Metais e Metalurgia

Eric Alexsander Poscidônio de Souza 18701 Cléderson Vinícios Rosa 18696

Sumário• Ocorrência e distribuição dos metais• Pirometalurgia• Hidrometalurgia• Eletrometalurgia• Ligação metálica• Ligas• Metais de transição• Química de alguns metais de transição

Ocorrência de Distribuição dos Metais

• Litosfera, é a região correspondente à superfície da terra.

• Geralmente os metais mais úteis não estão disponíveis em abundância na Listosfera.

Ocorrência de Distribuição dos Metais• A maioria dos metais

são encontrados como componentes de matéria inorgânica, especificamente chamados minerais.

• Minério, que contêm metal suficiente para ser extraído economicamente.

• São encontrados sob a superfície terrestre

Hematita

Metalurgia

• Metalurgia: ciência e tecnologia de extração de metais a partir de suas fontes naturais e de sua preparação para o uso prático.

• Pode ser dividida em cinco processos:• Mineração;• Concentração;• Redução (obtenção do metal livre no estado de oxidação

zero);• Refino;• Mistura com outros metais (liga).

Pirometalurgia

• É um processo metalúrgico que utiliza altas temperaturas para alterar o metal quimicamente para que no final se reduza a um metal livre.

• Tipos:– Calcinação;– Ustulação ;– Fusão;

Calcinação• Alguns minérios se

decompõem durante o aquecimento e acabam eliminando na maior parte das vezes H2O ou CO2.

• A calcinação serve para eliminar o CO2, formando óxido metálico.

• Exemplo: PbCO3(s) PbO(s) + CO2(g)

Ustulação• Consiste em aquecer um mineral de sulfeto

na presença de gás oxigênio, convertendo o metal a óxido. A ustulação é conhecida também como "queima de sulfeto".

• Exemplo: 2 ZnS(s) + 3 O2(g) 2 ZnO(s) + 2 SO2(g)

• Geralmente usado para obtenção de metais como: chumbo, cobre, prata, zinco e mercúrio.

Fusão • É um processo em que os materiais formados

durante as reações químicas são separados em duas ou mais camadas. Dois tipos de camadas importantes são formadas na fundição: metais e escória (resíduo silicoso).

• Exemplo: CaO(l) + SiO2(l) CaSiO3(l)

Hidrometalurgia • Processo metalúrgico que utiliza a água para

extração de metais de seus minérios.• Lixiviação

Hidrometalurgia do alumínio

• Fonte: bauxita• Principais impurezas da bauxita: SiO2 e Fe2O3

• Processo para purificar a bauxita: Processo de Bayer.

• Al2O3, ele se dissolve nessa solução, formando o íon complexo aluminato, Al(OH)4

-

• Óxidos de ferro (III) não se dissolvem na solução fortemente básica;

• Al2O3+ 2OH- + 3H2O → 2[Al(OH)4]-

• 2Al(OH)3 → Al2O3+ 3H2O

Eletrometalurgia

• Muitos processos usados para reduzir minerais metálicos ou metais refinados são baseados na eletrólise. Coletivamente denominamos de eletrometalurgia, são úteis na produção do sódio, magnésio e alumínio.

• Importante para obtenção de metais mais ativos.

Ligação metálica• Mar de elétrons:• Características mostradas no modelo:– Vantagens:

• Uma rede de cátions metálicos num “mar” de elétrons de valência;• Elétrons confinados ao metal por atração eletrostática

aos cátions;• Elétrons fluem livremente através do metal, pois

nenhum elétron é localizado entre dois átomos de metal;• Não possui ligações definidas e mostra facilidade de

deformação (maleabilidade e ductilidade).

Ligação metálica– Desvantagens:• Com o aumento do número de elétrons de valência, a

força de ligação deveria aumentar, junto com o ponto de fusão;• No entanto os metais do grupo 6B (Cr, Mo, W), que

estão no centro dos metais de transição, possuem os maiores pontos de fusão.

– Propriedades físicas dos metais:• Alta condutividade térmica;• Alta condutividade elétrica;• Maleáveis ;• Dúcteis ;• Estruturas sólidas.

Ligas

• Material que contêm mais de um elemento e têm as propriedades características dos metais.

• Podem ser classificadas em: – Ligas de solução;– Ligas heterogêneas;– Compostos intermetálicos.

Metais de transição• Propriedades físicas:• Ocupam o bloco d da tabela periódica;• Crescente importância dos metais de

transição antes desconhecidos, devido à sua utilização na tecnologia moderna (exemplo motor de jato).

Química de alguns metais de transição

• Ferro (Fe) - Em solução aquosa existem os estados de

oxidação +2 (ferroso) e +3 (férrico); - Geralmente aparece em solução aquosa

devido ao contato com depósitos de FeCO3, com ajuda do CO2 dissolvido na água:

FeCO3(s) + CO2(aq) + H2O(l) Fe2+(aq) + 2 HCO3

-(aq)

- Na presença de ar, o Fe2+ é oxidado a Fe3+:

4 Fe2+(aq) + O2(g) + 4 H+

(aq) 4 Fe3+(aq) + 2 H2O(l) E°=+0,46 V

Conclusão

• A metalurgia visa o entendimento das propriedades dos metais para desenvolvimento de novos materiais úteis.

• Principais processos: pirometalurgia, hidrometalurgia e eletrometalurgia.

• As ligas metálicas são muito empregadas na tecnologia moderna.

• A metalurgia atual está desenvolvendo novos métodos que buscam minimizar os impactos sobre o meio ambiente.

Referências Bibliográficas

Livros:Brown, Lemay, Bursten. “Química a Ciência Central”. 9ª

EdiçãoMahan Meyers “Química um Curso Universitário” 4ª Edição