Evellyn Nascimento_ Zinco - Processamento e Ligas

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Zinco
Processamento e suas ligas
Evellyn dos Santos Nascimento
OBJETIVO 
O objetivo deste trabalho é apresentar uma visão geral do processo de produção do zinco e suas ligas, destacando as etapas e diferenças até a obtenção do produto final desejado. Serão abordados aspectos como mineração, fundição, refino, eletrólise, e fabricação de ligas de zinco. O trabalho busca fornecer uma compreensão abrangente do processo, destacando a importância das diferentes etapas e como elas contribuem para a produção de zinco e suas ligas com propriedades específicas para atender às necessidades das indústrias.
ZINCO
O zinco (Zn) é um elemento metálico de estrutura cristalina hexagonal compacta. Tem uma densidade de 7,13 g/cm³ a 25 °C e é dúctil, podendo ser facilmente trabalhado em temperaturas um pouco acima do ambiente. Na forma sólida, é branco acinzentado, mas quando recém-fundido ou cortado, apresenta uma aparência brilhante e prateada. Sua principal aplicação é como revestimento protetor do ferro, devido à sua alta resistência à corrosão e capacidade de proteção contra a corrosão. Minerais que contêm zinco são o sulfeto de zinco (esfalerita) (ZnS), uma forma ferrosa de mistura de zinco conhecida como marmatita [(ZnFe)S] e um carbonato de zinco conhecido como calamina ou smithsonita (ZnCO 3 
ZINCO
O zinco puro tem um baixo ponto de fusão de 420 °C e apresenta limitações em termos de propriedades de engenharia. No entanto, quando combinado em ligas, é amplamente utilizado. A adição de até 45% de zinco ao cobre resulta na formação das ligas de latão, que têm diversas aplicações. Além disso, o zinco forma ligas de fundição sob pressão e fundição por gravidade de grande importância comercial quando combinado com o alumínio. Na forma de folha, o zinco é utilizado na fabricação de latas para baterias de células secas. Ele também é ligado a pequenas quantidades de cobre e titânio para formar uma folha mais resistente, que é utilizada em telhados e revestimentos de vários edifícios.
MINERAÇÃO DO ZINCO
Existem várias técnicas de mineração para recuperar minérios de zinco. A mineração a céu aberto é usada para minérios oxidados perto da superfície, enquanto métodos subterrâneos são aplicados a minérios de sulfeto mais profundos. O método subterrâneo mais comum é o corte e preenchimento, com túneis escavados em profundidades moderadas a partir dos pontos de entrada da mina. O minério extraído é transportado para a superfície e processado. A escolha da técnica de mineração depende das características geológicas do depósito, assegurando uma extração segura e eficiente para a produção de zinco e ligas subsequentes.
MÉTODOS DE EXTRAÇÃO DO ZINCO
Os principais métodos de extração para a produção do zinco são a eletrólise e a fundição. Antes desses métodos, é necessário remover o enxofre presente no minério. Existem diferentes maneiras para a remoção do enxofre, dependendo das características do minério de zinco, alguns desses métodos incluem: 
Tostagem
Lixiviação alcalina
Flotação
Torrefação
MÉTODOS DE EXTRAÇÃO DO ZINCO
ELETRÓLISE :
A obtenção do zinco por eletrólise ocorre a partir do óxido de zinco (ZnO), que é o principal minério de zinco encontrado na natureza. Primeiramente, o óxido de zinco é reduzido termicamente para se obter o zinco metálico (Zn). Em seguida, o zinco é dissolvido em um eletrólito adequado, geralmente uma solução de sulfato de zinco (ZnSO4). O zinco é eletroliticamente depositado em um cátodo, enquanto o oxigênio é liberado no ânodo. Esse processo é conhecido como eletrólise de zinco.
MÉTODOS DE EXTRAÇÃO DO ZINCO
FUNDIÇÃO:
O processo de fundição é outra forma de obter o zinco metálico, especialmente a partir de sucatas de zinco ou ligas de zinco. Nesse processo, o material contendo zinco é aquecido a uma temperatura elevada em um forno de fundição. O zinco fundido é coletado e pode ser refinado, se necessário, para remover impurezas antes de ser usado para produzir ligas de zinco ou outros produtos de zinco.
LIGAS DE ZINCO
O consumo global de zinco é distribuído em cinco áreas distintas. A utilização mais significativa, representando 50% do total, é na proteção contra corrosão de ferro e aço (galvanização). Aproximadamente de 15 a 20% do zinco é consumido em ligas de latão e ligas de zinco fundido, enquanto 8 a 12% são empregados em ligas forjadas e diversas aplicações, incluindo produtos químicos e pó de zinco.
LIGAS DE ZINCO
REVESTIMENTO DE ZINCO:
A principal aplicação do zinco no mundo é como revestimento do aço para proteção contra corrosão, e esse revestimento pode ser obtido pelo das seguintes maneiras.
Imerção a quente
Eletrogalvanização
Metalização
Galvanização mecânica
LIGAS DE ZINCO
Galvanização : O zinco desempenha um papel importante na proteção do aço de duas maneiras distintas;
1) Cria uma barreira relativamente impermeável entre o aço e uma atmosfera corrosiva. 
2) Quando ocorre uma falha na barreira protetora, o zinco desempenha uma ação eletroquímica sacrificial, sendo corroído em vez do aço, uma vez que o zinco é mais eletronegativo do que o ferro.
LIGAS DE ZINCO
Galvanização:
A galvanização por imersão a quente é um processo utilizado para revestir peças de metal, como o aço, com uma camada protetora de zinco. Durante esse processo, a peça de metal é mergulhada em um banho de zinco fundido a altas temperaturas. Pode ser dividida em dois segmentos: 
Produção contínua de tiras de aço galvanizadas
Galvanização de perfis estruturais e de produtos após fabricação
LIGAS DE ZINCO
Galvanização: tiras de aço
Utiliza uma liga com 0,20% de alumínio sendo o restante zinco;
O revestimento tem espessura de 25μm e apresenta excelente adesão, conformabilidade e soldabilidade;
É usado nas indústrias automobilísticas, de construção civil e de utensílios;
Algumas tiras galvanizadas são submetidas a um tratamento chamado galvannealing, que converte o revestimento em uma liga ferro-zinco;
Há alguns novos tipos de revestimento de tiras com maior resistência à corrosão, o Galfan (5% de alumínio) e o Galvalume (55% de alumínio).
LIGAS DE ZINCO
Galvanização: perfis estruturais e de produtos após fabricação
 Utiliza um tipo de zinco contendo até 1% de chumbo isento de alumínio;
O revestimento tem espessura mínima na faixa de 85 a 100 μm;
São usados em torres de transmissão de micro-ondas e energia elétrica, proteção em vias expressas, sinalização, iluminação, aplicações estruturais na indústria em geral, como química, petroquímica, agroindústria, papel e celulose. Além disso, são empregados em sistemas de drenagem, tubulações de água, trocadores de calor e como barras de reforço para estruturas de concreto na construção civil.
LIGAS DE ZINCO
Galvanização mecânica:
A galvanização mecânica aplica revestimentos por meio do contato da peça com uma mistura de pós de zinco, substâncias químicas e glóbulos de vidro em tambores rotativos. É comumente utilizado em grampos, prendedores e presilhas, altas temperaturas da imersão a quente que podem afetar propriedades específicas. Esse processo também é empregado quando se deseja obter revestimentos com espessuras mais elevadas
LIGAS DE ZINCO
Eletrogalvanização:
Revestimentos eletrogalvanizados são essenciais na indústria automobilística, aplicados em linhas de alta velocidade e corrente elétrica. Podem ser de zinco puro, zinco-níquel e zinco-ferro. São mais uniformes, lisos e finos que os de imersão a quente, com propriedades críticas como resistência à corrosão, adesão ao aço, conformabilidade, soldabilidade e adequação à pintura.
LIGAS DE ZINCO
Metalização:
Aspersão térmica, ou thermal spraying, é um processo utilizado para aplicar revestimentos espessos visando proteção contra corrosão. É adequado para aplicações de campo e reparo de componentes em uso. Revestimentos compostos, combinados com pinturas orgânicas adequadas, oferecem maior durabilidade em comparação com ligas de metalização convencionais. No processo de metalização,o zinco puro ou a liga Zn-15Al são aplicados por aspersão térmica em superfícies de aço, protegendo-as contra a corrosão. Os revestimentos são aplicados através de atomização por chama ou arco elétrico com alta velocidade.
LIGAS DE ZINCO
LIGAS DE FUNDIÇÃO: ligas de zinco para fundição possuem microestrutura eutética e dendrítica. Ligas hipoeutéticas solidificam com dendritas ricas em zinco, enquanto ligas hipereutéticas solidificam com dendritas ricas em alumínio. Ligas como ZA-8 e ZA-12 solidificam com dendritas de fase β com segregação, enquanto a liga ZA-27 solidificam com dendritas de fase α. É crucial ter cuidado para evitar a contaminação das ligas de zinco fundidas por impurezas nocivas, como chumbo, cádmio, estanho e ferro. O uso de sucata como matéria-prima também deve ser limitado a até 50% das cargas de fundição para evitar defeitos nas peças.
LIGAS DE ZINCO
LIGA N.2 (ZAMAC2):
Apresenta a mais alta resistência mecânica entre as ligas zamac;
Alto teor de cocre, 3,0%;
É frágil e baixa resistência ao impacto o'que limita seu uso;
Composição definida pela ASTM B86: de 3,5% a 4,3% de Al, 0,020% a 0,05% de Mg, 2,5% a 3,0% de Cu , máx 0,100% de Fe; máx 0,005% de Pa, máx 0,003% de Cd, máx 0,003% de Sn, Bal Zn
Aplicação: peças automotivas , componentes de computadores, peças de construção civil, mancais.
LIGAS DE ZINCO
LIGA N.3 (ZAMAC3):
Liga AG40A - Zn-4Al-0,04Mg
Apresenta boa combinação entre resistência mecânica, estabilidade dimensional, facilidade de acabamento e custo;
É a mais usadas entre as ligas zamac;
Composição definida pela ASTM B86: de 3,5% a 4,3% de Al, 0,020% a 0,05% de Mg, máx. 0,25% de Cu, máx 0,100% de Fe; máx 0,005% de Pa, máx 0,003% de Sn, Bal Zn
Aplicação: peças automotivas , componentes de computadores, peças de construção civil
Fundição: 395°c a 425°c
LIGAS DE ZINCO
LIGA N.5 (ZAMAC5):
Liga AG41A - Zn-4Al-1Cu-0,05Mg;
Apresenta maior resistência à fluência da família. Junto com o Zamac 3;
Composição definida pela ASTM B86: 3,5% a 4,3% de Al, 0,75% a 1,25% de Cu, 0,003% a 0,08% Mg, máx 0,100% de Fe, máx 0,005% de Pb, máx 0,004% de Cd, máx 0,003% de Sn, Bal Zn;
Aplicações: peças automotivas , componentes de computador peças de construção civil e utilidades do lar;
Fundição: 395°c e 425°c.
LIGAS DE ZINCO
LIGA N.7 (ZAMAC7):
Liga AG40B - Zn-4Al-0,015Mg;
Versão de alta pureza da liga n.3;
Apresenta a maior ductilidade entre as ligas hipoeutéticas, melhor fundibilidade que a zamac 3 culminando em peças com excelente acabamento;
Composição definida pela ASTM B86: 3,5% a 4,3% de Al, 0,75% a 1,25%, máx 0,25% de Cu, 0,005% a 0,020% de Mg, máx 0,075% de Fe, máx 0,003% de Pb, máx 0,002% de Cd, máx de Sn, 0,005-0,020 Ni, Bal Zn;
Aplicações: peças automotivas , componentes de computador peças de construção civil e utilidades do lar;
Fundição: 395°c e 425°c.
LIGAS DE ZINCO
LIGAS DE ZINCO
LIGA ZA-8:
ZA-8 - Zn-8Al-1Cu-0,02Mg;
Apresenta maior resistência à tração, à fadiga, e à fluência e menor densidade que a zamac 2;
Composição definida pela ASTM B 669: 8,2% a 8,8% de Al, 0,8% a 1,3% de Cu, 0,020% a 0,030% Mg, máx 0,065% de Fe, máx 0,005% de Pb, máx 0,005% de Cd, máx 0,002% de Sn, Bal Zn;
Aplicações: peças fundidas em matriz por pressão e gravidade,peças automotivas , componentes mecânicos e eletrônicos em geral, sempre que necessária alta resistência mecânica, peças de construção civil, etc;
Fundição: 435°c e 460°c.
LIGAS DE ZINCO
LIGA ZA-12:
ZA-12 - Zn-11Al-1Cu-0,025Mg;
Apresenta excelente fundibilidade em matriz fria e maior densidade que todas as ligas de zinco anteriores, excelente capacidade de amortecimento
É a liga mais indicada para fundição em molde de grafite;
Composição definida pela ASTM B 669: 10,8% a 11,5% de Al, 0,5% a 1,2% de Cu, máx 0,065% de Fe, máx 0,0065% de Pb, máx 0,005% de Cd, máx 0,002% de Sn, Bal Zn;
Aplicações: peças fundidas em matriz por pressão e gravidade, peças automotivas , componentes mecânicos e eletrônicos em geral, sempre que necessária alta resistência mecânica, peças de construção civil, mancais etc;
Fundição: 460°c e 490°c.
LIGAS DE ZINCO
LIGA ZA-27:
ZA-27 - Zn-27Al-2Cu-0,015Mg;
Apresenta ductilidade e resistência ao impacto baixas quando fundida em matriz por pressão;
É a mais leve, a mais dura e a mais resistente entre as ligas de zinco.
Composição definida pela ASTM B 669: 25,5% a 28,0% de Al, 2,0% a 2,5% de Cu, 0,012% a 0,020% de Mg, máx 0,072% de Fe, máx 0,005% de Pb, máx 0,005% de Cd, máx 0,002% de Sn, Bal Zn;
Aplicações: peças fundidas em matriz por pressão e gravidade, peças automotivas , componentes mecânicos e eletrônicos em geral, sempre que necessária alta resistência mecânica, peças de construção civil, componentes de motores de automóveis, mancais etc;
Fundição: 515°c e 545°c.
LIGAS DE ZINCO
LIGA ILZRO:
ILZRO 16 - Zn-1,25-Cu-0,2Ti-0,15Cr
Foi desenvolvida para atingir ótima resistência à fluência principalmente em temperaturas elevadas;
Tem difícil fabricação sujeita a instabilidade; por isso normalmente é substituída pela liga ZA-8;
Composição: 1,0% a 1,5% de Cu, 0,15% a 0,25% de Ti, 0,10% a 0,20% de Cr, 0,01% a 0,04% de Al, máx 0,02% de Mg, máx 0,04% de Fe, máx 0,005% de Pd, máx 0,004% de Cd máx 0,03% de Sn, Bal Zn;
Aplicações: mancais submetidos a elevadas cargas sustentadas para serviço em altas temperaturas;
Fundição: 460°c e 470°c.
LIGAS DE ZINCO
LIGA ZINCO SUPERPLÁSTICO:
É uma liga que contém de 21% a 23% de alumínio e um pequeno teor de cobre (0,4% a 0,6%). Possui a capacidade de ser facilmente conformada, apresentando características semelhantes a plásticos ou vidro fundido, em temperaturas entre 250°C e 270°C. A obtenção de um tamanho de grão muito fino através do processamento a temperaturas entre 275°C e 375°C, seguido por resfriamento rápido e envelhecimento, confere ao Zinco Superplástico suas propriedades. No entanto, ao ser reaquecido a temperaturas superiores a 275°C e resfriado lentamente até a temperatura ambiente, as propriedades de superplasticidade são perdidas.
IMPACTO AMBIENTAL
A extração e produção do zinco e suas ligas podem ter impactos ambientais significativos, como;
Emissões de gases de efeito estufa
Consumo de energia
Poluição do ar e água
Geração de resíduos
Para diminuir esses impactos ambientais, é essencial adotar práticas responsáveis, como o uso de tecnologias energéticas eficientes, o tratamento adequado de resíduos e efluentes, a redução das emissões de gases de efeito estufa e a promoção de fontes de energia renovável. Além disso, a reciclagem é fundamental para evitar a extração de recursos naturais e reduzir o impacto ambiental.
VÍDEOS
1- Die Casting Zinc Alloys: Undesirable Elements -https://youtu.be/PTlhiEMdbXg
2-Fabricação de latão - https://youtu.be/nx22oT7tXZ8
3-EMKA Zinc Die Casting - https://youtu.be/BuU-fahxby0
4- Fábrica coreana de fundição de latão -https://youtu.be/I1kbdxiIh7E
5- High pressure die casting of zamak - https://youtu.be/VUqKI4pckrE
6-Zinc Process Animation Video - https://youtu.be/LcU5miQbtNE
7-Make Zinc Powder by Electrolysis - https://youtu.be/3X9c6epL7HQ
8- Processo de fabricação de botões liga de zinco - https://youtu.be/IJb4H013AHI
9-Hot Dip Galvanizing - https://youtu.be/Az87Q0JedG4
10-Zinc Process Explained - https://youtu.be/cM0bBOMEtcw
Comentários
Ao elaborar este trabalho, pude perceber a complexidade e a importância do processo de produção do zinco e suas ligas. É fascinante observar como o minério de zinco passa por diversas etapas, desde a mineração até a obtenção de peças de zinco de alta qualidade. O zinco e suas ligas desempenham um papel crucial em várias indústrias, como a automotiva, e de construção, e entender seu processo de produção contribui para uma apreciação mais profunda dessas aplicações.
REFERENCIAS 
Zinc processing-The metal and its alloys. Encyclopædia Britannic,2023. Disponível em: https://www.britannica.com/technology/zinc-processing/The-metal-and-its-alloys. Acesso 01 jun. 2023
Zinc Alloy.Corrosionpedia, 2023.Disponível em: https://www.corrosionpedia.com/definition/3101/zinc-alloy . Acesso 01 jun. 2023
Metais e Ligas - Zinco e suas ligas. Infomet, 2023. Disponível em : https://www.infomet.com.br/site/metais-e-ligas-conteudo-ler.php?codAssunto=104#:~:text=O%20zinco%20e%20suas%20ligas,trefilados%2C%20pe%C3%A7as%20forjadas%20e%20extrudadas. . Acesso 01 jun. 2023
Ligas de Zinco (ZAMAC). Engenheiro de Materiais, 2023. Disponível em: https://engenheirodemateriais.com.br/2018/05/02/ligas-de-zinco-zamac/ . Acesso 01 jun. 2023
BARBOSA, Cássio. Metais não ferros e suas ligas: microestrutura, propriedade e aplicações. Rio de janeiro: E-papers, 2014. v. 1, cap. 8, p. 473-504.