areia de cromita

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Centro de Tecnologia Mineral Ministrio da Cincia e Tecnologia

CROMITA

Joo Alves Sampaio Engenheiro de Minas/CETEM-MCT Mnica Calixto de Andrade Engenheira Qumica/UERJ Paulo Renato P. Paiva Engenheiro Metalurgista/CETEM-MCT

Rio de Janeiro Dezembro/2008

CT2008-170-00

Comunicao Tcnica elaborada para o Livro Rochas Minerais Industriais: Usos e Especificaes Parte 2 Rochas e Minerais Industriais: Usos e Especificaes Captulo 18 pg. 403 - 425

CAPTULO 18 CromitaJoo Alves Sampaio 1 Mnica Calixto de Andrade2 Paulo Renato Perdigo Paiva3

1. INTRODUOO qumico francs, Louis Valquelin, descobriu o elemento cromo em 1797, quando estudava o mineral crocota: PbCrO4. O nome do elemento vem do grego, kchroma, que significa cor e foi isolado em 1854, por Busen. Somente a partir do sculo XX, o metal foi utilizado de modo intenso nas indstrias metalrgicas e de refratrios. A cromita usada tanto como mineral metlico quanto no-metlico, sendo considerado um dos mais importantes minerais industriais em todo o mundo. Os minrios de cromita so empregados como fonte de cromo para as indstrias metalrgicas, qumica, de refratrios e, mais recentemente, como areia nos processos de fundio. A indstria metalrgica desponta como o maior consumidor dos produtos de cromita, comparada s demais. O cromo destaca-se como o quinto elemento metlico aps o ferro, mangans, alumnio e cobre. Ainda assim, o homem s veio a usar a cromita como fonte de cromo no final do sculo XVIII, primeiro como pigmento e, mais tarde, como mordente na indstria txtil. Somente no incio do sculo XIX, descobriu-se que o cromo proporciona propriedades inoxidveis s ligas de ao. Mesmo assim, tal propriedade s foi posta em prtica na segunda metade daquele sculo. Com o crescimento da indstria metalrgica, no incio de sculo XX, a cromita e outros minerais tornaram-se importantes como commodities e, mais ainda, a difuso dos aos inoxidveis fez do cromo um produto vital na indstria metalrgica (Maliotis, 1996).

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Eng o de Minas/UFPE, D.Sc. em Engenharia Metalrgica/COPPE -UFRJ, Tecnologista Snior do CETEM/MCT. Eng a Qumica/UFRJ, D.Sc. em Engenharia Metalrgica/COPPE -UFRJ, Professora do IPRJ/UERJ. 3 Eng o Metalurgista/UFOP, M.Sc. em Engenharia Metalrgica/COPPE -UFRJ, Bolsista do CETEM/MCT.

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Cromita

Similarmente, a utilizao de vrios processos metalrgicos de temperaturas elevadas converteu o cromo num constituinte indispensvel aos produtos refratrios. Entrementes, houve uma expanso das aplicaes qumicas tanto da cromita como dos compostos de bicromatos, o que fez do metal uma matria-prima essencial para uma variedade de produtos na indstria qumica. As maiores reservas mundiais de cromita encontram-se assim distribudas: Cazaquisto (26,1%), frica do Sul (15%), ndia (3,2%) e outros pases (59%) (Gonalves, 2007). O total das reservas brasileiras (medidas mais indicadas) de 15 milhes de toneladas, que equivale a 4.992 mil toneladas de Cr2O3 contido, distribudas entre os estados (Gonalves, 2007): (i) (ii) (iii) Bahia (79,7%), nos municpios de Campo Formoso, Andorinha, Uau e Santa Cruz; Amap (7,2%), no municpio de Mazago; Minas Gerais (3,1%), no municpio de Alvorada de Minas.

2. MINERALOGIA E GEOLOGIAMineralogia A cromita o nico mineral de cromo economicamente aproveitvel. O cromo encontrado em vrios minerais nas formas de xidos e silicatos e no h conhecimento da ocorrncia de cromo metlico na natureza. Isso se deve ao carter oxidante da atmosfera e elevada reatividade do cromo metlico com o oxignio. A composio terica da cromita (FeO.Cr2O3) contm 68% de Cr2O3 e 32% de FeO. Entretanto, estes valores nunca so encontrados nos minerais naturais, em decorrncia das impurezas. O magnsio e o alumnio ocorrem na estrutura da cromita, substituindo p arcialmente o ferro. A Tabela 1 ilustra as faixas de teores dos xidos que ocorrem com maior freqncia nesse mineral. xidos de titnio, zinco, nquel, mangans, vandio e cobalto tambm podem ser encontrados, todavia em pequenas quantidades.

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Tabela 1 Variaes dos teores dos principais xidos na estrutura cristalina da cromita.xidos Cr2O3 FeO MgO (%) 18 62 0 18 6 16 xidos Al2O3 Fe 2O3 (%) 0 33 2 - 30 -

Fonte: (Bacellar e Leal, 1973).

Sob o aspecto cristalogrfico, a cromita um xido com a estrutura dos espinlios, cuja forma geral consiste em XY2O4, na qual os quatros tomos de oxignio esto associados aos ctions X e Y. Na estrutura cristalina do espinlio, o elemento X pode ser: Fe, Mg, Mn, Ni ou Zn. Os elementos ilustrados por Y podem ser Al, Cr e Fe. Na Tabela 2, constam as sries dos espinlios, as quais incluem as sries: (i) (ii) (iii) do espinlio baseada no alumnio; da cromita baseada no cromo; da magnetita baseada no ferro.

O termo espinlio refere-se a uma estrutura genrica da srie alumnio. A srie da cromita forma uma soluo slida incluindo FeO.Cr2O3 (cromita) e MgO.Cr2O3 (cromita magnesiana). Tabela 2 Srie dos espinlios, srie cromita e a srie magnetita.Sries Cromita Elemento Bsico Cromo Mineral Cromita Magnesiocromita Espinlio Hercinita Gahnita Galaxita Magnetita Megnesioferrita Franklinita Jacobsita Trevorita Frmula Qumica FeO.Cr2O3 MgO.Cr2O3 MgAl 2O4 FeAl 2O4 ZnAl2O4 MnAl2O4 FeFe 2O4 MgFe 2O4 (Fe,Zn,Mn)-(Fe,Mn) 2ZnFe2O4 MnFe 2O4 NiFe2O4

Espinlio

Alumnio

Magnetita

Ferro

Fonte: Bacellar e Leal, 1973.

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Geologia Os depsitos de cromita resultam da cristalizao do mineral no processo de resfriamento do magma. A origem de muitos deles foi discutida por Stowe (1987) e Petrascheck (1988), citados por Papp (1994). Dessa forma, os dois tipos de depsitos de cromita compactas conhecidas so os estratiformes e os podiformes (do ingls podiform). Os estratiformes, como o prprio nome indica, so tabulares, ocorrem em leitos de intruses gneas e so responsveis por mais de 90% das reservas de cromo conhecidas em todo o mundo. Essas intruses so formadas em escudos, e aqueles que contm depsitos econmicos de cromita possuem idades superiores a 1,9 bilho de anos. Os minrios encontrados nesses depsitos so, predominantemente, de alto teor de ferro (grau qumico). A exceo o depsito de Great Dyke, no Zimbbue, onde o minrio tipicamente de alto teor de cromo (grau metalrgico). Por serem lentiformes e com regularidade nas suas formas, esses depsitos oferecem facilidades prospeco e minerao (Papp, 1994). Os depsitos podiformes so tipicamente lentiformes a pouco tabulares, todavia alguns so muito irregulares. Em termos de reservas, variam desde poucas dezenas de quilogramas a vrios milhes de toneladas. A maior parte da produo derivada de depsitos contendo cerca de 100 mil toneladas de minrio. Os depsitos com milhes de toneladas so raros. Paradoxalmente, so depsitos com elevado teor de cromo, grau metalrgico, alm de constituir fonte mundial de minrio com grau refratrio. Esses depsitos tm como caractersticas a granulometria grossa intensamente deformada e recristalizada (Papp, 1994).

3. LAVRA E PROCESSAMENTOLavra Os mtodos de lavra empregados nos minrios de cromo so variados em decorrncia das formas irregulares dos corpos mineralizados das jazidas, as quais so lavradas a cu aberto e via subterrnea, com predomnio desse ltimo. Na lavra a cu aberto, emprega-se o desmonte mecnico em bancadas com alturas e bermas que variam de acordo com a mecnica da rocha encaixante. Assim, para a rocha fresca, minrio compacto, a altura das bancadas

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atinge valores de 20 m, com bermas de 8,0 m. No caso dos minrios friveis, a altura e bermas chega, no mximo, a 7,0 m. Na lavra subterrnea so empregados vrios mtodos, dependendo da forma do corpo mineralizado. Resumidamente, so utilizados os seguintes mtodos: sub-nvel (sub-level), cmaras e pilares. Variantes desses mtodos so utilizados de acordo com a forma dos corpos mineralizados. Assim, o mtodo de corte e enchimento (cut and fill) caracterizado por elevada recuperao, baixa diluio, porm com custo elevado por tonelada, empregado quando a forma do corpo mineralizado irregular. O mtodo shrinkage stoping baseia-se na utilizao temporria do minrio desmontado como enchimento e suporte das paredes. Esse mtodo aplicado nos minrios consistentes e h elevada inclinao das paredes. O custo do mtodo baixo, porm com baixa recuperao e elevada diluio do minrio (Maliotis, 1996). No caso da mina de Ipueira, estado da Bahia, emprega-se a lavra subterrnea totalmente mecanizada e com o emprego do mtodo sublevel caving, que consiste na abertura de galerias de produo no footwall da camada, com desmonte em recuo e abatimento do teto. Os painis alcanam, em mdia, 14 a 25 m de altura, e a perfurao efetuada no sentido ascendente e em leque. O mtodo proporciona uma recuperao da ordem de 80%, com diluio de 10 a 35% de estril no run of mine, segundo Gonalves (2003). Processamento Consiste no enriquecimento do minrio de cromo, a fim de elevar o teor de Cr2O3 aos nveis exigidos pelo mercado consumidor. Em resumo, a finalidade do beneficiamento prover o minrio de caractersticas fsicas e qumicas adequadas ao tratamento posterior. Antes de esboar os principais processos de beneficiamento dos minrios de cromo, importante salientar as suas caractersticas fsicas mais importantes. A primeira delas que os minrios de cromo so sempre monometlicos, isto , no h subprodutos no seu processamento. Com raras excees, ocorrem platinas ou minerais pesados. Outra caracterstica consiste na diferena significativa entre a densidade da cromita e dos minerais de ganga.

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Para satisfazer uma gama de exigncias na utilizao dos concentrados de cromita, os mesmos chegam ao mercado em faixas granulomtricas que variam desde os concentrados lump at os concentrados de granulometria fina. Tambm so exigidas determinadas especificaes qumicas, marcadamente definidas pelo teor de Cr2O3, de acordo com uso final do produto. Os minrios de cromita ocorrem nas formas compacta e disseminada, com variaes significativas no grau de liberao do mineral e na composio mineralgica. Em decorrncia disso, h uma variedade de tcnicas e/ou mtodos utilizados no processamento desses minrios. A utilizao desses mtodos ainda varia conforme outros fatores, dentre os quais a natureza do minrio, a qualidade do produto final e as dimenses do empreendimento mineiro. Assim, so obtidos produtos de cromita por meio de lavra seletiva, catao manual (hand sorting), meio denso, separao gravtica, separao magntica e, em alguns casos, flotao. O fluxograma da Figura 1 ilustra as principais operaes unitrias empregadas no processamento d minrios de os cromo (Papp, 1994).

Figura 1 Fluxograma representativo da obteno de produtos de cromo, incluindo o beneficiamento e os processos metalrgicos (Papp, 1994). A catao manual e a separao em meio denso so mtodos utilizados apenas para o minrio compacto de granulometria grossa. Nos pases industrializados, o mtodo de separao em meio denso, que opera com a frao grossa (-120 +12 mm), utilizado em substituio catao manual.

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O minrio disseminado possui uma granulometria de liberao mais fina e por isso, requer um processo de moagem tambm mais fino, o que, torna impraticvel o mtodo de catao manual ou de meio denso. Assim, a viabilidade tcnica define a utilizao de processos mecanizados, ou seja, separaes gravtica e/ou magntica com intensidade de campo acima de 1,0 T. Os mtodos convencionais de separao gravtica so, universalmente, os mais utilizados na concentrao de cromita. Neste caso, os equipamentos mais empregados incluem tambores e ciclones de meio denso, jigues, mesas vibratrias e espirais. Vale registrar: (i) (ii) a elevada densidade do mineral em relao aos minerais de ganga e sua granulometria de liberao adequada ao processo; o fato de os mtodos convencionais de separao gravtica possurem flexibilidade operacional, exigirem pequeno investimento de capital e baixo custo operacional, com vantagem adicional de no gerarem efluentes agressivos ao meio ambiente.

A recuperao de minerais valiosos contidos em fraes finas constitui uma dificuldade no processamento mineral, particularmente quando se trata de mtodos convencionais de separao gravtica (Richards et al., 2000; iek e Ccen, 2002). Quando a granulometria do minrio est abaixo de 100 m, a fora associada ao fluxo dgua torna-se dominante sobre aquela associada gravidade. Em decorrncia disso, uma grande parte de minerais valiosos contidos nas fraes finas no so recuperveis por mtodos convencionais de separao gravtica. Para contornar essa dificuldade, vrios mtodos de separao gravtica e equipamentos foram desenvolvidos nas ltimas dcadas. Assim, espirais para concentrao de finos e o concentrador centrfugo, multigravity separator (MGS), so apenas exemplos destas tecnologias emergentes que despontam como um potencial capaz de separar eficientemente espcies minerais at o limite granulomtrico de 20 m (Richards et al., 2000; iek e Ccen, 2002, Tarore et al., 1995). Com essa finalidade, j se observa a utilizao desses equipamentos em algumas minas de cromita, para recuperao desse mineral contido nas fraes finas, no recuperado pelo mtodo convencional. Em alguns casos, a elevada susceptibilidade magntica da cromita em relao aos seus minerais de ganga encoraja a utilizao do mtodo da separao magntica como processo adicional de concentrao. Dessa forma, a cromita contida nas fraes finas, no recuperada por processos gravticos

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convencionais, pode ser aproveitada por separao magntica com intensidade de campo superior a 1,0 T. Associados cromita encontram-se, entre outros, a serpentina e a olivina, que tambm exibem susceptibilidade magntica; contudo, a cromita sempre possui maiores valores desse ndice em relao aos seus minerais de ganga. Tal fato, deve-se composio qumica da cromita, que encerra maior teor de ferro que os demais minerais (Maliotis, 1996). A obteno de concentrados ou produtos de cromita para a indstria de refratrio, qumica ou metalrgica compreende as etapas de britagem, moagem e concentrao. Os processos de ustulao e fundio em fornos eltricos so etapas subseqentes na cadeia de obteno dos produtos de cromo. O processo de flotao empregado na concentrao da cromita com granulometria fina, no recuperada pelos processos gravticos. Entretanto, so registrados poucos casos que utilizam tal processo (Sysila et al., 1996; Wesseldijik et al., 1999; Guney et al., 1999). Obtm-se areia de cromita mediante o emprego de processos convencionais de separao gravtica. Inicialmente, procede-se lavagem do minrio para remoo das lamas e, em seguida, etapa de concentrao gravtica, utilizando-se jigues, mesas vibratrias ou espirais. Na etapa seguinte, o concentrado desaguado e segue para um processo de secagem, seguida de classificao. Eventualmente, dependendo do minrio, utiliza-se a separao magntica com o fim de remover os minerais no-magnticos contidos nos concentrados obtidos por processos gravticos. Finalmente, o produto acondicionado para expedio. O fluxograma da Figura 2 ilustra a seqncia do beneficiamento dos minrios de cromo, indicando a faixa granulomtrica de cada etapa do processamento.

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Figura 2 Fluxograma tpico do beneficiamento dos minrios de cromo, indicando as faixas granulomtricas de cada etapa (Maliotis, 1996). Processamento de Minrios de Cromo no Brasil A FERBASA - Companhia de Ferro e Ligas da Bahia S/A responde por 70% de toda a produo nacional de cromita e 100% da produo de ligas de ferro-cromo no Brasil. Suas principais minas esto localizadas nos municpios de Andorinhas e Campo Formoso, BA. Nas duas minas, a concentrao do minrio, que segue mtodos convencionais de separao gravtica, permite obter produtos para as indstrias metalrgicas, qumicas e de refratrios. A FERBASA tambm produz areia de cromita destinada s indstrias de fundio. O fluxograma da Figura 3 ilustra o circuito de concentrao do minrio de cromo da mina de Ipueira, no municpio de Andorinhas, onde ocorre a maior produo da empresa (Sampaio, et al., 2001).

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Figura 3 Fluxograma de beneficiamento de minrio de cromita da mina Ipueira, FERBASA. (Fonte: Sampaio et al., 2001).

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4. U SOS E FUNESOs concentrados de cromita podem ser agrupados nos tipos grau metalrgico grau qumico e grau refratrio. A classificao baseia-se no teor de Cr2O3 e na relao Cr/Fe. A Tabela 3 ilustra os detalhes dessa classificao evidenciando a inter-relao entre os diversos usos dos produtos de cromita, como fonte do metal cromo. essencial esclarecer a diferena entre o consumo do metal cromo e do mineral cromita. O primeiro envolve, alm do consumo da prpria cromita, as ligas do metal e substncias qumicas, enquanto o segundo inclui apenas o concentrado de cromita. Tabela 3 Principais tipos de concentrados de cromita de vrias origens com suas respectivas especificaes (Papp, 1994).Grau Metalrgico Qumico Refratrio 3/1 2,0 Valores Mnimos (%) Cr/Fe Cr2O3 48 44 47 Cr2O3 + Al2O3 59,28 61,53 Fe 20,16 19,82 Valores Mximos (%) S 0,8 0,002 0,002 P 0,04 0,004 0,003 CaO 0,24 0,2 SiO2 8 5 0,95

O fluxograma da Figura 4 ilustra o uso dos produtos de cromo ao longo de toda a seqncia de beneficiamento do mineral, isto , processos, produtos e usos finais.

Figura 4 Fluxo dos produtos de cromo desde o minrio at o uso final do metal (Papp, 1994).

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Indstria Metalrgica Este setor da indstria responde por 80% do consumo mundial de cromita compacta ou concentrado de alto teor de Cr2O3, que so utilizados principalmente para obteno de ligas de ferro-cromo, fonte bsica para obteno de ao inoxidvel e ligas especiais. Assim, so fabricadas as ligas com ferro, silcio e carbono. Na fabricao de aos especiais, o cromo tem a funo de proporcionar s ligas tratveis termicamente as seguintes propriedades: elevada temperabilidade, dureza e tenacidade. A maior demanda na indstria metalrgica acontece na fabricao de ao inoxidvel, que contm, em mdia, 18% de cromo, e proporciona liga elevada resistncia oxidao e aos ataques qumicos. Os aos inoxidveis so ligas base de ferro, cujo principal elemento o cromo, participando nestes materiais com, no mnimo, 10,5% em peso. Porm, dependendo do tipo de ao, sua participao isolada pode, freqentemente ultrapassar 30%. Nestes casos, os aos tm por finalidade resistir aos ambientes muito corrosivos. O cromo, em soluo slida, possibilita a obteno de um xido de cromo com espessura da ordem de dezenas de na superfcie metlica. Este xido estvel na maioria dos meios industriais e domsticos e, por isso, reduz a taxa de corroso a valores insignificantes, tornando-o seguro para aplicaes nas indstrias farmacuticas, nucleares, alimentcias, de arquitetura, dentre outras (http://www.nucleoinox.org.br). O cromo usado nas ligas de nquel confere s mesmas elevada resistncia ao calor e eletricidade. J nas ligas com cobalto, o cromo refora sua alta resistncia corroso em temperaturas elevadas. Constata-se tambm elevada utilizao do metal no revestimento de placas metlicas, basicamente nos processos de cromagem nas indstrias automobilstica, e de eletrodomsticos, entre outras. Indstria de Refratrios A indstria de refratrios responde por 11% do consumo mundial de cromita. Neste caso, o cromo participa como componente bsico na manufatura de tijolos refratrios, no refinamento de ligas de metais no-ferrosos, na fabricao de vidros etc.

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Entende-se por refratrios, os materiais usados para resistir aos efeitos trmicos, qumicos e fsicos que ocorrem nas indstrias metalrgicas, qumicas, cermicas, dentre outras. Estes materiais podem ser cidos, bsicos, neutros e, tambm, super-refratrios. Os refratrios so utilizados na forma de tijolos refratrios de slica, magnesita, cromita, cromita-magnesita ou cromita-zirconita. Os produtos refratrios fabricados com magnesita no suportam temperaturas elevadas. Contudo, esta dificuldade superada mediante a adio de cromita na composio do refratrio de magnesita. Na preparao dessa mistura ponderada, ou blendagem, ora h predominncia de magnesita, denominado refratrio magnesita-cromita, ora ocorre predominncia de cromita, resultando no refratrio cromita-magnesita. Esses refratrios so usados em fornos eltricos de fuso metlica, na zona de queima dos fornos de cimento e nas coberturas de diversos fornos de reverberao para metais no-ferrosos. Os tijolos de cromita-magnesita possuem muitas propriedades fsicas importantes, em virtude da sua composio especial, da granulometria dos seus constituintes, da elevada presso de prensagem e da alta temperatura de queima. Na indstria de refratrios, o produto de cromita tambm utilizado na fabricao de tijolos unidos ao caulim, bauxita, magnesita ou outros materiais. O produto deve conter elevado teor de alumnio (Cr2O3 + Al2O3 = 58%) e contedo de Cr2O3 entre 31 e 34%. Quando o minrio contm elevado teor de serpentina na rocha portadora de cromita, a resistncia de seus produtos s altas temperaturas diminui. Nesses casos, so indicados processos de concentrao adequados para remoo dos minerais de ganga. Os materiais refratrios resistem degradao quando expostos ao aquecimento, e a cromita possui essa caracterstica. Ao contrrio das indstrias metalrgica e qumica, em que a cromita processada para extrair o cromo, o mesmo mineral usado na indstria de refratrios na sua forma qumica inalterada. De um modo geral, os refratrios so classificados em argilosos e no-argilosos. Entre os refratrios no-argilosos, predomina a slica, mas tambm se incluem a cromita, a zirconita, a bauxita, a grafita, a dolomita, a mulita e a pirofilita. Refratrios bsicos so do tipo no-argilosos, assim designados, porque se comportam quimicamente como bases. Esses materiais so obtidos com base em dolomita, magnesita ou de vrias misturas ponderadas de magnesita e cromita. Os maiores consumidores dos refratrios de cromita so as indstrias de cimento, cobre, vidro, nquel e ao. Os refratrios bsicos so usados nos fornos para processamento de cobre e nquel. Na indstria de vidro, os refratrios de

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cromita so usados nos regeneradores de tanques de vidro e, na indstria de cimento, so aplicados primariamente nas zonas de transio dos fornos. Os refratrios bsicos so empregados, tipicamente, nos fornos com soleira aberta para fabricao de ao e, tambm, nos fornos eltricos a arcos. Indstria Qumica O cromo usado na indstria qumica para fabricar uma variedade de produtos, incluindo: catalisadores, inibidores de corroso, cromagem, produtos de acabamento, pigmentos, compostos de tingimento, dentre outros. Para fabricar esses produtos, a indstria qumica consome 8% da produo mundial de cromita e, de incio, utiliza o metal como pigmento e compostos de tingimento. No comeo do sculo XX, iniciou-se o emprego do cromo na eletrodeposio, na qual se utiliza o metal de uma soluo de cido crmico. J o uso mais recente do cromo est relacionado fabricao de produtos para conservao de madeira, protegendo-a do intemperismo e da ao dos insetos. A cromita tambm usada na indstria qumica para produzir dicromato de sdio, do qual outros produtos qumicos so manufaturados. A cromita pulverizada misturada com carbonato de sdio (barrilha) e um diluente que, em geral, pode ser xido de clcio (cal). A mistura ustulada em forno rotativo para produzir um composto contendo cromato de sdio, que , subseqentemente, lixiviado e tratado com cido para produzir dicromato de sdio a ser purificado. Muitos produtos qumicos de cromo so manufaturados com base no dicromato de sdio. O cromo metlico ou cromo puro pode ser obtido por eletrlise de soluo de sulfato de cromo e cido crmico. No fluxograma da Figura 5, encontram-se listados vrios desses produtos e seus usos finais.

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Figura 5 Produtos qumicos de cromo e seus usos finais. (Fonte: Papp, 1994).

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Indstria de Fundio Uma moderna aplicao da cromita acontece com a areia de fundio, na qual esse produto empregado para enformar o metal fundido at que o mesmo se solidifique. A areia usada nas indstrias de fundio deve ser de baixo custo, lavada, seca, com granulometria e especificaes qumicas padronizadas (Tabela 5). A areia de quartzo, muito usada na fundio, mais abundante e de baixo custo, razo pela qual a preferida pelos consumidores. Entretanto, quando a fundio exige condies fsicas e qumicas especiais, outras areias so escolhidas, tais como as areias de cromita, zirconita, magnesita, bauxita, entre outras. O termo areia de fundio, conferido matria-prima utilizada na fundio de metais, pode ser entendido como material de granulometria fina constitudo de um grupo de minerais, no necessariamente quartzo. Com o avano da tecnologia de fundio, areias naturais compostas, predominantemente, de cromita e zirconita tornam-se materiais alternativos, propiciando melhor acabamento superficial aos fundidos. Embora com custos bem superiores aos das areias de quartzo, essas areias so classificadas em duas categorias bsicas: areia de quartzo e areia no-quartzosa. Esta possui menor dilatao volumtrica que as de quartzo, permitindo a produo de fundidos com maior controle dimensional das peas fundidas (Kotzin, 1994). A natureza das matrias-primas e os processos de produo das areias de fundio podem revelar variaes na forma, superfcie e distribuio granulomtrica das partculas que as compem. Alm disso, outros fatores, como composio qumica, ponto de sinterizao, expanso trmica, permeabilidade de gases e reatividade qumica com metal, dentre outros, constituem as premissas bsicas para seleo de uma areia de fundio. A areia de cromita compatvel com os processos de fundio de ao. Ela usufrui da vantagem tcnica sobre a areia de quartzo, na fundio das ligas de ao austentico de mangans, em que o produto de cromita no reage com o mangans existente no ao. A cromita e a zirconita possuem um ponto de fuso mais elevado que o do quartzo, por isso so escolhidas quando a temperatura de fundio excede quelas aceitveis para a areia de quartzo. A frica do Sul foi o primeiro pas a utilizar o produto de cromita como areia de fundio. Isso aconteceu na dcada de 1950 e, somente na segunda metade da dcada seguinte, o produto foi difundido em todo o mundo. Na

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frica do Sul, h disponibilidade de cromita fina, com baixo custo, que est associada produo de cromita grau qumico, refratrio e metalrgico. A carncia no suprimento e o elevado preo da areia de zirconita favoreceram o uso da areia de cromita na indstria de fundio, quando as areias de quartzo no atendem aos requisitos de ordem tcnica. Alm disso, o produto de cromo possui caractersticas especiais que garantem o seu uso na indstria de fundio, entre as quais destacam-se: (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) estabilidade trmica, o que reduz as variaes dimensionais do molde; difusibilidade trmica, o que permite menor tamanho do gro metlico; relativa impermeabilidade aos metais fundentes, o que assegura melhor acabamento superficial dos aos; resistncia penetrao dos metais sob solidificaes; elevado ponto de fuso, o que possibilita fundir metais refratrios; quimicamente no reativa, que impede reaes indesejveis como a descarbonetao de ao.

Suas desvantagens, comparadas areia de zirconita, incluem: maior expanso trmica e presena ocasional de minerais hidratados, como impurezas e reatividade qumica com os ligantes. Devido ao seu custo, freqentemente empregada como areia de faceamento conjugada de quartzo para enchimento ao molde. A recuperao da areia utilizada na fundio uma atividade comum na maioria das indstrias desta rea. O aproveitamento da areia compreende operaes mecnica, pneumtica, processos a mido e trmico, alm de uma combinao dessas operaes e/ou processos. Desta forma, possvel recuperar mais da metade da areia utilizada nas indstrias de fundio. Igualmente, aps a sua recuperao, a areia de cromita pode ser reciclada como areia de cobertura em moldes com areia de quartzo para revestimento. A separao da areia de cromita em misturas com areia de quartzo e de zirconita possvel por intermdio de espirais ou por separao magntica com campos superiores a 1,5 T. Essa rota tcnica possvel devido susceptibilidade magntica do quartzo e da zirconita, inferior da cromita.

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Cromita

Em alguns casos, a areia de fundio degrada-se durante a operao, em virtude da incorporao de escria e/ou metal. Cabe recordar, que aareia degradada, resultante dos processos de fundio, tende a aderir ao material fundido. Neste caso, no h possibilidade de recuperao do produto. Finalmente, a utilizao da areia de cromita faz parte do emprego de processos adequados de reaproveitamento do produto, o que prtica na maioria das empresas de fundio. Tal comportamento resulta do fator econmico ligado ao processo e, melhor ainda, numa reduo significativa na emisso dos efluentes para o meio ambiente.

5. ESPECIFICAESAs especificaes fsica e qumica dos produtos de cromita variam entre os consumidores e produtores. H disponveis no comrcio quatro tipos de concentrados de cromita baseados no uso dos produtos: metalrgicos, qumicos, refratrios e de areias de fundio. Os trs primeiros so referenciados como alto cromo, alto ferro e alto alumnio, respectivamente. A cromita compacta, que contm quantidade no expressiva de material de ganga, preferida pelas indstrias metalrgica e de refratrios. Todavia, o produto para a indstria de fundio deve obedecer as exigncias de teores de, no mnimo, 45% de Cr2O3 e distribuio granulomtrica padronizada. A granulometria interfere na percolao de gases gerados durante a solidificao, que origina porosidade e tambm na rugosidade superficial dos fundidos, pois a interface metal-refratrio ser mais regular. Igualmente, o produto industrial, aps secagem, com granulometria entre 0,85 e 0,18 mm, fornecido ao mercado, geralmente, acondicionado em sacos de papel. Nas jazidas de minrio de cromo, comum tanto o teor de Cr2O3 como a relao entre cromita e os minerais de ganga variarem consideravelmente, mesmo nas pequenas distncias no interior da jazida. Por essa razo, para se chegar a uma determinada especificao, os produtores c ostumam fazer uma blendagem de diversos produtos de cromita. Em geral, os consumidores no revelam detalhes sobre as especificaes dos produtos de cromita. No entanto, h entre os produtores um grupo de especificaes tpicas que so submetidas aos consumidores. Tais especificaes, basicamente qumicas, de vrios produtos de cromita esto ilustradas na Tabela 4. No Brasil, as especificaes praticadas pela FERBASA esto ilustradas na Tabela 5.

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Tabela 4 Especificaes qumicas dos produtos de cromita para as indstrias qumicas, de fundio e de refratrios.ESPECIFICAES

Cr 2O3 + Al2O3

Ni

Fe

P

Cromita para a Indstria Metalrgica Brasil Vila Nova Brasil Vila Nova frica do SulElandstrift Hernic L.D.C. Dilokong RAND H. G. Winterveld Samancor Tweetein

=49

-

17/19

=3

11-13 5-7,5 Cromita para a Indstria Qumica 11-13 15,4 15,2 14,6 15,5 15,8 15,2 5-7,5 9,8 8,7 9,8 9,8 11,4 9,23 0,55 0,54 0,6 0,5 0,4 0,36 0,43 0,4 0,3 -

0,1

-

-

S0,000 0,003 0,002 0,002 0,000 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 -

ORIGEM

=49 46,3 46 46,9MINES

25,4 26,1 26,5 24,7 27,0

17/19 26,0 -

=3 1,2 1,0 0,9 1,0 2,5 0,5

0,1 0,33 0,26 0,2 0,3 0,2 0,2

0,08 -

0,005 0,002 0,003 0,005 -

Cr/Fe=1,7 =1,7 1,6 1,6 1,5 1,6 1,5 1,6 2,1 1,6 -

Cr 2O3

Al2O3

MgO

TiO2

V2O50,4

SiO2

FeO

46 45 46,8

Areia de Cromita para a Indstria de Fundio frica do SulElandstrifit RAND H. G. Millsell Winterveld 1 Wnterveld 2 Samancor

45,9MINES

25,4 26,5 25,2 25 25 25,8

-

1,3 1,0 1,0 0,8 0,9 0,7

15,4

-

9,8

0,6

CaO0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,05

0,08 -

0,005 0,003 0,003 0,003 0,003 -

46,2 46 46,6 46,3 47,1

15,5 9,8 0,5 0,4 14,7 10,2 0,6 0,4 15,2 11,2 0,5 0,3 15,2 11,2 0,5 0,3 14,8 10,8 0,7 Cromita para a Indstria de Refratrios

frica do Sul ANGLOMarico RAND Winterveld 1 Wnterveld 2 Winterveld 3 Samancor

AMER . 48.3MINES

20,7 24,9 24,5 24,5 25,8

-

0,9 0,7 0,8 0,3 0,6

17,2 15,4 15,6 15,6 14,8

-

12,4 11,5 11,5 11,5 10,8

0,4 0,5 0,5 0,5 0,7

0,3 0,3 0,3 -

0,01 0,25 0,25 0,25 0,05

-

0,003 0,003 0,003 -

46,6 46,5 46,9 47,1CORP.

FilipinasBENGUET Masinloc 1 Masinloc 2 Masinloc 3

Masinloc 4 35,8 12,5 L.D.C.- Lebowa Development Corporation

31,6 32,2 33,9

-

11,3 10,8 10,8

5,9 5,4 3,3

1,7

-

-

58,8 60,0 62,2

63,5

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

H.G - Henry Gould

Fonte: Papp, 1994.

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Cromita

Tabela 5 Especificaes dos produtos da FERBASA, obtidos com os minrios da mina de Ipueira (BA)*. Especificaes dos Produtos (%)Elementos ou Compostos Cr2O3 Limites de Teores Max Min Tpico SiO2 Max Tpico FeO Max Tpico MgO Max Tpico Al2O3 Max Tpico CaO Max Tpico P Max Tpico Cr/Fe Aberturas (mm) Min Tpico Produtos Areia de Cromita Tipo 01 99,00 43,00 44,00 3,30 3,10 18,00 17,50 15,50 14,70 20,00 19,50 1,00 0,12 0,008 0,006 2,10 2,22 -0,50 Areia de Cromita Tipo 02 100,0 43,00 44,50 3,50 2,90 18,00 17,80 15,50 14,80 20,00 19,00 1,00 0,11 0,008 0,006 2,10 2,20 -0,50 Concentrados Metalrgico 100,0 40,00 42,00 8,00 6,00 18,00 17,00 16,00 15,10 20,00 19,00 2,00 0,30 0,015 0,012 1,96 2,17 -0,50 Lump 95,00 38,00 38,50 12,00 10,00 17,00 15,70 18,00 16,80 17,00 15,70 1,00 0,40 0,010 0,007 1,97 2,16 9,52 -101

A. F.S. Malha 45-65 65-85 A. F.S. Tpico 50,00 71,00 * Cortesia da FERBASA Companhia de Ferro e Ligas da Bahia S.A.

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6. MINERAIS E MATERIAIS ALTERNATIVOSNa indstria qumica, o cromo tem uma variedade de aplicaes, decorrentes das diferentes propriedades do metal. A primeira, provavelmente a mais importante, a habilidade de formar compostos trivalentes e atuar como um mordente e formar compostos estveis com as fibras txteis, polmeros sintticos, ligantes no tratamento de couro ou ligninas na madeira, dentre outras. Como resultado, difcil assumir que o mercado dos produtos qumicos de cromo possa sofrer algum tipo de substituio, mesmo levando-se em conta as emisses de efluentes e os perigos que o metal pode provocar sade, problemas superados pelos modernos manuseios do metal nos diversos processos industriais. Os substitutos da cromita na produo de ligas de ferro-cromo so praticamente inexistentes. Na fabricao de aos inoxidveis, no h substituto para o metal, o que garante o uso estratgico do cromo. Os produtos capazes de substituir o cromo na fabricao de ligas, produtos qumicos e refratrios so de custo elevado e de aplicaes restritas. Embora haja vrios substitutos para o cromo em muitos usos do metal (o titnio e alumnio, por exemplo, o substituem em certas ligas inoxidveis e a magnesita nos revestimentos de fornos), tais alternativas ainda no se consolidaram como adequadas na maioria das aplicaes prticas. Igualmente, na indstria metalrgica, o cromo consagrou-se como elemento de base, principalmente na obteno de aos inoxidveis, o que praticamente inviabiliza qualquer ameaa de substituio do metal.

AGRADECIMENTOSOs autores agradecem a colaborao dos profissionais: Ivan Napoleo Bastos, D.Sc. (Prof. do IPRJ/UERJ, Nova Friburgo, RJ) e Bartolomeu F. da Fonseca (Tcnico da FERBASA).

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Cromita

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