aulas parte 1 de metalurgia extrativa e siderurgia_mauricio peres_branc

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE PROCESSOS DE METALURGIA EXTRATIVA E SIDERURGIA Prof. Mauricio M. Peres 2014 Fundamentos de Metalurgia Metalurgia Extrativa e Siderurgia Prof. Mauricio Peres

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Page 1: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

1

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

PROCESSOS DE METALURGIA

EXTRATIVA E SIDERURGIA

Prof Mauricio M Peres

2014

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres

2

Processos em Metalurgia Extrativa e Siderurgia

1 Introduccedilatildeo

2 Operaccedilotildees de Beneficiamento de Mineacuterios

3 Processos Preacute-Extrativos

4 Processos de Extraccedilatildeo e Refino

5 Processos Sideruacutergicos

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres

1 INTRODUCcedilAtildeO

11 Relevacircncia Tecnoloacutegica dos Metais

12 Crosta Terrestre e sua Pobreza Metaacutelica

13 Fontes Alternativas de Suprimentos Metaacutelicos

14 Mercado Internacional de Metais

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres

3

1 INTRODUCcedilAtildeO

12 Crosta Terrestre e sua

Pobreza Metaacutelica

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres

1 INTRODUCcedilAtildeO

12 Crosta Terrestre e sua

Pobreza Metaacutelica

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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4

1 INTRODUCcedilAtildeO

Evoluccedilatildeo do consumo dos 3

metais mais usados

Accedilo alumiacutenioe cobre

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO

13 Fontes Alternativas de Suprimentos Metaacutelicos

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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5

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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7

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO

Mercado Internacional de Metais

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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8

1 INTRODUCcedilAtildeO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

TIPOS DE MINERACcedilAtildeO

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(EMSRizzo 2003)

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

FIG 1a EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CALCAacuteRIO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

FIG 1b EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CARVAtildeO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

FIG 1c EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO SUBTERRAcircNEA DE CARVAtildeO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

FIG 1d EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE MINEacuteRIO DE FERRO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia Prof Mauricio Peres

Fig 1e

12

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo

Mineacuterio de

ferro do tipo

sinter feed

Mineacuterio de

ferro do tipo

pellet feed

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo para

Reduccedilatildeo

Direta

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Objetivos

Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O

mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto

metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia

industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio

bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos

finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto

a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos

objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio

concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e

colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize

a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo

As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos

(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto

(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado

(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado

2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS

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14

21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute

150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu

manuseio

Etapas

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo

Britagem

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Moagem (moinho de martelos)

Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)

Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)

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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo

O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser

classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos

fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo

(a) Peneiramento

(b) Sedimentaccedilatildeo

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23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo

Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado

baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute

resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio

Operaccedilotildees

(a) Flotaccedilatildeo

(b) Separaccedilatildeo gravitacional

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

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Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

31 Objetivos

Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o

metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente

pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em

outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees

de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal

Principais procesos de preparaccedilatildeo

31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))

32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)

33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)

34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)

35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p

elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos

porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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Metalurgia Extrativa e Siderurgia

33 Calcinaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO

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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS

(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS

(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS

5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS

PIRUMETALURGIA

51 Objetivos

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52 RESUMO HISTOacuteRICO

Fundamentos de Metalurgia

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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO

A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um

composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees

quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo

M X -gt M + X

ou

M X + R -gt R X + M

ou

M X -gt M+ + X-

Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo

do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados

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MINEacuteRIOS DE FERRO

Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Propriedades

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

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ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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42

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

43

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

45

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 2: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

2

Processos em Metalurgia Extrativa e Siderurgia

1 Introduccedilatildeo

2 Operaccedilotildees de Beneficiamento de Mineacuterios

3 Processos Preacute-Extrativos

4 Processos de Extraccedilatildeo e Refino

5 Processos Sideruacutergicos

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Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO

11 Relevacircncia Tecnoloacutegica dos Metais

12 Crosta Terrestre e sua Pobreza Metaacutelica

13 Fontes Alternativas de Suprimentos Metaacutelicos

14 Mercado Internacional de Metais

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3

1 INTRODUCcedilAtildeO

12 Crosta Terrestre e sua

Pobreza Metaacutelica

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1 INTRODUCcedilAtildeO

12 Crosta Terrestre e sua

Pobreza Metaacutelica

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4

1 INTRODUCcedilAtildeO

Evoluccedilatildeo do consumo dos 3

metais mais usados

Accedilo alumiacutenioe cobre

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1 INTRODUCcedilAtildeO

13 Fontes Alternativas de Suprimentos Metaacutelicos

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5

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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6

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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7

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO

Mercado Internacional de Metais

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8

1 INTRODUCcedilAtildeO

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1 INTRODUCcedilAtildeO

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9

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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TIPOS DE MINERACcedilAtildeO

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(EMSRizzo 2003)

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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FIG 1a EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CALCAacuteRIO

(Rizzo 2003)

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10

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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FIG 1b EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CARVAtildeO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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FIG 1c EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO SUBTERRAcircNEA DE CARVAtildeO

(Rizzo 2003)

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11

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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FIG 1d EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE MINEacuteRIO DE FERRO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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Fig 1e

12

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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13

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo

Mineacuterio de

ferro do tipo

sinter feed

Mineacuterio de

ferro do tipo

pellet feed

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo para

Reduccedilatildeo

Direta

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Objetivos

Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O

mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto

metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia

industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio

bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos

finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto

a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos

objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio

concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e

colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize

a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo

As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos

(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto

(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado

(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado

2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS

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14

21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute

150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu

manuseio

Etapas

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo

Britagem

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15

21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Moagem (moinho de martelos)

Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)

Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)

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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo

O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser

classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos

fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo

(a) Peneiramento

(b) Sedimentaccedilatildeo

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16

23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo

Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado

baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute

resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio

Operaccedilotildees

(a) Flotaccedilatildeo

(b) Separaccedilatildeo gravitacional

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

31 Objetivos

Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o

metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente

pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em

outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees

de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal

Principais procesos de preparaccedilatildeo

31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))

32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)

33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)

34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)

35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p

elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos

porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)

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17

3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

Fundamentos de Metalurgia

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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33 Calcinaccedilatildeo

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18

3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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19

3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO

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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS

(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS

(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS

5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS

PIRUMETALURGIA

51 Objetivos

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21

52 RESUMO HISTOacuteRICO

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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO

A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um

composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees

quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo

M X -gt M + X

ou

M X + R -gt R X + M

ou

M X -gt M+ + X-

Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo

do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados

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MINEacuteRIOS DE FERRO

Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita

22

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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23

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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24

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

28

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

29

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

30

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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31

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Propriedades

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Prof Mauricio Peres

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 3: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

3

1 INTRODUCcedilAtildeO

12 Crosta Terrestre e sua

Pobreza Metaacutelica

Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO

12 Crosta Terrestre e sua

Pobreza Metaacutelica

Fundamentos de Metalurgia

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4

1 INTRODUCcedilAtildeO

Evoluccedilatildeo do consumo dos 3

metais mais usados

Accedilo alumiacutenioe cobre

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1 INTRODUCcedilAtildeO

13 Fontes Alternativas de Suprimentos Metaacutelicos

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO

Mercado Internacional de Metais

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1 INTRODUCcedilAtildeO

Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO

Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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TIPOS DE MINERACcedilAtildeO

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(EMSRizzo 2003)

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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FIG 1a EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CALCAacuteRIO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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FIG 1b EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CARVAtildeO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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FIG 1c EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO SUBTERRAcircNEA DE CARVAtildeO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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FIG 1d EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE MINEacuteRIO DE FERRO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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Fig 1e

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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13

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo

Mineacuterio de

ferro do tipo

sinter feed

Mineacuterio de

ferro do tipo

pellet feed

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo para

Reduccedilatildeo

Direta

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Objetivos

Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O

mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto

metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia

industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio

bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos

finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto

a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos

objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio

concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e

colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize

a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo

As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos

(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto

(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado

(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado

2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS

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14

21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute

150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu

manuseio

Etapas

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo

Britagem

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15

21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Moagem (moinho de martelos)

Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)

Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)

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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo

O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser

classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos

fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo

(a) Peneiramento

(b) Sedimentaccedilatildeo

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16

23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo

Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado

baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute

resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio

Operaccedilotildees

(a) Flotaccedilatildeo

(b) Separaccedilatildeo gravitacional

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

31 Objetivos

Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o

metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente

pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em

outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees

de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal

Principais procesos de preparaccedilatildeo

31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))

32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)

33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)

34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)

35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p

elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos

porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)

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17

3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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33 Calcinaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO

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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS

(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS

(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS

5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS

PIRUMETALURGIA

51 Objetivos

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21

52 RESUMO HISTOacuteRICO

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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO

A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um

composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees

quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo

M X -gt M + X

ou

M X + R -gt R X + M

ou

M X -gt M+ + X-

Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo

do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados

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MINEacuteRIOS DE FERRO

Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita

22

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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31

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Propriedades

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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42

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

43

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

44

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

45

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

46

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 4: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

4

1 INTRODUCcedilAtildeO

Evoluccedilatildeo do consumo dos 3

metais mais usados

Accedilo alumiacutenioe cobre

Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO

13 Fontes Alternativas de Suprimentos Metaacutelicos

Fundamentos de Metalurgia

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5

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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6

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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7

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO

Mercado Internacional de Metais

Fundamentos de Metalurgia

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8

1 INTRODUCcedilAtildeO

Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO

Fundamentos de Metalurgia

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9

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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TIPOS DE MINERACcedilAtildeO

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(EMSRizzo 2003)

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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FIG 1a EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CALCAacuteRIO

(Rizzo 2003)

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10

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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FIG 1b EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CARVAtildeO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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FIG 1c EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO SUBTERRAcircNEA DE CARVAtildeO

(Rizzo 2003)

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11

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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FIG 1d EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE MINEacuteRIO DE FERRO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia Prof Mauricio Peres

Fig 1e

12

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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13

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo

Mineacuterio de

ferro do tipo

sinter feed

Mineacuterio de

ferro do tipo

pellet feed

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo para

Reduccedilatildeo

Direta

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Objetivos

Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O

mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto

metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia

industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio

bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos

finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto

a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos

objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio

concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e

colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize

a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo

As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos

(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto

(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado

(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado

2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS

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14

21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute

150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu

manuseio

Etapas

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo

Britagem

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15

21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Moagem (moinho de martelos)

Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)

Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)

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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo

O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser

classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos

fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo

(a) Peneiramento

(b) Sedimentaccedilatildeo

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16

23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo

Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado

baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute

resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio

Operaccedilotildees

(a) Flotaccedilatildeo

(b) Separaccedilatildeo gravitacional

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

31 Objetivos

Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o

metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente

pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em

outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees

de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal

Principais procesos de preparaccedilatildeo

31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))

32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)

33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)

34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)

35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p

elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos

porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)

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17

3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

Fundamentos de Metalurgia

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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33 Calcinaccedilatildeo

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18

3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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19

3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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20

4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO

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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS

(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS

(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS

5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS

PIRUMETALURGIA

51 Objetivos

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21

52 RESUMO HISTOacuteRICO

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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO

A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um

composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees

quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo

M X -gt M + X

ou

M X + R -gt R X + M

ou

M X -gt M+ + X-

Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo

do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados

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MINEacuteRIOS DE FERRO

Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita

22

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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23

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Fundamentos de Metalurgia

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

29

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Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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31

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Fundamentos de Metalurgia

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Propriedades

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 5: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO

Mercado Internacional de Metais

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1 INTRODUCcedilAtildeO

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1 INTRODUCcedilAtildeO

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TIPOS DE MINERACcedilAtildeO

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(EMSRizzo 2003)

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FIG 1a EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CALCAacuteRIO

(Rizzo 2003)

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FIG 1b EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CARVAtildeO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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FIG 1c EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO SUBTERRAcircNEA DE CARVAtildeO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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FIG 1d EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE MINEacuteRIO DE FERRO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia Prof Mauricio Peres

Fig 1e

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo

Mineacuterio de

ferro do tipo

sinter feed

Mineacuterio de

ferro do tipo

pellet feed

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo para

Reduccedilatildeo

Direta

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Objetivos

Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O

mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto

metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia

industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio

bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos

finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto

a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos

objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio

concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e

colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize

a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo

As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos

(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto

(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado

(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado

2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS

Fundamentos de Metalurgia

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14

21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute

150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu

manuseio

Etapas

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo

Britagem

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Moagem (moinho de martelos)

Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)

Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)

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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo

O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser

classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos

fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo

(a) Peneiramento

(b) Sedimentaccedilatildeo

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23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo

Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado

baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute

resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio

Operaccedilotildees

(a) Flotaccedilatildeo

(b) Separaccedilatildeo gravitacional

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

31 Objetivos

Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o

metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente

pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em

outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees

de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal

Principais procesos de preparaccedilatildeo

31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))

32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)

33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)

34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)

35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p

elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos

porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

33 Calcinaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS

(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS

(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS

5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS

PIRUMETALURGIA

51 Objetivos

Fundamentos de Metalurgia

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21

52 RESUMO HISTOacuteRICO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO

A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um

composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees

quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo

M X -gt M + X

ou

M X + R -gt R X + M

ou

M X -gt M+ + X-

Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo

do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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MINEacuteRIOS DE FERRO

Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita

22

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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25

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

Fundamentos de Metalurgia

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26

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Fundamentos de Metalurgia

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Fundamentos de Metalurgia

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Propriedades

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Fundamentos de Metalurgia

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO

Mercado Internacional de Metais

Fundamentos de Metalurgia

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Fundamentos de Metalurgia

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TIPOS DE MINERACcedilAtildeO

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(EMSRizzo 2003)

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FIG 1a EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CALCAacuteRIO

(Rizzo 2003)

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FIG 1b EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CARVAtildeO

(Rizzo 2003)

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FIG 1c EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO SUBTERRAcircNEA DE CARVAtildeO

(Rizzo 2003)

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FIG 1d EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE MINEacuteRIO DE FERRO

(Rizzo 2003)

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Fig 1e

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo

Mineacuterio de

ferro do tipo

sinter feed

Mineacuterio de

ferro do tipo

pellet feed

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo para

Reduccedilatildeo

Direta

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Objetivos

Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O

mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto

metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia

industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio

bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos

finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto

a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos

objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio

concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e

colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize

a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo

As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos

(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto

(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado

(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado

2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute

150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu

manuseio

Etapas

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo

Britagem

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Moagem (moinho de martelos)

Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)

Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)

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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo

O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser

classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos

fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo

(a) Peneiramento

(b) Sedimentaccedilatildeo

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23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo

Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado

baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute

resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio

Operaccedilotildees

(a) Flotaccedilatildeo

(b) Separaccedilatildeo gravitacional

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

31 Objetivos

Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o

metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente

pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em

outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees

de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal

Principais procesos de preparaccedilatildeo

31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))

32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)

33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)

34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)

35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p

elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos

porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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33 Calcinaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO

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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS

(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS

(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS

5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS

PIRUMETALURGIA

51 Objetivos

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52 RESUMO HISTOacuteRICO

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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO

A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um

composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees

quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo

M X -gt M + X

ou

M X + R -gt R X + M

ou

M X -gt M+ + X-

Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo

do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados

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MINEacuteRIOS DE FERRO

Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Fundamentos de Metalurgia

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Propriedades

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

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ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

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EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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42

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

43

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

44

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

45

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 7: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

7

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO

Mercado Internacional de Metais

Fundamentos de Metalurgia

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8

1 INTRODUCcedilAtildeO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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9

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

TIPOS DE MINERACcedilAtildeO

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(EMSRizzo 2003)

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

FIG 1a EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CALCAacuteRIO

(Rizzo 2003)

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10

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

FIG 1b EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CARVAtildeO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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FIG 1c EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO SUBTERRAcircNEA DE CARVAtildeO

(Rizzo 2003)

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11

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

FIG 1d EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE MINEacuteRIO DE FERRO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia Prof Mauricio Peres

Fig 1e

12

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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13

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo

Mineacuterio de

ferro do tipo

sinter feed

Mineacuterio de

ferro do tipo

pellet feed

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo para

Reduccedilatildeo

Direta

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Objetivos

Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O

mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto

metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia

industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio

bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos

finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto

a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos

objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio

concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e

colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize

a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo

As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos

(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto

(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado

(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado

2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS

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14

21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute

150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu

manuseio

Etapas

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo

Britagem

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15

21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Moagem (moinho de martelos)

Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)

Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)

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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo

O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser

classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos

fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo

(a) Peneiramento

(b) Sedimentaccedilatildeo

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16

23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo

Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado

baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute

resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio

Operaccedilotildees

(a) Flotaccedilatildeo

(b) Separaccedilatildeo gravitacional

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

31 Objetivos

Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o

metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente

pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em

outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees

de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal

Principais procesos de preparaccedilatildeo

31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))

32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)

33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)

34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)

35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p

elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos

porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)

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17

3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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33 Calcinaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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19

3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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20

4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO

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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS

(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS

(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS

5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS

PIRUMETALURGIA

51 Objetivos

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21

52 RESUMO HISTOacuteRICO

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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO

A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um

composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees

quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo

M X -gt M + X

ou

M X + R -gt R X + M

ou

M X -gt M+ + X-

Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo

do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados

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MINEacuteRIOS DE FERRO

Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita

22

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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23

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Fundamentos de Metalurgia

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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24

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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25

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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26

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

28

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

29

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

30

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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31

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Propriedades

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 8: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

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1 INTRODUCcedilAtildeO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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TIPOS DE MINERACcedilAtildeO

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(EMSRizzo 2003)

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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FIG 1a EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CALCAacuteRIO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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FIG 1b EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CARVAtildeO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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FIG 1c EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO SUBTERRAcircNEA DE CARVAtildeO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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FIG 1d EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE MINEacuteRIO DE FERRO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia Prof Mauricio Peres

Fig 1e

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo

Mineacuterio de

ferro do tipo

sinter feed

Mineacuterio de

ferro do tipo

pellet feed

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo para

Reduccedilatildeo

Direta

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Objetivos

Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O

mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto

metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia

industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio

bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos

finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto

a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos

objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio

concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e

colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize

a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo

As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos

(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto

(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado

(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado

2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS

Fundamentos de Metalurgia

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute

150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu

manuseio

Etapas

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo

Britagem

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Moagem (moinho de martelos)

Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)

Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)

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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo

O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser

classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos

fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo

(a) Peneiramento

(b) Sedimentaccedilatildeo

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23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo

Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado

baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute

resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio

Operaccedilotildees

(a) Flotaccedilatildeo

(b) Separaccedilatildeo gravitacional

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

31 Objetivos

Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o

metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente

pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em

outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees

de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal

Principais procesos de preparaccedilatildeo

31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))

32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)

33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)

34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)

35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p

elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos

porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

Fundamentos de Metalurgia

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

Fundamentos de Metalurgia

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33 Calcinaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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20

4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO

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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS

(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS

(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS

5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS

PIRUMETALURGIA

51 Objetivos

Fundamentos de Metalurgia

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21

52 RESUMO HISTOacuteRICO

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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO

A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um

composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees

quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo

M X -gt M + X

ou

M X + R -gt R X + M

ou

M X -gt M+ + X-

Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo

do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados

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MINEacuteRIOS DE FERRO

Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Propriedades

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

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ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

61 MINERACcedilAtildeO

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

62 REFINARIA

44

Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

62 REFINARIA

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

62 REFINARIA

(2012)

45

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

63 REDUCcedilAtildeO

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

63 REDUCcedilAtildeO

46

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

63 REDUCcedilAtildeO

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 9: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

9

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

TIPOS DE MINERACcedilAtildeO

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(EMSRizzo 2003)

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

FIG 1a EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CALCAacuteRIO

(Rizzo 2003)

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10

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

FIG 1b EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CARVAtildeO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

FIG 1c EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO SUBTERRAcircNEA DE CARVAtildeO

(Rizzo 2003)

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11

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

FIG 1d EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE MINEacuteRIO DE FERRO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia Prof Mauricio Peres

Fig 1e

12

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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13

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo

Mineacuterio de

ferro do tipo

sinter feed

Mineacuterio de

ferro do tipo

pellet feed

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo para

Reduccedilatildeo

Direta

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Objetivos

Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O

mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto

metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia

industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio

bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos

finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto

a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos

objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio

concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e

colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize

a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo

As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos

(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto

(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado

(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado

2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS

Fundamentos de Metalurgia

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14

21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute

150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu

manuseio

Etapas

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo

Britagem

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15

21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Moagem (moinho de martelos)

Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)

Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)

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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo

O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser

classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos

fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo

(a) Peneiramento

(b) Sedimentaccedilatildeo

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16

23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo

Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado

baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute

resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio

Operaccedilotildees

(a) Flotaccedilatildeo

(b) Separaccedilatildeo gravitacional

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

Fundamentos de Metalurgia

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

31 Objetivos

Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o

metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente

pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em

outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees

de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal

Principais procesos de preparaccedilatildeo

31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))

32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)

33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)

34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)

35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p

elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos

porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)

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17

3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

Fundamentos de Metalurgia

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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33 Calcinaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO

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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS

(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS

(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS

5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS

PIRUMETALURGIA

51 Objetivos

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21

52 RESUMO HISTOacuteRICO

Fundamentos de Metalurgia

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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO

A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um

composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees

quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo

M X -gt M + X

ou

M X + R -gt R X + M

ou

M X -gt M+ + X-

Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo

do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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MINEacuteRIOS DE FERRO

Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita

22

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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23

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

29

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Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

30

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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31

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Fundamentos de Metalurgia

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Propriedades

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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42

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

43

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

45

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 10: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

10

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

FIG 1b EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CARVAtildeO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

FIG 1c EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO SUBTERRAcircNEA DE CARVAtildeO

(Rizzo 2003)

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11

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

FIG 1d EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE MINEacuteRIO DE FERRO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia Prof Mauricio Peres

Fig 1e

12

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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13

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo

Mineacuterio de

ferro do tipo

sinter feed

Mineacuterio de

ferro do tipo

pellet feed

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo para

Reduccedilatildeo

Direta

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Objetivos

Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O

mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto

metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia

industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio

bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos

finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto

a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos

objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio

concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e

colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize

a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo

As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos

(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto

(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado

(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado

2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS

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14

21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute

150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu

manuseio

Etapas

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo

Britagem

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15

21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Moagem (moinho de martelos)

Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)

Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)

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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo

O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser

classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos

fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo

(a) Peneiramento

(b) Sedimentaccedilatildeo

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16

23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo

Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado

baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute

resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio

Operaccedilotildees

(a) Flotaccedilatildeo

(b) Separaccedilatildeo gravitacional

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

31 Objetivos

Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o

metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente

pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em

outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees

de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal

Principais procesos de preparaccedilatildeo

31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))

32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)

33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)

34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)

35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p

elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos

porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)

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17

3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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33 Calcinaccedilatildeo

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18

3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO

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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS

(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS

(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS

5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS

PIRUMETALURGIA

51 Objetivos

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21

52 RESUMO HISTOacuteRICO

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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO

A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um

composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees

quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo

M X -gt M + X

ou

M X + R -gt R X + M

ou

M X -gt M+ + X-

Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo

do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados

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MINEacuteRIOS DE FERRO

Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita

22

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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23

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Fundamentos de Metalurgia

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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25

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Fundamentos de Metalurgia

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

Fundamentos de Metalurgia

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31

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Propriedades

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 11: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

11

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

FIG 1d EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE MINEacuteRIO DE FERRO

(Rizzo 2003)

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia Prof Mauricio Peres

Fig 1e

12

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo

Mineacuterio de

ferro do tipo

sinter feed

Mineacuterio de

ferro do tipo

pellet feed

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo para

Reduccedilatildeo

Direta

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Objetivos

Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O

mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto

metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia

industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio

bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos

finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto

a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos

objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio

concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e

colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize

a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo

As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos

(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto

(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado

(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado

2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS

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14

21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute

150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu

manuseio

Etapas

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo

Britagem

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Moagem (moinho de martelos)

Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)

Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)

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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo

O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser

classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos

fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo

(a) Peneiramento

(b) Sedimentaccedilatildeo

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16

23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo

Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado

baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute

resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio

Operaccedilotildees

(a) Flotaccedilatildeo

(b) Separaccedilatildeo gravitacional

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

31 Objetivos

Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o

metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente

pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em

outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees

de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal

Principais procesos de preparaccedilatildeo

31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))

32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)

33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)

34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)

35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p

elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos

porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

Fundamentos de Metalurgia

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

Fundamentos de Metalurgia

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33 Calcinaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS

(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS

(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS

5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS

PIRUMETALURGIA

51 Objetivos

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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21

52 RESUMO HISTOacuteRICO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO

A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um

composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees

quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo

M X -gt M + X

ou

M X + R -gt R X + M

ou

M X -gt M+ + X-

Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo

do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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MINEacuteRIOS DE FERRO

Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita

22

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Fundamentos de Metalurgia

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Propriedades

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

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ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 12: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo

Mineacuterio de

ferro do tipo

sinter feed

Mineacuterio de

ferro do tipo

pellet feed

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo para

Reduccedilatildeo

Direta

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Objetivos

Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O

mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto

metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia

industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio

bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos

finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto

a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos

objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio

concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e

colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize

a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo

As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos

(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto

(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado

(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado

2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute

150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu

manuseio

Etapas

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo

Britagem

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Moagem (moinho de martelos)

Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)

Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)

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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo

O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser

classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos

fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo

(a) Peneiramento

(b) Sedimentaccedilatildeo

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23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo

Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado

baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute

resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio

Operaccedilotildees

(a) Flotaccedilatildeo

(b) Separaccedilatildeo gravitacional

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

31 Objetivos

Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o

metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente

pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em

outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees

de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal

Principais procesos de preparaccedilatildeo

31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))

32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)

33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)

34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)

35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p

elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos

porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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33 Calcinaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO

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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS

(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS

(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS

5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS

PIRUMETALURGIA

51 Objetivos

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52 RESUMO HISTOacuteRICO

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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO

A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um

composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees

quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo

M X -gt M + X

ou

M X + R -gt R X + M

ou

M X -gt M+ + X-

Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo

do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados

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MINEacuteRIOS DE FERRO

Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Propriedades

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

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ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

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EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

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Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 13: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

13

1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo

Mineacuterio de

ferro do tipo

sinter feed

Mineacuterio de

ferro do tipo

pellet feed

Mineacuterio de

ferro

Grauacutedo para

Reduccedilatildeo

Direta

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Objetivos

Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O

mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto

metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia

industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio

bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos

finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto

a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos

objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio

concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e

colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize

a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo

As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos

(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto

(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado

(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado

2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute

150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu

manuseio

Etapas

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo

Britagem

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Moagem (moinho de martelos)

Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)

Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)

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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo

O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser

classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos

fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo

(a) Peneiramento

(b) Sedimentaccedilatildeo

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23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo

Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado

baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute

resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio

Operaccedilotildees

(a) Flotaccedilatildeo

(b) Separaccedilatildeo gravitacional

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

31 Objetivos

Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o

metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente

pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em

outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees

de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal

Principais procesos de preparaccedilatildeo

31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))

32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)

33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)

34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)

35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p

elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos

porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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33 Calcinaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO

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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS

(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS

(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS

5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS

PIRUMETALURGIA

51 Objetivos

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21

52 RESUMO HISTOacuteRICO

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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO

A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um

composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees

quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo

M X -gt M + X

ou

M X + R -gt R X + M

ou

M X -gt M+ + X-

Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo

do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados

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MINEacuteRIOS DE FERRO

Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Fundamentos de Metalurgia

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

Fundamentos de Metalurgia

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Fundamentos de Metalurgia

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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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31

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Propriedades

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

43

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 14: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

14

21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute

150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu

manuseio

Etapas

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo

Britagem

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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Moagem (moinho de martelos)

Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)

Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)

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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo

O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser

classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos

fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo

(a) Peneiramento

(b) Sedimentaccedilatildeo

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16

23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo

Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado

baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute

resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio

Operaccedilotildees

(a) Flotaccedilatildeo

(b) Separaccedilatildeo gravitacional

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

31 Objetivos

Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o

metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente

pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em

outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees

de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal

Principais procesos de preparaccedilatildeo

31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))

32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)

33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)

34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)

35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p

elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos

porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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33 Calcinaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO

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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS

(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS

(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS

5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS

PIRUMETALURGIA

51 Objetivos

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21

52 RESUMO HISTOacuteRICO

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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO

A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um

composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees

quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo

M X -gt M + X

ou

M X + R -gt R X + M

ou

M X -gt M+ + X-

Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo

do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados

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MINEacuteRIOS DE FERRO

Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Propriedades

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 15: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

15

21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo

Moagem (moinho de martelos)

Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)

Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)

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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo

O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser

classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos

fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo

(a) Peneiramento

(b) Sedimentaccedilatildeo

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23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo

Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado

baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute

resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio

Operaccedilotildees

(a) Flotaccedilatildeo

(b) Separaccedilatildeo gravitacional

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

31 Objetivos

Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o

metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente

pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em

outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees

de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal

Principais procesos de preparaccedilatildeo

31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))

32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)

33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)

34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)

35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p

elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos

porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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33 Calcinaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO

Fundamentos de Metalurgia

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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS

(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS

(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS

5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS

PIRUMETALURGIA

51 Objetivos

Fundamentos de Metalurgia

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21

52 RESUMO HISTOacuteRICO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO

A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um

composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees

quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo

M X -gt M + X

ou

M X + R -gt R X + M

ou

M X -gt M+ + X-

Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo

do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados

Fundamentos de Metalurgia

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MINEacuteRIOS DE FERRO

Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita

22

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

Fundamentos de Metalurgia

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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23

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Fundamentos de Metalurgia

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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Propriedades

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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42

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

43

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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16

23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo

Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado

baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute

resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio

Operaccedilotildees

(a) Flotaccedilatildeo

(b) Separaccedilatildeo gravitacional

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo

(c) Separaccedilatildeo magneacutetica

(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica

(e) Espessamento e Filtragem

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

31 Objetivos

Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o

metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente

pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em

outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees

de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal

Principais procesos de preparaccedilatildeo

31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))

32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)

33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)

34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)

35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p

elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos

porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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33 Calcinaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO

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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS

(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS

(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS

5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS

PIRUMETALURGIA

51 Objetivos

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21

52 RESUMO HISTOacuteRICO

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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO

A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um

composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees

quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo

M X -gt M + X

ou

M X + R -gt R X + M

ou

M X -gt M+ + X-

Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo

do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados

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MINEacuteRIOS DE FERRO

Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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31

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Propriedades

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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42

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

43

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

44

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

45

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 17: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

17

3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS

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33 Calcinaccedilatildeo

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18

3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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19

3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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20

4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO

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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS

(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS

(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS

5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS

PIRUMETALURGIA

51 Objetivos

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21

52 RESUMO HISTOacuteRICO

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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO

A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um

composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees

quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo

M X -gt M + X

ou

M X + R -gt R X + M

ou

M X -gt M+ + X-

Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo

do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados

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MINEacuteRIOS DE FERRO

Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita

22

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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23

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Fundamentos de Metalurgia

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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24

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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25

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

Fundamentos de Metalurgia

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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Propriedades

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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42

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

43

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

44

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

45

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 18: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

18

3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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19

3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO

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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS

(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS

(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS

5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS

PIRUMETALURGIA

51 Objetivos

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21

52 RESUMO HISTOacuteRICO

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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO

A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um

composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees

quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo

M X -gt M + X

ou

M X + R -gt R X + M

ou

M X -gt M+ + X-

Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo

do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados

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MINEacuteRIOS DE FERRO

Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita

22

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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Propriedades

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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42

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

43

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

45

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 19: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

19

3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia

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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo

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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO

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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS

(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS

(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS

5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS

PIRUMETALURGIA

51 Objetivos

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21

52 RESUMO HISTOacuteRICO

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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO

A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um

composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees

quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo

M X -gt M + X

ou

M X + R -gt R X + M

ou

M X -gt M+ + X-

Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo

do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados

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MINEacuteRIOS DE FERRO

Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita

22

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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24

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

Fundamentos de Metalurgia

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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Propriedades

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Fundamentos de Metalurgia

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

43

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 20: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO

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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS

(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS

(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS

5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS

PIRUMETALURGIA

51 Objetivos

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21

52 RESUMO HISTOacuteRICO

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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO

A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um

composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees

quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo

M X -gt M + X

ou

M X + R -gt R X + M

ou

M X -gt M+ + X-

Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo

do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados

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MINEacuteRIOS DE FERRO

Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

Fundamentos de Metalurgia

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Propriedades

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 21: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

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52 RESUMO HISTOacuteRICO

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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO

A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um

composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees

quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo

M X -gt M + X

ou

M X + R -gt R X + M

ou

M X -gt M+ + X-

Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo

do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados

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MINEacuteRIOS DE FERRO

Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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Propriedades

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

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ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 22: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

Fundamentos de Metalurgia

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Propriedades

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

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ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 23: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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3 componentes baacutesicos

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa (3-4C e

6-7impurezas como

SPSiMn)

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

Entra

- Mineacuterio de Ferro

- Fundente

- Coque

Produtos Resultantes

- Ferro Gusa

- Escoacuteria (oacutexidos)

- Poeira (cinzas)

- Gases (CO2)

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Propriedades

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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Propriedades

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

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ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 25: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

25

54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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Propriedades

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

43

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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Propriedades

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

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Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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42

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

43

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

45

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 27: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

27

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

28

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

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Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

30

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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31

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Propriedades

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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42

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

43

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

45

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

46

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 28: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

28

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO

FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO

29

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

30

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

Fundamentos de Metalurgia

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31

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Fundamentos de Metalurgia

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Propriedades

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

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VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

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PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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42

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

43

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

44

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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29

Fundamentos de Metalurgia

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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

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Propriedades

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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63 REDUCcedilAtildeO

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

63 REDUCcedilAtildeO

46

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

63 REDUCcedilAtildeO

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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30

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN

TUBOS SEM COSTURA

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa e Siderurgia

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31

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Fundamentos de Metalurgia

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Propriedades

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Fundamentos de Metalurgia

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

32

6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Propriedades

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Hidrometalurgia

Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-

ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em

meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)

Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo

A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees

Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte

uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute

atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)

Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por

exemplo)

Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da

separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se

procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica

seja por accedilatildeo eletroliacutetica

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

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ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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42

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Prof Mauricio Peres

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 33: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

33

ETAPAS DA

HIDROMETALURGIA

Fluxograma Tiacutepico

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a

granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte

(lixiviaccedilatildeo)

- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo

classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)

- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do

mineacuterio ou concentrado

- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo

de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo

amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e

biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)

- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos

guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses

microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e

nutrientes)

- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por

exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de

acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado

A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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42

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

43

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

62 REFINARIA

(2012)

45

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

63 REDUCcedilAtildeO

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 34: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

34

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos

- Leito Estaacutetico

- Tanques Agitados

- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)

- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo

- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem

espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de

interesse)

- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na

polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo

- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo

determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais

- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes

da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa

posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido

ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo

- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado

ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX

- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao

tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal

- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O

respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes

processos piro ou eletrometaluacutergicos

- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo

via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que

por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza

diretamente de soluccedilotildees aquosas

- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos

em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros

- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o

alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

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EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

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Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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42

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

43

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

45

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Page 35: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

35

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio

- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados

-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de

baixo teor

Processo Pirometaluacutergico

A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a

ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre

07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o

concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30

- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60

e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da

pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser

submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem

refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)

- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de

tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de

cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos

semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples

refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a

partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos

36

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

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VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo Hidrometaluacutergico

-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de

mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo

susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica

- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com

solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em

Cobre

Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-

se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise

- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de

cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado

posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes

- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo

- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo

(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida

como processo SX-EW

A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que

utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias

inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e

enxofre

Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta

pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o

aproveitamento de pequenos depoacutesitos

ETAPAS DA HIDROMETALURGIA

Processo SX-EW

O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi

desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo

largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor

partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem

necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria

- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas

vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes

- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre

sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido

sulfuacuterico a partir deste gaacutes

- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo

aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo

O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a

maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e

prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo

necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo

apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo

obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre

- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar

economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a

escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

38

Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

42

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

61 MINERACcedilAtildeO

43

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

61 MINERACcedilAtildeO

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

62 REFINARIA

44

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

62 REFINARIA

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

62 REFINARIA

(2012)

45

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

63 REDUCcedilAtildeO

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

63 REDUCcedilAtildeO

46

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

63 REDUCcedilAtildeO

Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

GRATO

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Page 37: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

37

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por

meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato

- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo

seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas

adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa

- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato

muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa

(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos

maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo

- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico

Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente

lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)

- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele

seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo

O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma

substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para

que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo

dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos

- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa

para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial

torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o

extrato Figura 1

EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE

- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de

vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-

requisitos baacutesicos devem ser preenchidos

(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon

(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que

consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por

exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )

- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a

diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o

solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo

propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos

1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga

1048707 por troca iocircnica ou

- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)

Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O

- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico

2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+

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Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

43

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

44

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

45

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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GRATO

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Ligas de Alumiacutenio

- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)

- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre

- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade

- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo

- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC

- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia

- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn

- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do

Peso

- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos

ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos

Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio

- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre

- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas

- Mineraccedilatildeo

- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)

- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea

Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de

alumiacutenio seja economicamente viaacutevel

As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo

- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3

sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio

- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as

seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de

TiO2

- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico

- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC

sob Pressatildeo

- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na

soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-

- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados

como impurezas soacutelidas

- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-

se em um soacutelido branco

- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)

- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando

vapor de aacutegua no processo

2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O

39

VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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41

Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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62 REFINARIA

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62 REFINARIA

(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

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VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada

Resumo do Processo Bayer

1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)

2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)

3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)

4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)

5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo

6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise

Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico

Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita

que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama

Vermelha)

- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem

decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as

modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)

- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias

aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de

alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo

(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)

40

PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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(2012)

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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

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PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)

1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em

oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido

2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido

de carbono

3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)

3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para

o ajuste das composiccedilotildees

4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)

bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)

bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V

bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E

o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)

bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)

bull Soluccedilatildeo para Este Problema

bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo

bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea

bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)

Na3AlF6 (Criolita)

Ponto de Fusatildeo 900oC

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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(2012)

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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio

- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)

- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6

3ndash + CO2 + 4 endash Anodo

- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global

Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e

obtiveram Al metaacutelico

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

47

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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61 MINERACcedilAtildeO

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(2012)

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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63 REDUCcedilAtildeO

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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

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61 MINERACcedilAtildeO

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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo

Extrusatildeo

Perfis de Alumiacutenio

Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia

Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

GRATO

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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos

Page 47: Aulas Parte 1 de Metalurgia Extrativa e Siderurgia_Mauricio Peres_branc

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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de

ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que

concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com

lubrificaccedilatildeo entre elas

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