Processos pirometalúrgicos aplicados à metalurgia dos não ferrosos:

Conversão, refino ao fogo e outros

Universidade Federal de Ouro PretoDEMET- Departamento de Engenharia Metalúrgica -EM

MET 205-11Prof Dr Paulo Assis 

Arislaine MenezesIsabela SouzaKathlin DiasLuciana de SáPedro Carvalho

Janeiro 2014

Índice

• Metais não-ferrosos• Pirometalúrgia• Etapas da fundição• Processos pirometalúrgicos• Questões ambientais• Vantagens• Desvantagens• Conclusão• Bibliografia

Não-ferrosos

• Metais não-ferrosos podem ser divididos em reativos e não reativos.

Não reativos:Cu,Ni,Pb,Co,Au e 

Ag

 Reativos: Al, Ti, Mg, Zn e U

Pirometalurgia• Processo metalúrgico consiste na utilização de altas

temperaturas para alterar o mineral quimicamente, reduzindo-o ao metal livre;

• A pirometalurgia é dividida em 3 operações: calcinação, ustulação e fusão;

• As operações pirometalúrgicas podem envolver não apenas a concentração e redução de um mineral, mas também o refinamento do metal.

Como funciona a Pirometalurgia?

 •O material obtido nas etapas anteriores, flotação, por exemplo, são submetidos a processos pirometarlúgicos em fornos de altíssimas temperaturas, aqui o mineral concentrado é enriquecido incrementando-se assim o seu grau de pureza ao separá-lo do outros minerais que o acompanham.

•Utiliza as altas temperaturas em explosões ou em fornos para separar o metal do sulfato. O calor funde o concentrado e alguns minerais são evaporizados, podendo ser recuperados por meio da destilação em fornos.

 

A fundição apresenta 4 etapas:

Recepção e amostragem

Fusão

Conversão

Pirorefinação

Fundição

Recepção e Amostragem

•  Classificação e armazenamento das amostras em silos, de acordo com a concentração de mineral e grau de umidade, pois geralmente trabalha-se com materiais de diferentes procedências.

• São analisados os conteúdos em diversos metais e o grau de umidade das amostras, já que uma porcentagem de umidade muito elevada produz um concentrado difícil de manipular e com uma elevada demanda de energia para a fusão.

Fusão•O material armazenado nos silos é transportado para os fornos de fusão, onde o material passa do estado sólido para o líquido, preparando para separar o metal do restante.  A fusão pode ser realizada em fornos de reverberação ou bem em certo tipo de dispositivos que realizam em uma só operação o processo de fusão e conversão.

•Posteriormente o material será retirado em forma líquida pela parte inferior do forno e seguirá para a etapa de conversão. A parte mais leve do fundido, o rejeito, será retirada e lançada a um bota-fora para sua solidificação em temperatura ambiente.

•Para facilitar o processo de fusão, um “flux” é normalmente adicionado visando à combinação desse com os componentes com alto ponto de fusão e, dessa forma, dar origem a uma escória com baixo ponto de fusão.

Escória

• A escória é o subproduto da fundição de minério para purificar metais;

• Podem ser disposta em uma das seguintes formas:  - Coletada em panelas e transportadas até as pilhas;  - Granuladas e em seguidas transportadas através de correias até as pilhas;• Escórias com altos teores de metal de valor são recirculadas ou tratadas.• Fatores que influenciam a fluidez de uma escória:  - Temperatura: Quanto maior a temperatura maior a fluidez da 

escória.  - Composição: Como mostrado anteriormente, a viscosidade da 

escória pode aumentar ou diminuir de acordo com o óxido presente.

Conversão

• Os produtos obtidos após a fusão são tratados em um conversor

• Dois tipos de conversores são amplamente utilizados: horizontal e vertical.

• Conversores horizontais do tipo Peirce-Smith prevalecer na metalurgia dos metais não ferrosos . Esse conversor é um barril horizontal revestido com material refratário dentro. Uma capa para as operações de carga / descarga está situado no lado superior do conversor. É composto por duas correias  em ambos os lados do conversor.

Pirorefinação

• Procurar todo sobre isso. (Izabela)• (pirorrefinação) onde se elimina o percentual de oxigênio no 

cobre, obtendo-se assim ânodos de cobre com um grau de pureza de 99,6%.

Processos Pirometalúrgicos

• Pode-se estudar os processos ,sobre dois pontos de vista:

Aspectos Químicos

1. Tratamento preliminar2. Separação do metal3. Refino

Aspectos de Engenharia

1. Transferência de calor2. Compactação de pó3. Separação sólido gás4. Oxidação em fase sólida5. Oxidação em fase fundida6. Reações metalotérmicas

Aspectos Químicos

• Tratamento preliminar: colocar o metal numa forma mais apropriada para a sua extração (muda o metal de classe química). No caso de sulfetos temos o exemplo da ustulação (oxidação parcial, sulfatante, oxidante); e no caso dos óxidos a desidratação, calcinação e cloração;

• Separação do metal: extração ou liberação do metal de seus compostos. Ex.: dos oxidados separa-se do oxigênio (redução); dos sulfetados separa-se o enxofre (conversão);

• Refino: extração ou liberação do metal de seus compostos. Ex.: dos oxidados separa-se do oxigênio (redução); dos sulfetados separa-se o enxofre (conversão);

 Em todo processo pirometalúrgico são necessárias as três etapas?

•Não. A única etapa que não pode deixar de existir é a separação do metal. O tratamento preliminar não é necessário quando o metal já encontra-se na natureza em forma adequada para sua extração, e o refino não é necessário se na extração o grau de pureza já é adequado à aplicação.

Aspectos de engenharia• Transferência de calor: O uso de minérios de baixo teor levam a necessidade e 

uma etapa de beneficiamento antes da introdução do material ao forno. Esse material não pode ser adicionado dessa forma no Alto-forno devido a dificuldade da fase gasosa atravessar um leito não poroso. Isso levou à:

          – Introdução de novos tipos de fornos          – Compactação de pós para a utilização em Alto- forno• Compactação do pó: utilizada para se obter a forma desejada (considerando 

alterações na sinterização), densidade adequada (que venha a dar contato suficiente para sinterização), e resistência mecânica para manuseio.

• Separação Sólido Gás: Uma vez que se utiliza de material fino na alimentação dos fornos, a retirada de material particulado dos gases de saída é de fundamental importância nos processos pirometalúrgicos.

• Oxidação de uma fase sólida: Operação de extrema importância para o tratamento de minerais sulfetados.

• Oxidação em fase fundida: Operação de conversão da mate a cobre blister.•  Redução metalotérmica é uma operação especial utilizada para a produção de 

“metais reativos” – Metais que não podem ser reduzidos pelo carbono ou hidrogênio.

Questões ambientais

• O  processo  pirometalúrgico  é  capaz  de  liberar  dioxinas, furano  ou  mesmo,  em  alguns  casos,  emanações  de  metais pesados. 

• Na etapa de fundição tem como subproduto gás com enxofre, sendo  por  este  motivo  necessária  a  existência  de  planta acoplada  para produção de ácido sulfúrico, visando reduzir o impacto ambiental.

Fonte: http://www.mecanicaindustrial.com.br/conteudo/317-pirometalurgia

Questões ambientais

• A principal mudança tecnológica foi a substituição dos fornos de revérbero por fornos elétricos flash na etapa de fundição a partir dos anos 50. 

Fonte: http://www.silcarb.com/portuguese/industrial-reverberatory-furnaces.php

Questões ambientais

•  No forno de ustulação , grande parte das impurezas voláteis são oxidadas juntamente com os compostos orgânicos sob a ação de temperaturas elevadas.

• Os subprodutos da etapa de ustulação são a escória e o material particulado da filtração. O material  particulado  retido no filtro, por  outro  lado,  é  rico  em  óxidos  de  zinco,  chumbo  e  estanho, que  podem  ser  extraídos  ou  segregados  por  técnicas hidrometalúrgicas. 

• Os compostos orgânicos presentes na sucata eletrônica, que dão origem  principalmente  a  furanos  e  dioxinas  são  igualmente abatidos  nos  lavadores  de  gases;  reduzindo  assim  as  possíveis contaminações atmosféricas.

Vantagens

• Utilizado na recuperação de sucata eletrônica.                                                                                                                   

• São  mais  viáveis  quando  trabalhamos  com minérios  com  alto teor e baixo nível de impureza (As, Pb, Hg, F-). 

• Processo  flame  reactor  :  uma  tecnologia  já  aprovada,  um sistema  simples  de  alimentação  e  a  possibilidade  de  uso  de vários tipos de combustíveis. 

• Processo Sirosmelt: esse processo pode utilizar matérias-primas de  diferentes  granulometrias  e  teores  de  umidade,  outros resíduos contendo Zn e vários tipos de combustíveis.

Fonte: http://amdro2003.blogspot.com.br/2012_12_01_archive.html

Vantagens

• Processo Pro-Tech : Recuperação do ferro contido na carepa de  laminação e na PAE, para uma  futura utilização no  forno elétrico a arco. 

• Processo    Technored:  Boa  taxa  de  produção  e  também  a possibilidade  de  recuperação  de  ferro  contido  na  PAE.  Para tal  finalidade,  é  necessário  acoplar  ao  forno  um  sistema  de coleta de óxidos de Zn e Pb.

Desvantagens• Alto consumo de energia.

• Requer um elevado investimento de implantação.

• O processo técnico na pirometalurgia de cobre é relativamente lento.

• Problemas ambientais, geração de gases.

• No  processo  Flame  Reactor  :  produção  de  um  óxido  de  zinco com muitas impurezas e a não recuperação direta do ferro.

• Problemas  gerados  pela  extensiva  moagem  e  flotação,  fontes complexas entre outros acabam por inviabilizar a pirometalurgia para o tratamento desses minérios de baixo teor.

Desvantagens• Tratamento de minérios de baixo teor

• Disposição dos resíduos

• Disposição dos efluentes

• Geração de SO2

 • Custo  operacional                          Fonte:  http://www.mch.cl/reportajes/mas-concentrados-o-mas-

pirometalurgia/

• Os funcionários devem tomar cuidado com o trabalho em altas temperaturas.

Conclusão• Em todos os tipos de pirometalurgia, o uso de combustível ou 

eletricidade é necessário, pois são a fonte de calor.  • Geralmente, os processos pirometalúrgicos são utilizados em 

materiais que tendem a não ser muito reativos, já que os materiais reativos podem ser estimulados a explodir quando o calor é aplicado.

• A maioria das técnicas pirometalúrgicas requer entrada de energia para manter a temperatura para que o fenômeno aconteça, o que gera um grande consumo energético, já que exigem altas temperaturas. Processos de reaproveitamento de energia e produção de energia mais limpas devem ser estudados.

Conclusão• Apesar  da  alta  eficiência  produtiva  nesses  processos,  os 

problemas ambientais devem ser levados em conta. 

• No  aspecto  ambiental,  pesquisas  apontam  que  os  processos biotecnológicos  e  hidrometalúrgicos  são  mais  adequados, enquanto  que  a  eletrometalurgia  e  pirometalurgia  são  mais impactantes  ao  meio  ambiente.  No  aspecto  de  eficiência produtiva os processos de eletrometalurgia e biotecnologia são mais adequados, logo deve ser avaliado o que melhor atende a  necessidade da empresa.

Bibliografia

• http://www.passeidireto.com/arquivo/1021797/1---nao-ferrosos--ii-• http://www.cetem.gov.br/publicacao/series_sta/sta-57.pdf• http://www.bndes.gov.br/SiteBNDES/export/sites/default/bndes_pt/

Galerias/Arquivos/conhecimento/relato/cobre.pdf• http://tecnicoemineracao.com.br/processos-pirometalurgicos-ou-

pirometalurgia/• http://www.passeidireto.com/arquivo/1021797/1---nao-ferrosos--ii-• http://www.mch.cl/reportajes/mas-concentrados-o-mas-pirometalurgia• http://www.silcarb.com/portuguese/industrial-reverberatory-

furnaces.php• http://www.mecanicaindustrial.com.br/conteudo/317-pirometalurgia• http://amdro2003.blogspot.com.br/2012_12_01_archive.html