LISTA RESOLVIDA NF2

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Met132 – Metalurgia dos não ferrosos II
Prof. Victor de Alvarenga Oliveira 
DEMET - EM - UFOP
Explique porque o principal minério sulfetado de cobre é processado exclusivamente através de rotas pirometalúrgicas.
Aproximadamente 80% da produção de cobre é feita através de minérios sulfetados, devido à grande insolubilidade desses minérios, eles são processados em rotas metalúrgicas.
Porque não se faz a redução direta de um sulfeto de cobre? Mostre os cálculos.
2Cu + S Cu2S ΔG = -0,0261T – 81,149 (kJ)
C + 2S CS2 ΔG = -0,12T + 92,936 (kJ)
Determine a temperatura mínima para que a redução ocorra.
2Cu2S → 4Cu + 2S		∆G=0,052T+162,29
C+2S → CS2			∆G= - 0,12T+ 92,936
2Cu2S + C → 4Cu+CS
∆G= - 0,068T + 255,22 < 0
- 0,068T < -2,55,22
T > 3753,23K
Para que se fizesse a redução direta de um sulfeto seria necessária uma temperatura muito alta para que a reação fosse espontânea.
Qual a desvantagem do processo flash smelting onde o produto não é uma mate e sim cobre (Direct-to-Copper)? Cite duas vantagens desse processo. Para quais minérios sulfetados esse processo é indicado? Explique. 
A principal desvantagem do processo Flash smelting em que o produto é cobre é que cerca de 25% do cobre que entra no processo acaba na escória.
Duas vantagens são: Redução no consumo de energia; Redução no custo de operação e de estrutura.
Esse processo é mais indicado para concentrados com alto teor de Fe, pois só assim o custo da recuperação de Cu se torna rentável.
Qual o objetivo principal da fusão a mate?
O mate é uma mistura fundida com teor de Cu superior ao encontrado no concentrado de origem. Sua principal vantagem é que pode ser diretamente processada resultando no metal desejado, além de sua baixa temperatura de fusão. Oxidar S e Fe para produzir uma mate rica em Cu. Produzindo uma escória com menor teor possível de Cu. 
Todos os sulfetos metálicos formam mate?
Não. Os sulfetos dos metais alcalinos e alcalinos terrosos, além de um grupo que inclui o MnS, ZnS e Al2S3, não formam mate por não serem completamente miscíveis no estado sólido.
A tabela abaixo mostra a composição de um determinado concentrado sulfetado de cobre:
	Substância
	Teor
	
	CuFeS2
	85%
	Mate
	MgO
	4%
	Escória
	FeS
	3%
	Mate e Escória
	ZnS
	1,2%
	Escória
	Al2O3
	2,5%
	Escória
	Liga(AuAg)
	0,5%
	Mate
	PGM´s
	0,8%
	Mate
	Se(Te)
	1%
	Mate
	(Ni,Fe)9S8
	2%
	Mate e Escória
Esse concentrado foi submetido à operação de fusão à mate e o forno flash INCO está pronto para ser vazado. Em qual fase, escória ou mate, você esperaria encontrar cada um dos elementos destacados (em negrito) na tabela acima? Justifique sua resposta.
De acordo com a nobreza do metal, podemos dizer se ele estará no mate ou escória ou nos dois:
Os de maior nobreza tendem a ser encontrados no mate, 
Os de nobreza intermediária tendem a serem encontrados distribuídos no mate e escória
Os de menor nobreza tendem a serem encontrados na escória.
De acordo com o estudo do diagrama de Ellingham, podemos dizer que os metais mais nobres estão dispostos no alto do mesmo, o que permite determinar o quão nobre é o metal.
Observe a figura abaixo e em seguida responda às questões: 
 	 
Quais reações justificam os resultados mostrados na figura?
Cu2S+3/2º2 → Cu2O + SO2
FeOESCÓRIA + Cu2SMATE → FeSMATE + Cu2OESCÓRIA
Qual teor da mate você indicaria para o processo? Justifique.
Até 60%, para evitar a perda de Cu pela escória.
Quais medidas podem ser tomadas para evitar a perda de cobre?
Trabalhar com um mate mais pobre,
Adição de SiO2, reduzindo a atividade do FeO na escória.
Quais pontos representam o processo Flash Smelting Direct-to-Copper?
Os pontos mais altos, pois sabe-se que cerca de 25% do Cu acaba na escória neste processo.
Cite duas formas nas quais o cobre pode ser perdido na escória.
Grande quantidade de O2 no forno, todo Fe → FeO pode ocorrer a reação: Cu2S + 1,5O2 → Cu2O + SO2
Alto teor de FeO na escória, causando a reação: FeOESCÓRIA + CuSMATE → FeSMATE + Cu2OESCÓRIA
 Cite o nome de três fornos utilizados para a fusão à mate.
AUSMelt / ISASMelt mate smelting
INCO, outokumpu/ Fash Smelting
Flash Smelting Diret-to-cooper
Noranda,
 Em que consiste a operação de conversão? 
Ocorre a remoção de Fe e S da mate para a produção de cobre fundido (±99%) em duas etapas:
Eliminação do FeS / Formação da escória
Formação do cobre Blister
 Porque a escória da etapa de conversão é mais rica em cobre que a escória da etapa de fusão à mate?
Existem fortes condições oxidantes na conversão. Assim, no caso da conversão, há manutenção da atividade de FeO na escória, fazendo com que a atividade do Cu2O suba, a medida que a de FeS abaixa, fazendo com que o teor de Cu na escória seja alto.
Após o sopro da escória o que você espera encontrar dentro do conversor?
Aparecimento de cobre metálico nas amostras de mate,
Chama no conversor torna-se verde,
A concentração de PbS diminui e a de PbO aumenta na fase gasosa
 Porque a reação de redução mutua é importante para que o metal possa ser submetido à conversão?
Durante a oxidação do MeS à MeO, ocorre perda de metal de valor, e apenas na redução mútua, há reversão dessa tendência, restabelecendo o Me. A operação de conversão restringe-se aos metais com esa característica (∆Go<0).
Observe a figura abaixo e responda às questões:
O diagrama de fases representa qual etapa da conversão?
Sopro de cobre.
Explique a importância da formação de uma segunda fase (Cu-blister) durante a conversão do cobre?
Com o aparecimento desta segunda fase, a atividade de S se torna constante, facilitando sua oxidação, algo que não acontece por exemplo no Ni.
Diga qual a composição e quantas fases existem em cada um dos pontos: A, B, C e D (letras maiúsculas).
A: 1 fase: 20% de S(A).
B e C: 2 fases: 17% de S(B) / 6% de S(C)
D: 1 fase: 0,6% de S(C)
Para os pontos B e C determine a quantidade de cada fase. O que está ocorrendo dentro do conversor?
Formação de cobre Blister.
 Observe a figura abaixo:
O que é o liquido c?
Cobre Blister
O que é o líquido b?
Cu2S – Cu – Cu2O – Gás (metal Branco)
Qual etapa da conversão essa figura representa?
Sopro de cobre
Essa figura mostra o que está ocorrendo em quais pontos do diagrama da questão 14, A, B, C e/ou D? 
 Como a temperatura no conversor pode ser controlada?
O calor é gerado pela oxidação de Fe e S, logo, deve-se controlar a oxidação destes.
Quais elementos são removidos do cobre durante o refino ao fogo?
O enxofre e o oxigênio presentes no cobre Blister.
Porque o refino ao fogo deve ser feito?
Para retirada de impurezas que podem prejudicar em etapas subseqüentes do processo de obtenção do metal.
Qual a diferença entre eletrorrefino e eletroobtenção? Qual é feita no processo flash smelting do cobre e qual é feita no processo RLE?
Eletrorrefino: Flash Smelting
Eletroobtençaõ: RLE
O eletrorrefino é utilizado para refino de um produto final, já a eletroobtenção é utilizada para obtenção de Cu disperso em solução.
 Qual a diferença de potencial teórica entre o anodo e o catodo durante o eletrorrefino do cobre? (Cu Cu2+ + 2e- E= -0,36V ) 
ANODO: Cu → Cu+2 +2e- (ε = -0,36v)
CATODO: Cu+2 + 2e- → Cu (ε = 0,36v)
Teórico = 0
Sobrepotencial = 0,3v
O que é lama anôdica?
Resíduo insolúvel que resulta da dissolução anódica de um metal com impurezas, durante o eletrorrefino.
 A tabela abaixo mostra a composição do anodo após sair do refino ao fogo:
Onde você espera encontrar cada um dos elementos mostrados na tabela? (lama anôdica ou solução)
	Cu
	Solução
	S
	Solução
	Ni
	Solução
	Se
	Lama
	O
	Lama
	Sb
	Lama
	Fe
	Solução
	Te
	Lama
	Ag
	Lama
	Pb
	lama
	As
	Solução
	Bi e Au
	Lama
No processamento de minérios oxidados de cobre (HL-SX-EW) não há formação de lama anódica. Pq?
Porquê o anodo não possui as impurezas formadoras da lama
 Cite vantagens e desvantagens de trabalhar com uma alta concentração de eletrólitos na solução da eletrólise?
VANTAGENS:
Melhor condutividade;
Menor consumo energético
DESVANTAGENS:
Custo;
Maior chance de passivação do anodo
Maior viscosidade
O que é passivaçãodo anodo? Como ela pode ser evitada?
É a precipitação de cristais de sulfato de cobre e/ou óxido de cobre na superfície do anodo.
As medidas para depassivar o anodo são
Interrupção de corrente
Aumento na agitação
Reverter a corrente
Diminuir a concentração do eletrólito
Aumentar a temperatura
Sabe-se que o sulfato de chumbo é muito insolúvel. Explique como o chumbo pode contaminar o catodo de cobre? 
As impurezas de chumbo no anodo podem contaminar o catodo. (o ambiente leva a isto)
Porque a evolução de hidrogênio no catodo deve ser evitada?
Geração de névoa ácida, colocando a segurança em risco;
Perda da eficiência de corrente;
Porque não se faz fusão a mate de minérios oxidados de cobre?
Pois é necessária a presença de enxofre para a formação de mate, algo que não está presente em minerais oxidados.
 No processamento de minérios oxidados de Cu a purificação da solução pode ser feita por cementação ou extração por solvente. Explique resumidamente como essas operações são feitas.
CEMENTAÇÃO: É a redução de íons aquosos do metal de valor de oxidação de um metal redutor, por meio da reação: Mez+(aq) + Me’ ↔ Me0 + Me’z+ (aq)
EXTRAÇÃO POR SOLVENTE: Trasferência dos íons do Cu, de uma solução aquosa, pouco concentrada, até outra por meio de uma solução orgânica, separando o metal desejado.