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Universidade Agostinho Neto Faculdade de engenharia Departamento de engenharia civil Trabalho da cadeira de materiais de construção I Ano:3º Semestre:1º Docente Grupo nº7 Prof.Engº-António Mesquita Luanda, Janeiro de 2024 Participantes do grupo Lúcio domingos Bengui António Hélder Paulo simão INDICE 1.Objectivo 1.1-Introdução 1.2-Definição 1.3-Classificação dos Materiais Não ferroso 1.4-Propriedade dos metais não ferrosos 1.5-Processo de fabricação dos metais não ferrosos 1.5.1-O Alumínio 1.5.2- Processo de fabrico do alumínio 1.5.3-Aplicação do aluminio 1.5.4-Etapas de obtenção do aluminio 1.6-Cobre 1.6.1-Principais característica do Cobre 1.6.2-Obtenção do Cobre 1.6.3-Sua aplicação 1.7-Zinco 1.7.1-Forma de obtenção do zinco 1.7.2-Campo de aplicação do Zinco 1.8-Estanho 1.8.1-Forma de obtenção do estanho 1.8.2-Aplicação do estanho 1.8.3-Caracteristica principais do estanho 1.9-Chumbo 1.9.1-Forma de obtenção do Chumbo 1.10-Vantagem e Desvantagem 1.11-Imagens de aplicação de alguns Metais não Ferroso Conclusão Referência 1-Objectivo: Fornecer conhecimentos básicos das propriedades mecânicas e químicas, e suas formas de obtenção dos metais não ferroso com vista a sua utilização nos projetos de Construção civil bem como sua importância e aplicabilidade com grande interesse na área da construção civil e não só. 1.1-Introdução Como os primeiros metais usados pelos humanos para metalurgia, os metais não ferrosos têm uma história rica. Os primeiros humanos foram atraídos por esses metais porque dificilmente corroem. Os seres humanos usaram os metais não ferrosos por um período mais longo do que suas contrapartes ferrosas ou seja os metais ferroso. De fato, por volta de 5000 a.C os humanos desenvolveram uma técnica usada para fazer bronze. Esta técnica envolveu a fusão e liga de cobre com outros metais como estanho e arsênico. O início dessa fundição e o período de liga encerraram a Idade da Pedra, marcando o início da Idade do Bronze. 1.2-Definição Metais não ferrosos: são metais que não contêm ferro na sua constituição/ composição química. Ou seja são aqueles que não contem ferro como constituinte principal ou quantidade significante de ferro. Os metais não ferrosos existentes são: Alumínio, Cobre, Cromo, Titânio, Bronze, Níquel, Zinco, Prata, Ouro, Estanho,Chumbo,etc. Mais destacaremos alguns deles co maior realce tais como: alumínio, cobre, zinco e chumbo. 1.3-Classificação dos Metais não Ferroso Os metais não ferroso estão classificados em: metais não ferroso leve e metais não ferrosos pesados. Os metais não ferroso leves temos a citar:alumínio,magnésio,titânio….etc. Os metais não ferroso pesado temos a citar:Chumbo.Cobre,Cromo,Estanho,Platina,Zinco Um metal não ferroso é designado leve quando a massa específica ou densidade for menor que 5 gramas por metros cúbicos ou seja Um metal não ferroso é designado pesado quando a massa específica ou sua densidade for maior que 5 gramas por metros cubico, o seja 1.4-Propriedade dos metais não ferrosos É muito difícil mencionar todas as propriedades comuns de metais não ferrosos, uma vez que existe uma grande variedade de metais que se enquadram nesta categoria. Por exemplo, alguns metais não ferrosos são duros e quebradiços, alguns moles e dúcteis. Além disso, alguns destes metais são feitos para aplicações criogénicas, outros são feitos para resistir a temperaturas extremamente altas. Assim, existem muito mais diferenças do que semelhanças entre os diferentes tipos de metais não ferrosos. No entanto, é possível mencionar algo que todos estes metais têm em comum, que é o facto de não enferrujarem. Quando se diz que eles não enferrujam, isso significa que eles nunca formarão o metal escamoso vermelho que é onipresente entre as peças de aço e ferro, que não são protegidas de ambientes corrosivos. Isso porque a ferrugem consiste em óxido de ferro e como o ferro praticamente desaparece na liga, o processo de ferrugem não acontece. Outra característica dos metais não ferrosos interessante de destacar é que eles não são magnéticos. Alta resistência a corrosão; os metais não ferrosos não possuem teor significativo de ferros, tornando-os altamente resistente à ferrugem e à corrosão. Não magnéticos; estes metais não são magnéticos, tornando-os ideais para a fiação e eletrónicos. Leveza: estes metais geralmente são mais leves do que os metais ferrosos. Bons condutores de calor e de eletricidade Baixo peso, 1.5-PROCESSO DE FABRICAÇÃO DOS METAIS NÃO FERROSOS 1.5.1-O Alumínio O alumínio (Al) é um metal não ferroso (não-tóxico) que possui estrutura CFC, temperatura de fusão de 660°C e densidade de 2,70 g/cm3;K=204W/mK -6°C-1. Ocupa o segundo lugar no mercado depois do ferro e aço. O rápido crescimento da industria do alumínio atribuído a combinação única de suas propriedades e características o que o torna um dos mais versáteis materiais de engenharia e de construção. O Al é um dos elementos metálicos mais abundantes na crosta terrestre mas ocorre na forma combinada ,contendo Fe ,S i e O .A bauxita (Al2O3.nH2O) é o principal mineral na produção de Al com cerca de (48-64% de alumina) .A alumina pura é obtida pelo processo Bayer. 1.5.2- PROCESSO DE FABRICO DO ALUMINIO O minério de alumínio é sobretudo bauxite, que é um hidratado de alumínio donde se obtêm o alumínio por processo eletrolítico. 4 Kg de bauxite dá por este processo 1kg de alumínio. Existem vários processo para dar forma ao alumínio que pode ser: Laminagem A laminagem do alumínio, começa a processar-se a quente sendo as últimas operações ou fases de laminagem feitas a frio. Neste processo produzem-se chapas e perfis de alumínio. Passagem à fieira Usada para o fabrico de fios e também perfis de alumínio. Moldagem e forjagem Utiliza-se para produzir peças especiais (peças para aviões). LIGAS DE ALUMÍNIO O alumínio apresenta-se ligado com os seguintes elementos (Cu, Mg, Zn, Na, Si, Cr, etc.) com o objectivo de lhe dar maior resistência. A resistência da liga, resulta da alteração cristalina, durante as operações de fabrico. Nas ligas de alumínio com Mg e Mn a resistência obtêm-se por processos mecânicos. Nas ligas com (Cu, Zn, Si) a resistência obtêm-se por tratamentos térmicos. A liga de alumínio e cobre, toma a designação de duralumínio. Em resumo o alumínio e as suas principais : 1-Características 1. Auto-proteção à corrosão 2. Baixa densidade 3. Boa e elevada condutibilidade elétrica 4. Elevada condutibilidade térmica 5. Alta ductilidade 6. Alta refletividade de luz e calor 7. Baixo módulo de elasticidade 8. Média e fraca resistência à tração 9. Baixa resistência mecânica (Al puro) 10. Bom isolador, pois o alumínio tem um forte poder de irradiação do calor, que recebe. 11. Tem boa resistência aos agentes atmosféricos, torna-se excelente por se formar uma película superficial muito fina de óxido de alumínio, que protege a base. 12. O peso específico do alumínio é 1/3 do peso específico do aço, tem o valor 2.700kg/m³. 1.5.4-Etapas de obtenção do aluminio: Moagem; Mistura c/ soda cáustica; Aquecimento da pasta c/ pressão; Nova mistura c/ soda cáustica; Dissolução e filtragem; Reação química em precipitadores; Alumina em pó; Redução eletrolítica; Transformação em alumínio. Ou ainda para o aluminio comerccialmente puro é obtida da seguinte forma:a bauxita é tratada com:Demostração 3-Propriedades físicas e químicas principais Numero atômico 13 Ponto de fusão 660º C Ponto de ebulição 2.467º C Densidade 2,7 g/cm3 Condutibilidade térmica a 25º C 0,53 Cal/cm/oC(4,5 x maior que o aço) Condutibilidade elétrica +-2/3 da do cobre Resistência à corrosão elevada Magnetismo não magnético, não produz faíscas Refletividade acima de 80% 3-Propriedades físicas e químicas principais Numero atômico 13 Ponto de fusão 660º C Ponto de ebulição 2.467º C Densidade 2,7 g/cm3 Condutibilidade térmica a 25º C 0,53 Cal/cm/oC(4,5 x maior que o aço) Condutibilidade elétrica +-2/3 da do cobre Resistência à corrosão elevada Magnetismo não magnético, não produz faíscas Refletividade acima de 80% 1.5.3-APLICAÇÃO DO ALUMINIO Fios e Cabos Condutores são utilizados em linhas de transmissão de energia, cabos isolados ou nus, para uso em redes de alta tensão, linhas de transmissão secundária, e aplicações residenciais ou comerciais. Fundidos e Forjados Encontram variadas aplicações na indústria de transportes. 60% do consumo de alumínio nessa indústria corresponde a componentes fundidos, tais como caixas de câmbio, carcaça de motores e rodas para automóveis, entre outros. Pastas e pó Encontram aplicações variadas que vão de usos destrutivos como desoxidantes na indústria siderúrgica e explosivos para mineração, ao tratamento da água das piscinas (sulfato de alumínio), medicamentos antiácidos (hidróxidos e cloridróxidos de alumínio) tintas, produtos químicos e farmacêuticos.Alumínias 1.6-Cobre O cobre é extraído puro ou combinado, formando óxidos, carbonatos e sulfuretos de cobre. O cobre tem a cor avermelhada, densidade 8,9 e o ponto de fusão é de 10.850 º C e densidade de 8,93g/cm3 , E=110GPa Foi o primeiro metal utilizado pelo homem (8000a4000a.C). O s minerais mais comuns, embora possa ser encontrado na forma metálica (nativa, são a calcosita, Cu2S (80%Cu), cuprita, Cu2O, azurita,2CuCO3. Cu (OH) 2 (5-10%Cu), calcopirita, CuFeS2 (34%Cu), malaquita, CuCO3.Cu (OH)2(5- O cobre é bom condutor de calor e de eletricidade, muito dúctil, maleável, flexível, pode se forjado, laminado e prensado a frio ou a quente. Quando puro é inoxidável, mais A água não ataca o cobre mas na presença do ar forma camada de óxido verde (zinabre ou azinhavre) tóxica. Metal básico na indústria de materiais elétricos. Na presença do C0 o cobre fica revestido de uma camada azul esverdeada. O cobre pode soldar-se e unir-se a quente por forja (Cobre + estanho = bronze) liga de cobre e (Cobre + zinco = latão) liga de cobre. Apesar de sua antiguidade, o Cobre manteve, aliado aos metais mais novos, um papel predominante na evolução da humanidade, sendo utilizado em todas as fases das revoluções tecnológicas pelas quais o ser humano já passou. 1.6.1-Principais característica do Cobre Elevada resistência a corrosão e oxidação; Excelente condutividade térmica e elétrica; Excelente soldabilidade; Elevada ductilidade-excelente trabalhabilidade; Razoável resistência mecânica-de 50 a 450 Mpa; Ampla aplicação das ligas de Cu (bronze, latão). 1.6.2-Obtenção do Cobre Ou seja: Da mina sai o minério contendo de 1% a 2% de cobre. Depois de extraído, britado e moído, o minério passa por células de flutuação que separam a sua parte rica em cobre do material inerte e converte-se num concentrado, cujo teor médio de cobre é de 30%. Este concentrado é fundido em um forno onde ocorre a oxidação do ferro e do enxofre, chegando-se a um produto intermediário chamado matte, com 60% de cobre. O matte líquido passa por um conversor e, através de um processo de oxidação (insufla oxigénio para a purificação do metal ), é transformado em cobre blister, com 98,5% de cobre, que contém ainda impurezas como resíduos de enxofre, ferro e metais preciosos. O cobre blister, ainda no estado líquido, passa por processo de refino e, ao seu final, é moldado, chegando ao ânodo com 99,5% de cobre. Após resfriados, os ânodos são colocados em células de electrólise. São então intercalados por finas chapas de cobre electrolítico, denominadas chapas de partida. Aplicando-se uma corrente eléctrica, o cobre se separa do ânodo e viaja através do eletrólito até depositar-se nas placas iniciadoras, constituindo-se o cátodo de cobre, com pureza superior a 99,99%. Este cátodo é moldado em suas diferentes formas comerciais para, posteriormente, ser processado e transformado em fios, barras perfis, chapas, tiras, tubos e outras aplicações da indústria. 1.6.3-Sua aplicação O cobre aplica-se: Canalização, arames, cabos para instalação elétrica, elementos decorativos, caleiras, proteção de juntas de dilatação e chapas. Revestimento de Coberturas Revestimento de Fachadas, Calhas e condutores de Águas Pluviais Arquitectura de Interiores, Design de Peças. 1.7-ZINCO O zinco obtém-se a partir dos sulfuretos de zinco, carbonatos de zinco, silicatos de zinco, e óxido de zinco. O principal mineral de zinco é a blenda Zns; sua ganga é de natureza sílico- calcária, podendo, às vezes, conter galena (mineral de chumbo), sulfeto de cádmio e ferro. Outros minerais são a "smithsonita" (ZnCO,) e a willemita (ZnSO4) O zinco é um metal brilhante, densidade 7,1 g/cm³, ponto de fusão 419 º C, é dúctil e maleável quando aquecido até 150 º C. EX: 1.7.1-FOR FORMA DE OBTENÇÃO DO ZINCO Os dois processos básicos de obtenção do zinco são: processo pirometalúrgico,processo hidrometalúrgico. No processo pirometalúrgico, o minério concentrado sofre uma operação inicial de ustulação (fazer expelir uma substância da outra), à temperatura entre 550°C e 600°C, com o objetivo de dessulfurá-lo, sendo a reação fundamental a seguinte: Misturado com coque, o minério ustulado, ou seja, o ZnO, é submetido a um processo de destilação, a cerca de 1.400°C, ocorrendo a seguinte reação básica: O vapor de zinco é condensado, resultando zinco líquido, que é vazado periodicamente em lingotes. No processo hidrometalúrgico, as primeiras fases são idênticas às do processo anterior, resultando igualmente ZnO. Este é submetido a uma operação de “lixiviação", realizada pelo ataque com uma solução de ácido sulfúrico a 10% de concentração a 60°C. Resulta uma solução de ZnSO2 que deve ser purificada, sendo, para isso, submetida a operações de concentração e filtragem. A purificação permite eliminar as impurezas. A eliminaçãodo ferro é feita pela oxidação do sulfato ferroso por meio de MnO2 e a eliminação do Cu e do Cd é levada a efeito pela adição de pó de zinco. 1.7.2-Campo de aplicação do Zinco Chapas lisas e chapas onduladas para cobertura, foi muito aplicado antes do aparecimento do fibrocimento. O zinco é caro mas é resistente. O zinco metálico é usado na produção de ligas ou na galvanização de estruturas de aço. 1.8-Estanho O principal minério é a cassiterita SnO2, geralmente muito impuro, pois o teor de estanho contido é, em média, 1%. Há minérios contendo a 4% de estanho. Os metais associados à cassiterita são, entre outros, W, Pb, Zn e Cu. 1.8.1-Forma de obtenção do estanho Inicialmente, procede-se, por intermédio de mesas vibratórias, flotação e separação magnética. O concentrado é submetido a uma ustulação de modo a serem removidos o enxofre, o arsênio e o antimônio. Em seguida, procede-se a uma lavagem com ácido sulfúrico diluído. Neste momento, o produto contém cerca de 70% de SnO2, com certa quantidade de óxido de ferro. O SnO2 é misturado com coque e fundente e levado a um forno de revérbero ou elétrico. O processo, aparentemente simples, apresenta certas dificuldades, entre as quais a temperatura final de redução, que não pode ser muito elevada, para evitar perda do metal por volatilização. O estanho metálico obtido apresenta uma pureza de 97 a 98,5%. 1.8.2-APLICAÇÃO DO ESTANHO O estanho também é usado para soldar juntas de tubulações ou de circuitos elétricos e eletrônicos. Liga 50% estanho; 50% chumbo Para recobrir aço e ferro, fazendo uma blindagem com estanho (folhas de flandres), sobretudo em embalagens de alimentos. 1.8.3-Caracteristica principais do estanho: cor cinza prateada brilhante, maleável e sólido em cond. ambientais normaisnão se oxida facilmente com o arresistente a corrosão Densidade: 7,29 g/cm3 Ponto de fusão: 232 oC 1.9-CHUMBO O principal minério é a galena PbS, em que o teor de chumbo varia de 1 a 12% e as impurezas são mais frequentemente de natureza silicosa; às vezes, são calcárias. Nesses minérios, os outros elementos metálicos que podem ocorrer são: zinco, prata, cobre, antimônio, arsénio, bismuto, cadmio, estanho, germânio, ouro, selênio etc. O chumbo obtém-se a partir dos sulfuretos de chumbo, carbonatos de chumbo, sulfatos de chumbo. Metal branco, com brilho metálico. 1.9.1-Forma de obtenção do Chumbo De início, procede-se à concentração do minério por flotação, resultando um concentrado contendo de 40 a 80% de chumbo, 4 a 15% de zinco e 2 a 3% de cobre. Antes da redução, realizam-se as fases de "ustulação" e "sinterização", em que as reações fundamentais são as seguintes: A redução se faz em "forno de cuba", onde se introduz o sintetizado, coque e fundente. O coque atua como combustível e redutor. A redução é direta e indireta: Os materiais líquidos juntam-se no cadinho do forno e se separam por diferença de densidades. Logo temos o material esperado. Característica do Chumbo: Ponto de fusão = 327º C. Soldável e resistente aos ácidos. Campo de aplicação Utilizado em placas de apoio e nas canalizações. Aplicação dos metais não ferrosos. Em geral os metais não ferrosos, são aplicados em diversas áreas da vida, como: nas industrias, na construção civil, etc. Aplicação dos metais não ferrosos na construção civil O cobre é um metal e de grande importância na construção civil, por sua excelente condutividade electrica e calor. Esse metal também apresenta alta resistência à corrosão e pode ser moldado com facilidade, aumentando o seu emprego para o sistema de eletricidade e tubulação. O alumínio é um dos principais metais na construção civil, é um material de baixo custo apresenta leveza, condutibilidade, resistência e maleabilidade. Geralmente é utilizado em Emprega-se em caixilharia ( fachadas, esquadrias de janelas e portas, sacadas), painéis de revestimentos, coberturas Como estrutura resistente, o seu emprego é bastante limitado, Também usam-se tintas de alumínio líquido para a pintura de depósitos de combustíveis. Vantagens do uso dos metais não ferrosos na construção civil Pela sua versatilidade os metais não ferrosos, podem ser utilizados em diversos tipos de projetos arquitetónicos. Suas propriedades são capazes de atender as mais variadas necessidades de um empreendimento, que resulta em grandes vantagens para a construção civil, tais como: Resistência. Por serem matérias de alta resistência a tração e a corrosão, eles são ideais para a construção civil, especialmente em projetos de sustentação. Condutibilidade térmica e elétrica. Os metais como o cobre e o alumínio apresentam ótima condução de calor e de energia, o que favorecem nas instalações elétrica e nas tubulações de água quente e fria. Versatilidade e maleabilidade Essas duas características, aumentam a empregabilidade dos metais na construção civil, garantindo a produção de peças para várias aplicações. Desvantagens 1. Complexidade do processo; 2. Consumo de energia para obtenção; 3. Preço bastante elevado; 4. Está sujeito a corrosão ecletro-química, quando é posto em contacto com o cobre ou aço; 5. Deve-se evitar o contacto da cobertura de alumínio com as asnas que a suportam, protegendo a zona de contacto com tintas, betumes, plásticos e outros produtos isoladores que se interpõe entre os dois materiais; 6. Módulo de elasticidade baixo; 7. Coeficiente de dilatação linear muito elevado; 8. Funde a temperatura da ordem dos 500 a 600 º C. Um elevado coeficiente de dilatação térmica (igual ao dobro do coeficiente do aço); Um módulo de elasticidade três vezes menor que o do aço; A corrosão de natureza electrolítica, por exemplo o contacto do alumínio com o ferro, directamente, produz furos no primeiro metal Imagens ilustrativas do uso dos materiais não ferrosos na construção civil Dobradiça feita de alumínio Material feito de alumínio para Decoração Revestimento de Coberturas com cobre Edifício Momentum Place Arq. John Burque & Associate E Phillip Hotel Sonesta Arq. Marcos Link e Ricardo Reskinz (Cobre patinado artificialmente) Johnson (Cobre electrolítico na cor natural com laca) Cumberland Center II Estudio: Cooper Carry & Associates, Inc. George Washington University (Cúpula em cobre patinado) (Cobertura com cobre laqueado) Revestimentos de Fachada com cobre Edifício Universitário Arq. César Pelli Edifício Central das Estradas de ferro (Cobre eletrolítico laqueado) Arq. Herzog e Meuron (Cobre ao natural) Biblioteca Central Phoenix – EUA Edifício de Escritórios Braun AG. (Muro cortina em cobre natural) Melsungen Arq. Stirling e Wilford Calhas e condutores das Águas Pluviais Conclusão Os metais não ferrosos, por outro lado, não contêm ferro como constituinteprincipal e, em vez disso, são compostos por outros elementos. As ligas metálicas dessa categoria têm propriedades únicas e são usadas para aplicações específicas, como na indústria de óleo e gás, química e nuclear. Esse grupo é tipicamente mais leve (exceto as ligas que contêm Níquel como elemento base) e mais resistentes à corrosão do que os metais ferrosos e normalmente têm maior condutividade elétrica. Referência Apostila dos metais ferrosos e não ferrosos vol.3-2020 Fau-usp-aula 04 parte A Materiais de construção- metais -João guerra Martins, alberto marinho pereira 5ªedição/2010. Processo metalurgico aula 04- produção de materiais não ferrosos, prof. Kaio dutra
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