1 - não ferrosos II

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Introdução à metalurgia dos não 
ferrosos
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA
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Divisões da Metalurgia
A metalurgia pode ser dividida nas seguintes áreas:
Metalurgia física (propriedades)
Metalurgia mecânica (conformação)
Metalurgia extrativa (produção do metal)
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Concentração
Nas operações de metalurgia extrativa o minério é
recebido da mesma forma que ele é encontrado mina e, 
por isso, normalmente, esse deve ser submetido a 
alguma operação que permita separar os minerais de 
valor da ganga.
- redução de tamanho.
- flotação.
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• Ustulação
• Calcinação
• Redução
• Lixiviação
• Eletrorrefino
• Precipitação
• Fusão
• Refino ao fogo
• Eletroobtenção
• Extração por solvente
Metalurgia Extrativa
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Metalurgia Extrativa
Metalurgia extrativa é a ciência de extração de metais 
de seu minérios, concentrados ou rejeitos por 
métodos químicos. Ela é dividida em três ramos:
• Hidrometalurgia:Técnologia de extração de metais por 
métodos aquosos. (baixas temperaturas)
• Pirometalurgia: Técnologia de extração de metais por 
métodos térmicos a seco. (altas temperaturas)
• Eletrometalurgia: Técnologia de extração de metais 
por métodos envolvendo eletricidade.
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Metalurgia extrativa
ferrosos
pirometalurgia
hidrometalurgia
pirometalurgia
não ferrosos
Latão
Níquel
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Fluxogramas
Os processos ou combinações de processos que 
são utilizados em uma dada planta industrial são 
ilustrados, convenientemente, através de um 
fluxograma. 
Para a produção de um mesmo metal um 
fluxograma pode variar devido à:
- minérios com diferentes composições.
- diferentes fornecimentos de energia.
- diferentes demandas para o produto final.
- plantas de diferentes tamanhos.
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Os principais tipos minérios são:
- óxidos
(hematita - Fe2O3)
- sulfetos
(calcocita – Cu2S)
- silicatos
(Willemite – Zn2SiO4)
Franklinit (Fe,Mn,Zn)(Fe,Mn)2O4
Cuprite (CuO)
ChalcopyriteBornite (Cu5Fe S4)
Kyanite (Al2SiO5)
Willemite (Zn2SiO4)
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• O tratamento proposto para um minério é feito de 
acordo com a natureza química da matéria prima.
• As tendências da metalurgia extrativa é sempre 
processar minérios que se tornam cada vez mais 
pobres e produzir metais com pureza elevada. (O 
que não era minério ontem pode ser hoje!!!)
• Para que a extração de um determinado metal seja 
feita, torna-se necessário conhecer a natureza do 
minério, isto é, se ele é óxido, sulfeto, fosfato, 
silicato, etc.
• A pureza exigida para o produto final é de extrema 
importância.
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Operações Unitárias e Processos Unitários
• Operação unitária: Etapa de uma planta 
industrial onde o processo envolvidos é um 
processo físico.
• Processos unitários: Etapa de uma planta 
industrial onde o processo envolvido é um 
processo químico.
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Hidrometalurgia & Pirometalurgia
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Hidrometalurgia & Pirometalurgia
Processos pirometalurgicos são mais viáveis 
quando trabalhamos com minérios com alto teor e 
baixo nível de impureza (As, Pb, Hg, F-). Devido 
ao iminente esgotamento das reservas tradicionais 
de alto teor, a atenção dos metalurgistas se voltou 
para o tratamento de minérios com baixo teor. 
Problemas gerados pela extensiva moagem e 
flotação, fontes complexas entre outros acabam 
por inviabilizar a pirometalurgia para o tratamento 
desses minérios.
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Vantagens e desvantagens dos processos 
hidrometalúrgicos e pirometalúrgicos
- Tratamento de minérios de baixo teor
- Tratamento de minérios complexos
- Disposição dos resíduos
- Disposição de efluentes
- Geração de SO2
- Custo operacional
- Plantas processuais
- Cinética
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• Tratamento de minérios complexos
O tratamento de minérios complexos por métodos 
pirometalúrgicos é inapropriado contudo, apropriado 
para processos hidrometalúrgicos.
• Tratamento de minérios de baixo teor
Tratamento de minérios de baixo teor por 
pirometalurgia é inapropriado por causa da grande 
quantidade de energia necessária para fundir a ganga. 
Por outro lado, esses minérios são especialmente 
apropriados para extração por processos 
hidrometalúrgicos (podemos utilizar agentes lixiviantes
específicos).
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• Disposição dos resíduos
Resíduos de processos pirometalúrgicos são, 
normalmente, de maior granulometria e inertes 
(ex: escória). Resíduos de processos 
hidrometalúrgicos são sólidos finamente 
divididos que podem criar problemas quando 
secos e se molhados podem acabar sendo 
lixiviados (são não inertes).
• Disposição dos efluentes
Os efluentes pirometalúrgicos são gases e os 
efluentes dos processos hidrometalúrgicos são 
líquidos.
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• Geração de SO2
Processos pirometalúrgicos: SO2
Processos hidrometalúrgicos: So ou SO42-
• Custo operacional
Custos de processos pirometalúrgicos aumentam a 
uma maior velocidade para operações em 
menores escalas quando comparados com 
processos hidrometalúrgicos.
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• Plantas processuais
A engenharia de plantas hidrometalúrgicas é
mais complexa, necessitando de muitos 
controles químicos. (pH, Eh, [íons], etc)
Jarosita [KFe3(OH)6(SO4)2] (K+, Na+, NH4+, H+)
• Cinética
Os processos pirometalurgicos mostram sempre
vantagens cinéticas.
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• Escolha do processo 
Normalmente, um metal pode ser produzido de um minério 
ou concentrado por mais do que um tipo de processo. No 
entanto, a escolha entre os diferentes processos vai 
depender de vários fatores:
- Natureza do minério.
- Localização da mina.
- Pureza necessária para o produto final.
(Zn do processo RLE mais puro e é utilizado em ligas, Zn 
produzido por processo piro é utilizado para galvanização)
- Recuperação de impurezas.
- Reatividade dos metais presentes no minério.
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O tratamento extrativo para a maioria dos metais não-
ferrosos possuem muitas características em comum tanto 
para o processamento piro como para o hidro. Para um 
melhor entendimento dos tratamentos específicos, os 
metais não-ferrosos podem ser divididos em reativos e não 
reativos.
Metais não-reativos: Cu, Ni, Pb, Co, Au e Ag
Metais reativos: Al, Ti, Mg, Zn e U 
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Processos Pirometalúrgicos
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Pode-se estudar os processos pirometalúrgicos 
sobre dois pontos de vista:
1- Aspectos Químicos
2- Aspectos de Engenharia
Antes de discutir esses aspectos, vamos primeiro discutir 
a importância da formação de fases imiscíveis nos 
processos pirometalurgicos.
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Formação de fases imiscíveis
Durante a fusão de um determinado minério, os 
silicatos, os sulfetos, os arsenatos e os metais formam, 
cada um, uma fase fundida individual.
Todas essas fases estão presentes quando se funde o óxido de chumbo 
(obtido pela oxidação do sulfeto de chumbo) na presença de carbono. Nem 
sempre todas as fases estão presentes no processo, os sistemas mais 
comuns são metal/escória e mate/escória.
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Fusão da carga
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.
CaO
SiO2
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Escória
São denominados óxidos básicos aqueles que fornecem íons 
oxigênio:
MO � M2+ + O2-
Um óxido ácido será aquele que absorve o oxigênio fornecido 
pelo óxido básico:
SiO2 + 2O2-� SiO44-
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Uma escória é considerada 
ácida se é rica em SiO2 e 
básica se é pobre em SiO2(rica em óxidos básicos).
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Existe um outro grupo de componentes em minérios que 
possuem a capacidade de combinar com escórias ácidas 
e escórias básicas, esses são chamados óxidos 
anfóteros.
[ ]1326232 23 OSiAlSiOOAl →+
Nesse caso, o óxido de 
alumínio fornece íons de 
oxigênio de acordo com a 
reação:
Al2O3� 2Al3+ + 3O2-
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O óxido de alumínio pode também reagir com um óxido 
básico, como o CaO, para formar aluminato de cálcio:
[ ]4232 OAlCaCaOOAl →+
Nesse caso, o óxido de 
alumínio reage como um 
óxido ácido:
2Al3+ + 3O2-� Al2O334
Em processos pirometalurgicos, escórias são 
produzidas em grandes quantidades. Dessa forma, essa 
pode 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.
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Os seguintes fatores 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.
Escórias possuem pequena condutividade elétrica: Isso 
demonstra seu caráter iônico. Essa propriedade é utilizada 
industrialmente para o aquecimento da carga, isto é quando 
eletrodos são imersos em uma escória fundida e uma corrente é
passada pela mesma, a temperatura da escoria aumenta 
permitindo fundir a carga
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Aspectos de Engenharia
1. Transferência de calor
2. Compactação de pó
3. Separação sólido gás
4. Oxidação em fase sólida
5. Oxidação em fase fundida
6. Reações metalotérmicas
Operações normalmente 
utilizadas para a produção 
de metais “comuns” – Fe, 
Cu, Pb, Zn, Ni, Sn e Hg
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Transferência de calor
A utilização de minérios de baixo teor levam a necessidade 
de 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
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• 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.
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A redução metalotérmica é uma operação especial 
utilizada para a produção de “metais reativos” – Metais 
que não podem ser reduzidos pelo carbono ou 
hidrogênio. 
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Aspectos Químicos
1. Tratamento preliminar
2. Separação do metal
3. Refino
i) Não é necessária a presença de todas as etapas em um 
determinado processo (Minérios com alto teor podem ser 
reduzidos diretamente)
ii) Algumas técnicas podem ser utilizadas nas três etapas 
(cloração).
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