12---metais

Prévia do material em texto

1
Materiais e Reciclagem
12 – Metais
Professor Sandro Donnini Mancini 
Sorocaba, Novembro de 2022.
Instituto de Ciência e Tecnologia de Sorocaba
Idade da Pedra;
Idade dos Metais;
Cobre foi provavelmente encontrado no estado nativo.
A utilização dos materiais teve importância histórica:
2
~2000 a.C. – primeiros indícios de Ferro (óxidos em meteoritos);
1400 a.C. – redução do minério de Ferro e fabricação de 
produtos forjados – temperatura atingida era baixa
Fe2O3 + 3/2 C  2 Fe + 3/2 CO2
Idade média: “altos” fornos, temperatura : obtém-se o ferro gusa;
1780 – refino do gusa e obtenção do aço, utilizando-se coque como 
fornecedor de carbono – pouco comum, gusa é o principal material 
das máquinas à vapor da 1ª Revolução Industrial
1857 – Queima do C com sopro de O2 = aço de %C inferiores. – 2ª 
revolução industrial
Idade do Ferro (~1200 a.C a 1.000 d.C)
Redução do minério 
de Ferro até o século 
XIX e fabricação de 
produtos forjados
3
Primórdios da Siderurgia Nacional
Atividade industrial no Brasil colônia foi impedida por lei (1785);
1/4/1808 – revoga-se a lei, mas nada muda: acordo com Inglaterra;
Exclusões: construção naval e siderurgia (interesse do governo);
Antes de D. João: 1ª ideia – Bahia e pequenas forjas em MG;
1809: Real Fábrica do Morro de Gaspar Soares (Pilar) – MG; 
produção em 1815;
1810: Araçoiaba (SP) – Real Fábrica de Ferro São João do 
Ipanema; 1815: inicia-se a produção; Dois altos-fornos (início 1818);
1811: siderúrgica particular em Congonhas do Campo (MG): a 1ª que 
deu lucro;
Importante: 1812 - ferro líquido (Pilar); 1814 – ferro em alto forno 
(Congonhas); 1818 – produção em alta escala (Araçoiaba).
Fábrica de Ferro São João do Ipanema: 1818 ~1895.
Local possuía reservas de
magnetita (Fe2O2);
 E madeira (floresta) para
fabricação de carvão.
Fotos: André Bonacin
 Produção principal: armas.
Carvoaria
“Alto”-forno
4
Características típicas de metais:
capacidade de deformar plasticamente (segurança estrutural);
condutividade térmica e elétrica elevada;
alguns apresentam propriedades magnéticas;
alguns são refratários (suportam altas T);
alguns resistem muito a intempéries e oxidação;
aguentam solicitações mecânicas críticas (trem de pouso, p.ex.);
as propriedades se relacionam com densidade e custo 
adequados.
5
Metalurgia - obtenção de metais ferrosos e não-ferrosos
Definições
Siderurgia – obtenção de produtos a base de ferro e aço.
A fabricação de produtos metálicos pode envolver:
Preparo do metal e/ou liga (geralmente fusão e solidificação);
Usinagem;
Conformação Plástica;
Soldagem;
Metalurgia do Pó.
CAMPOS FILHO, 
M.P. e DAVIES, 
G.J. Solidificação 
e Fundição de 
Metais e suas 
Ligas. Rio de 
Janeiro: Livros 
Técnicos e 
Científicos 
Editora, 1978
6
FUSÃO E SOLIDIFICAÇÃO
Pela fundição ou lingotamento, o metal é fundido em fornos 
(elétricos, a gás etc.) e depois derramado para solidificação. 
Apesar da aparente simplicidade dos processos, muito tem que 
ser estudado de cada etapa para que haja a maximização das 
propriedades finais do produto metálico, a minimização dos 
custos (↓ tempo e energia gasta) e reprodutibilidade.
A fundição tem o objetivo de dar 
forma adequada ao metal, após vertê-
lo em estado líquido dentro da 
cavidade de um molde com a forma 
desejada (batelada).
O lingotamento convencional é conceitualmente semelhante à 
fundição, porém há uma sequência de moldes.
7
No lingotamento contínuo o 
molde é um perfil (duas 
dimensões fixas e a terceira 
“infinita”), que será resfriado 
e cortado.
https://www.youtube.com/watch?v=IgebFUO2N5I (*)
Fundição:
MOLDE – normalmente de areia 
problemas – recuperação dos materiais do molde, pó
https://www.youtube.com/watch?v=V4ggVi6JpxQ (*)
8
USINAGEM - σ > σruptura
Torneamento
Fresagem
Retífica
Furação
Corte
Limagem
Operações de usinagem
Processo pelo qual a forma de uma peça é modificada pela 
remoção progressiva de cavacos ou aparas de material. 
Permite:
acabamento superficial de superfícies;
possibilidade de abertura de furos, roscas, rebaixos, etc;
reduzir custos, pois possibilita a produção de muitas peças;
fabricação de somente uma peça a partir de um bloco 
metálico.
A usinagem é basicamente um processo de cisalhamento, ou 
seja, ruptura por aplicação de uma força cortante. É realizada 
com o auxílio de conjunto de máquinas/ferramenta. 
A ferramenta é o que vai efetivamente cortar a peça (p. ex., 
uma broca). As máquinas são os equipamentos que levam as 
ferramentas às peças (p.ex., furadeiras). As ferramentas 
devem ser mais duras que o material a ser cortado.
O cavaco formado pode aderir ao gume da ferramenta 
cortante e/ou à peça, o que piora o acabamento e dificulta a 
refrigeração da peça. Deve então ser removido conforme se 
forma, periodicamente. É reciclável, porém é leve, tem preço 
relativamente baixo e transporte difícil.
9
Fluido de corte (óleos, óleo + água, soluções aquosas):
mais refrigerantes
menos corrosivos
refrigera e diminui o atrito entre o conjunto ferramenta-
peça-cavaco;
aumenta a vida útil do equipamento e das ferramentas;
protege a peça contra a oxidação e o superaquecimento;
afasta cavacos e aparas;
Dependendo da máquina e da peça, uso chega a ser de 
milhares de litros por hora;
 pode ser recirculação (geralmente após filtração);
É um efluente: deve ser tratado.
10
Torneamento https://www.youtube.com/watch?v=u5QMiLkHm_Q&hd=1 (*)
http://www.em
.pucrs.br/~edir/O
ficina/torno/Torneam
ento.htm
Ferramenta de um só gume fica parada e retira 
o cavaco com o auxílio da rotação da peça.
Equipamento de torneamento:
Torno mecânico - Universal
CNC (comando numérico computadorizado)
http://www.em.pucrs.br/~edir/Oficina/torno/Torneamento.htm
Processo de usinagem em que há várias superfícies cortantes: enquanto uma
corta, as outras resfriam.
Utilizações: abertura de rasgos e perfis
confecção de dentes de engrenagem.
Fresagem
https://blog.superbid.net/maquinas-fresadoras-aprenda-a-usinar-metais/
11
Retífica
Usinagem por abrasão para corrigir irregularidades de 
superfícies (retificar).
Furação
http://www.em.pucrs.br/~ed
ir/Oficina/torno/Torneame
nto.htm
Obtenção de furo cilíndrico pela ação de ferramenta giratória 
(brocas, normalmente helicoidais, de utilização industrial, 
doméstica e dentária), cuja ponta tem poder de penetração.
Além do material que é feita a broca (pode ter ponta de 
diamante, vídia...), a penetração depende do ângulo de corte 
(130o no desenho), do ângulo de hélice, da velocidade da 
furação...
12
CONFORMAÇÃO PLÁSTICA – σescoamento < σ < σruptura
D
ieter Jr., G. M
etalurgia M
ecânica. Trad. F.M
. D
el Corral. M
adri. Ed. A
guilar, 1967639p.
Forja
13
Laminação
http://www.abal.org.br/aluminio/processos_laminacao.asp
Trefilação 
Ex: fabricação de fios
http://s3.am
azonaws.com
/ppt-download/trefilao17.ppt#
260,3,Slide 3
Extrusão
Ex: fabricação de perfis
Estampagem
chapa
peça
14
METALURGIA DO PÓ
Metal em pó pode ser produzido por atomização.
Metal fundido
PÓ → COMPACTAÇÃO EM MOLDE → SINTERIZAÇÃO
Prensagem
Injeção
SOLDAGEM
Metais de adição: 
componentes eletrônicos: Pb-Sn
tendência: soldas “lead-free” (Sn/Ag/Cu, p.ex.)
Metal de composição próxima a dos metais base a serem soldados.
União localizada de metais produzida por aquecimento e 
pressão. Pode se dar a partir da fusão das peças ou contar com 
metais de adição, o que formará soluções sólidas e/ou 
microestruturas diferenciadas próximas à região de solda. 
15
A peça pode funcionar como um eletrodo (negativo) havendo a necessidade 
de outro: com o material da solda (eletrodo consumível) ou não. Para 
facilitar a fusão, utilizam-se gases comburentes: oxigênio (gás ativo, 
preço,  T da chama), acetileno (gás inerte,  oxidação, inflama rápido), 
mistura dos dois, etc.
Eletrodos consumíveis
Soldas mais comuns: TIG (tungsten inert gas) – eletrodo de tungstênio
MIG (metal inert gas)
MAG (metal active gas)
https://www.oxigenio.com/guia-do-processo-de-soldagem-tig-ou-gtaw/processo_TIG_o_que_e.htm
http://www.manutencaoesuprimentos.com.br/conteudo/5180-
dicas-de-soldagem-tig/
16
http://www.esab.com.br/br/por/Instr
ucao/processos_soldagem/mig_mag.cf
m#
http://www.lcferragens.com.br/arame-solda-inox-308l-2-5mmh
tt
p:
//
ww
w
.s
an
ap
el
.c
om
.b
r/
20
11
/i
nd
ex
2.
ph
p?
pa
g
e=
sh
op
.p
ro
du
ct
_d
et
ai
ls
&p
ro
du
ct
_i
d=
92
&f
ly
pa
ge
=f
l
yp
ag
e.
tp
l&
po
p=
1&
op
ti
on
=c
om
_v
ir
tu
em
ar
t&
It
em
id
=
71
CORROSÃO
Dois tipos de corrosão:
1) Reação química direta – ataque químico direto, que é 
uniforme na superfície e cujo produto adere a esta superfície. 
A espessura das camadas atingidas (e aderentes) é 
proporcional ao (texposição)1/2.
Tendência dos metais voltarem à forma de óxidos ao reagirem 
com agentes químicos do ambiente (água, ácidos, bases, 
maresia, oxigênio). 
Ex:: Escurecimento da prata, 
Esverdeamento do cobre – CuCO3 (Cu + CO2)
Enferrujamento – corrosão de ferro e aço 
(fraca aderência)
Perdem-se superfícies metálicas  perda de propriedades.
17
http://www.rc.unesp.br/ib/bioquimica/aula10oxido.pdf
SU
SCEPTIBILID
A
D
E À
 CO
RRO
SÃ
O
2) Corrosão Eletrolítca ou galvânica – Podem ser formadas 
regiões anódicas (negativas) e catódicas (positivas), 
provocando o movimento de elétrons. Falhas superficiais 
(pequenas fendas, pregos, parafusos, rebites ou até sujeira 
bem aderida ao metal) podem funcionar como um ânodo. Esta 
corrosão também pode ocorrer quando dois metais diferentes 
estão unidos, pois um é mais sujeito a corrosão que outro.
Susceptibilidade à corrosão:
Mg > Al > Zn > Cr> Fe > Ni > Sn > Pb > Cu > Ag > Pt
18
Susceptibilidade à corrosão:
Mg > Al > Zn > Cr> Fe > Ni > Sn > Pb > Cu > Ag > Pt
Eletrodo de sacrifício: colocação de elementos com maior 
susceptibilidade para atrair a corrosão.
Passivação – em alguns metais, como Al, Ni e Zn, a película de 
material corroído adere tão bem à superfície que funciona 
como proteção futura. Para ferros e aços a passivação é feita 
com elementos de liga, principalmente com Cr (originando o aço 
inoxidável - Cr2O7 mantém aderência mesmo a altas T). Com 
alumínio a passivação pode ser feita com magnésio.
Pintura
PROTEÇÃO CONTRA A CORROSÃO
PROTEÇÃO CONTRA A CORROSÃO
Susceptibilidade à corrosão: Mg > Al > Zn > Cr> Fe > Ni > Sn > Pb > Cu > Ag > Pt
Eletrodo de sacrifício
Passivação
Pintura
Revestimento – Galvanização ou Galvanoplastia 
processo eletrolítico 
deposição química 
imersão a quente (menos comum)
Zincagem
Cromagem ou Cromação
Douragem https://www.youtube.com/watch?v=7v2heSB8CSM (*)
Estanhagem
Prateção
Niquelação ou Niquelagem
19
ou Banho para 
Deposição Química
Esquema da 
Galvanização por 
Deposição 
Química e por 
Imersão a Quente
Galvanização por 
Eletrodeposição:
Dois eletrodos são 
mergulhados numa solução 
eletrolítica ligados a uma 
fonte de corrente. A 
solução eletrolítica deve 
conter como eletrólito um 
sal que contém cátions do 
metal do revestimento.
Peça a ser
revestida
Metal do
Revestimento ou Material Inerte
FOLHAS DE FLANDRES
Folhas/bobinas laminadas de aço, de baixo teor de carbono, revestidas em 
uma ou ambas as faces com camada de estanho metálico (~0,2% ou 4,5 kg 
de Sn/t de flandres) e óxidos (Cr) aplicados por processo eletrolítico 
contínuo ou por imersão a quente. 
Usadas como embalagens para 
contato direto com alimentos, 
apresentando: afinidade à soldagem, 
resistência mecânica, inviolabilidade 
e opacidade. Permite acondicionar 
alimentos por até 2 anos, inclusive 
envasados a quente.
Brasil – 400 mil toneladas em 2018
https://www.dci.com.br/impresso/demanda-em-alta-deve-
garantir-ganho-de-margem-a-embalagem-1.680918 http://www.abeaco.com.br/acoembalagem.html
20
A
ustenita 
(ainda sólido)
adm
ite até 2,11%
 de carbono em
 
solução a 1.148
oC
Fe
rr
it
a 
(s
ól
id
o)
ad
m
it
e 
at
é 
0,
02
%
 d
e 
ca
rb
on
o 
em
 
so
lu
çã
o 
a 
72
7o
C
TRATAMENTOS TÉRMICOS
Em Aço: resfriamento a partir da região da austenita
Resfriamento brusco: forma-se martensita, como* se 
“congelasse” a austenita (Fe  - cfc) na temperatura ambiente 
A martensita é a mais dura das microestruturas dos aços.
* forma-se uma estrutura tetragonal de corpo centrado supersaturada de carbono – frágil e alta dureza 
Quanto + rápido resfriamento, maior a dureza do produto final
21
Tratamentos Térmicos 
Só de aquecer (preferencialmente em atmosfera interte) e 
resfriar convenientemente um metal podem ser mudadas as 
propriedades, inclusive da peça pronta, sem fundir ou mudar a 
composição. Em linhas gerais, quanto mais brusco o 
resfriamento, maior a dureza do material no final.
Ex: Estampagem de teto de carro  chapa com pouca dureza
resfriamento lento
Teto pronto  alta dureza para proteger usuário.
resfriamento rápido
Tratamentos térmicos mais comuns:
Têmpera – taxas altas para formar a martensita (maior dureza, 
porém baixas dutilidade e resistência ao impacto e muitas 
tensões internas.
Revenimento – novo aquecimento para aliviar tensões e 
recuperar dutilidade e resistência ao impacto perdidas na 
têmpera.
Shackelford, J.F. Introduction to 
Materials Science for Engineers –
3aEd. McMillan Publishing Company. 
Nova Iorque, 1992. 793p.
Recozimento – taxas lentas para formação de estrutura com 
menor dureza para melhorar processabilidade, remoção de 
tensões devido a tratamento mecânico e/ou regularizar 
microestrutua (uniformiza propriedades).
22
MINÉRIOS & METAIS: CONSUMO & PRODUÇÃO
http://w
ww.dnpm
.gov.br/assuntos/econom
ia-m
ineral 
-
A
nuário M
ineral Brasileiro
23
https://w
ww.gov.br/anm
/pt-br/centrais-de-conteudo/publicacoes/serie-estatisticas-e-econom
ia-
m
ineral/inform
e-m
ineral/publicacoes-nacionais/inform
e-m
ineral-2022-2o-
trim
estre/inform
e02tri2022_v5-1.pdf
MINÉRIOS
https://w
ww.gov.br/anm
/pt-br/centrais-de-conteudo/publicacoes/serie-estatisticas-e-econom
ia-
m
ineral/inform
e-m
ineral/publicacoes-nacionais/inform
e-m
ineral-2022-2o-
trim
estre/inform
e02tri2022_v5-1.pdf
24
https://w
ww
.gov.br/anm
/pt-br/centrais-
de-conteudo/publicacoes/serie-
estatisticas-e-econom
ia-m
ineral/inform
e-
m
ineral/publicacoes-
nacionais/inform
e_m
ineral_01tri_2021.pd
f
https://www.gov.br/an
m/pt-br/centrais-de-
conteudo/publicacoes/
serie-estatisticas-e-
economia-
mineral/informe-
mineral/publicacoes-
nacionais/informe_min
eral_01tri_2021.pdf
https://w
ww.gov.br/anm
/pt-
br/centrais-de-
conteudo/publicacoes/serie-
estatisticas-e-econom
ia-
m
ineral/inform
e-
m
ineral/publicacoes-
nacionais/inform
e-m
ineral-2022-
2o-
trim
estre/inform
e02tri2022_v5
-1.pdf
25
https://w
ww.gov.br/m
m
e/pt-br/assuntos/secretarias/geologia-m
ineracao-e-transform
acao-m
ineral/publicacoes-
1/anuario-estatistico-do-setor-m
etalurgico-e-do-setor-de-transform
acao-de-nao-m
etalicos/anuario-estatitico-
2021-setor-m
etalurgico-ano-base-2020.pdf/view
https://w
ww.gov.br/m
m
e/pt-br/assuntos/secretarias/geologia-m
ineracao-e-transform
acao-m
ineral/publicacoes-
1/anuario-estatistico-do-setor-m
etalurgico-e-do-setor-de-transform
acao-de-nao-m
etalicos/anuario-estatitico-
2021-setor-m
etalurgico-ano-base-2020.pdf/view
26
https://w
ww.gov.br/m
m
e/pt-br/assuntos/secretarias/geologia-
m
ineracao-e-transform
acao-m
ineral/publicacoes-1/anuario-estatistico-
do-setor-m
etalurgico-e-do-setor-de-transform
acao-de-nao-
m
etalicos/anuario-estatitico-2021-setor-m
etalurgico-ano-base-
2020.pdf/view
https://w
ww.gov.br/m
m
e/pt-br/assuntos/secretarias/geologia-
m
ineracao-e-transform
acao-m
ineral/publicacoes-1/anuario-estatistico-
do-setor-m
etalurgico-e-do-setor-de-transform
acao-de-nao-
m
etalicos/anuario-estatitico-2021-setor-m
etalurgico-ano-base-
2020.pdf/view
27
https://w
ww.gov.br/m
m
e/pt-br/assuntos/secretarias/geologia-m
ineracao-e-transform
acao-m
ineral/publicacoes-
1/anuario-estatistico-do-setor-m
etalurgico-e-do-setor-de-transform
acao-de-nao-m
etalicos/anuario-estatitico-
2021-setor-m
etalurgico-ano-base-2020.pdf/viewhttps://w
ww.gov.br/m
m
e/pt-br/assuntos/secretarias/geologia-m
ineracao-e-transform
acao-m
ineral/publicacoes-
1/anuario-estatistico-do-setor-m
etalurgico-e-do-setor-de-transform
acao-de-nao-m
etalicos/anuario-estatitico-
2021-setor-m
etalurgico-ano-base-2020.pdf/view
28
METAIS JÁ BENEFICIADOS: em 2008 o mundo consumiu 
aproximadamente 1,525 bilhão de toneladas de metais :
A partir dos dados do Ministério das Minas e Energia – Prévia da Indústria Mineral 
2009/2008 e Anuário Estatístico do Setor Metalúrgico 2009, disponível em http:// 
http://www.mme.gov.br/sgm/menu/publicacoes.html
88% de Aço
Brasil é o 9º maior produtor, com 2,5% da produção mundial ;
6,4 % de Ferro Fundido
Brasil é o 7º maior produtor, com 3,4% da produção mundial;
1,5% de Ferroligas;
Brasil é o 6º maior produtor, com 4% da produção mundial;
4,1% de Não Ferrosos.
Al - Brasil era o 6º maior produtor (1,66 Mt), com 5% da produção mundial;
Cu – Brasil era o 20º maior produtor (184 kt), com 1,2% da produção mundial;
Ni – Brasil era o 13º maior produtor (36 kt), com 3% da produção mundial;
Zn – Brasil era o 12º maior produtor (249 kt), com 3% da produção mundial;
Sn – Brasil era o 7º maior produtor (11 kt), com 2,5% da produção mundial.
Na metalurgia, de 30-60% da 
matéria-prima é sucata.
Sucata é considerada fonte 
secundária de matéria-prima, 
não por qualidade e sim por 
quantidade. 
http://www.mme.gov.br/documents/113
8775/1732813/Annu%C3%A1rio+Estat
%C3%ADstico+do+Setor+Metal%C3%BA
rgico+2015.pdf/3cd2fe18-4daa-4e51-
8899-53f0cba47573
29
Os elementos 
mais 
abundantes 
da crosta 
terrestre
http://www.profpc.com.br/Qu%C
3%ADmica_descritiva.htm
Mano, E.B.; Pacheco, E.B.A.V. e Bonelli, C.M.C. Meio Ambiente, Poluição e Reciclagem. Rio de Janeiro: Ed. Edgard Blucher, 2005.
30
METAIS MAIS IMPORTANTES
COBRE E SUAS LIGAS
Alta condutividade, propriedade depreciada pela introdução 
de elementos de liga (pureza facilita reciclagem);
PF = 1083oC; d20 = 8,96 g/cm3;
É maleável e tem boa soldabilidade;
Minerais – cuprita, calcopirita, covelita, calcocita, azurita, 
malaquita (geralmente sulfetos);
Principais produtores: EUA, Zaire, Zâmbia e Chile;
Síntese: geralmente fusão dos minérios, oxidação (do S e Fe) 
e eletrólise para refino (cobre eletrolítico).
https://www.youtube.com/watch?v=Wr7zY46_jHI (*)
31
Ustulação
2 CuFeS2 + O2 → Cu2S (mate: ~60% Cu) 
Cu2S + O2 → 2 Cu (cobre metálico – 99% de pureza)
Cobre metálico é fundido em placas que serão anodos em 
células de eletrólise: catodo pode ser chapa de cobre 
eletrolítico e, após mais de 2 semanas, se obtém uma placa de 
5 cm de espessura.
Moagem, flotação, extração, filtração e secagem (25-35% de Cu) 
Síntese Típica de Cobre eletrolítico, com 99,99% de pureza a 
partir da Calcopirita (1-2% de Cu)
Latão (Cu-Zn)
5% de Zn – bijouterias assemelhadas a ouro
10% de Zn – bronze comercial – mais barato que os bronzes a 
base de Sn e com mesma cor;
15% de Zn – latão vermelho – resistente a corrosão;
30% de Zn – alta resistência mecânica e dutilidade – indicado 
para conformações a frio.
Bronzes (Cu-Sn, geralmente)
Alia dureza com resistência a corrosão. Utilizados na indústria 
naval e de fabricação de máquinas e em estátuas.
32
ALUMÍNIO E SUAS LIGAS
boa parte de suas propriedades e aplicações advém da baixa 
densidade: 2,7 g/cm3 (aço ~ 8 g/cm3). PF = 660oC;
Película oxidada é proteção e isso pode ser suficiente em 
aplicações rotineiras;
Alta condutividade térmica (só perde para Ag, Cu, Au).
Resistência mecânica: escoamento ~ 60 MPa - 99,99% de pureza
~90 MPa - 99,90% de pureza
Minério – bauxita, criolilta, feldspato...
Principais produtores: Brasil (2,5% das reservas mundiais);
Síntese: processo Bayer (obtenção da alumina)
Hall-Héroult (obtenção do Al via alumina)
Bayer
Da bauxita (óxido hidratado) moída, seca e numa solução de 
NaOH a altas P (30 atm) e T (200-240oC) obtém-se aluminato 
de sódio: 
Al2O3.xH2O + 2NaOH  2NaAlO2 + (x+1)H2O
O aluminato é solúvel na solução aquosa de hidróxido de sódio é 
então filtrado. A fração sólida da filtração é descartada (lama 
vermelha). À fração líquida é adicionada água e forma-se a 
alumina trihidratada, que precipita:
2NaAlO2 + 4H2O  Al2O3.3H2O + 2NaOH
Removidas, as partículas precipitadas vão sofrer calcinação a 
1.100oC, onde liberam a água ligada quimicamente ao óxido.
33
Barragem de Lama Vermelha – CBA – Alumínio-SP
5,3 ton de bauxita - 2 ton de alumina - 1 ton de Al
Barragem de Lama Vermelha que estourou no oeste da 
Hungria em 4 de outubro de 2010.
34
Hall-Héroult
Alumina é dissolvida em criolita fundida a 970oC (Na3AlF6) e o 
óxido é eletrolisado (altas correntes, p.ex ~300.000 A): o 
oxigênio vai para o ânodo (de carvão, o que forma depósitos de 
CO2) e o alumínio puro cai e é recolhido pelo cátodo (também a 
base de carvão).
Energia (por kg): gasta 10 vezes mais que na fabricação do Fe
4 vezes mais que na fabricação do Cu
www.hillside.co.za/history/produ
ction.html
Fornos para 
a redução 
eletrolítica 
da alumina
CBA
Alumínio-SP
Al2O3  2Al + 3/2 O2
Produto 
final:
Aluminio
Fundido
35
Principais usos: chapas – utensílios de cozinha, 
embalagens(redução 30% da espessura nos últimos 20 anos)
extrudados
fios/cabos – linhas de eletricidade (ppalmente aéreas)
Ligas
Vantagens: ponto de fusão menor, podendo ficar tão ou mais 
resistentes que os aços (+leves, com menos problemas de corrosão)
Si – diminui ainda mais PF, facilita o derrame no molde 
Cu, Zn e Mg – aumentam muito a resistência mecânica
Duralumínio Al (95-96%), Cu (3-4%), Mg (<1%)
Utilização em aeronaves, indústria espacial, automobilística, materiais esportivos
Magnálio Al (~85-90%), Mg (10-15%)
Rodas, peças automotivas e aeronáuticas.
Anel da lata de alumínio – possui mais Mg, o que é positivo para 
a reciclagem da lata inteira, pois Mg oxida mais fácil. Sem o 
Mg, o Al oxidaria.
Adição de cloretos:
Cloro remove Mg e inclusões de TiB2, Al2O3, MgO e AlC3. 
http://w
ww.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&
pid=S
0370-44672001000200005
36
Consumo de 
Energia e 
emissões na 
reciclagem e no 
uso de matéria 
virgem com 
alumínio (valores 
por tonelada 
produzida)
Item Reciclados Matéria 
Virgem 
Economia 
Consumo de Energia (GJ/t) 15,6 171,2 155,6 
Emissão atmosférica (g/t) 
Particulados 1.222 37.388 36.166 
CO 474 17.713 17.239 
NOx 2.527 27.711 25.184 
N2O 252 1.673 1.421 
SOx 7.090 75.793 68.703 
HCl 760 50 -710 
HF 0 254 254 
Hidrocarbonetos total 4.753 39.870 35.117 
Amônia 3 20 17 
Emissões aquosas (g/t) 
DBO 1 799 798 
DQO 3 19.020 19.017 
Sólidos suspensos 1 6 5 
Orgânicos totais 28 173 145 
Fenol 0 0 0 
Amônia 0 1 1 
Chumbo 0 1 1 
Cloreto 0 0 0 
Fluoreto 1 3 2 
Nitrato 0 0 0 
Resíduos sólidos (kg/t) 237,6 876,5 638,9 
 
TITÂNIO
PF = 1660oC; d20 = 4,54 g/cm3;
Minério: rutilo (Austrália-TiO2),ilmenita (FeTiO3);
37
Usos: motores e estrutura de aeronovaes, equipamentos 
militares, tubulações para troca de calor, reatores, 
bioaplicações (implantes)...
Altamente resistente à esforços mecânicos, a corrosão e à 
temperatura e é relativamente leve;
www.caoodontologia.com.br/implantodontia.htm
Forma soluções sólidas com Al, Zr, Mo, Cu, C, V, Nb etc. 
aumentando a dureza e a resistência. 
NIÓBIO
38
http://g1.globo.com/economia/negocios/noticia/2013/04/monopolio-brasileiro-do-niobio-gera-
cobica-mundial-controversia-e-mitos.html (*)
PF = 2478oC; 
d20 = 8,6 g/cm3;
 Metal mole e dúctil, inerte, muito resistente à corrosão;
Minérios: columbita e pirocloro (Brasil):
Pirocloro → Nb2O5 + FeO + Al → Fe-Nb + Al2O3
Principal produtor: Brasil – 98% das reservas (840 Mt)
~90 % da produção (100 kt/ano)
Utilizações = ligas para aços (ferroligas para aços micro-
ligados ~80% do consumo de Nb – refratários e estruturais), 
ligas super-condutoras, joalheria etc.
AÇOS
Além de C, no Fe estão presentes outros elementos de liga 
(adicionados intencionalmente ou não): Mn, S, Si, P, Ni, Cu, Cr, 
Sn, etc. em quantidades pequenas e que podemprovocar 
alterações significativas nas propriedades.
PF ~ 1500oC;
d20 ~ 8 g/cm3;
Minério empregado – hematita (Fe2O3) – Brasil;
Altos fornos – fornos tubulares de até 95m de altura, onde 
ocorre a fabricação do gusa (produção chega a 11.000 ton/dia.forno);
Aciaria – onde o gusa é transformado em aço.
39
Além do minério, no alto forno também é colocado um agente 
redutor (carbono) em excesso:
Produto final: Ferro-gusa
Obs: É possível a utilização de gás natural, CO ou H2  produto final é o ferro-
esponja, obtido por redução sem fase líquida e formando um sólido de aspecto muito 
poroso (esponjoso).
coque (de carvão mineral) - preferido
carvão mineral (menos comum)
carvão vegetal (último caso)
É adicionado oxigênio, para a combustão do carbono e 
geração do calor necessário;
também é colocado calcário, que facilita a formação da 
escória (atrai impurezas);
Gusa sai líquido do alto-forno (escória é sobrenadante) e 
separação é por derrame.
Num alto forno ocorrem várias reações, sendo que as principais 
podem ser simplificadas em:
2C + O2  2 CO
Fe2O3 + 3 CO  2 Fe + 3 CO2
BRASIL – produção de reagentes para a siderugia
Muuuuuuuito minério de ferro
Exporta
Importa
Zero de carvão mineral. Logo, zero de coque de carvão mineral
40
B
alanço E
nergético N
acional –
2018 -
w
w
w
.m
m
e.gov.br
95% do consumo
Balanço Energético Nacional – 2018 - www.mme.gov.br
41
B
alanço E
nergético N
acional –
2018 -
w
w
w
.m
m
e.gov.br
2017 Carvão 
Metalúrgico
Coque de 
Carvão
Produção (Mt) 0 10,4
Importação (Mt) 11,6 0,7
Exportação (Mt) 0 0
Coque de Carvão Mineral
Coque de petróleo
Coqueificação: aquecimento do carvão mineral, podendo chegar 
a temperaturas de até ~1300 oC, o que retira voláteis e % C.
Beneficiamento de subproduto sólido da destilação do petróleo, com % C 
semelhantes do coque de carvão mineral. Mais usado em cimenteiras.
Balanço Energético Nacional – 2018. www.mme.gov.br
42
Balanço Energético Nacional – 2018. www.mme.gov.brConsumo de energia do setor metalúrgico
Setor Industrial – Ferro-gusa e Aço: 15,9 . 106 tep
Setor Industrial – Ferroligas: 1,3 . 106 tep
Setor Industrial – Não Ferrosos e Outros da Metalurgia: 5,7 . 106 tep
Consumo de energia pela metalurgia brasileira (2017): 15,9 + 1,3 + 5,7 = 22,9.106 tep
Consumo total de energia (todas as formas) no Brasil (2017,): 272,9 . 106 tep
Metalurgia: 8,4%
Consumo de energia pela metalurgia brasileira (2015): 16,5 + 1,2 + 5,6 = 23,4.106 tep
Consumo total de energia (todas as formas) no Brasil (2015): 260,7 . 106 tep
O Déficit em Carvão (Balanço Energético Nacional, 2018)
2017: O Brasil consumiu 75,6.106 toneladas de lenha, sendo 
25,5.106 toneladas usadas na fabricação de carvão vegetal, o 
que gerou 5,2.106 toneladas de carvão vegetal (não houve 
importações nem exportações de carvão vegetal nesse ano). 
4,3.106 toneladas do carvão vegetal produzido foram usados 
pela metalurgia, sendo 3,6.106 toneladas só para a obtenção de 
gusa e aço.
2015: O Brasil consumiu 79.106 toneladas de lenha, sendo 25,3.106 toneladas usadas na 
fabricação de carvão vegetal, o que gerou 6,1.106 toneladas de carvão vegetal (não houve 
importações nem exportações de carvão vegetal nesse ano). 
4,9.106 toneladas do carvão vegetal produzido foram usados pela metalurgia, sendo 4,3.106
toneladas só para a obtenção de gusa e aço.
43
Esquema da operação do alto forno
Sólidos são carregados por cima e o ar quente (~1.100oC) por baixo 
(no terço inferior do forno, aproximadamente);
a temperatura aumenta de cima para baixo, chegando a 2000oC na 
região de entrada de ar, onde parte do carvão é oxidado a CO;
o CO, em contra-corrente, reduz o minério a FeO e parte do FeO a 
Fe; a outra parte do FeO é reduzida pelo carvão;
são obtidos, na parte mais baixa do forno, o ferro gusa (pig-iron) e 
a escória (mais leve e sobrenadante), que são normalmente vazados 
para carros-torpedo e potes, respectivamente;
os subprodutos gasosos saem pelo topo do forno, são conduzidos 
para um sistema de despoeiramento e limpeza, seguindo para 
recuperadores de calor (onde o CO de excesso sofre combustão e 
libera calor, fundamental para o processo).
Queima do carvão ou coque
Redução do minério Fe
Redução do Si, P e Mn
Escorificação
2 Fe2O3 + CO  3 Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO  3 FeO + CO2
FeO + CO  Fe + CO2
2 MnO2 + C  2 MnO + CO2
2 MnO + C  2 Mn + CO2
SiO2 + 2 C  Si+ 2 CO
P2O5 + 5 C  2 P + 5 CO
CaCO3  CaO + CO2
CaO + SiO2  CaSiO3
C + O2  CO2
CO2 + C  2 CO
Algumas reações
Alto-forno
2C + O2  2 CO
2 Fe2O3 + 3 CO  4 Fe + 3 CO2
44
Escória
Resíduo sólido rico em calcário;
 até 600 kg de escória são produzidos para cada 1.000 kg de aço;
11,3 milhões de toneladas anuais no Brasil;
16% para base e sub-base de ruas/estradas;
13% para nivelamento de terrenos
60% para cimenteiras
Restante: leito ferroviário. 
https://www.csn.com.br/cimento/ (*)
2015 – CSN
Siderúrgica integrada em Volta Redonda (RJ) 
partiu planta de de cimento em Arcos (MG), a 
460 km de distância, onde há uma mina de 
calcário. 
Feito de materiais refratários de altíssimo 
desempenho, transporte o gusa líquido do 
alto-forno para a aciaria enquanto, em seu 
interior, são realizadas várias reações, como 
redução do teor de carbono.
Carro Torpedo
45
Aciaria – onde o gusa líquido é refinado em aço no teor de 
carbono necessário, basicamente por reações de oxidação (O2
por baixo). É onde são introduzidos elementos de liga (ferros-
liga, p.ex.). 
Tipos de Aço
Aço Carbono – na sua composição possui apenas quantidades 
limitadas de C, Si, Mn, Cu, S e P. Outros elementos existem 
apenas em quantidades residuais.
Aço Baixo carbono – até 0,2% de C. São os mais usados. 
Excelente soldabilidade e trabalhabilidade. 
Aço Médio Carbono – 0,2 a 0,5% C. Chamados de aços de 
engenharia, são utilizados em componentes que exijam alta 
resistência mecânica.
Aço Alto Carbono – mais que 0,5% de C, duros e frágeis, para 
ferramentas.
Aço Doce – entre 0,15 a 0,25% de C
Aço Acalmado – aço fundido tratado agente desoxidante (ex. Si 
ou Al) que evita a formação de gases, em especial de CO.
46
Tipos de Aço
Aço liga - liga de ferro-carbono com elementos como níquel, 
cromo, manganês, tungstênio, molibdênio, vanádio, silício, cobalto 
e alumínio, colocados para conferir características especiais, 
como: resistência à tração e à corrosão, elasticidade e dureza, 
entre outras.
Designados de acordo com os elementos predominantes, como, 
por exemplo, aço-níquel, aço-cromo e aço-cromo-vanádio. 
 Encontrados em praticamente todos os segmentos industriais.
Aços de alta liga: ∑ elementos > 5%. 
Aço microligado - contêm, em geral, menos de 0,15% de carbono 
e pequenas quantidades de Nb, V, Ti, Mo e N.
Aço Ferramenta – com pelo menos 0,5% de C. Elementos de liga 
(Mn, Cr, V, W, Mo ou Co) facilitam a formação de carbonetos 
que endurecem o metal. Usos: serras, brocas, fresas...
Aço rápido – aços-ferramenta que suportam altas velocidades 
de corte em usinagem e possuem teores altos de W e Mo. Alta 
dureza, mesmo em altas T, mesmo quando o gume fica rubro.
Aço Inoxidável – aços com pequenas quantidades de Ni e até 
30% de Cr, que realiza a passivação do aço (facas: 12-16% de 
Cr). Usos: indústria automobilística, naval, aeroespacial, 
ferramentas, matrizes, moldes, medicinal, bélica.
47
Ferros Fundidos
Liga Fe-C com mais de 2,11% de C e menos de 6,67% de C e 
com teores de silício um pouco inferiores aos de carbono (1 a 
3%). Os teores de carbono são em quantidade superior aos que 
podem ser retidos em solução sólida na austenita, de modo a 
resultar carbono parcialmente livre, na forma de veios, nódulos 
ou lamelas de grafita.
Usos dos Ferros Fundidos:
Bases de Máquina, peças estruturais com pouca solicitação
Vantagens: 
Menor preço, pois não é preciso uma oxidação tão grande
Menor temperatura de fusão, a mínima com 4,3%C (eutético);
Desvantagens
Propriedades mecânicas relativamente inferiores
(+ frágeis que aços)
Consumo de 
Energia eemissões na 
reciclagem e no 
uso de matéria 
virgem com 
metais ferrosos 
(valores por 
tonelada 
produzida)
Item Reciclados Matéria 
Virgem 
Economia 
Consumo de Energia (GJ/t) 20,0 33,5 13,5 
Emissão atmosférica (g/t) 
Particulados 864 26.955 26.091 
CO 1.909 1.381 -528 
NOx 2.350 2.733 383 
N2O 226 417 191 
SOx 5.347 8.450 3.130 
HF 0 0,5 0,5 
Hidrocarbonetos total 5.262 16.527 11.265 
Amônia 1,6 73,5 71,9 
Emissões aquosas (g/t) 
DBO 0,5 5,2 4,7 
DQO 1,4 1,3 -0,1 
Sólidos suspensos 301 318 17 
Orgânicos totais 515 514 -1 
Fenol 0 0,3 0,3 
Amônia 0,7 6,5 5,8 
Ferro 100 100 0 
Cloreto 0 0 0 
Fluoreto 21,6 33,4 11,8 
Nitrato 0,4 0,3 -0,1 
Sulfeto 0 0,2 0,2 
Resíduos sólidos (kg/t) 121,1 398,6 277,5 
 
METAIS 
FERROSOS
48
E A RECICLAGEM?
3R em metais
Redução do Uso – uso tem aumentado 
desde sempre, mas em alguns mercados 
(em especial embalagens) os metais (em 
especial o aço) foram substituídos por 
outros materiais.
Reutilização – possível, geralmente após restauração da 
superfície oxidada, pintada ou revestida. Restauração 
superficial pode ser feita por raspagem, fusão, decapagem e 
eletroerosão e nova pintura/revestimento;
Janeiro de 2020
www.comgeres.com.br
www.blog.simbiosebrasil.com.br
www.gacc.com.br
A Reciclagem de Materiais é um Negócio.
49
Reciclagem de Materiais é Oportunidade de Negócio
quando existe :
Sucata Valorizada;
Mercado Demandando;
Abundância de Matéria-Prima;
Legislações que auxiliam;
Cobre, Alumínio
Aço e outras ferrosos
Plásticos
Pneus
97
Educação.
Todos os resíduos
Qualquer que seja a força motriz da reciclagem, o material 
reciclado tem que ter propriedades finais competitivas, não 
necessariamente com o material virgem.
Essa competitividade possível em termos de propriedades se 
soma à vantagens ambientais, propaladas ou não por 
estratégias de marketing.
Reciclagem, porém, é uma atividade industrial que gera 
impactos ambientais, normalmente menores que os envolvidos 
na fabricação de materiais virgens.
Separação de Resíduos é Importante, senão fundamental !
Quanto melhor a separação, + puro o reciclado ↑ valor agregado
50
Reciclagem de Metais
São RECICLÁVEIS todos os metais
elementos puros;
ligas com os mesmos elementos e composições diferentes. 
Exemplo: Aço + Fe fundido;
ligas de elementos diferentes: Aço-Cr + Aço-Si → Aço-Cr-Si;
Metais revestidos (pode ser precedida de raspagem ou decapagem química).
Baseada na fusão da sucata.
Atualmente, com métodos de redução (química ou eletrolítica)
mais baratos e dada a alta demanda, a sucata metálica é
considerada fonte secundária de suprimento.
Coleta de sucata e reciclagem é realidade desde que a
metalurgia existe.
FERROSOS
Sucatas são normalmente divididas em ferrosas e não
ferrosas (IMÃS);
Aço inoxidável austenítico não “pega” ímã : separação por 
brilho e peso;
Se a separação das sucatas ferrosas (aços e ferros fundidos)
é difícil ou onerosa → funde todas juntas e ajusta-se depois o
teor de carbono e outros elementos de liga;
51
Separação/Alimentação
Mecânica 
Separação/Alimentação
Magnética
52
www.nortefer.com.br
Se a separação é bem feita, sucata ferrosa é
fundida no forno e a composição é acertada.
Algo semelhante ao que acontece no refino do
gusa.
Tem-se um metal bem similar ao que seria produzido pelo gusa e
possivelmente apto a usos nobres (a ser confirmado por ensaios),
inclusive para contato direto com alimentos. Com sucata industrial
pode até se falar em reciclado idêntico ao original.
Para outros metais, em especial elementos puros (como o cobre), isso
também pode acontecer.
Na solidificação, elementos se arranjam em solução sólida. Eles não 
“sabem” se vieram da sucata ou do minério. 
Ex: 500 kg de sucata de aço 0,5 % C + 500 kg de sucata de aço 1,5% de
C = 1.000 kg de um aço 1% de C (desconsiderando perdas).
Se a ideia for fazer um aço com 0,7% de carbono, terá que ser
adicionado O2 até chegar na composição.
Se a ideia for fazer ferro fundido (p.ex. 3% C), terá que ser adicionado
carbono até chegar na composição.
53
NÃO FERROSOS
Os não ferrosos tem que ser melhor separados (Cu, Al, Ti...), 
pois muitos não formam ligas úteis e/ou comercializáveis;
Ligas de não ferrosos eventualmente presentes nas sucatas 
têm separação complicada (p.ex., separar Cu de Latão, de 
Bronze; Al de duralumínio etc);
Separação de não ferrosos pode ocorrer com base no peso 
específico, cor e aplicação (p.ex: fios, de Cu ou Al);
Cu, Al → alguns produtos usam os elementos puros ou quase 
puros → sucata muito valorizada.
Para todos os metais:
Importante a retirada de inorgânicos (p.ex. terra) e orgânicos;
Na reciclagem de metais revestidos recuperação do 
revestimento normalmente não compensa, mas é possível;
Impurezas, elementos em excesso ou não compatíveis 
formam escória ou gases;
Enfardamento pode ser importante para o transporte;
Reciclagem pode se repetir infinitamente e pode ocorrer sem 
perda de propriedades;
1 kg de sucata  1 kg de reciclado – há oxidação (perda de massa).
54
Prensa 
Fardos
Produto, Material Estimativa de 
Reciclagem no 
Brasil
(%)
Principais Produtos Reciclados no 
país
Latas de Aço 47,1 (2019) Novas latas
Latas de Alumínio 98,7 (2021) Novas latas
Disponível em www.cempre.org.br