ENG06632 - Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos II-ANestor Cezar Heck – UFRGS / DEMET

1

Status 2004/2Refino à fogo

Questões para fixar o conteúdo:

1) Escreva a reação genérica do refino à fogo e descreva o significado de seus componentes.2) Pelas características, o refino à fogo se enquadra na classe química ou física de refino?3) O refino à fogo não pode ser usado no alumínio. Diga para que classe de metais melhor se

emprega o refino à fogo e dê alguns exemplos.4) Qual a importância de se ter X em uma nova fase, XO? (Lembre que, no resultado de uma

análise química do metal, permanece constante o teor da impureza X se o produto do refino éuma dispersão de XO no metal de valor, mas, metalurgicamente, há uma diferença entre essasituação e aquela inicial, onde a impureza X estava dissolvida na matriz metálica)

5) O estado físico de XO podem ser importante no refino. Explique.6) Qual a importância de se ter XO formando uma camada no topo do banho?7) Que fatores são importantes para se transformar uma dispersão de XO no metal de valor em

uma camada sobrenadante?8) Quais são as técnicas para se fornecer oxigênio ao metal?9) O que são “elementos residuais” (tramp elements)? Exemplifique.10) Quais são as duas etapas do refino à fogo?11) Quais são as duas técnicas empregadas na etapa final do refino?12) Qual o grau máximo de pureza no refino à fogo?13) Por qual motivo existe uma saturação (teor máximo) de O no banho?14) No caso dela ser atingida, o que acontece com o oxigênio adicional fornecido ao banho?15) Explore a relação entre a atividade do óxido do metal de valor e a atividade máxima do O e

responda: quais as conseqüências de uma diminuição da atividade do óxido do metal de valor?16) O quê pode fazer a atividade do óxido do metal de valor diminuir?17) Mostre, por meio de um diagrama atividade de X versus atividade de O, a lógica do refino à fogo.

Justifique a análise.18) A desoxidação pode ser feita sob vácuo; qual é o seu alcance no metal líquido?19) No refino à fogo do Si no banho podemos alterar a sua atividade usando CaO. Compare a

questão acima e faça conjecturas a respeito do alcance dessa medida no metal líquido.20) No caso do emprego de vácuo na desoxidação, queremos que o produto XO(g) tenha, no

equilíbrio, uma pressão parcial elevada ou baixa?21) A presença de um terceiro elemento dissolvido no banho (interação medida pelo coeficiente de

atividade) pode influenciar a atividade da impureza X dissolvida no metal de valor. Qual osignificado prático disso, quando o coeficiente de atividade do X se torna maior do que aunidade?

22) Para o refino à fogo preferimos temperaturas moderadas, ou elevadas? Explique usando umgráfico.

23) Qual uso damos ao calor gerado pelas reações exotérmicas do refino à fogo?

Questões para o desenvolvimento do tema:

1) A variação da energia livre padrão de Gibbs pode ser usada para dar a provável ordem deeliminação de elementos no banho durante o refino à fogo; use ∆G° para a reação de formaçãodos compostos SnO2, As2O3, e SbO2 à temperatura de 500°C, em Joule, dada por mol de óxido(cuidado: o diagrama de Hellingham dá esse valor por mol de O2(g)! ): -4,15E+05; -4,51E+05; e -3,11E+05; para dar a provável ordem de eliminação de estanho, arsênio e antimônio do chumbo.

2) Uma segunda informação pode ser usada para dar a provável ordem de eliminação de elementosno banho durante o refino à fogo. Guthrie nos dá uma pista quando diz que, à 1550°C, em umasolução líquida de Cu-Fe, o valor de γ°Fe = 10,57, enquanto que γ°Ni ≈ 1,91 para uma soluçãolíquida de Cu-Ni. Faça um diagrama aproximado atividade versus fração molar do soluto e

ENG06632 - Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos II-ANestor Cezar Heck – UFRGS / DEMET

2

responda, com base nele, quem seria oxidado mais facilmente, entre o Fe e o Ni, durante o refinodo cobre (aqui vale o princípio de Le Chatelier)!

3) O refino do cobre inclui a eliminação do enxofre remanescente do processo de conversão pormeio da reação:

S + 2O = SO2(g) .Rosenqvist nos dá o seguinte valor, com base na reação acima, à temperatura de 1150°C ebaixas pressões de SO2, para a equação:

[ ] [ ]( )2

2

012,0'SOpOSK ⋅

== .

a) Complete a tabela com os valores apropriados, usando pSO2 = 1 [atm]; (b) faça o gráficocorrespondente usando, na ordenada, a concentração de oxigênio (ao final do processo, o teor deoxigênio é ~0,9 [%]) e, na abcissa, o teor de enxofre.

[S] [%] [O] [%] [S] [%] [O] [%]0.01 0.4

0.025 0.60.07 0.8

0.2 1

4) Ajustando-se o valor da constante para reproduzir valores mostrados por Habashi, para atemperatura de 1400°C, encontramos K' = 0,06 . Qual é o novo teor de enxofre final, se atemperatura do refino à fogo subir até esse valor? (Use, também, o quociente entre os valoresencontrados, para ter uma idéia da grandeza da mudança!)

5) Para o aço, mais valores fundamentais são conhecidos. Para a equação (Guthrie):½ O2(g) = O(%) ,∆G° = -28000-0,69T ,

com T em [°C]; use a equação ∆G° = f(T), T em [K], e faça um diagrama concentração de [O] [%]em função da pressão de O2(g). Note que, se [O] = 0,226%, a atividade da FeO = 1.

6) Numa escória básica, a atividade da sílica pode ter um valor muito menor do que a unidade. Issopode afetar fortemente o teor da impureza Si durante o refino à fogo. Compare os teores mínimosde Si [%] no aço, à 1600°C, para 0,02 [%] de [O] dissolvido no aço, quando o valor da atividadeda escória for igual à 1 e 0,01 , sabendo que (Ros. p. 385.):

[ ] [ ]258,22

OSiEaSiO ⋅=−⋅ .

7) Sob condições fortemente oxidantes, também o metal base pode se oxidar. No caso do cobre, háa formação de Cu2O, com a cor vermelho-telha. Estude o fenômeno usando dados para omanganês dissolvido no aço à 1600°C (Ros. p. 386.). Construa - num único gráfico - o teor de[O] [%] em função do teor de [Mn] [%], contemplando duas situações: a) oxidação de apenas oMn:

[ ] [ ]OMn ⋅=047,0 .

b) oxidação do Fe junto com o Mn, formando uma escória:

[ ] [ ] [ ]OOMn 33,0074,0 +⋅= .

Use como valor mínimo de oxigênio: 0,05 [%]; observe o comportamento do Mn à medida que oteor de oxigênio aumenta.

8) Quantos Nm3 de gás natural devem ser soprados em 5 toneladas de cobre, após o refino à fogo,para reduzir o teor de oxigênio para 0,05 [%], considerando um rendimento no processo deapenas 2/5?