 51
Exemplo: Cobre
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Exemplo: Cobre
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Exemplo: Cobre
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Lixiviação
In situ – Urânio 55
Lixiviação
In situ – Urânio
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Lixiviação
In situ – Urânio
Part of Beverley wellfield, Heathgate Resources
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Lixiviação
High-temperature copper heap bioleach pilot plant
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Lixiviação Heap leaching plant for extraction of copper from oxidic ore in Lomas Bayas, Chile
Transporation from crushing
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Lixiviação Heap leaching plant for extraction of copper from oxidic ore in Lomas Bayas, Chile
Pad-drainage system 60
Lixiviação Heap leaching plant for extraction of copper from oxidic ore in Lomas Bayas, Chile
Stacker 61
Lixiviação Heap leaching plant for extraction of copper from oxidic ore in Lomas Bayas, Chile
Irrigated heap drippers 62
Lixiviação Heap leaching plant for extraction of copper from oxidic ore in Lomas Bayas, Chile
Irrigated heap drippers 63
Lixiviação Heap leaching plant for extraction of copper from oxidic ore in Lomas Bayas, Chile
Copper leachate from heap to pond 64
Lixiviação
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Lixiviação sob pressão
Cominco Engineering Services Ltd – Processo (CESL) 66
UHC Project, Brazil – Vale Sossego
Teck Cominco’s CESL Process
Pressure Leaching
Can treat nearly all copper concentrates (incl. CuFeS2) (both high
and low grades)
High metal recoveries of 96% to 97% to LME Grade A Copper
Reagents recycled
Elemental sulphur (85% to 95%) and hematite
Low Capex and Opex
Efficient / economic recovery of precious metals
Handles common impurities well
Net user of water (no effluent)
Moderate energy consumption (3200 kWh / t Cu incl. oxygen
plant)
Construction of Usina Hidrometalúrgica Carajás (UHC) prototype
plant recently completed (10 000 tpa Cu cathode). Near Carajás,
Brazil where Vale operates Sossego copper mine
Atmospheric / Pressure Leaching
Secondary Cu-sulphide concentrates leached in acidic, iron
sulphate
Used in combination with high-pressure autoclave for acid, heat
and Fe(III) generation
Commercialized successfully: Sepon Plant, Laos
Could be modified for primary copper sulphides (CuFeS2)
Arsenic bearing concentrates: conversion into environmentally
stable scorodite
Sepon
Sepon Copper Project, Laos
Lixiviação – Bio Hidrometalurgia
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