pirometalurgia - 3ª aula

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  • PIROMETALURGIA

    Prof. Carlos Falco Jr.

  • INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

    1.1) Ustulao

    Processo metalrgico conduzido a altas temperaturas, mas no ocorrendo fuso parcial das fases reagentes.

    As variedades dos processos de ustulao so:

    1.1.1) Calcinao o objetivo alterar a composio qumica dos minerais contidos no minrio, sendo a reao de dissociao a principal.

    CaCO3 CaO + CO2 1000-1200C

    2Al(OH)3 Al2O3 + 3H2O(vapor) 1200C

  • INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

    1.1) Ustulao

    1.1.2) Ustulao oxidante de minrios e concentrados de sulfeto o objetivo converter os sulfetos metlicos em xidos ou sulfatos.

    ZnS + 1,5O2 ZnO + SO2 900-1100C

    ZnS + 2O2 ZnSO4 500-600C

  • 1.1) Ustulao

    1.1.3) Sinterizao a ustulao na qual um material fino transformado em gros. Ocorre atravs de recristalizao do material, sem formao de fase lquida, ou atravs da formao de certa quantidade de fase lquida, que, na solidificao, forma aglomerados at chegar aos gros.

    2PbS + 3O2 + SiO2 PbO + PbO.SiO2 + 2SO2(800-950C)

    Frequentemente, aplicado a minrios antes de serem fundidos em fornos.

    INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

  • 1.1) Ustulao

    1.1.4) Ustulao redutora subdividido nas variedades magntica e redutora.

    a) Ustulao magntica de minrios de ferro:3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2 500-700C

    * Aplicvel a minrios de ferro antes de serem sujeitos ao beneficiamento magntico. Seu objetivo transformar minrios pobres magneticamente em altamente magnticos.

    b) Ustulao redutora:UO3 + H2 UO2 + H2O 700-900C

    INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

  • INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

    1.1) Ustulao

    1.1.5) Clorao o objetivo converter xidos e sulfetos metlicos em cloretos.

    Exemplo: clorao de xido de zircnio

    ZrO2 + 2Cl2 + C ZrCl4(g) + CO(CO2) 800-900C

    * O cloreto de zircnio , ento, condensado, sob resfriamento, num condensador.

  • INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

    1.1) Ustulao

    1.1.6) Fluorao o objetivo converter xidos metlicos em fluoretos.

    Exemplo: fluorao do xido de urnio

    UO2 + 4HF UF4 + 2H2O 500-700C

  • PIROMETALURGIA

    Fuso a Mate

    Definio Tratamento de uma substncia mineral constituda basicamente por sulfetos metlicos.

    Finalidade Obteno de matria-prima lquida, separando-a em duas fases lquidas imiscveis (separao lquido-lquido).

    Fase A contem a maior parte da ganga, que ser descartada.

    Fase B contem o metal de valor do minrio.

  • PIROMETALURGIA

    Fuso a Mate

    Separao das fases ajuste da temperatura e composio da carga.

    Fase A (flutua sobre a Fase B) constitui a escria composta por xidos.

    Fase B mate composta por sulfetos.

    Processo rota vantajosa em relao temperatura.

  • PIROMETALURGIA

    Fuso a Mate

    Motivo Maioria dos sulfetos metlicos possui baixo P.F. permitindo o uso de T inferiores.

    Mate formada por sulfetos completamente miscveis no estado lquido mono, bi, multi-constituda.

    Exemplos: mate Cu2S, mate Cu2S-Ni3S2 (notao mate Cu-Ni).

  • PIROMETALURGIA

    Fuso a Mate

    Constituintes sulfetos de metais que no so de valor, se esto presentes em quantidades apreciveis.

    Impurezas sulfetos de metais que no so de valor em pequenas quantidades.

    Exemplo: mate Cu-Fe sulfeto de ferro (constituinte) em grande quantidade e cobre (metal de valor).

  • PIROMETALURGIA

    Fuso a Mate

    Mate carter semi-metlico e condutividade eletrnica.

    Pode ser formada por metais de transio, como Cu2S, FeS, NiS etc., e tambm por PbS.

    Os compostos no so perfeitamente estequiomtricos.

    Sulfetos dos metais alcalinos, alcalino-terrosos e de Mn, Zn e Al no formam mates.

  • PIROMETALURGIA

    Fuso a Mate

    Mate mais importante para a indstria a Fe-Cu, seguida de Cu-Ni.

    O calor necessrio para a fuso da carga pode vir da combusto de combustveis fsseis.

    A partir da dcada de 40 utilizao do calor da combusto dos sulfetos da ganga flash smelting.

    Processo autgeno e muito competitivo.

  • PIROMETALURGIA

    Fuso a Mate

    A mate ser considerada rica se tiver alto teor do metal de valor e, consequentemente, outros metais em grande quantidade na escria.

    Produtos lquidos do processo de fuso a mate:

    mate solfetos de Fe e Cu

    escria xidos de ferro

  • PIROMETALURGIA

    Fuso a Mate

    As 2 fases, apesar de imiscveis, formam uma emulso, mas so separadas devido ao fato das partculas da mate serem mais densas e afundam, separando-se da escria.

    O ideal que a escria seja de baixa viscosidade.

    Slica (SiO2) pode ser adicionada para que a viscosidade da escria se torne menor.

  • PIROMETALURGIA

    Fuso a Mate

    Principais reatores que atuam com a tecnologia flash smelting:

    Outokumpu - Finlndia

    Inco - Canad

    C-Furnace - Japo

  • PIROMETALURGIA

    Reduo Metalotrmica

    Tratamento qumico de reduo de uma substncia mineral pelo emprego de um metal como agente redutor para a produo de outro metal de interesse.

    MeX + Me Me + MeX

    Me = metal redutor

    X = O, F ou Cl

  • PIROMETALURGIA

    Reduo Metalotrmica

    MeX no um gs PROBLEMA:

    dificulta o processo de separao fsica das fases aps a reduo

    significa um volume perdido no reator

    perigo potencial de perda do metal de valor pela dissoluo no produto

    MeX matria-prima na indstria cermica e de abrasivos.

  • PIROMETALURGIA

    Reduo Metalotrmica

    Empregada quando o metal a ser extrado apresenta forte tendncia a formar carbonetos.

    Trata-se de uma alternativa reduo eletroltica de sais fundidos.

    Maior aplicao produo de ferro-ligas com baixo teor de carbono de metais como Ti, Nb, Cr, V.

    Metais usados como redutores Si, Al, Mg, C, Na, K.

  • PIROMETALURGIA

    Reduo Metalotrmica

    uma reao exotrmica.

    Quanto maior a afinidade do metal redutor pelo oxignio, mais exotrmica ser a reao.

  • INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

    1.2) Fuso Metalrgica

    1.2.2) Refino

    Seu objetivo refinar metais das impurezas pelo uso das diferenas nas propriedades do metal principal e das impurezas

    Existe uma variedade de tcnicas de refino

  • 1.2) Fuso Metalrgica

    1.2.2) Refino

    1.2.2.1) Segregao

    Baseia-se na formao e na separao pelas densidades das duas fases

    A maior quantidade, seja fase lquida ou slida, a do metal refinado

    Concentrado de impurezas a segunda fase, insolvel no metal principal

    Exemplo: Cu em Pb fundido em 350C

    INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

  • INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

    1.2) Fuso Metalrgica

    1.2.2) Refino

    1.2.2.2) Destilao

    Os metais so separados atravs das diferenas nas presses de vapor dos metais e das impurezas

    Exemplo: Mg (P.E. = 1107C) separado do Al (P.E. = 2500C) em ligas Mg-Al

  • INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

    1.2) Fuso Metalrgica

    1.2.2) Refino

    1.2.2.3) Oxirrefino

    Baseia-se nas diferenas de afinidade do metal e do contaminante pelo oxignio

    Exemplo: Fe oxidado a FeO (imiscvel) em Cu fundido, na presena de ar.

    (Cu + Fe) (lq) + 0,5O2 Cu (lq) + FeO (sol.)

  • INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

    1.2) Fuso Metalrgica

    1.2.2) Refino

    1.2.2.4) Cloro-refino

    Baseia-se nas diferenas de afinidade do metal e do contaminante pelo cloro

    Exemplo: Zn pode se removido do chumbo por causa da sua afinidade pelo cloro.

    ZnCl2 insolvel no chumbo fundido e flutua sobre sua superfcie

    (Pb + Zn) (lq) + Cl2 Pb (lq) + ZnCl2 (lq.)

  • INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

    1.2) Fuso Metalrgica

    1.2.2) Refino

    1.2.2.5) Enxofre-refino

    Baseia-se nas diferenas de afinidade de vrios metais pelo enxofre

    Exemplo: Pb pode ser refinado do Cu com o auxlio do S2.

    (Pb + Cu) (lq) + S2 Pb (lq) + Cu2S (sol.)

  • INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

    1.2) Fuso Metalrgica

    1.2.2) Refino

    1.2.2.6) Carbonila-refino

    Baseia-se na capacidade de alguns metais formarem, sob condies especficas, compostos volteis, tais como Me(CO)n.

    Exemplo: refino de Ni a partir do Cu.

    (Ni + Cu) + 4CO Ni(CO)4 + Cu

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