Tecnologia Metalurgica

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PROF. DR. EDUARDO DE MAGALHÃES BRAGA – Tecnologia Metalúrgica 
TECNOLOGIA METALURGICA 
 
1 – INTRODUÇÃO 
 
• HISTÓRICO 
- A história registra que 400 anos antes da Era Cristã os egípcios 
já recuperavam ouro a partir de depósitos aluvionares, usando 
processos gravíticos. 
 
• ESCASSEZ DE METAIS – A CRISE QUE SE APROXIMA 
 
- Os minerais possíveis de serem utilizados pela indústria 
encontram-se distribuídos de maneira escassa na crosta 
terrestre. 
 
 - Jazida mineral (aproveitamento econômico) ou depósito 
mineral (não aproveitamento econômico) 
 
 - Existe uma crescente influência de minerais sobre toda e 
qualquer atividade de desenvolvimento de um país. Com o aumento 
das populações, cada dia se necessita de maior quantidade de 
matéria-prima para atender a crescentes necessidades do ser 
humano. 
 
 - Baseados nestes fatos é fácil concluir que brevemente o ser 
humano enfrentará uma série de crise de matérias-primas, 
alimentação, água, energia e outros. 
 
• A RELEVÂNCIA TECNOLÓGICA DOS METAIS 
 
- Os metais ocupam uma posição mandatória no 
desenvolvimento industrial e tecnológico da era moderna, sendo 
hoje opilar essencial de importantíssimos segmentos 
produtivos, tais como as indústrias de veículos, máquinas de 
bens de capital, indústria naval entre outras. Apesar dos 
significativos desenvolvimentos nos campos dos polímeros e 
cerâmicos, os metais e suas ligas continuam sendo 
insubstituídos numa amplíssima gama de aplicações, 
particularmente como materiais de construção mecânica e 
estrutural, devido a sua excelente combinação de propriedades 
de resiliência, condutibilidade elétrica e térmica, 
ferromagnetismo, elasticidade e principalmente, de plasticidade. 
 
- Alto desempenho/custo 
 
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- O aço que representa em torno de 80% da produção mundial 
de metais. 
 
- Alta versatilidade em termos de ligas metálicas, grande 
aplicações tecnológicas. 
 
 
 
• A CROSTA TERRESTRE E SUA POBREZA METÁLICA 
 
- Com exceção dos metais nativos, como ouro, prata e platina, 
todos os outros são obtidos pela “quebra” de compostos, 
geralmente óxidos e sulfetos encontrados em minérios. 
 
- Tais minérios, se constituem em recursos naturais não-
renováveis, e são quase que totalmente extraídos da crosta 
terrestre, isto é, da sua quarta parte continental, já que o 
restante encontra-se submerso pelos oceanos. 
 
- A crosta terrestre, que ocupa apenas 0,3% da massa do 
planeta é a sua única parte sólida e se caracteriza pela relativa 
pobreza como fonte de suprimento metálico. 
 
- O planeta terra pode ser considerado como um enorme forno 
metalúrgico em plena operação, cujos metais e compostos 
metálicos estão em perene estado bruto de fusão. 
 
 
 Figura – Corte Esquemático e Simplificado Planeta Terra 
 
- Quase a metade da crosta terrestre é formada por oxigênio, ao 
passo que cerca de uma quarta parte é formada por silício. 
 
- Em decorrência deste fato, aproximadamente três quartos da 
crosta terrestre são formados por diferentes combinações 
químicas destes elementos, tais como sílica e silicatos, 
tornando a crosta terrestre rica de matérias-primas vítreas e 
cerâmicas. 
 
- Dois metais incidem significativamente na crosta terrestre, 
quais sejam o alumínio com 8% e o ferro com 5%. 
 
- 99% da crosta terrestre são constituídos por apenas nove 
elementos, pela ordem, oxigênio, silício, alumínio, ferro, cálcio, 
sódio, potássio, magnésio e titânio, ficando no restante 1% 
dezenas de outros elementos. 
 
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 Tabela – Os Elementos mais Ocorrentes na Crosta Terrestre. 
 
• A EXAUSTÃO METÁLICA DA CROSTA TERRESTRE 
 
- Há séculos o homem vem retirando de metais que lhe permita 
viabilizar o desenvolvimento tecnológico e industrial. Estas 
retiradas começaram a atingir níveis predatórios a partir da 
revolução industrial. 
 
- A partir de hoje a escassez de metais começa a se fazer sentir, 
como resultado de um fantástico aumento no consumo mundial de 
metais. 
 
Figura – Evolução média do consumo mundial dos três principais 
materiais metálicos. 
 
 
- Volume financeiro dos negócios realizados com minérios 
metálicos da ordem de 200 bilhões de dólares por ano e com 
metais primários da ordem de 400 bilhões de dólares. 
 
- No início do século passado, uma reserva com 3% de cobre 
incidente era considerada antieconômica, ao passo que hoje já se 
começa a explorar reservas com apenas 0,5% , utilizando-se 
sofisticados processos biológicos, através da lavagem de rochas 
com bactérias fixadoras do metal. 
 
Tabela – Índices de economicidade mineral mínima. 
 
• OS PRAZOS DE ESCASSEZ DOS METAIS 
 
- Um sintoma da escassez de metais sãos seus altos custos. 
 
Figura – Evolução média do custo unitário no mercado 
internacional. 
 
 
 
- Valor do grama do ouro R$ 45,66 
- Em função dos atuais níveis de economicidade e da tecnologia 
conhecida, estima que as reservas de estanho, prata e mercúrio 
estarão comprometidas nos próximos 20 anos, e a de zinco, 
chumbo e cobre nos próximos 30 anos. 
 
- Apenas alguns metais, muitos ocorrentes no Brasil, como o ferro, 
alumínio, nióbio e titânio, apresentam reservas com elevados 
prazos de exaustão, na faixa de 200 a 600 anos. 
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Tabela – Prazos estimados para a exaustão das reservas. 
 
• FONTES ALTERNATIVAS DE SUPRIMENTO METÁLICO. 
 
- Avanços tecnológicos na técnica de exploração de matérias-
primas metálicas. 
 
- Fontes não convencionais (oceanos e os 3/4 da crosta terrestre 
por eles submerso). 
 
- Nas águas oceânicas, com 6% de material sólido dissolvido, 
apenas um metal incide significativamente, que é o magnésio com 
cerca de 1.300 ppm, ficando os demais com apenas 1 ppb. 
 
- Relação significativa de material dissolvido nas águas oceânicas, 
devido ao seu grande volume. 
 
 
Tabela – Estimativas das quantidades totais de metais dissolvidos 
nas águas oceânicas. 
 
 
- Na crosta submersa, isto é, nos solos oceânicos, a ocorrência 
metálica é mais promissora do que a massa líquida. 
 
- Jazem grandes colônias de nódulos sólidos com riqueza metálica 
extraordinária, com composição média: 
 - 25% Mn 
 - 2% Ni 
 - 1% Cu 
 - 0,3% Co 
 
- Estima-se em torno de 15.000 ton/km2 a disponibilidade de tais 
nódulos. 
 
- Estes depósitos continuam relativamente inacessíveis, faltando 
tecnologia para a sua extração. 
 
- Além das colônias de nódulos, resta ainda a mineração 
propriamente dita dos solos oceânicos, locais ainda não 
prospectados. 
 
 
 
 
 
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• IMPLICAÇÃO DA ESCASSEZ NO MERCADO INTERNACIONAL. 
 
- Agravará ainda mais a crise energética e política entre nações, p. 
ex. ataque americano ao Iraque, entre outros. 
 
- Os países industrializados têm seus parques industriais total ou 
parcialmente dependestes da importação de matéria-prima metálica 
provenientes de países não industrializados ou semi-
industrializados, p.ex. Japão quase que 100% todos os minérios 
mais importantes, USA 50 a 100%, Nb, Mn, Co, Cr, Al, Sn, Ni, Zn, Sb, 
W. 
 
- Alemanha, França, Inglaterra e Suíça encontram-se em situação 
semelhante. 
 
- Força econômica de países industrializados perturbando o 
mercado internacional p.ex. estoques excessivos de metais. 
 
Tabela – Excesso de estoques de metais nos USA. 
 
• POSSIBILIDADE DE DILATAÇÃO DOS PRAZOS DE ESCASSEZ. 
 
- Duas medidas de longo prazo para alteração dos prazos de 
escassez de metais. 
 
 - Substituição paulatina de metais superutilizados por 
outros subutilizados, em função de sua ocorrência relativa na 
crosta terrestre. 
 
Figura – Consumomundial dos principais metais em função da sua 
ocorrência na crosta terrestre. 
 
 - Reciclagem racional de metais, em função de suas 
baixas taxas atuais de recuperação e de suas elevadas taxas atuais 
de consumo, p.ex. alumínio, Brasil. 
 
Tabela – Energia específica requerida para extração/recuperação 
do metal. 
 
Tabela – Energia específica requerida para a extração de alguns 
metais a partir de seu minério mais característico. 
 
• SITUAÇÃO DO BRASIL DIANTE DA CRISE DOS METAIS. 
 
- Situação cômoda se bem gerenciada. 
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- O Brasil detém importantíssima reservas de metais mais 
consumidos – ferro e alumínio – e de metais mais promissores em 
termos de futuro tecnológico – nióbio e titânio. 
 
 
 
 
• A EXTRAÇÃO DOS METAIS 
 
- Em geral, do ponto de vista químico, um depósito mineral pode 
conter três tipos de minérios: 
 
 - Minério de valor primário, contendo compostos do metal 
que se deseja extrair; 
 
 - Minério de valor secundário, contendo metais 
considerados como subprodutos; 
 
 - Minério sem valor comercial algum, denominado de 
ganga do depósito mineral. 
 
- O minério primário pode ser classificado em função do tipo de 
composto metálico que o caracteriza, dentro de cinco grandes 
grupos: 
 - nativos; 
 - óxidos; 
 - sulfetos; 
 - carbonatos, sulfatos e silicatos; 
 - arsenetos e cloretos. 
 
- Nativos – minérios na forma pura ou de ligas metálicas p.ex. ouro 
(Brasil, África do Sul), platina (Rússia), mercúrio (Península 
Ibérica), cobre (África Central) e ferro (Groenlândia). 
 
- De modo geral, a grande maioria dos metais ocorre em forma de 
compostos metálicos, principalmente óxidos e sulfetos. 
 
Tabela – Metais extraídos de minérios à base de óxidos. 
 
Tabela - Metais extraídos de minérios à base de sulfetos. 
 
Tabela – Metais extraídos de minérios à base de sais que não os 
sulfetos. 
 
Etapas fundamentais de extração de metais: 
 
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- Beneficiamento: objetivo é de separar a ganga e concentrar o 
composto que contém o metal desejado. 
 
- Redução ou quebra do composto: extração do metal a partir do 
minério concentrado. 
 
- Refino: retirada de suas impurezas a fim de se obter o metal na 
forma mais pura possível. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• OPERAÇÕES DE BENEFICIAMENTO DE MINÉRIOS 
 
- Objetivos 
 - Concentrar o composto metálico 
 - Apresentar uma morfologia com alta eficiência industrial 
e econômica do processo de extração. 
 
- Operações de beneficiamento 
 - Separar a ganga e o minério secundário; 
 - Concentrar o minério primário; 
 - Adequada morfologia. 
 - Divide-se: 
 - Fragmentação do minério bruto; 
 - Classificação do minério fragmentado; 
 - Concentração do minério classificado. 
 
- Operação de fragmentação. 
 O minério bruto, resultante da mineração, geralmente se 
apresenta sob forma de blocos amorfos, inconvenientes ao seu 
processamento. 
 - Etapas seqüentes 
 - Britagem; 
 - Trituração; 
 - Moagem; 
 - Pulverização. 
 
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 Objetivo básico dessas é o de reduzir paulatinamente o 
tamanho médio dos blocos iniciais, sem ainda separa 
significativamente a ganga ou concentrar o minério primário. 
 Como parâmetros de interesse da fragmentação têm: 
índice de redução médio e à potencia necessária para o 
aumento da área do minério ao ser fragmentado. 
 
 Tabela 2.1 
 
 - Os equipamentos 
 
 - Britador – Figura 2.1 e 2.2 
 
 - Triturador – Figura 2.3 e 2.4 
 
 - Moinho – Figura 2.5 
 
 - O moinho de bolas utiliza o atrito do minério 
triturado contra esferas (bolas) de ferro fundido com dimensões 
controladas. O moinho é alimentado com uma polpa do minério 
triturado por moagem e misturado com água. 
 - A ação das “bolas” contra essa “polpa” provoca a 
pulverização das partículas. 
 - Velocidade de rotação deve ser suficientemente 
alta para garantir o efeito de “cascata”, mas deve ser 
suficientemente baixa para impedir que o material centrifugue. 
 
 Figura 2.6 – Moinho de bola 
 
 
 - Para minérios de dureza baixa, em geral à base de 
sulfetos, as operações de trituração, moagem e pulverização 
podem ser condensadas numa única operação mista obtida em 
um “moinho autógeno”. 
 - Moinho autógeno – atrito provocado entre minério 
de diferentes dimensões; não utiliza água (operação a seco); 
custo relativamente baixo, mas exige alto investimento inicial. 
 - As operações de fragmentação são geralmente de 
baixa eficiência energética 5 a 30%. 
 
 
• OPERAÇÕES DE CLASSIFICAÇÃO 
 
- O minério bruto, fragmentado até a pulverização, necessita ser 
“classificado”, isto é, ser separado de acordo com as 
dimensões dos fragmentos. Este objetivo pode ser atingido por 
meio de dois tipos de operação: 
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 - Peneiramento do minério fragmentado; 
 - Sedimentação dos fragmentos em meio fluido. 
 
 
 - Peneiramento. 
 - Em geral, o peneiramento é feito por meio de 
movimentos de vibração ou rotação a conjuntos superpostos de 
peneiras. 
 - Essa operação pode ser feita a seco ou com polpa 
úmida. 
 - As operações de peneiramento se limitam à 
separação de fragmentos de tamanhos relativamente grandes, 
até 10-1 mm. Tamanhos menores só podem ser eficientemente 
separados por meio de sedimentação. 
 - As retículas das peneiras são geralmente 
padronizadas. A padronização mais utilizada é a American Tyler 
Screen Scale, na qual as aberturas de peneiras seqüentes 
diferem de um fator de 21/2 (1,41) – abreviada por mesh number. 
 
 
Tabela 2.2 
 
 - Sedimentação. 
 - Pode ser definida como a separação dos 
fragmentos segundo seu tamanho, através da diferença de 
velocidade com os fragmentos decantam em um meio fluido, 
geralmente a água. Essa velocidade de queda, ou de 
sedimentação no fluido, é dada pela Lei de Stokes, admitindo-se 
fluxo laminar. 
 
 v = d2 (ρs - ρ) g / 18 μ 
onde: 
v = velocidade de queda 
ρs = densidade do fragmento 
d = diâmetro médio do fragmento 
ρ = densidade do fluido 
μ = viscosidade do fluido 
g = aceleração da gravidade 
 
 - No caso de regimes turbulentos, a velocidade de queda 
pode ser calculada aproximadamente pela Lei de Rettinger e 
Newton: 
 
 v = {3d (ρs - ρ) g /ρ}1/2 
 
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 - Vimos que o objetivo básico da classificação por 
decantação é o de separar fragmentos de acordo com seu 
tamanho e não de acordo com sua densidade. Isso requer taxas 
de decantação próximas da unidade, as quais são mais fáceis 
de obter sob fluxo laminar e ainda mais em decantação livre. 
- Um tipo básico de classificador por sedimentação esta 
ilustrado na Figura 2.9. Cabe ressaltar que existe uma infinidade 
de variações de equipamentos para a classificação por 
sedimentação 
 
 
Figura 2.9 
 
• OPERAÇÃO DE CONCENTRAÇÃO 
 
- O objetivo das operações de concentração é tomar o minério 
classificado e dele separar os diferentes produtos (compostos) 
baseando-se em suas diferenças de propriedades físicas. 
- Dessa separação deve resultar uma “concentração” do 
principal composto do minério primário, isto é, deve resultar um 
produto, denominado de “concentrado”, no qual predomina 
quantitativamente o principal composto do minério. 
- Este objetivo pode ser alcançado através dos seguintes tipos 
de operações: 
 - Flotação – separação utilizando a tensão superficial dos 
mesmos; 
 - Separação gravitacional – separação utilizando 
diferenças de densidade; 
 - Separação magnética – separação utilizando diferenças 
nas propriedades magnéticas; 
 - Separação eletrostática - separação utilizandodiferenças 
na condutividade elétrica. 
 - Espessamento e filtragem – separação utilizando a 
capacidade de formar suspensão em água; 
 - Limpeza gasosa – separação utilizando a capacidade de 
formar suspensão no ar. 
 
 
 
 FLOTAÇÃO 
 
 - A separação (ou concentração) por flotação 
baseia-se na maior ou menor habilidade que a superfície do 
produto apresenta em deixar-se molhar pela água. 
 - Essa capacidade, denominada de molhabilidade, é 
determinado pelos jogos quantitativo das energias de 
superfícies (ou tensões superficiais). 
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γS/L = tensão superficial entre o sólido e a água. 
γS/A = tensão superficial entre o sólido e o ar. 
γL/A = tensão superficial entre a água e o ar. 
 
 Um sólido é denominado hidrofóbico quando 
apresenta baixa molhabilidade pela água, ou seja: 
 
 
 γS/L >> γS/A, γL/A 
 
 
 Um sólido é denominado hidrofílico quando 
apresentar alta molhabilidade pela água, isto é: 
 
 γS/A >> γS/L, γL/A 
 
 
 
 Explicar o processo conforme Figura 2.10 
 
 
 - Utilização de aditivos para otimizar a operação de 
flotação, são eles: 
 
 - Flotadores – Em água pura, as bolhas de ar se 
desfazem ao atingirem a superfície, deixando retornar o sólido 
hidrofóbico. 
 Exemplo: óleo de pinho ativa a 
superfície do sólido, diminuindo a tensão superficial da água 
com o ar. Este fato permite a formação de uma camada 
superficial de bolhas estáveis que seguram o sólido desejado. 
 Essa camada pode ser retirada 
facilmente e renovada continuamente. 
 
 - Coletores – Muitos compostos minerais são 
hidrofílicos. Pela adição de substâncias, denominadas de 
coletores, pode-se diminuir a molhabilidade do sólido pela água, 
isto é, torná-los hidrofóbico. 
 Exemplos: principais utilizados são os 
xantatos para sulfetos, os ácidos graxos para os óxidos e os 
carbonatos e aminas para os silicatos. 
 
 - A adição de flotadores e coletores são feitos em 
quantidades relativamente pequenas, variando de 100 a 300 
gramas por toneladas de minério. 
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 - A flotação é uma operação de largo uso, 
principalmente para sulfetos, e seu rendimento é relativamente 
alto, na faixa de 70 a 98%, a um custo relativamente baixo. 
 - Uma das suas grandes vantagens reside no fato de 
apresentar alto rendimento para partículas pulverizadas de 
pequenas dimensões (mícron). 
 
 - Flotação seletiva para minérios complexos com a 
utilização de diversos aditivos. 
 
 
Fluxograma de flotação seletiva. 
 
 
• SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL 
 
 - A separação gravitacional baseia-se na diferença 
de densidade dos minérios e compostos metálicos. É usada 
particularmente na concentração de minérios muito ou pouco 
densos e dentro de uma ampla gama de dimensões dos 
fragmentos. 
 - Tanto a eficiência como a capacidade da operação 
decrescem rapidamente, à medida que a dimensão média do 
fragmento se situa abaixo de 0,1 mm, a qual apresenta um 
grande arrasto fluido devido a sua inércia. 
 
 - A separação gravitacional é normalmente levada a 
efeito em polpas densas e de modo a utilizar as altas taxas de 
decantação. È estabelecido uma polpa com densidade média 
situada entre as densidades dos minérios que queremos 
separar ou concentrar. 
 - Um exemplo típico é o da separação de sílica 
(densidade = 2,65) e de sulfetos (densidade = 3,5 a 4,5). A sílica 
flutuará e o sulfeto decantará numa polpa com densidade 
elevada, na ordem de 3. 
 - É uma operação largamente utilizada para 
minérios à base de sulfetos e de custo suficientemente baixo 
para ser utilizada inclusive para minérios de ferro, 
particularmente a magnetita (Fe2O4). 
 
 
• SEPARAÇÃO MAGNÉTICA 
 
- Baseia-se na diferença de propriedades 
magnéticas dos componentes minerais. Alguns minérios como 
a magnetita (Fe2O4) e a pirrotita (NiS.FeS), são materiais 
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ferromagnéticos e, portanto, fortemente atraídos por um imã 
magnético. 
- Outros minérios, como a ilmenita (TiO2. FeO) e a 
hematita (Fe2O3), são materiais paramagnéticos e, portanto, 
fracamente atraídos por um imã magnético. 
- O quartzo (SiO2) e a calcita (CuS), são materiais 
não magnéticos, ou mesmo diamagnéticos, sendo fracamente 
repelidos por um imã. 
- A operação de separação magnética é largamente 
utilizada na concentração de minérios magnéticos, em particular 
da magnetita. 
- Pode ser utilizada a seco na separação de grandes 
fragmentos, na ampla faixa de 100 a 5 mm, e com polpas na 
separação de partículas de menor tamanho. 
- Custo relativamente baixo, permitindo a 
exploração de magnetitas consideradas pobres (30% Fé), 
concentrando-a até 70% de ferro. 
 
 
Figura 2.12 – Separador magnético. 
 
 
• SEPARAÇÃO ELETROSTÁTICA 
 
- Os compostos minerais apresentam uma grande 
variação quanto a sua condutividade elétrica. 
- Se diversas partículas sólidas de diferentes 
compostos forem carregadas eletricamente e colocadas em 
contato com um condutor aterrado, a carga elétrica deixará, 
mais rapidamente, as partículas de maior condutividade. 
Enquanto a carga permanecer na partícula, ela se manterá 
atraída pelo condutor aterrado. 
- Assim, os compostos de menor condutividade 
permanecerão mais tempos atraídos e agregados pelo condutor. 
- Esse comportamento é utilizado na separação 
eletrostática de minérios com diferentes condutividades 
elétricas. 
- Um bom exemplo é a separação da ilmenita 
(Ti.O2.H2O) e do rutilo (TiO2), os quais se apresentam geralmente 
misturados com sílica comum (SiO2). 
 
 
Figura 2.13 – Separador eletrostático 
 
- O processo só é eficiente para fragmentos com 
dimensões pequenas, abaixo de 0,1 mm, e deve ser feita à seco, 
já que a umidade pode alterar o comportamento eletrostático. 
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• ESPESSAMENTO E FILTRAGEM 
 
- Nas operações que utilizam polpa úmida, como, 
por exemplo, a flotação, torna-se necessário a posterior 
separação dos fragmentos sólidos concentrados em suspensão 
na água. 
- Isso poder ser conseguido através das operações 
de filtragem ao final da qual o teor de umidade do minério 
concentrado deverá estar abaixo de 5%. 
- Para que a filtragem possa apresentar alta 
eficiência, torna-se necessário precedê-la de uma operação 
preliminar denominada espessamento da polpa a ser filtrada, ou 
seja, retirar preliminarmente certa quantidade de água, de modo 
a deixá-la com pelo menos 50% de polpa. 
- O espessamento é conseguido simplesmente por 
decantação cumulativa das partículas em suspensão, isto é, 
decantação regida pela Lei de Stokes. 
- Para acelerar e aumentar a eficiência do 
espessamento, são utilizados aditivos denominados de 
floculizantes, cuja função é a de aglomerar as partículas em 
suspensão formando flocos (colônias de partículas) que 
decantam mais rapidamente. 
- Cal e aminas são utilizados com sucesso como 
floculizantes, na proporção aproximada de 100 g/ton de polpa. 
- O espessamento é utilizado geralmente em 
tanques de fundo cônico. Os flocos sedimentam e são 
lentamente varridos por pás mecânicas (uma volta a cada 5 ou 
10 min.) 
 
 
Fig. 2.14 – Tanque de espessamento 
 
- A polpa espessada pode ser então filtrada. A 
filtragem consiste essencialmente em forçar a passagem da 
polpa espessada através de um tecido, geralmente feltro, cuja 
textura permite a passagem da água e não das partículas do 
minério. 
- Podemos forçar a passagem por meio de pressão 
(ar comprimido) ou vácuo, sendo este último o método mais 
recomendado por permitir uma operação contínua do processo. 
 
 
 Fig. 2.15 – Tanque para filtragem 
 
 
• LIMPEZA GASOSAPROF. DR. EDUARDO DE MAGALHÃES BRAGA – Tecnologia Metalúrgica 
 
- Em diversos processos de metalurgia extrativa, 
obtemos resíduos sólidos e líquidos que se mantêm em 
suspensão no ar. 
- Estes resíduos podem ser impurezas poluentes do 
ar ou mesmo produtos de valor que devem ser separados e 
concentrados. Essa separação de partículas em suspensão é 
normalmente feita por “limpeza gasosa” tais como: 
- Sedimentação em câmara; 
- Separação em ciclones; 
- Separação em precipitadores eletrostáticos. 
 
 
Fig. 2.16 – Correlação entre o tipo e o tamanho das partículas e 
o tipo de limpeza gasosa. 
 
 
- A sedimentação em câmara consiste, 
essencialmente, na decantação das particulas em uma câmara 
de retenção no circuito de tiragem do ar. 
- O ciclone é um dispositivo cilíndrico no qual 
injetamos o ar tangencialmente, provocando sua centrifugação 
contra as paredes internas. Com isso, provoca-se uma 
sedimentação forçada no sentido radial, com uma aceleração 
radial da ordem de 100 vezes a aceleração da gravidade. As 
partículas decantam radialmente segundo a Lei de Stokes e são 
recolhidas continuamente. 
 
Fig. 2.17 – Ciclone para limpeza gasosa. 
 
 - Precipitador eletrostático, dispositivo custoso, 
mas de alta eficiência. Consiste em um cilindro vertical com um 
cabo na linha central do cilindro. É aplicada uma tensão, na 
faixa de 50.000 a 70.000 volts, onde o cabo fica ligado ao pólo 
negativo. O ar passa pelo cilindro e ioniza-se, ficando as 
partículas em suspensão carregadas negativamente que se 
deslocam para a parede do cilindro e posteriormente são 
removidas continuamente. 
 
• PROCESSOS PRÉ-EXTRATIVOS 
 
- OBJETIVOS 
 - Os processos pré-extrativos ou de preparação, são 
aqueles que, embora envolvam reações químicas, não isolam o 
metal de interesse do minério. 
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 - São processos essencialmente pirometalúrgicos que 
visam ao aumento e a otimização da concentração do composto 
metálico no minério antes da extração do metal. 
 - Esses processos são o elo de ligação entre as operações 
de beneficiamento e os processos de extração do metal. 
 - Principais processos de preparação: 
 - Secagem; 
 - Desidratação; 
 - Calcinação; 
 - Tostação ou Ustulação; 
 - Aglomeração por Sinterização. 
 
 - SECAGEM 
 - A secagem é um processo de eliminação da 
umidade do minério beneficiado por meio de simples 
aquecimento a temperaturas ligeiramente acima de 100ºC. 
 
 
H2O H2O ΔH373 = Lf = + 10,5 kcal/mol 
(l) (g) 
- É realizado em fornos tipo estufa. 
 
 
 - DESIDRATAÇÃO 
 - Retirada e água de minérios hidratados. 
 - Água de hidratação é a que se encontra ligada 
quimicamente (ligações bipolares) às moléculas do composto metálico do 
minério. Exemplo 
 
 - Limonita Fe2O3.H2O 
 - Bauxita Al2O3.H2O 
 - Manganita Mn2O3.H2O 
 
 - Reação generalizada de desidratação 
 
 MX.H2O MX + H2O 
 (s) (s) (g) 
 
 - As reações endotérmicas de desidratação ocorrem em 
temperaturas da ordem de 700ºC a 800ºC 
 
 
• CALCINAÇÃO 
- O objetivo básico da calcinação é o de decompor 
carbonatos metálicos por dissociação direta, produzindo 
o óxido metálico correspondente e gás carbônico. 
 PROF. DR. EDUARDO DE MAGALHÃES BRAGA – Tecnologia Metalúrgica 
- Os carbonatos, em geral, são menos estáveis que outros 
compostos metálicos, por exemplo, óxido. 
- Exemplo: 
 
CaCO3 → CaO + CO2 
 (s) (s) (g) 
 
 
- É uma reação espontânea a temperatura acima de 850ºC 
(temperatura de dissociação). Portanto a calcinação do 
carbonato de cálcio se dará eficientemente a 
temperaturas da ordem de 900ºC a 1000ºC. Geralmente a 
calcinação é uma reação endotérmica, ou seja, ΔH > 0. 
- Exemplos: 
• CaCO3 → T ≥ 850ºC 
• MgCO3 → T ≥ 417ºC 
• FeCO3 → T ≥ 400ºC 
• MnCO3 → T ≥ 377ºC 
 
Obs: Toda reação química envolve uma evolução positiva ou 
negativa de energia sob forma de calor. Essa quantidade de 
calor é dada pela variação de entalpia (ΔH) entre os produtos e 
os reagentes da reação, determinada para a temperatura que a 
mesma procede. 
Se a variação de entalpia for negativa (ΔH < 0), isto é, se houver 
geração de calor, a reação é denominada de “exotérmica”. Do 
contrário é dita “endotérmica”. 
 
 
- Assim sendo, o calor necessário para efetuar a reação 
endotérmica de calcinação será dado pelo calor gerado 
na reação de exotérmica da oxidação (combustão) do 
carbono. 
 
ΔH298 = -97 kcal/mol 
C + O2 → CO2 
 (1000ºC) ΔH1273 = -78,3 kcal/mol 
 
 
 ΔH298 = 42,5 kcal/mol 
CaCO3 → CaO + CO2 
 (1000ºC) ΔH1273 = 51,2 kcal/mol 
 
 
• TOSTAÇÃO OU USTULAÇÃO 
 
 PROF. DR. EDUARDO DE MAGALHÃES BRAGA – Tecnologia Metalúrgica 
- A tostação, também denominada ustulação, consiste 
essencialmente na oxidação de sulfetos metálicos. Tal oxidação, 
que geralmente utiliza oxigênio do ar, é feita com o objetivo de 
produzir o óxido metálico correspondente e o dióxido de 
enxofre: 
 
 2MS + 3O2 → 2MO + SO2 
 (s) (g) (s) (g) 
 
- Esse objetivo tem grande implicação industrial, já que o 
dióxido de enxofre é matéria-prima fundamental para a 
produção industrial de ácido sulfúrico (H2SO4), produto 
químico de maior importância econômica. 
- No aspecto metalúrgico, a redução pirometalúrgica de um 
óxido metálico é, em geral, mais viável industrialmente que 
o sulfeto correspondente. 
- Neste sentido, a tostação é utilizada como processo 
preparatório de diversos minérios metálicos à base de 
sulfetos, tais como: zinco, chumbo e cobre. 
- Temperaturas para o processamento da ustulação na 
ordem de 700ºC a 900ºC. 
- Exemplos: 
 
* Ustulação da Esfarelita 
 
 (800ºC) 
ZnS + 3/2 O2 → ZnO + SO2 
 
ΔH1073 ≅ -110 kcal/mol ZnS 
ΔG1073 ≅ - 90 kcal/mol ZnS 
 
 
 
 
 
Obs: Toda a reação química apresenta maior ou menor 
tendência em se processar espontaneamente a uma dada 
temperatura, o que vai depender da maior ou menor estabilidade 
química dos produtos com relação aos reagentes. 
Essa maior ou menor tendência pode ser medida pela 
variação de energia livre (ΔG) entre os produtos e os reagentes. 
Uma variação positiva de energia livre (ΔG > 0) indica que a 
reação é inviável do ponto de vista termoquímico, isto é, não se 
verificará espontaneamente. 
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Por outro lado, uma variação negativa de energia livre (ΔG < 
0) indica que a reação é perfeitamente viável e se verificará 
espontaneamente na temperatura desejada. 
A energia livre (G) de um sistema é definida como: 
 
G = H –TS 
Onde: 
H = entalpia 
S = entropia 
T = temperatura absoluta 
 
 
* Ustulação da Galena 
 
 (700ºC) 
PbS + 3/2 O2 → PbO = SO2 
 
ΔH973 ≅ -130 kcal/mol PbS 
ΔG973 ≅ - 80 kcal/mol PbS 
 
 
* Ustulação da Calcocita 
 
 (900ºC) 
CuS + 3/2 O2 → Cu2O + SO2 
 
ΔH1173 ≅ -70 kcal/mol Cu2S 
ΔG1173 ≅ - 60 kcal/mol Cu2S 
 
 
 
Fig. 4.2 – Esquema de um forno de ustulação 
 
 
• AGLOMERAÇÃO POR SINTERIZAÇÃO 
 
- A aglomeração por sinterização consiste em dar ao minério, 
já beneficiado e preparado, uma morfologia macroscópica 
adequada para permitir um elevado rendimento no 
processo final de extração. 
- Tal morfologia é obtida quando sinterizamos as pequenas 
partículas do minério pulverizado com a transformação de 
blocos consistentes e porosos. 
- A consistência permitirá seu adequado manuseio sem 
perdas dos finos e a porosidade é necessária para 
proporcionar uma elevada área de contato do minério comPROF. DR. EDUARDO DE MAGALHÃES BRAGA – Tecnologia Metalúrgica 
os reagentes (particularmente os gasosos) durante o 
processo de redução. 
- Este processo é largamente utilizado para o minério de 
ferro, e também utilizado em minérios à base de sulfetos, 
caso em que é realizado simultaneamente com a ustulação. 
- Este processo de preparação consiste, essencialmente, na 
mistura de 5% de coque e 10% de água aos finos do 
minério. Essa mistura é queimada a temperatura de 
sinterização gira em torno de 1200 a 1300ºC. 
- Explicação pela Fig. 4.5. 
 
 
Fig. 4.3 – Estrutura microscópica do “sinter” 
 
Fig. 4.5 – Esquema de uma máquina de sinterização contínua 
(Dwight-Lloyd). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• PROCESSO DE EXTRAÇÃO E REFINO 
 
- OBJETIVOS 
O problema central na extração de um metal M, a partir de 
um minério primário, constituído de um composto MX, reside 
na maior ou menor estabilidade química do composto, ou seja, 
na maior ou menor tendência do composto em deixar-se 
reduzir. 
De imediato, surge a possibilidade de que a redução do 
composto seja obtida por uma simples reação de dissociação 
do tipo: 
 
 MX → M + X 
 
Entretanto, de modo geral, os componentes metálicos que 
constituem o minério (óxidos, sulfetos etc.) apresentam elevada 
estabilidade química. 
Assim, sua dissociação direta pela reação acima é 
geralmente contra-indicada, já que exigiria a aplicação de 
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elevadas temperaturas e quantidades relativamente altas de 
energia térmica. 
Dois métodos básicos são geralmente utilizados pelos 
processos de extração e refino de metais. 
a) Reagir o composto metálico MX com um agente 
redutor R, cuja afinidade química pelo radical X seja 
maior do que a do metal M, através da reação de 
redução. 
 
MX + R → RX + M 
 
 
b) Dissolver o composto metálico MX em um solvente 
adequado (que pode ser uma solução aquosa ou um 
sal fundido) e formar uma solução eletrolítica, a qual 
se submete a uma eletrólise, isto é, à transformação 
de energia elétrica em energia química, e provocar a 
deposição dos íons metálicos em um eletrodo. 
 
MX → M+ + X- 
 
Praticamente todos os processos de extração utilizam um 
dos dois métodos. Os processos pirometalúrgicos e 
hidrometalúrgicos utilizam basicamente o primeiro método, 
enquanto que os processos eletrometalúrgicos se baseiam, 
essencialmente, no segundo. 
 
 
 
 
 
 
 
PROCESSOS PIROMETALURGICOS 
 
 Compostos metálicos tendem a diminuir sua 
estabilidade química com o aumento da temperatura. 
 Este fato explica, em parte, porque a maioria dos 
processos de extração e refino é efetuada em altas 
temperaturas, muitas vezes envolvendo a fusão ou a 
ebulição de produtos e reagentes. 
Processos de extração realizados em temperaturas 
muito acima da temperatura ambiente (com exceção da 
eletrólise) são denominados de Processos 
Pirometalúrgicos. 
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Os equipamentos utilizados para os processos são 
os fornos ou reatores, nos quais o calor necessário é 
obtido por meio de uma combustão (ou outra reação 
exotérmica). 
 
- ESCÓRIA E FUNDENTES 
 
O fato dos processos pirometalurgicos envolverem 
elevadas temperaturas torna freqüente a presença de 
escórias. 
A escória se constitui, essencialmente, em misturas 
de óxidos em fusão, sobrenadando o composto 
metálico, também em fusão. 
Geralmente, a escória é encontrada em algum estágio da 
extração de metais importantes como o ferro, chumbo, zinco, 
cobre e níquel. 
A escória pode preencher as seguintes funções: 
- Proteger e isolar termicamente o banho metálico, 
aumentando, assim, o rendimento térmico do processo; 
- Atuar ativamente no processo de extração, como receptor 
da ganga e de outras impurezas; 
- Atuar ativamente no processo de refino, como receptor das 
impurezas indesejáveis que ainda acompanham o metal 
após a sua extração. 
 
Para cumprir eficientemente essas funções, a escória deve 
apresentar as seguintes características: 
- Ser suficientemente fluida (baixa viscosidade) para que 
possa ser facilmente separada da superfície do banho 
metálico; 
- Fundir a uma temperatura suficientemente baixa para ser 
compatível com as temperaturas do processo; 
- Ter densidade menor que o banho metálico; 
- Ter composição correta para que possa dissolver a ganga e 
as impurezas do banho metálico. 
 
 
Os fundentes são adicionados à escória com o objetivo 
básico de formar uma liga de óxidos que apresente baixas 
temperaturas de transformação. 
A escória é basicamente formada por dois tipos de óxidos: 
SiO2 e RO, onde o RO pode ser qualquer dos seguintes óxidos: 
CaO, MnO, MgO, FeO, PbO, Cu2O, ZnO, Na2O e K2O. 
Portanto a escória pode ser classificada em: escória básica e 
escória ácida. 
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A escória básica é aquela que apresenta um excesso de 
óxidos básicos (RO) em relação à proporção de sílica, ou seja, 
apresenta um excesso de íons de oxigênio em solução. 
A escória ácida é aquela que apresenta excesso de sílica, ou 
seja, excesso de íons silicatos. 
Assim sendo, podemos determinar o Índice de Basicidade da 
escória através da formula: 
 
B = NRO – 3(N Al2O3 + N P2O5) 
 2 N SiO2 
 
onde: 
N = número de mol de cada óxido indicado 
B = basicidade 
 
Assim, 
B > 1 Escória básica 
B < 1 Escória ácida 
B = 1 Escória neutra 
A basicidade da escória é da maior importância, não só para 
indicar a sua atividade química com o banho metálico, mas, 
também, para indicar sua reatividade química com o material 
refratário do forno. 
 
 
REDUÇÃO DIRETA DE ÓXIDOS 
 
Um grande número de metais é extraído de minérios à base 
de seus óxidos. È o caso do ferro, do manganês, do cromo e do 
estanho. 
Exemplo de redutores metalúrgicos de óxidos: 
 
Alumínio: Age por meio de uma reação denominada de 
aluminotermia, reação exotérmica. 
 Exemplo: 
 
2/3 Cr2O3 + 4/3 Al → 2/3 Al2O3 + 4/3 Cr 
 (s) (l) 1200ºC (s) (s) 
 
ΔH1473 ≅ -70 kcal 
ΔG1473 ≅ - 130 kcal 
 
Hidrogênio: redutor de óxidos de baixa e média estabilidade 
por meio de uma reação denominada de hidrogenação. 
 Exemplo: 
 
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2/3 WO3 + 2H2 → 2H2O + 2/3 W 
 (s) (g) 1000ºC (g) (s) 
 
ΔG1273 ≅ - 6 kcal 
 
 
Carbono: Redutor extremamente eficiente, além de 
econômico, sendo largamente utilizado na redução de diversos 
óxidos metálicos. A redução pelo carbono, sob forma de coque 
e carvão vegetal, é o processo pirometalúrgico de maior 
importância. 
 
 Exemplos: 
 
Redução do óxido de ferro. 
 
2FeO + 2C → 2CO + 2Fe 
 (s) (s) 900ºC (g) (s) 
 
ΔH1173 ≅ +70 kcal 
ΔG1173 ≅ - 15 kcal 
 
Redução do óxido de chumbo. 
 
2PbO + 2C → 2CO + 2Pb 
 (s) (s) 900ºC (g) (s) 
 
ΔH1173 ≅ +35 kcal 
ΔG1173 ≅ - 25 kcal 
 
Redução do óxido de zinco. 
 
2ZnO + 2C → 2CO + 2Zn 
 (s) (s) 1200ºC (g) (s) 
 
ΔH1473 ≅ +160 kcal 
ΔG1473 ≅ - 15 kcal 
 
 
PROCESSOS ELETROMETALÚRGICOS 
 
Os métodos eletrometalúrgicos são utilizados na extração e 
no refino de metais não ferrosos toda vez que os processos 
pirometalúrgicos mostram-se pouco eficientes e, 
particularmente onde a energia elétrica é abundante. 
 
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O processo consiste na dissolução do metal numa cuba 
eletrolítica (ou célula eletrolítica) contendo um condutor iônico 
denominado “eletrólito”. 
 
O metal se dissolve sob a forma deíons metálicos e é, então, 
submetido a um campo elétrico aplicado através de dois 
eletrodos imersos no eletrólito. Nestas condições os íons 
positivos (cátions) são atraídos para o eletrodo negativo 
(cátodo) onde captam elétrons e se depositam sob a forma de 
átomos neutros. 
 
A quantidade de eletricidade requerida para o processo é 
dada pela Lei de Faraday, segundo a qual um mol de íon 
unitariamente carregado é equivalente a um Faraday (F) de 
eletricidade. 
 
1F = 96500 coulombs (ampéres x segundo) 
 
A massa m de íons que são transferidos por uma corrente I 
que flui por um tempo t, admitindo-se ausência de perdas, é 
dada por: 
 
n = AIt/nF 
 
Onde A é o peso atômico e n é o número múltiplo da carga 
iônica da substancia considerada. 
 
Numa reação eletroquímica, a varaiação de energia livre é 
dada por: 
 
 ΔG = - nFV 
 
onde V é a voltagem 
 
 
PROCESSOS HIDROMETALÚRGICOS 
 
Os processos hidrometalúrgicos ou processos úmidos de 
extração são particularmentes úteis quando o minério a ser 
reduzido tem baixo teor de metal a ser extraído. 
É dispensado o uso de matérias-primas de alto custo: 
combustíveis, fundentes e refratários (processo 
pirometalúrgico), assim como da energia elétrica (alto custo / 
processo eletrometalurgico). 
 
 PROF. DR. EDUARDO DE MAGALHÃES BRAGA – Tecnologia Metalúrgica 
Consistem na dissolução do minério em algum tipo de 
solvente, seja para tratar o minério, seja para extrair dele o 
minério desejado. 
O solvente (ácido sulfúrico) pode ser reciclado e recuperado 
para uso posterior. Esse solvente é dissolvido em grandes 
quantidades de água. 
O processo envolve grandes volumes do minério, portanto, o 
uso de grandes tanques e unidades custosas. 
Envolve as seguintes etapas: 
 Lixiviação, ou solução do minério com um solvente 
adequado; 
 Lavagem do minério lixiviado; 
 Clarificação do minério lavado; 
 Precipitação (extração) do metal desejado a partir da 
solução clarificada. 
 
Dessas etapas, a mais importante é a lixiviação que pode ser 
de dois tipos: 
 Percolação e agitação – O minério é derramado no tanque 
com solvente e agitado continuamente para garantir um maior 
contato entre o minério e o solvente. 
A precipitação pode ser feita por troca química (reação 
simples) e econômica. 
 Exemplo: 
 
CuSO4 + Fe → FeSO4 + Cu 
 (precipitado) 
 
Neste caso, o cobre obtido é de baixa pureza devendo ser 
posteriormente refinado. 
 
 
PROCESSOS SIDERURGICOS 
 
 REDUÇÃO EM ALTO FORNO 
 
Utiliza o carbono com agente redutor. É realizada no alto-
forno que consiste essencialmente em um reator tubular 
vertical, no qual a redução se verifica de forma contínua. 
A carga sólida do alto-forno consiste em três componentes 
básicos: 
 Minério de ferro. Geralmente a base de hematita e/ou 
mistura de hematita e magnetita sob a forma de minério, pelotas 
e sinter. Normalmente esse minério é acompanhado de 
aproximadamente 10% de ganga, constituída principalmente de 
sílica. 
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 Fundentes. Geralmente à base de calcário, que calcina no 
interior do alto-forno formando cal, que atuará no índice de 
basicidade da escória. 
 Coque. Produto previamente obtido pela destilação da 
hulha (carvão mineral), com a finalidade dupla de prover o 
carbono redutor e o carbono combustível. 
 
O resultado das reações em alto-forno é constituído de: 
 Ferro Gusa. Ferro em estado líquido contendo cerca de 3 
a 4% de carbono dissolvido e 7 a 8% de diversas impurezas e 
elementos dissolvidos, tais como enxofre, fósforo, silício e 
manganês. Esse ferro é geralmente esponjoso e se deposita no 
fundo do alto-forno, de onde pode ser retirado de tempos em 
tempos. 
 Escória. Mistura de óxidos em estado de fusão que, por 
sua menor densidade, sobrenada o banho líquido. É composto 
de material da ganga e do fundente. Devido a sua fluidez é 
retirada de tempos em tempos. 
 Poeira. Constituída essencialmente de cinzas resultantes 
da queima do coque e de materiais inertes contidos na ganga. 
Essa poeira é arrastada pelos gases quentes que sofrem uma 
tiragem na parte superior do alto-forno. 
 Gases. Evoluem pela parte superior do alto forno a uma 
temperatura da ordem de 300ºC. são constituídos 
essencialmente de CO2 e CO. 
 
Um alto forno típico tem cerca de 30 metros de altura e 7 
metros de diâmetro. Esse alto forno pode produzir de 2000 a 
3000 ton. de ferro gusa. Entretanto, pode-se encontrar alto forno 
com capacidade de até 11.000 ton/dia. 
 
 
OUTROS PROCESSOS DE REDUÇÃO 
 
 REDUÇÃO EM FORNO ELÉTRICO 
 
 Em paises que dispõem de energia elétrica barata e/ou 
onde o coque é oneroso ou inexistente, o método de redução 
em forno elétrico pode ser uma alternativa economicamente 
interessante, desde que realizada em pequenas unidades 
operacionais com capacidade entre 100 e 200 ton/dia. 
Neste método, não há consumo de coque. A energia elétrica 
é transformada em energia térmica, através de eletrodos de 
grafite que formam o arco elétrico diretamente na carga do 
forno. Não necessita de injeção de ar no sistema, havendo uma 
economia de volume no forno. 
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O consumo de energia elétrica é da ordem de 2.000 kwh/ton 
de ferro. 
A redução do minério de ferro se verifica essencialmente 
com as mesmas reações químicas ocorrente no alto forno, com 
exceção, da reação com o coque. 
 
 
 
 
PROCESSO WIBERG-SÖDEFORS 
 
 Visa à redução direta do minério para a obtenção do ferro 
esponja (sólido) e não do ferro gusa (líquido). Este fato permite 
temperaturas da ordem de 1000ºC, bem inferiores às 
encontradas no alto forno que giram da ordem de 1800ºC. 
 
 
 
FABRICAÇÃO DO AÇO 
 
 Os aços são ligas ferro carbono com teores de 
carbono variando de 0,02 a 2%, contendo impurezas, tais como: 
enxofre e fósforo. 
 
 Oxidação do Ferro Gusa 
 A redução controlada dos teores dos elementos 
componentes do ferro gusa se deve ao fato de que os mesmos 
formam compostos intermetálicos com o ferro, os quais 
comprometem o desempenho do produto final. 
Esses elementos devem ser mantidos em teores 
controlados, em níveis abaixo dos que caracterizam o ferro 
gusa. 
Este fato é obtido por meio da oxidação desses elementos, 
isto é, pela passagem de oxigênio (puro ou do ar) em meio a 
massa do ferro gusa em estado líquido (≅ 1600ºC). 
Nestas reações verifica-se: 
- São reações exotérmicas, o que permite a manutenção da 
temperatura sem o auxílio de combustão paralela. 
- O fósforo apresenta reação de oxidação menos viável, e 
esse elemento será de mais difícil oxidação. 
 
OXIDAÇÃO EM CONVERSORES 
 
 A oxidação do ferro gusa líquido pode ser feita por meio 
de insuflação de ar em fornos denominados de “Conversores 
Bessemer”. 
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 - Conversores LD – similar ao conversor Bessemer, porém 
não apresenta a caixa inferior de sopragem. A sopragem do 
oxigênio puro é feita por um tubo, denominado de lança, que é 
introduzida na boca superior do forno. 
 
 - Processo KALDO – similar ao processo LD, porém com 
rotação ao corpo do conversor.