aula 1 TecMat

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Tecnologia dos Materiais
PROFESSOR: MAGNO LUIZ TAVARES BESSA
07/03/2023
Formação
Técnico em Análises de Processos Químicos [2009]
Engenharia Metalúrgica [2015]
Mestrado em Engenharia e Ciência dos Materiais [2017]
Doutorado em Engenharia e Ciência dos Materiais [2021]
Graduação em Formação Pedagógica para não Licenciados – Química [2021]
Atuação Profissional
Petrobras - Parque dos Tubos, Macaé. Consolidação de Cargas [2014-2015]
IFES - Professor Substituto. Coordenação de Metalurgia [2019]
IFF – Professor Campus Itaboraí [2022]
Tecnologia dos Materiais
Classificação dos Materiais
▪Classificação baseada na:
▪Composição química;
▪Estrutura atômica.
Composição Química
Metais 
▪Brilho característico
▪Sólidos (exceto Hg)
▪Bons condutores de calor
▪São maleáveis e dúcteis
▪Tendência a perder elétrons
Estrutura Atômica
▪Tipos de ligações atômicas:
Ligação Iônica
Estrutura Atômica
▪Tipos de ligações atômicas:
Ligação Covalente
Estrutura Atômica
▪Tipos de ligações atômicas:
Ligação Metálica
Materiais Metálicos
▪Compostos por 1 ou mais elementos metálicos (Fe,
Al, Cu, Ti, outros).
▪Pode conter elementos não metálicos (C, N, O, S,
outros).
▪Possuem estrutura cristalina organizada.
▪Características mecânicas:
▪ Relativamente rígidos, resistentes e ainda assim dúcteis
(resistem à grandes deformações sem sofrer fratura)
▪Átomos ligados pela chamada ligação metálica.
Objetos feitos de metal. Callister, 2012
Poliméricos
▪Compostos orgânicos com composição baseada no C,
H e outros elementos ametais (O, N, Si).
▪Átomos ligados por ligação covalente, apresentando
cadeias moleculares muito grandes.
▪Possuem características mecânicas diversas tendo
como propriedade mais evidente a baixa densidade.
Objetos feitos de polímeros. Callister, 2012
Cerâmicos
▪Compostos formados por elementos metais e
ametais (óxidos, carbetos, nitretos).
▪As ligações interatômicas são ou totalmente
iônicas ou predominantemente iônicas, mas
tendo algum caráter covalente.
▪Características mecânicas
▪Rígidos e resistentes, alta dureza e elevada
fragilidade.
Objetos feitos de cerâmicos. Callister, 2012
Princípios básicos da mineração
Minerais
▪ Mineralogia: É a ciência que estuda os minerais
▪ Mineral
▪É uma substância sólida, natural inorgânica de
composição química e estrutura cristalina definida,
relativamente homogênea.
▪ As rochas são agregados naturais formados por um
ou mais minerais
▪ Entre as características dos minerais, se destaca a
dureza.
▪ Para identificar a dureza foi criada a escala Mohs.
Minerais
▪ Minério
▪É a associação de minerais do qual se 
pode extrair industrialmente, uma 
ou mais substâncias úteis, sejam 
metais ou elementos químicos.
▪ Minério = mineral de interesse + 
ganga
▪ Ganga: são minerais sem valor 
econômico (rejeitos) que ocorrem 
junto ao minério. 
▪Ex: quartzo, calcita, turmalina, barita 
Mapa esquemático 
com a distribuição 
das exportações de 
minério de ferro no 
Brasil em 2017. Fonte 
dos dados: Ministério 
da Indústria, 
Comércio Exterior e 
Serviços
Minérios
▪Minério de Ferro é o 3º Produto mais
exportado pelo Brasil, atrás apenas da
Exportação da Soja e do Petróleo.
▪O Brasil possui a quinta maior reserva do
mundo, possuindo um grande volume de
minério.
▪O minério de ferro é o principal produto
do setor exportado pelo Brasil.
▪A China é destino de 64,5% das
exportações brasileiras, seguida de Malásia
com 7%, Bahrein com 4%, Japão, Omã e
Holanda com 3% cada.
Tipos de mineração
• Os tipos de mineração são conhecidos como métodos de lavra, que se referem às técnicas aplicadas na extração do minério. 
• Esses métodos levam em consideração as características da área em que será realizada a atividade, 
como forma, profundidade do minério e aspectos geológicos. 
• Nesse momento, são considerados também aspectos econômicos, sociais e ambientais, bem como questões 
de segurança e higiene, a fim de manter a vida útil da mina.
• Os dois principais métodos são: 
Lavra a céu aberto
Lavra subterrânea
Beneficiamento e preparação dos 
minérios
▪ Etapa de fundamental importância para se obter um produto de 
maior pureza, com ausência de ganga ou outros elementos 
indesejáveis.
▪ O beneficiamento serve para que o minério fique apto a ser 
submetido aos processos de extração do metal desejado.
▪ O minério deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto 
metálico de interesse.
▪ Objetivos fundamentais:
▪ Separar a ganga e concentrar o minério primário.
▪ Coloca-lo em uma morfologia que permita seu fácil manuseio e maximize a eficiência do processo.
Beneficiamento e preparação dos 
minérios
As operações que compõem o beneficiamento:
▪ Fragmentação do minério bruto
▪ Classificação do minério fragmentado
▪ Concentração do minério classificado
▪ Desaguamento
Beneficiamento e preparação dos 
minérios
Fragmentação
▪ Os minérios brutos, retirados dos depósitos minerais se apresentam na forma
de grandes blocos, sendo inconvenientes ao seu processamento.
▪ Sendo assim a primeira operação de beneficiamento consiste na fragmentação
desses blocos reduzindo-os a partículas menores e com dimensões adequadas
ao seu manuseio.
▪ Etapas granulométricas para a operação de fragmentação:
▪ Britagem – de 1500 para 100 mm
▪ Trituração – de 100 para 10 mm
▪ Moinho de barras – produto final abaixo de 10 mm
▪ Moinho de bolas – produto final abaixo de 1 mm (pulverização)
Fragmentação
Britador de mandíbula
Os Britadores de Mandíbulas são utilizados principalmente em
britagens primárias e secundárias, possibilitando a fragmentação de
material de grandes dimensões reduzindo-os para os processos
seguintes.
▪ O moinho de bolas é uma ferramenta eficaz para moagem fina de pós.
▪É utilizado para moagem de vários tipos de minérios e outros materiais, são também utilizados para
fabricação de materiais de construção, para indústria química, etc.
▪Existem dois métodos de utilizar este tipo de equipamento, a moagem em ambiente úmido e a moagem a
seco.
▪ A utilização deste tipo de moagem obriga a que o material a moer seja carregado na cuba de moagem,
que contém as bolas de moagem, que moem e promovem a mistura do produto em pó fino após um
período de várias horas.
▪Obviamente que quanto maior for o tempo de duração do ciclo de moagem mais fino será o produto final.
▪O tamanho médio final das partículas moídas depende da dureza do material a moer e do tempo de
moagem.
Fragmentação
Moinho do bolas
Fragmentação
Moinho do bolas
Classificação 
▪ Após a fragmentação, já com o tamanho apropriado das
partículas, torna-se necessária a sua separação.
▪ A classificação pode ser por meio:
▪ Peneiras
▪ Classificação hidráulica
▪ Hidrociclone.
Classificação 
Peneiras circulares rotativas
A separação do material em faixas
granulométricas é feita passando a
mistura de diferentes tamanhos
através de um meio com aberturas
calibradas.
Classificação 
Decantação
O processo ocorre com a atuação da
força da gravidade versus a velocidade
de um fluido.
Classificação 
Hidrociclone
• Trata-se de um aparelho de classificação contínua que
utiliza a força centrífuga para acelerar a taxa de
separação das partículas menores das maiores.
• A alimentação da polpa é introduzida sob pressão,
rodeando o corpo de cilindro e imprimindo um
movimento de redemoinho à polpa.
• Esse movimento provoca a criação de dois vórtices,
que arrastam as partículas menores para cima e as
maiores para baixo.
Concentração 
▪ Uma vez que a massa mineral adquire tamanho
apropriado e tendo sido classificado, se procede a
concentração do produto mineral do rejeito.
▪ A concentração pode ser:
▪ Flotação
▪Magnético
Flotação
• No processo de flotação a polpa mineral (mistura do minério + água + agentes químicos) é atravessada por uma
corrente de ar em um tanque.
• O ar cruza a massa de polpa sob a forma de bolhas que entram em contato com as partículas de minério.
• Deste forma as partículas tem a oportunidade de optar pela molhabilidade com a água oude serem levadas
pelas bolhas e “flotarem” na superfície.
• Em suma, os sólidos hidrofóbicos (não molháveis) flotam na superfície e os sólidos hirdrofílicos (molhável)
permanecem na polpa e decantam.
Separação magnética
• É uma técnica que utiliza da suscetibilidade
magnética dos materiais para fazer a
separação, utilizando um imã ou um
eletroímã.
• É possível separar os minerais em
diamagnéticos, que não possuem
intensidade magnética, paramagnéticos, que
possuem média ou baixa intensidade
magnética, e ferromagnéticos, que possuem
grande intensidade magnética..
Processos pré-extrativos
▪ Os processos pré-extrativos, ou de preparação, não isolam o metal
de interesse, visam o aumento e a otimização da contração dos
compostos metálicos, antes de serem extraídos.
▪ Trata-se se um prévia ao minério para ser extraído ao metal.
▪ Na natureza os minérios podem ocorrer de duas formas:
▪Metais nativos: trata-se de uma raridade (ouro, prata, mercúrio, platina).
▪Ou combinados:
▪ com oxigênio (hematita – Fe2O3, bauxita – Al2O3),
▪ com sulfetos (calcocita – Cu2S, galena – PbS),
▪ e outros sais (magnesita – MgCO3, dolomita – MgCO3CaCO3).
Secagem – desidratação – calcinação – ustulação
Secagem:
▪ Eliminação de água do minério em torno de 100°C
▪ Esta água é peso morto durante a logística, tem que ser removida para o minério ser
exportando ou processado.
▪ Isto hoje em dia é feito utilizando combustíveis fósseis que além de serem caros e com
preços definido pelo mercado, contribuem significativamente para o aquecimento
global.
▪ Mineradoras trabalham sempre com volume muito grandes, sendo assim, cada 1% em
redução do uso de combustíveis fósseis por energia solar terá um grande impacto.
Processos pré-extrativos
▪ ESC (Energia Solar Concentrada) é uma tecnologia
conhecida que nos últimos 30 anos teve um
desenvolvimento acelerado, principalmente voltada
para termoelétricas solares.
▪ O grande desafio da ESC está na captação da
energia em quantidade suficiente para um processo
industrial qualquer, pois esta chega dispersa por
uma grande área.
▪ No Brasil, segundo o atlas de irradiação, temos
uma das mais altas incidências solares e na grande
parte do Brasil (tropical)
Solução alternativa para a Secagem
Processos pré-extrativos
Desidratação:
▪ Água dos minérios hidratados é eliminada entre 700 a 800°C .
▪ Exemplos de minérios:
▪limonita (Fe2O3.H2O)
▪manganita (Mn2O3.H2O).
▪ Reação de desidratação:
MX.H2O → MX + H2O (MX.H2O é qualquer minério hidratado)
Processos pré-extrativos
Processos pré-extrativos
Calcinação:
▪ É a decomposição dos carbonatos metálicos por dissociação direta, produzindo 
óxido de metálico e gás carbônico, a uma temperatura acima de 600°C.
▪Exemplos de carbonatos: CaCO3, MgCO3, FeCO3 e MnCO3
▪Reação básica:
CaCO3 → CaO + CO2
Processos pré-extrativos
Tostação ou Ustulação:
▪ Consiste na oxidação dos sulfetos metálicos, produzindo óxidos metálicos e
dióxido de enxofre.
▪ Reação:
2MS + 3O2 → 2MO + SO2
FeS + 3/2 O2 → FeO + SO2
Outros processos pré-extrativos são a sinterização e pelotização.
Tipos de minérios
Sinterização
▪ Sinterização de finos – É um processo de aglomeração no qual a utilização de calor permite transformar
uma massa de granulometria fina em carga sólida.
▪ Foi projetado com o objetivo inicial de aproveitar as frações de minérios e combustíveis inferiores a
aproximadamente 6 mm.
▪ O calor necessário às reações provém da queima de carbono misturado à carga depositada sobre uma
grelha, que é atravessada pelo ar de combustão.
▪ Conforme o tipo de minério e das adições, o teor do combustível pode variar entre 8 e 12%.
▪A temperatura alcançada neste processo é da ordem de 1200 - 1400º C.
Sinterização
Pelotização
▪ Pelotas são pequenas bolinhas de minério de ferro usadas na fabricação do aço.
▪ Elas são feitas com uma tecnologia de processamento térmico que utiliza os finos gerados durante a extração do
minério, que antes eram reservados por não terem aplicação direta na siderurgia.
▪ O processo surgiu em meados do século XX, sendo desenvolvido na Suécia e Alemanha.
▪ As pelotas são usadas na fabricação do aço, o que funciona por meio da circulação do ar: as pelotas proporcionam
espaço dentro da carga do alto forno em função de sua esfericidade com resistência suficiente através do processamento
térmico em fornos de pelotização, para não serem esmagadas e obstruir o alto-forno.
Pelotização
Tambores de pelotização na Vale
Pelotização
Pelota úmida Pelota seca
Sinterização x Pelotização
Revisão
Quais os processos que o minério passa para ser extraído
economicamente?
Mineração
Fragmentação
Classificação
Concentração
Aglomeração