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Tecnologia Metalúrgica

Prof. Dr. Jorge Teófilo de Barros Lopes

Universidade Federal do Pará

Instituto de Tecnologia

Campus de Belém

Curso de Engenharia MecânicaTECNOLOGIA METALÚRGICA

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Capítulo I

Universidade Federal do Pará

Instituto de Tecnologia

Introdução

Campus de Belém

Curso de Engenharia MecânicaTECNOLOGIA METALÚRGICA

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28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA

1.1 Histórico

➢ Idade da Pedra – o homem depende do uso de

ferramentas feitas de pedra para a sobrevivência -

milhares de anos.

➢ Armamentos feitos de ossos de animais, madeiras,

pedras lascadas de quartzo ou sílex configuravam os

principais avanços para auxiliar os homens na época.


1.1 Histórico

➢ Uma dos principais descobertas do homem nesse

período: manipulação do fogo para cozinhar os

alimentos, espantar animais de grande porte e iluminar

locais escuros.

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1.1 Histórico

➢ Idade dos Metais - período que caracteriza o fim da

Idade da Pedra - marcado pelo início da fabricação de

ferramentas e armas de metal – inicia antes do 5º

milênio a.C.

➢ O ser humano começava a dominar, ainda que de

maneira rudimentar, a técnica da fundição.


1.1 Histórico

➢ Primeiros metais usados utilizados como matéria

prima: cobre, estanho, bronze, ouro e prata, dentre

outros - metais cuja fusão é mais fácil e, talvez, porque

às vezes aparecem em forma de pepitas de metal

nativo.

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1.1 Histórico

➢ 400 anos antes da Era Cristã - os egípcios recuperavam

ouro a partir de depósitos aluvionares, usando

processos gravíticos.

➢ O ouro sempre acompanhou a civilização e era usado,

inicialmente, como adorno e decoração, mas foi o rei

Croesus de Lídia (região da atual Turquia), em 541

a.C., quem primeiro cunhou moedas de ouro.


1.1 Histórico

➢ A partir do século XVIII - descoberta da máquina a

vapor (início da Revolução Industrial) - ocorreram

inovações significantes na área de tratamento de

minérios.

➢ Metade do século XIX (1864) - o emprego do

tratamento de minérios se limitava praticamente

àqueles do ouro, cobre nativo e chumbo.

➢ Grande desenvolvimento na área de beneficiamento de

minérios - final do século XIX e início do século XX,

com a utilização industrial da flotação (Austrália,

1905), a inovação mais importante.

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1.1 Histórico

➢ Avanços significativos do ponto de vista tecnológico

(LUZ et al.) - ocorreram em função do

desenvolvimento de design de equipamentos maiores e

mais produtivos e eficientes (1940-1970), à otimização

de processos através de automação e computação

(1970-1990), e à racionalização do uso de energia nos

anos de 1970.

➢ Atividades de mineração e metalurgia – são,

reconhecidamente, de elevado impacto ambiental –

necessidade de fiscalização.


1.1 Histórico

➢ Mineração - o enorme tamanho de algumas operações,

a quantidade de carga movimentada e os rejeitos

gerados têm representado um risco a diversas regiões e

populações, eventualmente afetadas por acidentes e

mecanismos ineficientes de deposição e

monitoramento.

➢ Casos mais recentes: rompimento das barragens de

dejetos provenientes da mineração exploradas pela

empresa Samarco (Mariana/MG); vazamento de

resíduos nas localidades próximas à mineradora Hydro

Alunorte (Barcarena/PA).

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1.1 Histórico

Carros e destroços de casas em meio a lama, após o rompimento de barragem

de rejeitos da mineradora Samarco no Distrito de Bento Rodrigues, Minas

Gerais.


1.1 Histórico

Além de comprovado o vazamento, foi constatado também que a mineradora

fazia uso de uma tubulação clandestina, onde despejava material tóxico em

um braço de rio de Barcarena.

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1.1 Histórico

➢ Depois de importantes ciclos de alta e investimentos,

os setores enfrentam atualmente um dos períodos mais

difíceis dos últimos vinte anos, com queda abrupta de

preços e redução das margens de rentabilidade de suas

operações.

➢ As novas tecnologias estão sendo adotadas para

otimização, controle e automação de operações e

viabilização de novos empreendimentos de Mineração

e Metais, lavra e transformação mineral


1.2 Escassez de Metais

➢ Os minerais possíveis de serem utilizados pela

indústria se encontram distribuídos de maneira escassa

na crosta terrestre, formando depósitos nem sempre

exploráveis economicamente.

➢ Jazimento ou jazida mineral: depósitos de minerais

com concentrações e quantidades que permitam um

aproveitamento econômico.

➢ Depósito mineral: minerais depositados em

concentrações e quantidades que não apresentam

interesse econômico.

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➢ Conceito de aspecto circunstancial - dependendo da

conjuntura político-econômica, a exploração de um

depósito mineral pode se tornar viável → jazida

mineral.

➢ Preço de mercado de um metal - condicionado a um

grande número de variáveis: frequência da ocorrência

na crosta terrestre, complexidade na lavra e

beneficiamento, distância do mercado consumidor,

dentre outras.



➢ Existe uma crescente influência de minerais sobre toda

e qualquer atividade de desenvolvimento de um país -

com o aumento das populações, cada dia se necessita

de maior quantidade de matéria-prima para atender a

crescentes necessidades do ser humano.

➢ Baseados nestes fatos é fácil concluir que brevemente

o ser humano enfrentará uma série crise de matérias-

primas, alimentação, água, energia dentre outros.

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1.3 Relevância Tecnológica dos Metais

➢ Os metais ocupam uma posição mandatória no

desenvolvimento industrial e tecnológico da era

moderna.

➢ Constituem-se no pilar essencial de importantíssimos

segmentos produtivos: indústrias de veículos, máquinas

de bens de capital, indústria naval entre outras.

➢ Significativos desenvolvimentos nos campos dos

polímeros e cerâmicos não substituem os metais e suas

ligas numa amplíssima gama de aplicações,

particularmente como materiais de construção mecânica

e estrutural, devido a sua excelente combinação de

propriedades mecânicas, elétricas e térmicas.


1.3 Relevância Tecnológica dos Metais

➢ Propriedades como resistência mecânica, resiliência,

condutibilidades elétrica e térmica, ferromagnetismo,

elasticidade e, principalmente, plasticidade, fazem com

que esses materiais apresentem uma alta relação

desempenho/custo.

➢ Por exemplo: o aço representa em torno de 80% da

produção mundial de metais, pois possui alta

versatilidade em termos de ligas metálicas, grande

aplicações tecnológicas.

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1.4 Crosta Terrestre

➢ Com exceção dos metais nativos, como o ouro, a prata e

o cobre, dentre outros, todos os outros metais são obtidos

pela “quebra” de compostos, geralmente óxidos e

sulfetos encontrados em minérios.

➢ Tais minérios, constituem-se em recursos naturais não

renováveis, e são quase que totalmente extraídos da

crosta terrestre, isto é, da sua quarta parte continental, já

que o restante encontra-se submerso pelos oceanos.

➢ Crosta terrestre: ocupa apenas 0,3% da massa do planeta,

é a sua única parte sólida e se caracteriza pela relativa

pobreza como fonte de suprimento metálico.



Corte Esquemático e Simplificado do Planeta Terra

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➢ Quase a metade da crosta terrestre é formada por

oxigênio, ao passo que cerca de uma quarta parte é

formada por silício.

➢ Em decorrência deste fato, aproximadamente 3/4 da

crosta terrestre são formados por diferentes combinações

químicas destes elementos, tais como sílica e silicatos,

tornando-a rica de matérias-primas vítreas e cerâmicas.

➢ Dois metais incidem significativamente na crosta

terrestre: o alumínio com 8% e o ferro com 5%.

➢ 99% da crosta terrestre são constituídos por apenas nove

elementos, pela ordem: oxigênio, silício, alumínio, ferro,

cálcio, sódio, potássio, magnésio e titânio.



Os elementos mais ocorrentes na crosta terrestre.

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1.5 Exaustão metálica

➢ A retirada secular de metais da crosta terrestre, em

função da necessidade de viabilizar o desenvolvimento

tecnológico e industrial, começaram a atingir níveis

predatórios a partir da revolução industrial.

➢ Com o aumento em larga escala do consumo mundial de

metais, a escassez desses materiais começa a atingir

níveis preocupantes.



Consumo mundial de metais (DNPM, Sumário Mineral 2015, v.35).

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Consumo global de cobre – Tendência (Informações e Análises da Economia Mineral Brasileira – 7ª Edição).



Produção mundial de alguns metais em t/ano (http://minerals.er.usgs.gov/minerals/).

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Evolução da produção de aço no mundo, entre 1950 a 2010 (Instituto Aço Brasil, ABM, maio, 2011.



➢ O setor mineral mundial movimenta bilhões de dólares

anualmente. No Brasil, a balança comercial do setor

mineral obteve um saldo médio entre 2012 e 2014

superior a 23 bilhões de dólares (Tabela).

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➢ No início do século passado, uma reserva com 3% de

cobre incidente era considerada antieconômica, ao passo

que hoje já se começa a explorar reservas com apenas

0,5%, utilizando-se sofisticados processos biológicos,

através da lavagem de rochas com bactérias fixadoras do

metal.


1.6 Prazos de Exaustão

➢ Um dos sintomas da escassez de metais são os seus altos

custos.

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➢ Valor atual do grama do ouro ≈ R$ 136,00.

➢ Em função dos atuais níveis de economicidade e da

tecnologia conhecida, estima-se que as reservas de metais

apresentam prazos de exaustão na faixa de 200 a 600

anos, tais como os mostrados abaixo:

Prazos a partir de 1980 (em anos)

10 a 20 20 a 50 50 a 200 200 a 400 400 a 600

Estanho

Prata

Mercúrio

Ouro

Cobre

Zinco

chumbo

Platina

Tungstênio

Molibdênio

Vanádio

Antimônio

Cromo

Níquel

Cobalto

Alumínio

Ferro

Manganês

Titânio

Nióbio

Prazos estimados para a exaustão das reservas de alguns metais (DNPM, 2006).

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1.7 Fontes Alternativas

➢ Avanços tecnológicos na técnica de exploração de

matérias primas metálicas.

➢ Fontes não convencionais (oceanos e os 3/4 da crosta

terrestre por eles submerso.

➢ Nas águas oceânicas, com 6% de material sólido

dissolvido, apenas um metal incide significativamente,

que é o magnésio com cerca de 1.300 ppm, ficando os

demais com apenas 1 ppb.

➢ Existe uma relação significativa de material dissolvido

nas águas oceânicas, devido ao seu grande volume.



Estimativas das quantidades totais de metais dissolvidas nas águas oceânicas e

contidas na crosta terrestre (DNPM, 2006).

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➢ Na crosta submersa, isto é, nos solos oceânicos, a ocorrência

metálica é mais promissora do que a massa líquida.

➢ Jazem grandes colônias de nódulos sólidos com riqueza

metálica extraordinária, com composição média de 25% Mn,

2% Ni, 1% Cu e 0,3% Co.

➢ Estima-se em torno de 15.000 ton/km² a disponibilidade de

tais nódulos.

➢ Estes depósitos continuam relativamente inacessíveis, faltando

tecnologia para a sua extração.

➢ Além das colônias de nódulos, resta ainda a mineração

propriamente dita dos solos oceânicos, locais ainda não

prospectados.


1.8 Implicações no Mercado Internacional

➢ Agravamento da crise energética e política entre nações,

possibilitando a invasão de países com reservas de

minérios estratégicos.

➢ Grandes prejuízos a países industrializados que têm seus

parques industriais, total ou parcialmente, dependentes da

importação de matéria-prima metálica provenientes de

países não industrializados ou semi-industrializados.

Exemplo: Japão quase que 100% de todos os minérios;

USA 50 a 100%, Nb, Mn, Co, Cr, Al, Sn, Ni, Zn, Sb, W;

Alemanha, França, Inglaterra e Suíça se encontram em

situação semelhante.

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1.8 Implicações no Mercado Internacional

➢ Força econômica de países industrializados perturbando

o mercado internacional. Exemplo: estoques excessivos

de metais.

Excessos de estoques de metais nos Estados Unidos em meados de 1974.


1.9 Dilatação dos Prazos de Escassez

➢ Duas medidas de longo prazo para alteração dos

prazos de escassez de metais.

➢ Substituição paulatina de metais superutilizados por

outros subutilizados, em função de sua ocorrência

relativa na crosta terrestre.

➢ Reciclagem racional de metais, em função de suas

baixas taxas atuais de recuperação e de suas elevadas

taxas atuais de consumo. Exemplo: reciclagem de

alumínio no Brasil.

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Consumo mundial de alguns metais em função de sua ocorrência na crosta terrestre

1.9 Dilatação dos Prazos de Escassez


1.10 Situação no Brasil

➢ Situação cômoda se bem gerenciada.

➢ O Brasil detém importantíssimas reservas de metais mais

consumidos – ferro e alumínio – e de metais mais

promissores em termos de futuro tecnológico – nióbio e

titânio.

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1.11 Referências Bibliográficas

➢ Grosh. A.; Ray, H.S. Principles of extractive metallurgy.

Elsevier, 1991.

➢ Da Luz, Adão Benvindo et al. Tratamento de minérios.

Rio de Janeiro, CETEM/CNPq, 1995.

➢ DNPM. Sumário Mineral 2015, v.35. Brasília: 2016.

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