12-Cobre (Smelting)
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12-Cobre (Smelting)


DisciplinaMetalurgia dos Não-ferrosos II32 materiais223 seguidores
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mais
impurezas (formam
menos escória).
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\u2022 Conversor Peirce Smith
Metade dos conversores Peirce Smith em
operação no mundo utilizam gás enriquecido de
O2 (\u2248 29% v/v )
» Conversor em batelada.
» Temperatura 1200oC.
»Gás de saída 8-10% de SO2
Conversores Peirce-Smith são responsáveis por
90% da conversão de mates feitas no mundo.
Um forno flash precisa de 2 a 5 conversores
para suprir a sua necessidade.
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\u2022 Controle da Temperatura:
Todo o calor da conversão resulta da oxidação 
do Fe e do S:
FeS + 1,5O2\ufffd FeO + SO2 + calor
Cu2S + O2\ufffd 2Cuo + SO2 + calor
O controle da temperatura é feito:
1. Aumentando ou diminuindo a concentração de O2
no gás de entrada, isso equivale a aumentar ou 
diminuir a entrada de N2 no conversor.
2. Ajustando a velocidade de adição de refrigerante 
(e.g. sucata de cobre).
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\u2022 Teor de oxigênio no gás de entrada
Vantagens:
a) Aumento na velocidade de oxidação
b) Aumento na concentração de SO2 no gás de saída.
c) Diminuição na quantidade de N2 entrando no 
conversor.
(geração de calor mesmo com mates ricas, aquecimento
rápido do conversor, fusão rápida dos refrigerantes (su-
cata de cobre))
Desvantagem:
a) Degradação rápida dos refratários dos sopradores.
O aumento na velocidade de injeção do O2 nos sopradores é 
uma forma de contornar esse problema.
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A maximização da produção de Cu pode ser feita:
a) Trabalhando-se com mate de alto teor (baixo FeS).
b) Entrar com o gás com a maior velocidade possível.
c) Enriquecer ao máximo o ar com O2.
d) Maximizar a eficiência na utilização do O2.
P.S. Alta eficiência na utilização do O2 é obtida mantendo
os sopradores mergulhados o mais profundamente
possível na mate.
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Mates mais ricas 
possuem menos 
FeS
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\u2022 Novas tecnologias:
ALSI (Air Liquide Shrouded Injector).
O principal objetivo desses sopradores são minimizar a
perda dos refratários e aumentar o teor de O2 no gás de
entrada.
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\u2022 Desvantagens do conversor Peirce Smith
a) Emissão de SO2.
b) Permite entrada de ar.
c) Não fornece um fluxo continuo de SO2. 
\u2022 Alternativas:
\u2013 Conversor Mitsubishi (5 unidades em operação, 
2002).
\u2013 Conversor Outokumpu flash (1 unidade em 
operação, 2002). 
\u2013 Conversor contínuo Noranda (1 unidade em 
operação, 2002). 
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\u2022 Mitsubishi:
O conversor Mitsubishi injeta ar enriquecido em
oxigênio dentro da mate utilizando lanças.
Existem quatro sistemas operando com esse
conversor no mundo.
Esse é um sistema de conversão contínuo e
durante a conversão tem-se:
\u2022 uma camada de cobre fundido de \u2248 1m de espessura
\u2022 uma camada de escória fundida de \u2248 0,15m de espessura
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\u2022 Reações envolvidas
3FeS(mate) + 5O2(lança) \ufffd Fe3O4 + 3SO2
CaO + Fe3O4\ufffd escória Fe-Ca
Cu2S(mate) + O2(lança)\ufffd 2Cuo + SO2
Algum Cu2O pode ser formado e é retirado junto
com a escória.
\u2022 Gotas de cobre vão para o fundo do conversor
atravessando todo o banho.
\u2022 Gotas de escória bóiam no banho.
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\u2022 Conversor Outokumpu Flash
O conversor flash consiste em um pequeno 
forno flash para converter mate sólida.
a) mate (70%) é moída e introduzida no forno.
b) adiciona-se SiO2, CaO e O2.
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\u2022 Reações envolvidas
Cu-Fe-S + O2\ufffd Cuo + Fe3O4 + SO4
Não existe camada de mate no conversor flash.
OBS.Esse conversor produz \u2248900t de cobre por dia e
equivale a 2-3 conversor Peirce Smith.
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\u2022 Desvantagens:
\u2022 Gasto de energia para granular e moer a mate.
\u2022 Não é bem adaptado para fundir sucatas.
\u2022 Vantagens:
\u2022 Eficiente sistema para coleta dos gases.
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\u2022 Noranda
Esse conversor injeta O2 ou ar enriquecido no
banho utilizando sopradores. Ele produz \u2248800t
de cobre por dia e equivale a 2-3 conversor
Peirce Smith.
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\u2022 Reações envolvidas
3FeS + 5SO2 \ufffd Fe3O4 + 3SO2
3Fe3O4 + FeS \ufffd 10FeO + SO2
2FeO + SiO2\ufffd 2FeO.SiO2
Cu2S + O2\ufffd 2Cuo + SO2
O conversor Noranda utiliza menos CaO devido a reação:
2Fe3O4 + Cu2S \ufffd 2Cuo + 6FeO + SO2
Escórias de SiO2 são mais baratas, menos corrosivas e
mais facilmente controladas.
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Refino ao fogo
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O refino ao fogo tem por objetivo eliminar 
o enxofre e o oxigênio presentes no cobre 
blister.
Pierce Smith \ufffd (0,01%S 0,5%O)
Direct to copper / Coversor Contínuo \ufffd (1%S 0,2-0,4%O)
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O refino ao fogo é feito à 1200oC e utiliza-se
combustível para o refino (hidrocarbonetos).
a) o enxofre é removido com o ar (\u22480,002%S) (~1h)
S + O2(g)\ufffd SO2(g)
O2\ufffd 2O
b) oxigênio é removido como CO e H2O (\u22480,15%) (~2h)
C + [O] \ufffd CO(g)
CO + [O] \ufffd CO2(g)
H2 + [O] \ufffd H2O(g)
P.S. Essa operação mostra um consumo de aproximadamente
2-3x106kJ de combustível por tonelada de cobre produzido.
6
2
2 10]%[ =×= pOSmass
pSOK
Observe que a 1200ºC a formação de SO2é fortemente 
favorávelmesmo no fim do processo (S~0,002; pO2= 0,21atm)
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A injeção de ar e hidrocarbonetos é feita lentamente para evitar 
a oxidação do cobre. Utiliza-se apenas 1 ou 2 sopradores.
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A remoção de impurezas não é feita durante a etapa de refino ao fogo. Dessa
forma, produzindo-se um cobre com baixo teor de impurezas os anodos terão
baixos teores de impurezas. Alguns processos removem impurezas como As, Sb
e Pb na etapa de refino.
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Produção dos anodos
Peso Anodo = 412 kg
Roda com 26 moldes
Capac. 70 TM/hr
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\u2022 Eletrorrefino do cobre
O cobre é refinado eletroliticamente. Nesse
processo obtém-se catodos de cobre de alta
pureza, o teor de impurezas é menor que
20ppm. O eletrorrefino consiste em:
\u2013 Dissolver o cobre eletroliticamente nos anodos.
(CuSO4-H2SO4-H2O).
\u2013 Reduzir o cobre puro (sem as impurezas do
anodo) nos catodos de aço ou cobre.
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Eletrorrefino do cobre
No eletrorrefino do cobre, anodos de cobre impuro são
colocados na solução, próximos aos catodos de cobre
puro. A corrente elétrica \u201cpassa\u201d entre os eletrodos,
através do eletrólito, de forma que o cobre dissolve do
anodo e deposita no catodo.
As impurezas do anodo não dissolvem ou não depositam
no catodo.
No anodo \ufffd Cu \ufffd Cu2+ + 2e- (E = -0,36V)
No catodo \ufffd Cu2+ + 2e-\ufffd Cu (E = +0,36V)
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Catodos:
Utiliza-se catodos de aço inox ou cobre (Copper Started
sheets) (Isa process). A completa deposição leva de 5 a 9
dias.
Os catodos de cobre (Copper Started sheets) são feitos
através da deposição de cobre em uma \u201cfolha\u201d de titânio
ou aço inox.
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As principais impurezas no anodo de cobre são: Ag, As, Au, 
Bi, Co, Fe, Ni, Pb, S, Sb, Se e Te.
De onde veio o Fe?
Impurezas no anodo
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\u2022 Au e PGM´s: Esses elementos não dissolvem em
solução sulfúrica. Consequentemente, formam a lama
anódica.
\u2022 Se e Te: Elementos presentes no anodo, principalmente
como compostos de cobre e prata. Esses também
entram na lama como Cu2Se, Ag2Se e Ag2Te.
\u2022 Pb e Sn: Os dois elementos estão presentes na lama
como PbSO4 e SnO2.
\u2022 As, Bi, Co, Fe, Ni, S e Sb: Esses elementos dissolvem
no eletrólito e devem ser retirados da solução
periodicamente.
Porque esses elementos devem ser retirados da solução.
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Explique porque podemos encontrar Au, Te, Pb, PGM´s e
Se no catodo?
Medidas que podem ser tomadas para evitar a contaminação 
do catodo por esses elementos.
-Promover a eletrodeposição de uma superfície lisa e densa.
-Lavar o catodo.
-Controlar a entrada de eletrólito na solução.
-Filtrar a solução.
A Prata não contamina o catodo como os outros elementos
presentes na lama. Essa solubiliza em pequena extensão e,
consequentemente, é reduzida no catodo (8-10 ppm no catodo).
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Eletrólito
O níquel vai contaminar 
meu catodo?
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A composição do eletrólito é ajustada de forma a
promover condutividade elétrica (menor consumo
energético) e evitar a passivação do anodo.
ALTA CONCENTRAÇÃO
-Melhor condutividade.
-Maior viscosidade.
-Precipitação.
-Presença de sólidos no 
eletrólito.
Parte da solução, presente na célula eletrolítica, é submetida à 
evaporação e a subsequentemente à cristalização de sulfato de 
níquel.
Trata-se de 0,1-0,2m3
de eletrólito para cada