LIVRO PROC QUIM IND

Prévia do material em texto

Processos Químicos na 
Indústria
???????????
Processos Químicos na 
Indústria
Organizado por Universidade Luterana do Brasil
Universidade Luterana do Brasil – ULBRA
Canoas, RS
2016
Rubens Zolar da Cunha Gehlen
Conselho Editorial EAD
Andréa de Azevedo Eick
Ângela da Rocha Rolla
Astomiro Romais
Claudiane Ramos Furtado
Dóris Gedrat
Honor de Almeida Neto
Maria Cleidia Klein Oliveira
Maria Lizete Schneider
Luiz Carlos Specht Filho
Vinicius Martins Flores
Obra organizada pela Universidade Luterana do Brasil. 
Informamos que é de inteira responsabilidade dos autores 
a emissão de conceitos.
Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida 
por qualquer meio ou forma sem prévia autorização da 
ULBRA.
A violação dos direitos autorais é crime estabelecido na Lei 
nº 9.610/98 e punido pelo Artigo 184 do Código Penal.
ISBN: 978-85-5639-123-0
Dados técnicos do livro
Diagramação: Marcelo Ferreira
Revisão: Paula Fernanda Malaszkiewicz
Os setores industriais podem ser divididos em bens de produção ou de base, bens de capital e bens de consumo.
As indústrias de bens de produção têm como função fabricar matérias-
-primas para outras indústrias. A atividade deste segmento é transformar 
grande quantidade de matéria-prima e, por isso, costumam se localizar 
próximas a locais que facilitem o seu recebimento, como portos e ferrovias.
Assim, elas têm melhores condições de escoamento da produção. São 
principalmente as siderúrgicas, as metalúrgicas, as petroquímicas e as de 
cimento.
Já as indústrias de bens de capital tem a finalidade de equipar indús-
trias de todos os tipos. Esse segmento industrial produz máquinas, ferra-
mentas, autopeças e outros bens. Localizam-se próximo aos centros de 
consumo, isto é, em grandes regiões industriais.
As indústrias de bens de consumo estão ligadas ao mercado consu-
midor e à oferta de mão de obra, por isso estão mais dispersas espa-
cialmente. O destino de sua produção é o grande mercado consumidor 
(população em geral). Existem as indústrias de bens de consumo duráveis 
(eletrodomésticos, aparelhos eletrônicos, móveis e automóveis) e de bens 
de consumo não duráveis (alimentos, bebidas, vestuário, calçados).
Embora os processos indústrias estejam avançando no uso de tecno-
logias, todos os tipos de indústria trazem, como consequência, impacto 
ambiental. As indústrias devem reconhecer o manejo do meio ambiente 
como uma das mais altas prioridades das empresas e fator determinante 
essencial do desenvolvimento sustentável.
Apresentação
Apresentação v
Este livro apresenta conteúdos básicos abordados na disciplina de Pro-
cessos Químicos Industriais. São contemplados os assuntos pertinentes ao 
entendimento de cada indústria química, bem como alguns aspectos am-
bientais importantes.
Os capítulos apresentados a seguir abordam determinadas indústrias 
de processos químicos ou físico-químicos. São elas: tratamento de miné-
rios, indústria siderúrgica, indústria cimenteira, indústria de cloro, soda e 
derivados, indústria de celulose e papel, indústria petroquímica, transfor-
mação de polímeros, processamento do couro e indústria de bebidas.
Cada capítulo é estruturado da seguinte forma: é apresentada uma 
breve introdução sobre o tema, apresentam-se as matérias-primas, faz-
-se considerações sobre o processo produtivo, tal como cada operação 
unitária envolvida e condições operacionais, recapitula-se brevemente o 
tema e são apresentadas algumas atividades de primordial importância ao 
assunto.
 1 Conceitos Gerais ..................................................................1
 2 Tratamento de Minérios ........................................................8
 3 Indústria Siderúrgica ...........................................................34
 4 Indústria Cimenteira ...........................................................47
 5 Indústria de Cloro, Soda e Derivados ..................................66
 6 Indústria Petroquímica ........................................................87
 7 Indústria de Transformação de Polímeros ..........................108
 8 Indústria de Celulose e Papel ............................................125
 9 Indústria do Couro e Afins ................................................150
 10 Indústria de Bebidas .........................................................173
Sumário
Rubens Zolar da Cunha Gehlen1
Capítulo 1
Conceitos Gerais1
1 Engenheiro Químico, Especialista em Engenharia de Produção e Mestre em En-
genharia área de Fenômenos de Transporte pela UFRGS. Professor dos cursos de 
Engenharia Química e Engenharia de Produção da ULBRA Canoas.
2 Processos Químicos na Indústria
Introdução
Neste capítulo, serão abordados conceitos relacionados à Tec-
nologia Industrial e necessários ao entendimento da disciplina.
Processo industrial
Processo industrial consiste em um conjunto de equipamentos 
com funções específicas que, interligados de forma adequada, 
possibilitam a transformação de matéria-prima em produto de 
interesse, de forma econômica, segura e em escala industrial.
Os processos químicos são constituídos por uma sequência 
de diferentes etapas com princípios fundamentais independen-
tes da substância que está sendo operada e de outras caracte-
rísticas do sistema. Essas etapas são chamadas de operações 
unitárias.
Algumas operações unitárias envolvem reações químicas, 
enquanto outras promovem modificações químicas. Essas re-
ações químicas transformam uma ou mais substâncias, deno-
minadas reagentes, em outras substâncias, denominadas pro-
dutos.
Os princípios físicos e ou químicos e as principais opera-
ções unitárias utilizadas no estudo dos Processos Químicos In-
dustriais são citados abaixo:
Capítulo 1 Conceitos Gerais 3
Operações mecânicas
 1. Operações com sólidos: fragmentação, transporte, penei-
ramento, mistura.
 2. Operações com fluidos: escoamento de fluidos, bombea-
mento de líquidos, compressão de gases, mistura e agita-
ção de líquidos.
 3. Operações com sólidos e fluidos: fluidização de sólidos e 
separações mecânicas (sólido-sólido, líquido-sólido, sóli-
do-gás, líquido-gás, líquido-líquido).
Transferência de Calor
 1. Transferência de calor por condução
1.1. Aquecimento e resfriamento de fluidos
1.2. Condensação
1.3. Ebulição
1.4. Evaporação
 2. Transferência de calor por radiação
Transferência de Massa
 1. Destilação
 2. Absorção
 3. Adsorção
4 Processos Químicos na Indústria
 4. Extração Líquido-Líquido
 5. Lixiviação
 6. Secagem
 7. Secagem de sólidos
 8. Cristalização
 9. Troca Iônica
Classificação do Processo Industrial
 1. Físico: mistura, peneiramento,fragmentação,...
 2. Químico: polimerização, curtimento, tingimento,...
 3. Físico-Químico: coagulação, floculação, flotação,...
 4. Biológico: Fermentação, oxidação biológica, metanogê-
nese,...
Balanço de Massa
Balanço de Massa (BM) é a aplicação da lei da conservação 
de massa, que diz que a massa não pode ser criada, nem des-
truída. Assim:
ACÚMULO = ENTRA – SAI
No contexto da Tecnologia Industrial, tudo que sai do pro-
cesso e não é produção, é um resíduo industrial.
Capítulo 1 Conceitos Gerais 5
SAI = PRODUTO + RESÍDUO
Antes de aplicar o balanço de massa, é importante deter-
minar o volume de controle do processo a ser estudado.
É um volume determinado do processo que há massa e/ou 
energia que tem a finalidade de facilitar a análise de processo.
Resíduo Industrial
Resíduos industriais são definidos como subprodutos dos pro-
cessos industriais. Podem ser de origem orgânica ou inorgâni-
ca e podem ser encontrados nos estados sólidos, líquidos ou 
gasosos.
Origem quanto à composição química
Orgânicos: Indústria alimentícia, papel e celulose, petroquí-
mica.
Inorgânicas: Indústria de processamento de ferro, indústria 
de cimento.
Origem quanto ao estado físico
Sólido: resíduos sólidos.
Liquido: Efluentes líquidos.
Gás: Emissões atmosféricas.
6 Processos Químicos na Indústria
Recapitulando
Processo industrial consiste emum conjunto de equipamentos 
com funções específicas que, interligados de forma adequada, 
possibilitam a transformação de matéria-prima em produto de 
interesse de forma econômica, segura e em escala industrial.
Balanço de Massa (BM) é a aplicação da lei da conserva-
ção de massa.
Resíduos industriais são definidos como subprodutos dos 
processos industriais.
Referências
SHEREV, R. N.; BRINK Jr.; J. A. Indústrias de Processos Quí-
micos. 4 ed. Rio de Janeiro: Ed. Guanabara, 1997.
WILBERG, K. Q. Tecnologia Industrial. Caderno Universitá-
rio 405. Ed. ULBBRA, 2007.
Atividades
 1) Defina processo industrial.
 2) Cite e explique o princípio de 3 operações mecânicas uti-
lizadas na indústria.
Capítulo 1 Conceitos Gerais 7
 3) Cite e explique o princípio de 3 operações unitárias utiliza-
das no tratamento de efluentes industriais.
 4) Defina e explique o conceito de balanço de massa.
 5) O que é resíduo industrial?
Rubens Zolar da Cunha Gehlen1
Capítulo 2
Tratamento de Minérios
1 Engenheiro Químico, Especialista em Engenharia de Produção e Mestre em En-
genharia área de Fenômenos de Transporte pela UFRGS. Professor dos cursos de 
Engenharia Química e Engenharia de Produção da ULBRA Canoas.
Capítulo 2 Tratamento de Minérios 9
Introdução
Caro aluno, neste capítulo, serão abordados os processos da 
indústria de mineração, especificamente aqueles utilizados no 
tratamento inicial pós-mineração, portanto, as operações de 
lavra (processo de extração do minério do solo) não fazem 
parte do escopo deste capítulo.
Praticamente nenhum mineral é utilizado no chamado es-
tado bruto, ou seja, da forma como foi extraído do seu local 
de mineração. Considera-se a mineração como o conjunto de 
processos ao qual são submetidos os minerais quando de sua 
extração do solo (lavra), seguido pelo processamento pós-mi-
na. Após a extração da mina, o minério passa por processos 
de transformação de acordo com seu tipo e uso final. Esses 
processos se dividem em dois grandes grupos (100 inovações):
Processos mineralógicos: britagem, moagem, separa-
ção, lavagem, entre outros.
Processos metalúrgicos: pirometalurgia, hidrometalurgia 
e eletrometalurgia.
Os minerais encontram aplicação nas indústrias do aço, 
cerâmica, vidro, cimento e cal, química, papel, na construção 
civil, e ainda como insumos da indústria joalheira, no agrone-
gócio na forma de matéria-prima para fertilizantes (SAMPAIO; 
FRANÇA, 2010). Algumas dessas indústrias serão apresenta-
das nos próximos capítulos deste livro.
As operações unitárias aplicadas aos bens minerais com 
objetivos como modificação de granulometria, alteração na 
10 Processos Químicos na Indústria
concentração relativa são conhecidas como “Tratamento ou 
Beneficiamento de Minérios”. Esse beneficiamento não altera a 
constituição química do mineral (SAMPAIO; FRANÇA, 2010).
Glossário
As definições a seguir foram retiradas do livro “Tratamento de 
Minérios – CETEM”:
Concentração: a operação de concentração de um miné-
rio consiste na remoção da maior parte da ganga, ou seja, 
separar a fração de interesse da fração indesejada.
Ganga: Minerais inúteis ou de valor secundário, que ocor-
rem associados ao mineral-minério. Podem ser metálicas ou 
não metálicas. São exemplos de ganga: pirita e quartzo, quan-
do associados ao ouro.
Mineral: todo corpo inorgânico de composição química e 
de propriedades físicas definidas, encontrado na crosta terres-
tre. São exemplos de minerais: quartzo, mica, talco e diaman-
te.
Mineral-minério: Espécie da qual se pode extrair econo-
micamente uma ou mais substâncias úteis, sejam metais, ele-
mentos ou compostos químicos. São exemplos de mineral-
-minério: Blenda (Zinco), Hematita (Ferro), Galena (Chumbo), 
Garnierita (Níquel).
Minério: toda rocha constituída de um mineral ou agrega-
do de minerais contendo um ou mais minerais valiosos, que 
Capítulo 2 Tratamento de Minérios 11
podem ser aproveitados economicamente. Substância sólida, 
natural, inorgânica, que tem composição química definida e 
arranjo atômico ordenado. Associação de mineral-minério e 
ganga. São exemplos de minérios: Hematita (minério de Fer-
ro); Berilo (Minério de Berílio); Calcopirita (Minério de Cobre) 
e Galena (Minério de Chumbo).
Minério Industrial: é o mineral utilizado tal como se encon-
tra na natureza sem a extração de nenhuma substância. São 
exemplos de minérios industriais: Quartzo, Topázio, Asbesto.
Purificação: operação que remove do minério (ou pré-con-
centrado) os minerais contaminantes que ocorrem em peque-
na proporção.
Aplicações dos minérios
Encontramos os minerais na forma de matérias-primas nos 
mais diversos segmentos industriais. As atividades agrícolas e 
industriais não seriam viáveis sem a sua utilização. O Quadro 
1 apresenta algumas das possíveis aplicações industriais dos 
minerais.
12 Processos Químicos na Indústria
Quadro 1 Aplicação dos minérios na indústria
Atividade Mineral
Indústria cerâmica argilas, caulim, calcários, feldspatos, 
filitos, quartzo, talco
Indústria de refratários magnesita, bauxita, cromita, cianita, 
grafita
Indústria de vidro quartzo, calcários, feldspato
Indústria siderúrgica ferro, manganês, cromo, níquel, alumí-
nio, cobre
Indústria agrícola fosfato, calcário, sais de potássio, zeólita
Indústrias de cimento e cal calcários, gipsita, areia, argila
Indústria química cloretos, nitratos, fosfatos, enxofre, 
bauxita,
Indústria de papel caulim, carbonato de cálcio, talco
Construção civil areia, brita, seixos
Energia Urânio, tório, petróleo, turfa, linhito
Fonte: adaptado de Sampaio e França (2010)
A exploração dos recursos minerais no Brasil apresenta 
grande diversidade em relação ao porte e tecnologia aplica-
da. Ao mesmo tempo em que se encontra o estado da arte 
sendo utilizado pelas grandes empresas de mineração, tan-
to nacionais como estrangeiras, encontramos as empresas de 
pequeno e médio porte com pouco ou nenhum planejamento 
e utilizando processos produtivos defasados tanto do ponto de 
vista tecnológico como de gestão (SAMPAIO; FRANÇA, 2010).
Capítulo 2 Tratamento de Minérios 13
Classificação dos Minérios
A classificação dos minerais pode ser feita em três grandes 
divisões: metálicos, não metálicos e energéticos (WILBERG, 
2007).
Minerais metálicos:
Ferrosos: ferro, manganês, cromo, níquel, cobalto, nióbio;
Não ferrosos: cobre, zinco, chumbo, estanho, alumínio, 
prata, ouro.
Minerais não metálicos: argilas, areia, mica, sulfatos, clo-
retos, diamante, barita.
Energéticos: Urânio, tório e combustíveis fósseis.
Processo industrial
O processo industrial relacionado ao tratamento de minérios 
se caracteriza pela manutenção da composição química dos 
compostos envolvidos. Consistem, basicamente, no beneficia-
mento do minério e aplicação de metalurgia extrativa (SHRE-
VE, 1997).
O arranjo industrial deve ser flexível, permitindo a utilização 
de configurações que respeitem as características físicas e 
químicas dos minérios beneficiados, sem esquecer a neces-
sidade do tratamento adequado de seus rejeitos (SAMPAIO; 
FRANÇA, 2010).
14 Processos Químicos na Indústria
Tratamento ou beneficiamento de 
minérios
O tratamento ou beneficiamento de minérios consiste em eta-
pas de pré-tratamento do minério bruto e tem como objetivos: 
ajustar a granulometria e separar os componentes por proces-
sos físicos. Esse processo ocorre em quatro etapas:
 Â Cominuição: divisão por aplicação de forças mecâni-
cas;
 Â Classificação: separação de acordo com a granulome-
tria;
 Â Concentração: recuperação econômica de minerais 
úteis;
 Â Desaguamento: redução do teor de água de um mine-
ral.
A Figura 1 mostra um fluxograma típico do beneficiamento 
de minérios.
Capítulo 2 Tratamento de Minérios 15
Figura 1 Fluxograma de beneficiamento de minérios.
Adaptado de Sampaio e França (2010)
16 Processos Químicos na Indústria
Cominuição
A cominuição, também conhecida por fragmentação, é a ope-
ração unitária que divide um material sólidopela ação de for-
ças mecânicas externas e internas, com o objetivo de reduzir 
as partículas a fragmentos de menor tamanho. Esta etapa é 
importante no tratamento dos minerais, uma vez que partículas 
com granulometria determinada (tamanho e formato pré-de-
terminados) são requeridas para liberação dos minerais úteis 
dos minerais de ganga para posterior concentração ou para o 
incremento da superfície específica, habilitando para proces-
sos químicos subsequentes.
A fragmentação é uma operação de grande importância. 
Isso pode ser percebido pelo elevado consumo energético, 
representando o maior custo de uma usina de tratamento de 
minérios. Sua divisão em várias etapas busca reduzir seu custo 
e, ao mesmo tempo, fragmentar as partículas de acordo com 
os próximos processos.
A operação de cominuição pode ser constituída de duas 
classes distintas: britagem (cominuição inicial) e moagem (co-
minuição fina). Além delas, o desmonte da rocha na lavra pode 
ser considerado como uma etapa prévia da fragmentação.
Usa-se o termo britagem quando a redução de tamanho 
está relacionada à obtenção de produtos com granulometria 
superior a 10 milímetros. A britagem se desenvolve em está-
gios sequenciais denominados britagem primária, secundária 
e terciária. Essa classificação não é rígida e muitas vezes inclui 
uma quarta etapa, conforme mostra o Quadro 2. Observe, 
Capítulo 2 Tratamento de Minérios 17
caro aluno, que o Quadro 2 introduz o conceito de tamanho 
de alimentação.
Quadro 2 Classificação dos estágios de britagem
Estágio de Britagem Tamanho Máximo de 
Alimentação (mm)
Tamanho Máximo 
de Produção (mm)
Britagem Primária 1000 100,0
Britagem Secundária 100 10,0
Britagem Terciaria 10 1,0
Britagem Quaternária 
(Moagem)
5 0,8
Fonte: adaptado de Sampaio e França (2010)
Os equipamentos utilizados na operação são britadores 
giratórios, de mandíbulas, cônicos, de rolos e de impacto (ho-
rizontal e vertical). A principal diferença entre os equipamen-
tos dos diversos estágios reside no tamanho dos mesmos. Os 
equipamentos têm seu tamanho reduzido a cada estágio e, a 
partir da britagem secundária, ocorre o descarte da fração fina 
contida na alimentação.
O termo moagem se aplica quando a redução de tama-
nho gera produtos com granulometria inferior a 10 milímetros. 
Geralmente, coincide com o último estágio do processo de 
cominuição.
Os equipamentos utilizados nesta operação são os moi-
nhos tubulares rotativos (bolas e barras), vibratórios, de rolos 
e de impacto.
Outro fator importante na decisão do equipamento é se 
a moagem será a seco ou em via úmida. Essa definição está 
18 Processos Químicos na Indústria
associada ao circuito de moagem, que se divide em aberto e 
fechado. Dessa forma, a operação de moagem pode ser clas-
sificada quanto ao:
Processo de moagem
Via seca: a redução do minério ocorre sem a adição de flui-
dos.
Via úmida: a redução do minério ocorre com a adição de 
fluidos, geralmente água.
Tipo de circuito
Aberto: o moinho é alimentado com o minério. Ocorre passa-
gem única pelo moinho e a descarga ocorre sem classificação 
granulométrica.
Fechado: o moinho é alimentado com o minério e com o 
resíduo classificado da própria descarga. O resíduo de moa-
gem com classificação inadequada é recirculado junto com o 
minério até atingir o tamanho correto.
Os mecanismos envolvidos, tanto na britagem quanto na 
moagem, compreendem:
Cisalhamento: baixa energia aplicada a partícula. Gera 
fraturas locais pequenas com geração de finos e pouca redu-
ção da granulometria inicial.
Compressão: a energia é aplicada lentamente sobre a par-
tícula e é pouco maior que sua resistência. Gera partículas 
Capítulo 2 Tratamento de Minérios 19
com diâmetro semelhantes com pouca geração de finos ou 
partículas grandes.
Impacto: a energia é aplicada de forma rápida e intensa 
sobre a partícula. Gera distribuição granulométrica fina sem a 
geração excessiva de finos.
A Figura 2 mostra os tipos de partículas obtidos pelos difer-
entes mecanismos de cominuição.
Figura 2 Mecanismos envolvidos na cominuição.
O Quadro 3 apresenta as faixas granulométricas relacio-
nadas a cada tipo de cominuição.
20 Processos Químicos na Indústria
Quadro 3 Faixas granulométricas e tipo de cominuição
Cominuição Granulometria
Britagem Grosseira >50mm
Britagem Fina 5-50 mm
Moagem Grosseira 0,5-5 mm
Moagem fina 50-500 μm
Moagem mais fina 5-50 μm
Moagem coloidal <5 μm
Fonte: Wilberg (2007)
Classificação
A operação unitária de classificação consiste na separação de 
partículas com base nas diferentes granulometrias. Esta eta-
pa separa e classifica o material em duas ou mais frações de 
acordo com o diâmetro de partícula desejado.
Considerando que a separação de partículas por tamanho 
é o princípio aplicado para definir o que vem a ser classifica-
ção, existem situações em que realizamos esta separação sem, 
no entanto, classificar o material. Neste caso, é utilizado o 
termo peneiramento.
Reveja, caro aluno, o fluxograma de processo mostrado na 
Figura 1.
Capítulo 2 Tratamento de Minérios 21
O peneiramento separa as partículas em função de seu ta-
manho geométrico, enquanto a classificação utiliza a diferen-
ça e velocidade que partículas diferentes apresentam quando 
atravessam um mesmo fluido.
Peneiramento
O peneiramento é um processo mecânico que separa as 
partículas utilizando uma superfície perfurada com dimensões2 
ajustadas à necessidade do processo. Partículas maiores que a 
abertura utilizada ficam retidas na superfície, e as com dimen-
sões inferiores conseguem atravessá-la. Cada peneira separa 
as partículas em duas frações, uma maior que a dimensão do 
furo e outra, menor.
O processo de peneiramento pode ocorrer a úmido ou a 
seco.
O processo via úmida é adequado para granulometrias de 
até 0,4 mm, porém já é possível separar partículas da ordem 
de 50 μm. Já na via seca, o tamanho de partícula separado 
vai até 6 mm, além de ocorrer a formação de poeira, que deve 
ser abatida.
Os equipamentos tradicionalmente utilizados no peneira-
mento podem ser vibratórios, rotativos e estáticos e são clas-
sificados em:
 1. Grelhas: barras metálicas paralelas com espaçamento de-
finido.
2 A dimensão da abertura da peneira é chamada de mesh. 
22 Processos Químicos na Indústria
 2. Crivos: chapas metálicas planas ou curvas perfuradas.
 3. Telas: fios metálicos trançados na forma de malhas (mesh).
Classificação
A classificação é um processo de separação que se ba-
seia na velocidade de sedimentação das partículas imersas em 
meio fluido. Os processos utilizados são:
Hidroclassificação: o fluido classificador é a água
Aeroseparação: o fluido classificador é o ar.
Nos dois processos, o fluido é injetado em direções dife-
rentes do fluxo3 do material e a força de arraste separa os 
materiais de diferentes densidades. As partículas menores são 
arrastadas pelo fluido enquanto as maiores são acumuladas 
na porção inferior dos equipamentos para posterior remoção 
(Figura 3).
3 Geralmente o fluido tem fluxo ascendente, enquanto o minério a ser classificado 
é alimentado no contrafluxo.
Capítulo 2 Tratamento de Minérios 23
Figura 3 Fluxo de classificação.
Adaptado de Sampaio e França (2010)
Os equipamentos utilizados na aplicação da técnica de hi-
droclassificação são divididos em dois grupos principais:
 1. Classificadores horizontais: utilizados quando o tamanho 
é o critério de classificação. Dividem-se em: cone de sedi-
mentação, classificador horizontal e classificador espiral.
 2. Classificadores verticais: utilizados quando o a densidade 
das partículas é o critério de classificação. Dividem-se em 
classificador vertical e hidrociclones.
24 Processos Químicos na Indústria
Na aerosseparação são utilizados, principalmente, os ci-
clones e os aerosseparadores dinâmicos.
Concentração
O objetivo da concentração é a separação e posterior recu-
peração dos minerais úteis contidos em um minério na for-
ma mais concentrada possível. Osprocessos de concentração 
aplicam diversas propriedades físicas para atingir os níveis de-
sejados, sendo necessário o conhecimento prévio do material 
a ser concentrado.
A natureza do minério e as propriedades dos minerais a 
serem concentrados definem as técnicas que devem ser apli-
cadas. Algumas dessas propriedades são: tamanho relativo 
das partículas (granulometria), cor, densidade, suscetibilidade 
magnética, condutividade elétrica, molhabilidade superficial4 
e solubilidade.
Concentração gravimétrica ou gravítica
A concentração gravimétrica envolve os processos em que 
a força da gravidade ou a força centrífuga são utilizadas para 
separar as partículas (SAMPAIO; FRANÇA, 2010). Apesar de 
ser uma das formas mais antigas de processamento, apresenta 
bons resultados com baixo custo.
De forma similar ao processo de classificação, esse pro-
cesso também é baseado na diferença de densidade existente 
entre as partículas.
4 Capacidade de um fluido em entrar em contato íntimo com uma superfície. 
Capítulo 2 Tratamento de Minérios 25
Os equipamentos utilizados são: calhas concentradoras 
(“sluice Box”), concentrador Reichert, jigues, mesas vibratórias, 
espirais e cones.
A concentração gravimétrica é aplicada no tratamento de 
cascalhos auríferos, cassiterita aluvionar, na produção de ilme-
nita, zirconita, monazita e cromita.
Concentração por meio denso
A concentração em meio denso é um dos métodos mais 
importantes da concentração gravítica. Também é baseado na 
diferença de densidade existente entre as partículas dos mine-
rais, porém utiliza um fluido com densidade intermediária à 
dos constituintes a serem separados.
O fluido utilizado nos concentradores pode ser constituído 
de líquidos orgânicos, soluções de sais inorgânicos ou suspen-
são de sólidos insolúveis dispersos em água.
Os equipamentos mais usados são os tambores, cones e 
centrifugadores. Entre as vantagens deste método, encontram-
-se a precisão da separação de uma determinada densidade e 
a relativa rapidez na sua troca em caso de ajuste de processo. 
Por outro lado, torna-se mais caro em função da necessidade 
de instalações de recuperação e limpeza do meio e sua recir-
culação.
As aplicações industriais se concentram em duas grandes 
áreas: beneficiamento de carvão, como produto final, e ob-
tenção de pré-concentrados de diamante, fluorita, sulfetos e 
óxidos metálicos.
26 Processos Químicos na Indústria
Concentração magnética
Na concentração magnética, o processo é baseado na res-
posta magnética (susceptibilidade magnética) dos minérios a 
serem tratados.
Os minerais dividem-se em três grupos, de acordo com o 
seu comportamento quando submetidos a um campo magné-
tico, tanto natural quanto induzido:
Ferromagnéticos: minérios que são fortemente atraídos por 
campos magnéticos. Exemplo: magnetita.
Paramagnéticos: minérios que são fortemente atraídos por 
campos magnéticos. Exemplo: hematita.
Diamagnéticos: minérios que são repelidos por campos 
magnéticos. Exemplo: quartzo, cerussita, magnesita, calcita, 
barita e fluorita.
A concentração magnética pode ocorrer via seca ou via 
úmida. Os equipamentos mais utilizados são tambores, cor-
reias, rolos, carrosséis e filtros. Nesses equipamentos, as prin-
cipais variáveis de controle são: intensidade do campo magné-
tico, granulometria de alimentação, velocidade de passagem 
pelo campo e distância até o magneto.
O campo de aplicação da separação magnética é muito 
amplo. Ela é usada na concentração de vários minerais ferro-
sos e não ferrosos, na remoção de impurezas magnéticas con-
tidas nos minerais industriais, na purificação de águas residu-
ais, na reciclagem de metais contidos em resíduos industriais 
etc. (SAMPAIO; FRANÇA, 2010).
Capítulo 2 Tratamento de Minérios 27
Concentração eletrostática
Na concentração eletrostática, a propriedade determinante 
é a condutividade elétrica. Os minerais se classificam em con-
dutores e não condutores de corrente elétrica.
Há uma indução de carga elétrica superficial no material 
particulado e ocorre a separação entre as partículas carrega-
das e as não carregadas (WILBERG, 2007). Para promover a 
separação, é necessária a existência de dois fatores elétricos 
(SAMPAIO; FRANÇA, 2010):
 Â Carga elétrica superficial das partículas ou polarização 
induzida, permitindo sofrer influência do campo elétrico.
 Â Campo elétrico de intensidade suficiente para desviar 
uma partícula eletricamente carregada, quando em mo-
vimento na região do campo.
Os equipamentos utilizados são chamados de separadores 
eletrodinâmicos.
Como todo processo industrial, a separação eletrostática 
tem suas limitações; apesar disso, este método de separação 
é utilizado no processamento de minérios, purificação de ali-
mentos e gases de chaminés industriais, por exemplo (SAM-
PAIO; FRANÇA, 2010).
Flotação
O processo de flotação utiliza a modificação da tensão su-
perficial de uma mistura de água e minério previamente comi-
nuído, chamada polpa, associada à característica hidrofóbica 
dos minérios.
28 Processos Químicos na Indústria
O processo associa as fases sólida, líquida e gasosa para 
realizar a separação. As partículas de minério (sólidas) disper-
sas em água (líquida) são arrastadas por bolhas de ar (gás) 
injetadas no processo e removidas como espuma concentrada 
no minério.
A flotação, atualmente, é o processo dominante no trata-
mento de quase todos os tipos de minérios, devido a sua gran-
de versatilidade e seletividade e, ainda, permite a obtenção de 
concentrados com elevados teores e expressivas recuperações.
Esta técnica é adotada na produção areias, quartzos de 
elevada pureza, cloretos, feldspatos, fluorita, fosfatos, magne-
sita, sulfetos e talcos (WILBERG, 2007).
Desaguamento
O beneficiamento de minérios requer, em muitas de suas eta-
pas, a separação sólido-liquido para sua viabilidade, quer seja 
por polpas muito diluídas, quer por trabalhar em via úmida. 
Esta separação é chamada de desaguamento e consiste em 
remover a água do minério para a obtenção de produtos com 
baixa umidade.
As operações unitárias utilizadas para este fim são sedimen-
tação, filtração a vácuo, centrifugação e secagem. O produto 
final pode ser um sólido desaguado ou um líquido clarificado.
Capítulo 2 Tratamento de Minérios 29
Metalurgia extrativa
A metalurgia extrativa é o ramo da metalurgia que trata da 
extração de metais, ferrosos ou não, do seu minério previa-
mente tratado. Pode ser aplicada em processos de produção 
de metais brutos ou no seu refino.
Três são as técnicas mais utilizadas na metalurgia extrativa: 
pirometalurgia, hidrometalurgia e eletrometalurgia.
Pirometalurgia
Os processos que utilizam o calor para a extração do metal de 
um minério é chamado de pirometalurgia.
Os minerais obtidos na etapa de tratamento, anteriormen-
te descrita, são submetidos a processos pirometarlúgicos em 
fornos de altíssimas temperaturas (acima de 1000oC), onde o 
mineral concentrado é enriquecido, incrementando-se assim 
o seu grau de pureza ao separá-lo dos outros minerais que o 
acompanham.
Este método pode ser utilizado para separação, produção 
ou purificação de metais. As etapas deste processo ocorrem 
dentro de um forno de redução e são elas: fundição, redução 
de metal, formação de escória contaminada por óxidos não 
reduzidos e separação da fase metálica da escória por dife-
rença de densidade.
A pirometalurgia gera grandes volumes de gases, poeiras 
e resíduos, chamados de escória, potencialmente poluentes.
30 Processos Químicos na Indústria
Hidrometalurgia
A hidrometalurgia envolve os processos de extração de metais 
nos quais a separação metal-ganga utiliza as propriedades de 
dissolução do metal-minério em meio aquoso. A extração é 
realizada com lixiviação5 ou dissolução de metais.
Além da lixiviação, outras operações unitárias são aplica-
das na hidrometalurgia, a saber:
 Â Precipitação de compostos;
 Â Troca iônica;
 Â Extração por solventes;
 Â Cementação;
 Â Eletrorrecuperação;Â Eletrorrefino de metais.
A extração por hidrometalurgia apresenta um custo de re-
cuperação relativamente baixo. A perda do material de interes-
se é reduzida, além de, praticamente, não produzir emissões 
atmosféricas. Por outro lado, a geração de efluentes líquidos é 
intensa, o consumo de energia é elevado e ocorre a produção 
de sais indesejáveis. Todos esses rejeitos fazem com que a hi-
drometalurgia apresente alto potencial poluidor.
A utilização do “Diagrama de Porbaix” é obrigatória para a 
determinação das condições de processamento. O diagrama 
5 Lixiviação é o processo de extração de uma substância de um sólido através da 
sua dissolução em um líquido.
Capítulo 2 Tratamento de Minérios 31
identifica em que condições de pH um metal e os produtos 
dele derivados são estáveis em solução aquosa. O metal dis-
solvido deve ser separado por alguma técnica de separação 
como, por exemplo, precipitação, extração por solventes ou 
troca iônica.
A hidrometalurgia é muito aplicada nos processos de recu-
peração de cobre, ouro, urânio, zinco, níquel, titânio, terras-
-raras, dentre outros (SAMPAIO; FRANÇA, 2010).
Eletrometalurgia
A eletrometalurgia é um processo que engloba a obtenção 
de metais por meio da utilização de corrente elétrica em uma 
técnica chamada eletrólise. O processo apresenta alto consu-
mo de energia elétrica e baixa produtividade, porém permite 
a recuperação de metais com alto grau de pureza. É muito 
utilizada para a recuperação de alumínio, magnésio e sódio.
O processo ocorre dentro de uma célula eletroquímica na 
presença de dois eletrodos submersos em solução com o me-
tal. Uma corrente elétrica é aplicada entre os dois eletrodos e 
o metal fica depositado sobre o eletrodo que apresentar afini-
dade (WILBERG, 2007).
Recapitulando
Os diversos minerais utilizados nos processos industriais exi-
gem a aplicação de tratamentos prévios antes de sua transfor-
mação. A esta série de processos chamamos de “tratamento 
32 Processos Químicos na Indústria
ou beneficiamento de minérios” e são de primordial importân-
cia para a indústria.
O beneficiamento de minérios é realizado de quatro eta-
pas: cominuição, classificação, concentração e desaguamen-
to. Vimos, também, que são processos com uso intenso de 
energia e com alto potencial de geração de resíduos.
Além dos processos de beneficiamento, são aplicadas três 
técnicas na metalurgia extrativa: pirometalurgia, hidrometalur-
gia e eletrometalurgia, de acordo com o tipo de metal que 
deve ser obtido ou purificado.
Referências
DUTRA, R. Beneficiamento de Minerais Industriais. II En-
contro de Engenharia e tecnologia dos Campos Gerais, 
2008.
KELLY, E.G.; SPOTTISWOOD, D.J. Introduction to Mineral 
Processing. New York: Jhon Wiley & Sons, 1982.
SHEREV, R. N.; BRINK Jr.; J. A. Indústrias de Processos Quí-
micos. 4. ed. Rio de Janeiro: Ed. Guanabara, 1997.
SAMPAIO, J.A. e FRANÇA S.C.A. Tratamento de Minérios. 
5. ed. Ed. Adão Benvindo da Luz. Rio de Janeiro: CETEM/
MCT, 2010.
WILBERG, K. Q. Tecnologia Industrial. Caderno Universitá-
rio 405. Ed. ULBBRA, 2007.
Capítulo 2 Tratamento de Minérios 33
Atividades
 1) Quais as etapas do beneficiamento de minérios?
 2) Explique cada etapa do beneficiamento de minérios.
 3) Em que consiste a eletrometalurgia?
 4) Em que consiste a pirometalurgia?
 5) O que é resíduo na hidrometalurgia?
Rubens Zolar da Cunha Gehlen1
Capítulo 3
Indústria Siderúrgica
1 Engenheiro Químico, Especialista em Engenharia de Produção e Mestre em En-
genharia área de Fenômenos de Transporte pela UFRGS. Professor dos cursos de 
Engenharia Química e Engenharia de Produção da ULBRA Canoas.
Capítulo 3 Indústria Siderúrgica 35
Introdução
A indústria siderúrgica é uma das mais importantes da econo-
mia brasileira. A cadeia produtiva siderúrgica reúne parcela 
significativa da indústria nacional, além de participar como 
matéria-prima de inúmeros produtos dos mais diversos seg-
mentos econômicos.
A história da siderurgia nacional inicia no período do Bra-
sil Colônia com a criação da primeira fábrica de ferro, por 
Afonso Sardinha, em 1590. A partir do século XX, a siderur-
gia nacional deu um grande salto de qualidade e volume de 
produção, colocando o Brasil entre os maiores produtores e 
exportadores de aço mundiais (Instituto do Aço).
O aço deixou de ser um insumo dedicado à construção 
civil e, no mundo moderno, passou a ser utilizado nas mais di-
versas aplicações, como: indústria automobilística, produção 
de bens de capital, máquinas e equipamentos, utilidades do-
mésticas e comerciais diversas (Instituto do Aço).
Este capítulo apresenta aspectos da matéria-prima utiliza-
da na produção do ferro, as reações químicas envolvidas no 
processo siderúrgico e o processo de transformação de ferro 
em aço.
Matérias-primas
A siderurgia do ferro utiliza três matérias-primas principais: o 
minério de ferro, o carvão e o calcário.
36 Processos Químicos na Indústria
O minério de ferro (hematita) é a fonte do elemento ferro. 
O carvão atua como combustível, como agente redutor2 do 
minério de ferro e como fornecedor de carbono para a fabri-
cação de aços liga. O calcário atua como fundente3, ou seja, 
agente gerador de subprodutos (escórias) (GAUTO; ROSA, 
2013).
Preparação do minério de ferro
A operação de concentração do minério de ferro foi descrita 
no Capítulo 2 e busca fornecer à indústria siderúrgica um mi-
neral com concentração maior do que 60% de ferro com po-
rosidade adequada à passagem dos gases redutores gerados 
pelo carvão. A presença de sólidos finos no minério concen-
trado dificulta a entrada de ar e, consequentemente, reduz a 
eficiência da redução.
A aglomeração do mineral pode ser realizada na própria 
siderúrgica ou pela mineradora. Como dito no parágrafo an-
terior, o objetivo da etapa de preparação é melhorar a per-
meabilidade da carga no alto-forno, reduzindo o consumo de 
carvão e acelerando o processo de redução. Do ponto de visto 
do pós-processamento, também reduz a quantidade de finos 
emitida e lançada pelo alto-forno no sistema de recuperação 
de resíduos. É importante destacar que muitas empresas da 
2 Na siderurgia, a transformação do minério de ferro em ferro metálico (ou gusa) 
é chamada de redução em função do tipo de reação química que ocorre no alto-
-forno.
3 Fundente: agente auxiliar na fusão de metais durante o processo de redução 
facilita a geração da escória. Também é responsável pela remoção de elementos 
químicos indesejáveis no ferro-gusa como enxofre e silício. 
Capítulo 3 Indústria Siderúrgica 37
área substituíram a utilização do minério de ferro como maté-
ria-prima por sucata de ferro por redução de custo e otimiza-
ção do uso de energia.
Os processos de aglomeração mais empregados são sinte-
rização e pelotização, que consiste na aglutinação de finos do 
minério. Na sinterização, adiciona-se um fundente aos finos 
do mineral e funde-se a 1500°C. A obtenção do sínter ocorre 
após resfriamento e britagem. O sínter é constituído por partí-
culas porosas sólidas com 5 mm de dimensão.
Preparação do carvão
O carvão mineral é o tipo de carvão utilizado nos processos si-
derúrgicos. Entretanto, este tipo de carvão apresenta algumas 
características que inviabilizam sua aplicação direta. O carvão 
mineral não apresenta resistência suficiente para suportar as 
temperaturas utilizadas nos altos-fornos, por exemplo. Para al-
terar suas características físicas, ele é submetido a um processo 
chamado de coqueificação, no qual é transformado de carvão 
mineral em carvão coque, adequado ao processo siderúrgico.
O processo de coqueificação consiste na destilação, na 
ausência de ar, do carvão, para que ocorra a liberação de 
suas substâncias voláteis. A coqueificação se processa em 
fornos onde o carvão mineral é submetido à temperatura da 
ordem de 1300°C por 18 horas. Esse processamento resulta 
no coque metalúrgico que possui porosidade, alta resistência 
mecânica, alto ponto de fusão e é composto basicamentepor 
carbono. O coque representa mais da metade do custo total 
do processo siderúrgico.
38 Processos Químicos na Indústria
O carvão coque tem como função:
 Â Fornecer calor para as reações químicas e fundir as es-
córias e os produtos metálicos gerados no processo de 
redução.
 Â Produzir e regenerar os gases de redução.
 Â Formar uma estrutura de sustentação (suporte) forte e 
permeável, que permita a passagem da escória e do 
metal entre o ponto de alimentação e a fornalha, além 
de permitir que os vários gases formados possam se ele-
var até o topo do forno.
 Â Fornecer o carbono que se dissolverá no metal quente, 
formando o ferro gusa e outras ligas metálicas.
Preparação do fundente
Fundentes são compostos minerais adicionados ao alto-forno 
visando reduzir o ponto de fusão das impurezas (ganga) pre-
sentes no minério, gerando a escória. A fusão das impurezas 
auxilia na sua remoção, produzindo um ferro-gusa de melhor 
qualidade. Além do calcário, sílica e óxido de magnésio tam-
bém são materiais utilizados como fundentes.
A mistura das matérias-primas que forma o fundente é mo-
ída e peneirada até atingir a granulometria adequada para a 
alimentação no alto-forno.
Capítulo 3 Indústria Siderúrgica 39
Processo siderúrgico
Um dos segmentos mais importantes da indústria metalúrgica 
é a siderurgia. Especificamente, a siderurgia é a área da meta-
lurgia que trabalha com a produção e transformação do aço. 
Outras áreas da metalurgia que produzem e transformam me-
tais são as indústrias de produção de alumínio e níquel, entre 
outros metais que não serão abordadas neste livro.
O aço comum é composto por uma liga metálica com ferro 
e carbono em diferentes proporções. Além do aço comum, 
a indústria siderúrgica produz os chamados aços especiais a 
partir da adição de outros elementos que irão conferir carac-
terísticas específicas a estes metais, por exemplo: a adição 
de pequeno percentual de cromo torna um aço comum no 
chamado aço inoxidável com ampla utilização na indústria 
moderna. Já os aços utilizados na construção civil, o teor de 
carbono é da ordem de 0,18% a 0,25%, normalmente sem a 
adição de elementos especiais.
Produzido a partir do minério de ferro, carvão e cal, o pro-
cesso de produção do aço ocorre em quatro etapas (Figura 1):
 Â Preparação da carga;
 Â Redução;
 Â Refino;
 Â Laminação.
40 Processos Químicos na Indústria
Figura 1 Processo Siderúrgico – fluxograma simplificado.
As plantas industriais siderúrgicas que produzem aço são 
chamadas de usinas e são classificadas de acordo com a ver-
ticalização do seu processo produtivo:
Integradas – são aquelas usinas que operam, pelo menos, 
as três etapas básicas: redução, refino e laminação. Dessa 
maneira, integram todo o processo de produção do aço.
Semi-integradas – são aquelas usinas que operam as 
duas etapas finais: refino e laminação. Estas usinas utilizam 
ferro-gusa, ferro-esponja ou sucata metálica para transformá-
-los em aço em aciarias elétricas e posterior laminação.
Preparação da Carga
Uma parte do minério de ferro (finos) é aglomerada, utili-
zando-se o fundente e os finos produzidos na operação de 
Capítulo 3 Indústria Siderúrgica 41
coqueificação. O produto resultante é chamado de sínter. O 
carvão é processado na coqueria e transformado em coque.
Redução
Após a preparação da carga, as matérias-primas são carre-
gadas de forma contínua no alto forno (Figura 2). Oxigênio 
pré-aquecido por volta de 1000ºC é injetado no alto forno. O 
carvão, em contato com o oxigênio, produz calor, que funde 
a carga metálica e dá início ao processo de redução do mi-
nério de ferro em um metal líquido, chamado de ferro-gusa. 
O ferro-gusa é uma liga de ferro e carbono com um teor de 
carbono muito elevado.
Figura 2 Alto forno.
Adaptado de http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM049/Aula%201.pdf
Disponível em https://pixabay.com/pt/alto-forno-ind%C3%BAstria-659016/
42 Processos Químicos na Indústria
Como vimos, um alto-forno é utilizado para reduzir os 
óxidos dos minérios de ferro utilizando um redutor (coque). 
No alto-forno, é carregada a carga sólida formada por com-
bustíveis, redutores, minério de ferro e fundentes que são car-
regados pelo topo de forma contínua.
O alto-forno usualmente é dividido em zona de amolec-
imento e fusão, zona de gotejamento e zona de combustão.
As reações químicas ocorrem, principalmente, acima da 
zona de combustão, e são elas:
 1. Geração de CO2 pela queima do coque:
 C (coque) + O2(gás) → CO2(gás) (1)
 2. Decomposição do CO2 por contato com o coque:
 CO2(gás) + C (coque) → 2CO(gás) (2)
 3. Redução indireta na zona de fusão (1300°C):
 3Fe2O3(sólido) + CO(gás) → 2Fe3O4(sólido) + CO2(gás) (3)
 Fe3O4(sólido) + CO(gás) → 3FeO(sólido) + CO2(gás) (4)
 FeO(sólido) + CO(gás) → Fe(sólido) + CO2(gás) (5)
 4. Redução direta na zona de maior temperatura (1600°C) e 
formação do ferro-gusa:
 3Fe(sólido) + C(coque) → Fe3C(sólido) (6)
 3Fe(sólido) + 2CO(gás) → Fe3C(sólido) +CO2(gás) (7)
Neste ponto, ocorre a formação do ferro-gusa (Fe3C) e, ain-
da, são incorporados outros elementos presentes na matéria-pri-
Capítulo 3 Indústria Siderúrgica 43
ma em quantidades pequenas (WILBERG, 2007). Não pode ser 
esquecida a formação da escória, gerada pela combinação do 
fundente (calcário) com a ganga do minério e o carvão.
Refino
No encerramento da etapa de redução, a siderúrgica obtém 
o chamado ferro-gusa, que não apresenta as características 
necessárias para aplicações industriais mais complexas, ou 
seja, ainda não é um aço ou um ferro fundido convencional. 
Para atingir a especificação de um aço, o ferro-gusa deve ser 
refinado pela redução dos teores de alguns elementos como o 
carbono, fósforo, enxofre e manganês, entre outros.
A operação de refino é realizada em unidades industriais 
chamadas de aciarias. As aciarias realizam o refino utilizando 
oxigênio e eletricidade para transformar o ferro-gusa e a suca-
ta (de ferro e/ou aço) em aço líquido.
Nesta etapa, parte do carbono contido no ferro-gusa é re-
movida juntamente com as impurezas. O princípio químico apli-
cado é a oxidação dos elementos constituintes do ferro-gusa pela 
injeção controlada de O2 ou de ar atmosférico. O volume de 
gás em excesso é removido pelas chaminés ou absorvido pela 
escória. A escória, por sua vez, é formada por óxidos de man-
ganês, ferro, sílica e outros elementos e apresenta baixo ponto 
de fusão, o que facilita sua remoção na etapa de lingotamento.
Além da transformação de ferro-gusa (ou sucata) em aço 
carbono na aciaria, também são produzidos os aços especiais. 
Os aços especiais são assim chamados por apresentarem car-
acterísticas físicas e químicas diferenciadas, por exemplo, a 
44 Processos Químicos na Indústria
adição de cromo ao aço carbono produz a família dos aços in-
oxidáveis com larga aplicação na civilização moderna. Outros 
elementos de liga são adicionados na etapa de refinamento de 
acordo com as características que o aço final deve apresentar 
para atender à especificação do cliente da aciaria.
Lingotamento e laminação
Após a o refino, o aço sofre o processo de lingotamento. Atra-
vés de uma abertura no fundo da panela, o aço líquido é es-
coado para um molde chamado de lingoteira. A maioria das 
aciarias utiliza o processo de lingotamento contínuo para soli-
dificar o aço (Figura 3). Dessa forma, o aço resfria e solidifica 
na forma do molde da lingoteira, formando barras com dife-
rentes perfis. É importante ressaltar que, associada à linha de 
lingotamento contínuo, encontra-se uma seção de corte para 
ajustar o comprimento dos produtos formados.
Figura 3 Lingotamento contínuo.
Adaptado de http://www.belgo.com.br/noticias
Capítulo 3 Indústria Siderúrgica 45
Os produtos do lingotamento contínuo podem ser: se-
miacabados, lingotes e blocos de aço. Esses produtos serão 
processados, posteriormente, por equipamentos chamados la-
minadores e transformados em diversos produtos siderúrgicos 
como chapas, arames,bobinas entre outros.
Recapitulando
Neste capítulo, foi apresentada a indústria siderúrgica. Esse 
tipo de indústria processa o aço em quatro etapas:
 Â Preparação da carga;
 Â Redução;
 Â Refino;
 Â Lingotamento e laminação.
Referências
BATISTA, A. A. M.. Utilização do gás de alto-forno para 
produção de energia na indústria siderúrgica de Mi-
nas Gerais. 2009. 160p. Dissertação (Mestrado em Sus-
tentabilidade Sócio-econômica e Ambiental)-Universidade 
Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, MG, 2009.
GAUTO, M.; ROSA, G. Química Industrial. Editora Book-
man, 2013.
46 Processos Químicos na Indústria
INSTITUTO DO AÇO. Disponível em: <http://www.acobrasil.
org.br>. Acesso em: 03 jun. 2015.
SHEREV, R. N.; BRINK Jr.; J. A. Indústrias de Processos Quí-
micos. Ed. Guanabara, 4 Edição. Rio de Janeiro, 1997.
WILBERG, K. Q. Tecnologia Industrial. Caderno Universitá-
rio 405. Ed. ULBBRA, 2007.
Atividades
 1) Quais são as matérias-primas utilizadas na indústria side-
rúrgica?
 2) Quais as reações químicas que ocorrem no alto forno?
 3) Quais as reações químicas que ocorrem na aciaria?
 4) Qual a finalidade da etapa de aciaria?
 5) Quais os resíduos gerados na indústria siderúrgica?
Rubens Zolar da Cunha Gehlen1
Capítulo 4
Indústria Cimenteira
1 Engenheiro Químico, Especialista em Engenharia de Produção e Mestre em 
Engenharia área de Fenômenos de Transporte pela UFRGS. Professor dos cursos de 
Engenharia Química e Engenharia de Produção da ULBRA Canoas.
48 Processos Químicos na Indústria
Introdução
A Engenharia Civil moderna nos apresenta, a cada dia, obras 
cada vez mais surpreendentes. A corrida pela construção do 
prédio mais alto do mundo, por exemplo, iniciou junto com o 
século XX e não parou mais. Os materiais utilizados nas cons-
truções humanas variaram muito ao longo dos milênios; po-
rém, uma característica observada naquelas de grande porte e 
durabilidade foi a utilização de minérios e aglomerantes como 
elementos principais.
Das grandes pirâmides do Egito, passando pelos templos 
gregos e romanos, pela proposta arquitetônica de Brasília e 
chegando aos modernos prédios de Dubai, encontramos a 
presença do cimento na sua forma pura ou associado a outros 
materiais.
O uso do concreto de cimento em moradias e em grandes 
obras de engenharia se mostrou uma solução técnica e econo-
micamente viável a partir do início do século XX em função da 
abundância e baixo custo de suas matérias-primas.
O cimento moderno é utilizado sob a forma de concreto 
em uma mistura altamente resistente composta por cimento, 
areia e pedras. Usualmente, a moderna Engenharia Civil tra-
balha com o “concreto armado”, ou seja, a mistura de cimen-
to, água, areia e pedra recebe o reforço de estruturas (ar-
mações) metálicas que aumentam a resistência mecânica do 
material final.
Tecnicamente, o cimento é chamado aglomerante em fun-
ção de sua capacidade de unir diferentes matérias através de 
Capítulo 4 Indústria Cimenteira 49
reações químicas. O cimento com maior utilização é o cha-
mado cimento Portland. Ele recebe este nome em função da 
semelhança com um mineral extraído da península inglesa de 
Portland e também utilizado como aglomerante.
O cimento é obtido através da calcinação2 de suas maté-
rias-primas em fornos fixos ou rotativos. O material resultante 
é chamado de clínquer.
Matérias-primas
As matérias-primas principais necessárias à produção de ci-
mento são calcário, argila e gesso (gipsita). Esses produtos são 
abundantes na crosta terrestre. A Tabela 1 mostra a composi-
ção média do cimento Portland.
Tabela 1 Composição média do cimento Portland
Matéria-prima Percentual Fonte
Óxido de Cálcio – CaO 60 a 70% Calcário – Cal
Óxido de Silício – SiO2 17 a 25% Argila – Sílica
Óxido de Alumínio – Al2O3 3 a 8% Argila – Alumina
Óxido de Ferro – Fe2O3 2 a 5% Minério de Ferro – Mag-
netita
Óxido de Enxofre – SO3 0,5 a 2% Gesso – Sulfatos
Fonte: adaptado de Filho (2011)
2 Calcinação: exposição de minério a temperaturas acima de 500oC.
50 Processos Químicos na Indústria
O calcário é a matéria-prima que tem a maior participação 
na composição do clínquer. Para produzir uma tonelada de 
clínquer são necessárias 1,4 toneladas de calcário, em média.
Calcário
O calcário é composto, principalmente, de carbonato de cál-
cio (CaCO3). Apesar de abundante na crosta terrestre, sua 
adequação como matéria-prima do cimento depende de sua 
pureza e tipo de contaminantes. A presença do óxido de Mag-
nésio (MgO) em proporções elevadas pode causar trincas no 
concreto. A legislação brasileira fixa em 6,5% a proporção 
máxima de MgO. Para atingir a proporção final de CaO no 
clínquer, parte-se de calcários com teor de CaCO3 da ordem 
de 80 a 85%.
Conforme a Tabela 1, o CaO é o ingrediente em maior 
proporção no clínquer. O CaO tem sua origem na decomposi-
ção térmica, acima de 700°C, do CaCO3, conforme a reação 
1, gerando dióxido de carbono e óxido de cálcio.
CaCO3(sólido) + calor → CaO(sólido) + CO2(gás) (1)
No produto final, o óxido de cálcio (ou cal queimada) é 
o constituinte responsável pelo endurecimento da mistura. 
Quando misturado com a água, ocorre a formação de silica-
tos de cálcio hidratados com a liberação de calor, conforme a 
reação 2.
CaO(sólido) + H2O(líquido) → Silicatos de Cálcio hidratados(sólido) + calor (2)
Capítulo 4 Indústria Cimenteira 51
Por ser uma reação que libera calor (exotérmica), a pega3 
do cimento em estruturas muito espessas exige cuidado para 
evitar superaquecimento e as consequentes fissuras no cimen-
to, o que afeta a durabilidade da construção. Com frequência, 
é utilizada água gelada ou gelo para minimizar esse problema.
Argila
Assim como o calcário, a argila também é abundante na cros-
ta terrestre e apresenta composição química variada de acor-
do com sua ocorrência. Ela é formada por silicatos associados 
a outros óxidos como os de alumínio, ferro e potássio, entre 
outros. Do ponto de vista da indústria cimenteira, as associa-
ções com alumínio (Al2O3) e ferro (Fe2O3), além da própria 
sílica (SiO2), são os mais importantes.
Os aluminatos derivados da argila apresentam papel im-
portante na preparação do clínquer quando afetam a visco-
sidade da fase líquida e no produto endurecido, no qual au-
mentam a resistência a águas agressivas, à água salgada, por 
exemplo. Se não houver algum agente de correção, porém, 
fazem a mistura endurecer rapidamente, inviabilizando o uso 
do concreto.
3 Pega do cimento: termo utilizado para descrever a série de reações químicas que 
envolvem o processo de transformação do cimento de massa pastosa em substân-
cia dura e resistente à água e a esforços mecânicos.
52 Processos Químicos na Indústria
Gesso
Outro minério essencial para o correto dimensionamento de 
um cimento é o gesso. O gesso é obtido a partir do aqueci-
mento da gipsita e é composto basicamente por sulfato de 
cálcio hidratado (CaSO4.2H2O). Sua função é a de regular o 
tempo de pega do concreto uma vez que, sem a sua presença, 
as reações de hidratação (reação com a água) que ocorrem 
durante a fase inicial seriam tão rápidas que impediriam seu 
uso.
Fabricação do cimento
A produção de cimento envolve duas grandes frentes de ativi-
dade industrial: a mineração de calcário (frente de lavra) e a 
fabricação de cimento (indústria de transformação). Para oti-
mizar o processo produtivo e reduzir os custos de transporte 
das matérias-primas, a indústria cimenteira interliga, sempre 
que possível, as duas atividades. O uso de correias transporta-
doras ou vagonetes teleféricas é comum. Esses equipamentos 
devem transportar o minério britado, geralmente o calcário, 
até a planta industrial onde se localiza o forno de clínquer. 
Essa configuração industrial justifica a localização frequente 
de cimenteiras em áreas de mineração (SANTI, 2003). Por ou-
tro lado, este fator insere no processo produtivo o custo de 
transporte do produto acabado até o mercado consumidor.
Capítulo 4 Indústria Cimenteira 53
Operaçõesunitárias da indústria cimenteira
As operações unitárias aplicadas à fabricação do cimento pre-
param as matérias-primas tanto na etapa de lavra quanto na 
etapa de formação do clínquer.
As operações unitárias na lavra são aquelas que ajustam 
a granulometria dos minérios utilizados, ou seja, são as ope-
rações de cominuição que vimos no Capítulo 2. Esse ajuste 
de granulometria deve garantir o contato íntimo entre as ma-
térias-primas na etapa de conversão (formação do clínquer).
Já as operações unitárias na cimenteira envolvem, além da 
transformação física, as conversões químicas que ocorrem no 
processo de calcinação a altas temperaturas.
A formação do clínquer é uma reação exotérmica (libera 
calor); porém, a energia liberada não é suficiente para que o 
processo ocorra de forma espontânea, ou seja, o balanço de 
energia é endotérmico (absorve calor). Devido a isso, é neces-
sário utilizar algum tipo de combustível para garantir a tempe-
ratura correta ao longo do forno de conversão. As reações de 
conversão no forno são quase todas em fase sólida; porém, 
ao final do processo, ocorre a fusão da massa reacional. É na 
fase líquida (fundida) que ocorrem as reações de terminação 
do cimento e, consequentemente, são formados os elementos 
que irão garantir sua resistência final (SHREVE, 1997).
Processos de fabricação
Para entregar ao mercado o cimento como insumo da indús-
tria de construção civil, são necessários, pelo menos, dois es-
54 Processos Químicos na Indústria
tágios de operações unitárias. O primeiro estágio consiste na 
produção do clínquer em forno de conversão por calcinação, 
e o segundo, passa pela adição do gesso e posterior homoge-
neização e moagem.
A preparação do clínquer pode ser feita utilizando dois pro-
cessos principais:
 Â Processo via úmida
 Â Processo via seca
Em ambos os processos (Figura 1), os minérios são extra-
ídos da lavra e cominuídos; as demais matérias-primas são 
adicionadas e tudo é misturado. A diferença entre os proces-
sos se encontra na forma como o clínquer é terminado. O 
clínquer final não apresenta diferença de qualidade em função 
do processo de fabricação (SHREVE, 1997).
Os dois processos utilizam diversos tipos de combustíveis, 
dos quais se destacam o óleo combustível e o coque de car-
vão. Modernamente, foi desenvolvida a técnica de coproces-
samento4, que utiliza resíduos com valor energético de outras 
indústrias.
4 Vamos detalhar esse processo a seguir.
Capítulo 4 Indústria Cimenteira 55
Figura 1 Fluxograma de produção de cimento.
Adaptado de Wilberg (2007)
Processo via úmida
O processo via úmida foi o primeiro a ser desenvolvido pela 
indústria cimenteira. E de fácil operação e não demanda siste-
mas complexos de filtragem para abater o material particulado 
gerado. Este processo está caindo em desuso devido ao uso 
intensivo de energia, água e a dificuldade de controle da qua-
lidade do produto e do processo produtivo.
Neste processo, a cominuição dos minérios se dá em fase 
líquida, formando uma lama com até 40% de água que é 
bombeada para o forno de calcinação. Dentro do forno, ocor-
re a remoção da água adicionada na etapa de moagem. Após 
56 Processos Químicos na Indústria
a remoção da água, a lama seca passa a ser chamada de 
“farinha” e as reações de conversão em clínquer se processam 
da mesma forma que no processo a seco (SANTI, 2003).
Processo via seca
O processo a seco vem, gradativamente, substituindo o pro-
cesso úmido em função do custo de energia e consumo de 
água deste. O processo a seco garante menor consumo de 
combustível ao mesmo tempo em que facilita o controle de 
processo e da qualidade do clínquer. Entretanto, apesar de 
consumir menos combustível, o processo a seco atinge tempe-
raturas mais altas (acima de 1300oC) o que exige equipamen-
tos mais robustos e mais caros (SHREVE, 1997).
Os principais insumos do processo por via seca são a ar-
gila e o calcário. A mistura com 10% de argila de 90% de 
calcário é chamada de cru ou farinha crua. À farinha podem 
ser adicionadas pequenas quantidades de aditivos, como o 
óxido férrico. A farinha crua, aditivada ou não, é cominuída 
em moinhos de circuito aberto ou fechado. A moagem em 
circuito fechada é a preferida pela indústria cimenteira. Após 
a moagem, o cru é homogeneizado em silos e enviado pré-
-aquecido para o forno de conversão (SHREVE, 1997).
O forno de conversão inicialmente apresentava compri-
mento menor (40 metros) que o forno em via úmida (até 200 
metros); porém, em função do aproveitamento energético 
que fornos de maior comprimento proporcionam, a tendên-
cia atual é de operar fornos em via seca com até 200 metros 
de comprimento, com diâmetro variando entre 2 e 6 metros 
Capítulo 4 Indústria Cimenteira 57
(WILBERG, 2007). Apesar de suas dimensões, os fornos de 
conversão são rotativos, girando com velocidade entre 0,5 e 2 
rpm, apresentando leve inclinação (5° a 10°) para aproveitar a 
gravidade como força propulsora da farinha dentro do forno. 
O queimador é posicionado na porção superior do forno para 
garantir que as temperaturas de conversão sejam atingidas 
nos estágios apropriados. O tempo de conversão da farinha 
em clínquer é de até 3 horas. Imediatamente após a saída do 
forno, o clínquer passa por resfriadores (arrefecedores) que 
reduzem sua temperatura de 800oC até 100/200oC (SHREVE, 
1997).
Independentemente do comprimento do forno, o processo 
a seco exige instalações mais complexas e caras. O processo 
de homogeneização é difícil. Para sua correta execução, são 
necessários misturadores pneumáticos instalados nos silos de 
homogeneização, além do uso de filtros de alta eficiência para 
remoção do material particulado.
No Brasil, predomina o uso do processo em via seca.
Acabamento
Após o resfriamento na saída do forno de conversão, o clín-
quer é armazenado e aguarda o último estágio da fabricação 
do cimento.
O acabamento do cimento consiste na moagem fina do 
clínquer adicionado com os diversos aditivos que o compõem. 
Um dos principais aditivos introduzidos nesta etapa é o ges-
so, além de outros agentes para a produção de cimentos es-
peciais. Após a moagem e homogeneização, o cimento está 
58 Processos Químicos na Indústria
pronto para ser ensacado ou armazenado para venda a gra-
nel.
Reações do processo de conversão 
(clinquerização)
A conversão da farinha crua em clínquer se dá por meio de 
uma série de reações químicas e transformações físicas que 
iniciam já no processo de pré-aquecimento e se propagam 
pelo interior do forno. As reações que ocorrem no interior do 
forno compõem a chamada “queima“ das matérias-primas. À 
exceção da desidroxilação5 das argilas, todas as demais rea-
ções são endotérmicas.
As reações envolvidas são descritas a seguir:
 1. Evaporação da água livre: ocorre em temperaturas abaixo 
de 100°C. Trata-se da remoção da umidade presente na 
farinha crua. É realizada no pré-aquecimento da farinha 
antes de entrar no forno de conversão. Não é uma reação 
química, mas uma transformação física.
H2O(líquida) + energia → H2O(vapor) (3)
 2. Decomposição do carbonato de magnésio: inicia em 
340°C, porém, à medida que o teor de cálcio liberado no 
forno aumenta, sua temperatura de decomposição tam-
bém aumenta.
5 Desidroxilação: reação de perda de uma molécula de água por uma substância 
qualquer. 
Capítulo 4 Indústria Cimenteira 59
MgCO3(sólido) + energia → MgO(sólido) + CO2(gasoso) (4)
Lembre que mencionamos que o carbonato de magnésio 
é um contaminante do calcário. O MgO gerado irá se dis-
solver na fase fundida (líquida) e poderá reduzir a resistência 
do cimento quando em proporções elevadas (acima de 6,5% 
segundo a legislação brasileira).
 3. Decomposição do carbonato de cálcio: inicia em 805°C. 
É a principal reação na formação do clínquer. Deve estar 
completa antes que o material atinja a zona de clínqueri-
zação do forno.
CaCO3(sólido) + energia → CaO(sólido) + CO2(gás) (5)
 4. Desidroxilação das argilas
Para permitir a formaçãodo clínquer, as reações iniciais 
se processam em temperaturas inferiores àquelas atingidas no 
final do processo. Dessa forma, a primeira reação que ocorre 
a partir de 550°C é a desidroxilação da argila da farinha crua. 
Com a remoção da água, formam-se os silicatos de alumínio 
e ferro que posteriormente reagirão com o óxido de cálcio na 
formação do clínquer.
 5. Formação do silicato dicálcico
O silicato dicálcico (2CaO.SiO2) começa a se formar quan-
do a temperatura atinge a marca de 900°C e a sílica (SiO2) 
reage lentamente com o CaO. A presença de ferro e de alu-
mínio acelera a reação. Esses dois elementos estão disponíveis 
no meio reacional devido à etapa de desidroxilação da argila.
2CaO(sólido) + SiO2(sólido) + energia → 2CaO.SiO2(sólido) (6)
60 Processos Químicos na Indústria
 6. Formação de silicato tricálcico
O silicato tricálcico (3CaO.SiO2) inicia sua formação entre 
1200 e 1400°C, segundo a reação (7).
2CaO.SiO2(sólido) + CaO(sólido) + energia → 3CaO.SiO2(sólido) (7)
O clínquer obtido ao final do forno de conversão apresenta 
a composição média conforme Tabela 2.
Tabela 2 Composição média do clínquer
Fórmula Nome Símbolo
2CaO.SiO2 Silicato dicálcico C2S
3CaO.SiO2 Silicato tricálcico C3S
3CaO.Al2O3 Aluminato tricálcico C3A
4CaO.Al2O3.Fe2O3 Aluminoferrito tetracálcico C4AF
MgO Óxido de magnésio livre MgO
Fonte: adaptado de Shreve (1997)
Tipos de cimento Portland
A indústria cimenteira brasileira oferece diversos tipos de ci-
mento Portland ao mercado. As diferenças de desempenho 
dos diferentes tipos são estabelecidas a partir da variação. Es-
ses tipos se diferenciam de acordo com a proporção de clín-
quer, sulfatos de cálcio, material carbonático e de adições, 
tais como escórias, pozolanas e calcário, acrescentadas no 
processo acabamento (moagem) (ABCP).
Capítulo 4 Indústria Cimenteira 61
Os cimentos fabricados no Brasil devem obedecer às nor-
mas regulamentadoras brasileiras: NBR 5732, NBR 5735, 
NBR 5736, NBR 11578, entre outras. A Tabela 3 mostra as 
diferentes composições dos cimentos nacionais.
Tabela 3 Composição do cimento Portland brasileiro
Tipo de
cimento
Portland
Sigla
Composição (% em massa)
Norma
Brasileira
Clínquer
+
gesso
Escória 
de
alto 
forno
(sigla E)
Material
pozolânico
(sigla Z)
Material 
car-
bonático
(sigla F)
Comum
CP I
CP I-S
100
99-95
-
1-5
NBR 5732
Composto
CP II-E
CP II-Z
CP II-F
94-56
94-76
94-90
6-34
-
-
-
6-14
-
0-10
0-10
6-10
NBR 11578
Alto-Forno CP III 65-25 35-70 - 0-5 NBR 5735
Pozolânico CP IV 45-85 - 15- 5- 0-5 NBR 5736
Alta Re-
sistência
Inicial
CP V-ARI 100-95 0-5 NBR 5733
Fonte: adaptado de ABCP (2002)
Todos os cimentos do tipo Portland apresentam em comum 
a característica já mencionada de necessitar da adição de ges-
so para controlar o tempo de pega.
Os tipos mais empregados na construção civil são:
Cimento Portland comum: é o cimento que recebe so-
mente a adição de gesso na sua composição ou uma pequena 
quantidade de pozolana. É utilizado para construção em geral, 
onde não são necessárias propriedades especiais.
62 Processos Químicos na Indústria
Cimento Portland composto: divide-se em três tipos, de 
acordo com as adições. Apresentam propriedades intermediá-
rias entre o cimento comum e os especiais; ao mesmo tempo, 
representam 75% do consumo nacional. São aplicados em 
obras correntes de engenharia civil como argamassa, concreto 
simples, armado e protendido, além de elementos pré-molda-
dos e artefatos de cimento.
CP II-E: aditivado com escória granulada de alto forno;
CP II-Z: aditivado com pozolana;
CP II-F: aditivado com material carbonático (geralmente 
argila).
Cimento Portland de alto-forno: recebe adição de es-
cória de Alto-Forno siderúrgico em proporções da até 70%. 
Confere propriedades de alta resistência mecânica e química 
ao concreto. Utilizado em obras como barragens, peças de 
grandes dimensões, fundações de máquinas, pilares, obras em 
ambientes agressivos, tubos e canais para condução de líqui-
dos agressivos, esgotos e efluentes industriais, concretos com 
agregados reativos, pilares de pontes ou obras submersas, pa-
vimentação de estradas e pistas de aeroportos.
Cimento Portland pozolânico: recebe a adição de po-
zolanas6. Sua adição reduz a permeabilidade e a porosidade 
capilar, aumentando a estabilidade e a durabilidade do con-
creto. Sua aplicação é semelhante a do cimento de alto-forno.
6 Rocha vulcânica encontrada na localidade italiana de Pozzuoli. É rica em silica-
tos. Combinações minerais sintéticas com composição química similar são também 
chamadas de pozolana e aplicadas na indústria cimenteira. 
Capítulo 4 Indústria Cimenteira 63
Coprocessamento
Como você deve ter percebido, caro aluno, a fabricação do 
cimento é uma atividade de uso intenso de energia e recursos 
naturais. Isso traz como consequência impactos ambientais de 
grande monta.
Reveja as reações de formação do clínquer e observe que 
ocorre emissão de CO2 nas etapas de decomposição dos car-
bonatos da matéria-prima e na queima de combustíveis no 
interior do forno. As altas temperaturas de processo, geral-
mente acima de 1000oC, tornam o forno de conversão uma 
alternativa viável para a recuperação energética e incorpo-
ração de diversos resíduos industriais por meio do chamado 
“coprocessamento”.
O coprocessamento é utilizado nos países desenvolvidos há 
muitas décadas. No Brasil, começou a ser utilizado na década 
de 90. Apesar de ser amigável do ponto de vista ambiental, 
seu uso passa por processo de licenciamento ambiental severo 
dentro do marco regulador existente, de acordo com a Política 
Nacional de Resíduos Sólidos aprovada em 2010.
A técnica do coprocessamento consiste, basicamente, em 
queimar resíduos com valor energético em substituição parcial 
ao combustível que alimenta a chama no forno de conversão 
e incorporar suas cinzas no clínquer. Outra forma de coproces-
samento é a incorporação de resíduos minerais não energéti-
cos na farinha pura.
A destruição segura de resíduos perigosos sempre foi um 
objetivo difícil de atingir. Na reação de conversão no interior 
64 Processos Químicos na Indústria
do forno encontramos as seguintes condições: alta tempera-
tura da chama, longo tempo de residência dos gases, grande 
turbulência interior, além de vários outros parâmetros da com-
bustão que tornam a produção de cimento ideal para atingir 
esse fim. Por trabalhar com esses parâmetros de forma inte-
grada ao processo de fabricação, os fornos de cimento têm 
capacidade de processamento seguro de grandes volumes de 
resíduos, além de não alterar a qualidade final do cimento.
Recapitulando
Neste capítulo, foram vistas as matérias-primas para a produ-
ção de cimento: calcário, argila e gesso.
Estudou-se o processo produtivo do cimento, que é com-
posto de várias etapas, sendo a clínquerização a mais impor-
tante delas.
Observaram-se também as questões ambientais relaciona-
das à atividade.
Referências
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND – ABCP. 
Guia Básico de Cimento Portland. São Paulo. 2002
GAUTO, M.; ROSA, G. Química Industrial. Porto Alegre: 
Bookman, 2013.
Capítulo 4 Indústria Cimenteira 65
MCT, 2010. Emissões de gases de efeito estufa nos proces-
sos industriais – Produtos Minerais (Parte I) – Produção de 
Cimento. Segundo Inventário Brasileiro de Emissões e 
Remoções Antrópicas de Gases de Efeito Estufa. Minis-
tério da Ciência e Tecnologia, 2010.
SANTI, A. M. M., 1997. O Emprego de Resíduos como 
Combustíveis Complementares na Produção de Ci-
mento na Perspectiva da Energia, da Sociedade e do 
Meio Ambiente. Estudo de Caso: Minas Gerais no pe-
ríodo 1980-1997. Dissertação e Mestrado. Universidade 
Estadual de Campinas. Campinas, SP.
SHREVE, R. N.; BRINK Jr.; J. A. Indústrias de Processos Quí-
micos. 4. ed. Rio de Janeiro: Ed. Guanabara, 1997.
WILBERG, K. Q. Tecnologia Industrial. Caderno Universitá-
rio 405. Ed. ULBRA, 2007.
Atividades
 1) Defina o processo industrial da indústria cimenteira.
 2) Quais asmatérias-primas utilizadas para a produção de 
cimento?
 3) Descreva o processo via seca.
 4) Descreva o processo via úmida.
 5) Quais os problemas ambientais relacionados à atividade 
de produção de cimento?
Rubens Zolar da Cunha Gehlen1
Capítulo 5
Indústria de Cloro, Soda 
e Derivados
1 Engenheiro Químico, Especialista em Engenharia de Produção e Mestre em En-
genharia área de Fenômenos de Transporte pela UFRGS. Professor dos cursos de 
Engenharia Química e Engenharia de Produção da ULBRA Canoas.
Capítulo 5 Indústria de Cloro, Soda e Derivados 67
Introdução
Os produtos químicos cloro (gás cloro) e soda (soda cáustica) 
são produzidos simultaneamente a partir das mesmas fontes de 
matérias-primas: água e cloreto de sódio, também conhecido 
como sal comum ou de cozinha. Além da fonte em comum, o 
processo de obtenção também é único: a eletrólise da mistura 
resultante do sal e da água, a salmoura.
Além da fonte de matéria-prima e do processo produtivo, 
o cloro e a soda têm em comum, também, o fato de se cons-
tituírem como importantes insumos de outras indústrias. Por 
outro lado, as aplicações e suas características são completa-
mente diferentes: enquanto o cloro é um gás tóxico nas condi-
ções ambientais, a soda é sólida nas mesmas condições E sua 
comercialização normal é como solução aquosa a 50%. São 
poucas as situações em que o cloro e a soda chegam ao con-
sumidor final como produtos: a soda, quando utilizada como 
agente removedor, no caso de tubulações entupidas e limpe-
za de caixas de gordura domésticas; e o cloro, como agente 
bactericida no tratamento de água potável (MONTENEGRO, 
1998).
A soda cáustica e o cloro são um dos pontos de partida 
como matérias-primas básicas para a indústria química mun-
dial. Cerca de 50% das vendas químicas dependem, em al-
guma etapa do seu processo produtivo, do cloro. Utilizam-se 
diversos produtos derivados deste setor: papel, produtos far-
macêuticos e alvejantes, por exemplo. Sem contar que a vida 
em comunidades em grande escala só é possível pelo uso do 
68 Processos Químicos na Indústria
cloro devido a sua característica bactericida, empregada no 
tratamento de água (ANDRADE, 2006).
Como matéria-prima da indústria química, as aplicações 
do cloro são variadas. É considerado o reagente mais em-
pregado na indústria química, atingindo uma participação de 
85% na produção de fármacos. Entre outras aplicações, pode-
mos citar como alternativas de uso do cloro (MONTENEGRO, 
1998):
 Â Resinas de PVC (policloreto de vinila);
 Â Defensivos agrícolas;
 Â Fabricação do silício empregado em microprocessado-
res eletrônicos;
 Â Pigmentos brancos para tintas;
 Â Indústria de papel e celulose;
 Â Poliuretanos;
 Â Tratamento d’água.
Já a soda cáustica não apresenta um leque de aplicações 
tão variado como o cloro. Suas aplicações estão concentradas 
nas indústrias de celulose, alumínio, detergentes e sabões e 
petróleo.
As diferentes aplicações desses produtos introduzem uma 
dificuldade adicional no mercado. Como o consumo não 
ocorre nas mesmas proporções, a capacidade produtiva pode 
apresentar excesso de capacidade para um dos produtos e 
falta para o outro no mesmo período.
Capítulo 5 Indústria de Cloro, Soda e Derivados 69
Como vimos, o cloro é um gás tóxico; isso acarreta e gran-
des problemas logísticos para seu transporte. Isso implica a 
maioria das plantas de cloro-soda ser integradas às plantas 
consumidoras deste produto. São exemplos das integrações as 
situações encontradas nas seguintes indústrias:
 Â Papel e celulose2: consomem tanto cloro como soda; na 
maioria dos casos, são plantas de porte reduzido, para 
atender ao consumo próprio;
 Â Polímeros vinílicos: o PVC é um dos polímeros de aplica-
ção mais abrangente no mercado mundial. Neste caso, 
as plantas, geralmente, são de grande escala.
Além dos exemplos acima, podemos encontrar plantas in-
tegradas na produção de hipoclorito de sódio (água sanitária), 
ácido clorídrico e dos insumos para poliuretanos (isocianatos e 
óxido de propeno) (MONTENEGRO, 1998).
Matéria-prima
As matérias-primas utilizadas na fabricação de soda (NaOH), 
cloro (Cl2) e seus derivados são o cloreto de sódio (NaCl) e 
água.
2 Vamos tratar dessas duas indústrias nos próximos capítulos.
70 Processos Químicos na Indústria
Cloreto de Sódio
O cloreto de sódio é um sal encontrado nos oceanos e tam-
bém como sal-gema (halita), que está presente em leitos de 
antigos cursos de água (rios, lagos e mares). O Mar Morto, 
localizado em Israel, é um exemplo do processo de formação 
de sal-gema. Ao longo das eras geológicas, ocorre o rebai-
xamento do nível do mar e sua cobertura por sedimentos. No 
Brasil, as ocorrências de sal-gema estão associadas a bacias 
sedimentares. Destaca-se a produção de sal-gema na cidade 
de Maceió (Al), integrada à produção de produtos como o 
polímero PVC e a soda cáustica (Melo 2015).
O cloreto de sódio (e outros sais) forma-se de forma con-
tínua pela ação da água sobre as rochas que contêm cloretos 
e compostos de sódio. A lixiviação dessas rochas pelos pro-
cessos naturais concentra o sal na água, que forma os mares 
e oceanos. O cloreto de sódio pode ser obtido submetendo 
a água salgada à evaporação ou pela extração de reservas 
subterrâneas de sal-gema.
O sal para consumo humano contém pequenas quanti-
dades de iodo para prevenir uma doença conhecida como 
bócio. Na indústria, o cloreto de sódio é utilizado para ob-
tenção de cloro, soda e seus derivados.
O cloreto de sódio para uso industrial é obtido, geralmen-
te, pela dissolução do sal-gema, formando uma salmoura com 
concentração por volta de 30mg/l, conforme mostra o fluxo-
grama apresentado na Figura 1. O cloreto de sódio prove-
niente da água do mar, além de apresentar uma série de ou-
tros sais associados, necessita ser transportado desde a salina 
Capítulo 5 Indústria de Cloro, Soda e Derivados 71
até a indústria produtora, o que torna sua preparação para 
uso nas plantas de cloro-soda mais cara.
Figura 1 Fluxograma de mineração do sal-gema.
O sal-gema é extraído no Brasil de jazidas subterrâneas 
através da dissolução do minério pela injeção de água nos 
chamados “poços de sal”. A extração da salmoura ocorre 
pela pressurização do poço através da injeção da água de 
dissolução. Após sua extração, a salmoura é bombeada para 
tanques de equalização e, posteriormente, enviada para a 
planta de cloro-soda por meio do salmouroduto.
Processo industrial
As plantas industriais de produção de cloro e soda geralmen-
te produzem, também, seus derivados diretos: hipoclorito de 
sódio, ácido clorídrico e hidrogênio. A eletrólise do cloreto 
72 Processos Químicos na Indústria
de sódio produz, simultaneamente, uma proporção fixa de 1 
tonelada de cloro para 1,12 tonelada de soda.
O processo eletrolítico produz diretamente: soda cáustica 
líquida, cloro gasoso e hidrogênio, partindo das matérias-pri-
mas água e cloreto de sódio expostos à corrente elétrica. Os 
processos auxiliares fabricam os produtos derivados como 
soda cáustica em escamas, cloro liquefeito, hipoclorito de 
sódio e ácido clorídrico. O fluxograma da Figura 2 apresen-
ta, de forma simplificada, o processo produtivo e os produtos 
derivados.
Figura 2 Fluxograma cloro-soda.
Adaptado de http://www.uniparcarbocloro.com.br/uniparcarbocloro/web (acesso 
em 20/07/2015)
Capítulo 5 Indústria de Cloro, Soda e Derivados 73
Como foi descrito na etapa de extração do sal-gema, para 
a beneficiamento nas plantas de cloro-soda, a salmoura deve 
ser preparada de forma a atingir uma concentração em NaCl 
de 30 mg/L. A salmoura preparada passa por uma etapa de 
purificação na qual são retirados os contaminantes derivados 
do cálcio e magnésio. Esses contaminantes interferem nos pro-
cessos eletrolíticos posteriores. A solução de salmoura purifica-
da segue para as células eletrolíticas.
As células eletrolíticas consistem em um recipiente com dois 
compartimentos: um contém o ânodo (+) e, o outro, o cátodo