Apostila Processos Industriais

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Instituto Federal de Minas Gerais- IFMG 
Centro de Educação Aberta e a Distância - CEAD 
Campus Ouro Preto 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Curso Técnico de Controle Ambiental 
 
PROCESSOS 
INDUSTRIAIS 
 Processos Industriais 
 
 2 
APRESENTAÇÃO 
 
 
 
Prezado(a) estudante, 
 
 
 É com prazer que apresento a você este material, que de forma 
complementar à plataforma de ensino, será utilizado como referência para a 
disciplina de Processos Industriais. Já neste momento, gostaria de dar-lhe 
boas vindas e agradecer pela parceria, pois seremos todos (estudantes, 
tutores e professor) responsáveis pela construção e consolidação do 
conhecimento. 
 Como se pode perceber, as atividades industriais têm evoluído, tanto em 
termos tecnológicos quanto em termos de volume e diversificação, para 
atender às demandas crescentes do mercado globalizado. Diante da 
importância das atividades industriais, o controle ambiental se manifesta com 
igual importância, uma vez que tão necessário quanto prover bens e serviços, 
é promover o equilíbrio ambiental. 
 No contexto dos processos industriais, daremos ênfase às chamadas 
“operações unitárias”, sendo que uma operação unitária representa uma 
etapa básica de um processo. Visando esse objetivo, os princípios 
tecnológicos das operações unitárias serão abordados, de modo a prover a 
compreensão de seus fundamentos. 
 Naturalmente abordaremos também as questões ligadas aos aspectos 
ambientais dos processos industriais, intrinsecamente relacionadas aos 
resíduos gerados durante o processamento, bem como os métodos de 
tratamento empregados para mitigar os impactos ambientais. 
 
 
 
 
 
 Obrigado pela parceria! 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Germano Mendes Rosa 
 Processos Industriais 
 
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SUMÁRIO 
 
CAPÍTULO I – CLASSIFICAÇÃO DE PROCESSOS............................................. 4 
CAPÍTULO II – BALANÇOS DE MASSA E DE ENERGIA .................................. 7 
Balanço de Massa ..................................................................................................... 7 
Balanço de Energia ................................................................................................... 8 
CAPÍTULO III – OPERAÇÕES UNITÁRIAS E FLUXOGRAMAS ...................... 9 
Operações Unitárias .................................................................................................. 9 
Fluxogramas ............................................................................................................. 9 
CAPÍTULO IV – FUNDAMENTOS DE TIPOLOGIAS INDUSTRIAIS.............. 13 
A Indústria Mineral................................................................................................. 13 
Britagem ............................................................................................................. 15 
Peneiramento ...................................................................................................... 20 
Moagem.............................................................................................................. 21 
Classificação ....................................................................................................... 23 
Concentração ...................................................................................................... 27 
Flotação .............................................................................................................. 30 
Espessamento...................................................................................................... 32 
Filtração.............................................................................................................. 34 
A Indústria Siderúrgica ........................................................................................... 36 
Conceitos importantes ......................................................................................... 36 
AÇOS ................................................................................................................. 36 
CAPÍTULO V – ASPECTOS AMBIENTAIS NOS PROCESSO INDUSTRIAIS. 52 
Indústria Siderúrgica ............................................................................................... 52 
Escória ................................................................................................................ 52 
Gás e Pó.............................................................................................................. 53 
Indústria Mineral..................................................................................................... 54 
CAPÍTULO VI – MÉTODOS DE TRATAMENTO FÍSICOS, QUÍMICOS E 
BIOLÓGICOS DE EFLUENTES ............................................................................ 56 
Métodos de Tratamento........................................................................................... 56 
BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................... 59 
 Processos Industriais 
 
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CAPÍTULO I – CLASSIFICAÇÃO DE PROCESSOS 
 
 
De acordo com o fluxo de entrada e de saída de materiais, os processos 
podem ser classificados da seguinte forma: 
 
• PROCESSOS EM BATELADA 
o O sistema é alimentado de uma só vez no início do processo; 
o Após transcorrido o tempo de processamento, todos os 
produtos são retirados; 
o Não há fluxo de materiais atravessando a fronteira do sistema 
durante o tempo de processamento. 
Ex.: fabricação de adesivos, fabricação de tintas etc. 
 
 
Figura 1 – Tanques de uma fábrica de tintas, exemplificando um processo em batelada. 
Fonte:http://pensandoverde.blogtv.uol.com.br/2008/09/11/destinos-sustentaveis-para-garrafas-pet 
 
• PROCESSOS CONTÍNUOS 
o Os fluxos de entrada (alimentação) e de saída (produtos) 
fluem de forma ininterrupta durante o processamento; 
o Há contínuo fluxo de materiais atravessando a fronteira do 
sistema durante o tempo de processamento. 
Ex.: moagem industrial, classificação em hidrociclones etc. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Processos Industriais 
 
 5 
 
 
Figura 2 – Imagem de um moinho industrial. 
Fonte: http://www.metso.com/br/miningandconstruction 
 
 
 
Figura 3 – Esquema de moinho industrial (seção longitudinal) exemplificando um 
equipamento que opera em processo contínuo. 
Fonte: http://www.ufrgs.br/alimentus/feira/optransf/opt_moagem.htm 
 
 
• PROCESSOS SEMI-CONTÍNUOS 
 
o A alimentação é praticamente instantânea e a saída é 
contínua (ou vice-versa); 
o Há continuo fluxo de material através de uma única fronteira 
do sistema (entrada ou saída) durante o processamento. 
Ex.: Saída de gás de um bujão pressurizado, tanque de combustível etc. 
 
Os processos também são classificados em função de seu estado conforme 
as modificações das variáveis de processo em relação ao tempo, da seguinte 
forma: 
 
• PROCESSOS EM ESTADO ESTACIONÁRIO OU REGIME 
PERMANENTE 
o Os valores das variáveis de processo (temperaturas, 
pressões, vazões etc.) se mantem constantes ao longo do 
tempo. 
 
 Processos Industriais 
 
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• PROCESSOS TRANSIENTES OU NÃO PERMANENTES 
o Osvalores das variáveis de processo se alteram ao longo do 
tempo. 
 Processos Industriais 
 
 7 
CAPÍTULO II – BALANÇOS DE MASSA E DE ENERGIA 
 
Balanço de Massa 
 
Balanço de massa, também conhecido como “balanço material”, baseia-se 
no princípio de conservação da matéria, enunciado pelo famoso químico 
francês, Antoine Lavoisier (1743-1794). 
É atribuída a Lavoisier uma frase 
muito conhecida que traduz o 
princípio de conservação da matéria: 
“Na natureza nada se cria, nada se 
perde, tudo se transforma”, o que 
significa que a matéria não pode 
desaparecer ou ser criada a partir do 
nada. 
Portanto o balanço de massa é 
utilizado para analisar sistemas 
físicos sobre os quais se deseja 
contabilizar fluxos de massa, ou 
seja, determinar as massas que 
entram, se acumulam e saem de um 
determinado sistema. 
Pensando-se em processos 
industriais, simplificadamente o 
balanço de massa pode ser 
caracterizado pela seguinte 
equação: 
• MI = MP+MR 
 
 
Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Antoine_Lavoisier 
 
Onde: 
 
MI: massa de insumos (entrada ou input) 
MP: massa do(s) produto(s) 
MR: massa dos resíduos (sólidos + efluentes) 
 
 Através do balanço de massa é possível calcular fluxos de massa que 
não foram medidos ou compará-los aos registros de medições para verificar 
consistências. 
A partir da determinação das entradas e saídas do sistema de interesse 
é possível estabelecer diversas conclusões, principalmente ao que se refere 
à eficiência dos processos, atividade indispensável para um bom 
gerenciamento. 
Figura 4 – Químico francês, Antoine Lavoisier. 
saída ou 
output 
 Processos Industriais 
 
 8 
Lembre-se que quanto mais resíduos o processo gera, menos eficaz ele 
é, culminando em significativas perdas monetárias e em passivos 
ambientais. 
 
Balanço de Energia 
 
Semelhantemente ao balanço de massa, o balanço de energia ou balanço 
energético se ocupa da determinação dos fluxos de energia e das 
transformações energéticas de um sistema. 
Observe o que enuncia as Primeira e Segunda Leis da Termodinâmica: 
 
Primeira Lei da Termodinâmica 
A energia não pode ser criada ou destruída, mas transformada em outra, 
portanto a quantidade total de energia se conserva. 
 
Segunda Lei da Termodinâmica 
O uso de uma fonte de energia implica na degradação de sua qualidade, 
ou seja, na transformação da energia há perdas irreversíveis (dispersão 
energética). 
 
O balanço energético auxilia o dimensionamento das fontes energéticas e 
reatores para um determinado processo, bem como a avaliação do conteúdo 
energético das perdas por irradiação e convecção a partir do fluxo de entrada e 
saída de massas, podendo prover alternativas de melhor aproveitamento 
energético. 
 
 
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CAPÍTULO III – OPERAÇÕES UNITÁRIAS E 
FLUXOGRAMAS 
Operações Unitárias 
 
A definição de “operação unitária” foi estabelecida em 1915, por Arthur 
Little. Segundo sua definição, um processo industrial pode ser dividido em uma 
série de etapas sequenciais que podem incluir: transferência de massa, 
transporte de sólidos e de líquidos, destilação, moagem, filtragem, 
cristalização, secagem etc. Nesse caso, cada etapa sequencial é considerada 
uma operação unitária do processo em questão. 
No processamento de leite, por exemplo, as etapas de homogeneização, 
pasteurização, resfriamento e embalagem constituem as operações unitárias 
do processo de produção industrial de leite. 
 
 
Fluxogramas 
 
Usualmente, processos industriais são descritos por meio de uma 
ferramenta denominada fluxograma. 
Um fluxograma fornece detalhamento das partes do processo em que 
algum tipo de fluxo ocorre, podendo informar a respeito de máquinas, 
operações, decisões, quantidades etc. 
Observe os diferentes esquemas de fluxogramas apresentados abaixo: 
 
 Processos Industriais 
 
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Figura 5 – Exemplo de fluxograma para atividade de tratamento mecânico mineral. 
 
A Figura 5 ilustra o processamento do ROM (run of mine) em um circuito de 
tratamento mecânico mineral. Observe que cada equipamento tem seu 
desenho simplificado, bem como os diversos produtos obtidos. Através desse 
tipo de fluxograma se torna mais fácil compreender o macroprocesso, através 
do acompanhamento dos fluxos de material através de suas diversas etapas. 
 Processos Industriais 
 
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Figura 6 – Fluxograma descritivo para produção de ferro gusa. 
Fonte: Machado, Marques-Sobrinho e Arrivabene (2004, p. 15) 
 
A Figura 6 apresenta um fluxograma que mostra de forma enxuta a 
produção do ferro gusa. Observe que o fluxograma se inicia com as matérias 
primas que alimentam o alto forno e segue-se indicando o ar que é injetado no 
equipamento, bem como os resíduos gerados na redução do ferro. Finalmente 
os produtos são indicados em suas formas de comercialização. 
 Processos Industriais 
 
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Figura 7 – Fluxograma exemplificando confecção de armação de ferragens. 
 
A Figura 7 ilustra um fluxograma no qual aparece um elemento de decisão 
(o losango). É comum a utilização desse tipo de recurso quando se faz 
necessário checar algum parâmetro para tomada de decisão. Normalmente a 
decisão se resume a um SIM ou um NÃO, cujo fluxo para cada uma destas 
decisões já está definida no fluxograma. 
Nesse caso, após realizar o corte das barras de ferro há que tomar a 
decisão de dobrá-las ou não, informação disponível na ordem de serviço ou 
estabelecida em função da bitola do material. Uma segunda decisão tem ser 
tomada: armar ou não armar? A decisão é tomada de forma similar. 
 
 
 Processos Industriais 
 
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CAPÍTULO IV – FUNDAMENTOS DE TIPOLOGIAS 
INDUSTRIAIS 
 
 
A Indústria Mineral 
 
 
Qualquer atividade, seja ela agrícola ou industrial, seja no campo da 
metalurgia, da indústria química, da construção civil ou do cultivo da terra, 
utiliza os minerais ou seus derivados. Os fertilizantes, os metais e suas ligas, o 
cimento, a cerâmica, o vidro, são todos produzidos a partir de matérias primas 
minerais. 
Percebe-se que aumenta a dependência dos minerais sobre a vida e 
desenvolvimento de um país. 
Com o aumento das populações, cada dia se necessita de maior 
quantidade de matéria prima para atender às crescentes necessidades de 
consumo do ser humano, tanto que é difícil imaginar o nível material alcançado 
por nossa civilização sem o uso dos minerais. 
Com efeito, o consumo per capita de minerais industriais e materiais em 
geral nos países desenvolvidos é algumas vezes superior àquele de países em 
desenvolvimento, como o Brasil. 
Segundo estimativa de Teixeira et al. (2000), o consumo de matéria 
prima mineral chega a incríveis 8 t/ano por pessoa em regiões menos 
desenvolvidas e varia de 15 a 20 t/ano por pessoa, em regiões mais 
desenvolvidas. 
Na indústria mineral, os minérios ou minerais são geralmente 
classificadosem três grandes classes: 
– metálicos; 
– não-metálicos; e 
– energéticos. 
A segunda classe pode ser subdividida em rochas e minerais industriais, 
gemas, e águas minerais. 
Os minerais industriais se aplicam diretamente, tais como se encontram 
ou após algum tratamento (brita, areia, cascalho etc.), ou se prestam como 
matéria prima para a fabricação de uma grande variedade de produtos. 
Os minerais fazem parte dos recursos naturais de um país, juntamente 
com as terras para agricultura, das águas (de superfície e subterrânea), 
biodiversidade etc. 
Como as matérias primas minerais passíveis de serem utilizadas 
diretamente ou transformadas pela indústria encontram-se distribuídas de 
maneira escassa na crosta terrestre, cabe às empresas de mineração, com 
base nas informações geológicas básicas, realizarem a pesquisa mineral em 
áreas previamente selecionadas, em busca de depósitos de potencial interesse 
econômico. 
Feitas a quantificação e qualificação do corpo mineral (cubagem), tem-
se um depósito mineral. Quando este apresenta condições tecnológicas e 
econômicas de ser aproveitado, tem-se finalmente uma jazida mineral. 
 Processos Industriais 
 
 14 
O minério é explotado da jazida por meio de operações de lavra a céu 
aberto ou subterrânea. 
O produto da mina, o minério lavrado, é frequentemente denominado 
ROM ("run-of-mine"), que vem a ser a alimentação da usina de beneficiamento, 
pois frequentemente, um bem mineral não pode ser utilizado tal como é 
lavrado. 
Quando o aproveitamento de um bem mineral vai desde a concentração 
até a extração do metal, a primeira operação traz vantagens econômicas à 
metalurgia, devido ao descarte de massa (rejeito), alcançado na etapa de 
concentração. 
O tratamento ou beneficiamento mineral envolve operações aplicadas 
aos bens minerais objetivando modificar a granulometria, a concentração 
relativa das espécies minerais presentes ou a forma, porém sem alterar a 
identidade química ou física dos minerais. 
 
Conceitos importantes: 
• Mineral é todo corpo inorgânico de composição química e de 
propriedades físicas definidas, encontrado na crosta terrestre. 
• Minério é toda rocha constituída de um mineral ou agregado de 
minerais contendo um ou mais minerais valiosos, possíveis de serem 
aproveitados economicamente. 
• Minerais-minério são minerais valiosos, aproveitáveis como bens úteis; 
• Ganga é o mineral ou conjunto de minerais não aproveitados de um 
minério. 
As operações de concentração – separação seletiva de minerais – 
baseiam-se nas diferenças de propriedades entre o mineral-minério (o mineral 
de interesse) e os minerais de ganga, tais como: 
• peso específico (ou densidade); 
• suscetibilidade magnética; 
• condutividade elétrica; 
• propriedades de química de superfície; 
• Radioatividade; 
• forma etc. 
 
Para um minério ser concentrado, é necessário que os minerais estejam 
fisicamente liberados. 
Isto implica que uma partícula deve apresentar, idealmente, uma única 
espécie mineralógica. 
Para se obter a liberação do mineral, o minério é submetido a uma 
operação de redução de tamanho chamada de cominuição ou fragmentação, 
isto é, britagem e/ou moagem, que pode variar de centímetros até micrometros. 
O termo concentração significa, geralmente, remover a maior parte da 
ganga, presente em grande proporção no minério. 
A purificação, por sua vez, consiste em remover do minério (ou pré-
concentrado) os minerais contaminantes que ocorrem em pequena proporção. 
Na maioria das vezes, as operações de concentração são realizadas a 
úmido, ou seja, acrescenta-se água ao minério, constituindo o que se chama 
de polpa (água + minério). 
Antes de se ter um produto para ser transportado, ou mesmo adequado 
para a indústria química ou para a obtenção do metal por métodos hidro-
 Processos Industriais 
 
 15 
pirometalúrgicos (áreas da Metalurgia Extrativa), é necessário eliminar parte da 
água do concentrado. 
Estas operações compreendem desaguamento (espessamento e 
filtragem) e secagem. 
Em um fluxograma típico de tratamento de minérios, as operações 
unitárias são classificadas conforme estabelecido abaixo: 
 
 
Figura 8 – Fluxograma típico de tratamento de minérios. 
Fonte: Luz, Sampaio e Almeida (2004, p. 5) 
 
Britagem 
 
A britagem pode ser definida como conjunto de operações que objetiva a 
fragmentação de blocos de minérios oriundos da mina, levando-os a 
granulometria compatíveis para utilização direta ou para posterior 
processamento. 
A britagem é um estágio no processamento de minérios, que utiliza, em 
sucessivas etapas, equipamentos apropriados para a redução de tamanhos 
convenientes, ou para a liberação de minerais valiosos de sua ganga, sendo 
 Processos Industriais 
 
 16 
aplicada a fragmentos de distintos tamanhos, desde rochas de 1000 mm até 10 
mm. 
 
Britagem Primária 
 
• Os britadores empregados são os de grande porte e sempre operam em circuito 
aberto e sem o descarte (escalpe) da fração fina contida na alimentação. 
• A britagem primária é realizada a seco e tem uma razão de redução em torno de 
8:1. 
• Para este estágio são utilizados os seguintes tipos de britadores: britador de 
mandíbulas, britador giratório, britador de impacto e o de rolos dentado. 
 
 
Figura 9 – Esquemas de britadores de mandíbulas em corte vertical: a) britador de 
mandíbulas de 1 eixo e b) britador de mandíbulas de dois eixos. 
Fonte: Luz, Sampaio e Almeida (2004, p. 133-134) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Luz, Sampaio e Almeida (2004, p. 135) 
 
a) b) 
Figura 10 – Esquema de britador giratório em corte vertical. 
 Processos Industriais 
 
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Fonte: Luz, Sampaio e Almeida (2004, p. 135) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Luz, Sampaio e Almeida (2004, p. 136) 
 
Figura 11 – Esquema de britador de impacto em corte vertical. 
Figura 12 – Esquema de britador de rolo dentado. 
 Processos Industriais 
 
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Quadro 1 – Comparação entre britadores primários. 
 
Fonte: Luz, Sampaio e Almeida (2004, p. 132) 
 Processos Industriais 
 
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Britagem Secundária 
 
• Entende-se por britagem secundária, de forma geral, todas as gerações 
de britagem subsequentes à primária. 
• Objetiva a redução granulométrica do material para a moagem. 
• É comum descarte prévio da fração fina na alimentação, para aumentar 
a capacidade de produção (escalpe). 
Os equipamentos normalmente utilizados são: 
– britador giratório secundário; 
– britador de mandíbulas secundário; 
– britador cônico; 
– britador de martelos; 
– britador de rolos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Luz, Sampaio e Almeida (2004, p. 138) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Luz, Sampaio e Almeida (2004, p. 139) 
Figura 13 – Esquema de britadorcônico em corte vertical. 
Figura 14 – Esquema de britador de rolos lem corte vertical. 
 Processos Industriais 
 
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Britagem Terciária 
 
• Em geral é o último estágio de britagem, no entanto, existem usinas com 
mais de três estágios, cujo fato está ligado às características de 
fragmentação do material, ou à granulometria do produto final. 
• Os equipamentos em geral utilizados são os britadores cônicos, cuja 
granulometria máxima do produto obtido está compreendida na faixa de 
25 a 3 mm, com uma razão de redução de 4:1 ou 6:1. 
• Estes equipamentos exigem um maior controle de operação, geralmente 
trabalhando em circuito fechado. 
 
 
Peneiramento 
 
O peneiramento tem como objetivo a separação de um material em duas ou 
mais frações, com partículas de tamanhos distintos. 
Os equipamentos utilizados no peneiramento podem ser divididos em três 
tipos: 
• grelhas - constituídas por barras metálicas dispostas paralelamente, 
mantendo um espaçamento regular entre si; 
• crivos - formados por chapas metálicas planas ou curvas, perfuradas por 
um sistema de furos de várias formas e dimensão determinada; 
• telas - constituídas por fios metálicos trançados geralmente em duas 
direções ortogonais, de forma a deixarem entre si "malhas" ou 
"aberturas" de dimensões determinadas, podendo estas serem 
quadradas ou retangulares. 
 
 
Figura 15 – Esquema de equipamentos de peneiramento: a) grelha fixa ; b) grelha 
vibratória; c) trommel; e d) peneira vibratória de 3 decks. 
Fonte: Luz, Sampaio e Almeida (2004, p. 220-224) 
 
a) b) 
c) d) 
 Processos Industriais 
 
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Figura 16 – Imagem de peneira vibratória 
Fonte: http://www.equipamentossaojorge.com.br 
 
No peneiramento a úmido adiciona-se água ao material com o propósito 
de facilitar a passagem dos finos através da tela de peneiramento. 
O material retido na tela é denominado oversize e o passante, undersize. 
Os peneiramentos industriais a seco são realizados, normalmente, em 
frações granulométricas de até 6 mm. Embora seja factível peneirar a seco 
com eficiência razoável em frações de até 1,7 mm. 
A úmido, o peneiramento industrial é normalmente aplicado para até 0,4 
mm, mas recentemente tem sido possível peneirar partículas mais finas, da 
ordem de 50 µm. 
Em peneiramento industrial a palavra eficiência é empregada para 
expressar a avaliação do desempenho da operação em relação a separação 
granulométrica ideal desejada. 
A eficiência de peneiramento é definida como a relação entre a quantidade 
de partículas mais finas que a abertura da tela de peneiramento e que passam 
por ela e a quantidade delas presente na alimentação. 
Industrialmente, a eficiência de peneiramento situa-se entre 80 e 90%, 
atingindo em alguns casos 95%. 
 
 
Moagem 
 
A moagem é o último estágio do processo de fragmentação, onde neste 
estágio as partículas são reduzidas, pela combinação de impacto, compressão, 
abrasão e atrito, a um tamanho adequado à liberação do mineral. 
 Processos Industriais 
 
 22 
Cada minério tem uma malha ótima para ser moído, dependendo de 
muitos fatores incluindo a distribuição do mineral útil na ganga e o processo de 
separação ulterior. 
A moagem é a área da fragmentação que requer: 
• maiores investimentos; e 
• maior gasto de energia. 
 
Os equipamentos mais empregados na moagem são: 
• moinho cilíndrico (barras, bolas ou seixos); 
• moinho de martelos; 
• entre outros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Luz, Sampaio e Almeida (2004, p. 153) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Luz, Sampaio e Almeida (2004, p. 156) 
 
 
Figura 17 – Esquema de moinho cilíndrico. 
Figura 18 – Esquema mostrando o movimento da carga no interior do moinho de bolas no 
regime de catarata. 
 Processos Industriais 
 
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Fonte: Luz, Sampaio e Almeida (2004, p. 156) 
 
 
 
 
Figura 20 – Imagem de corpos moedores (bolas de ferro) 
Fonte: http://cms-cement.com/vega_6.html 
Classificação 
 
Semelhantemente ao peneiramento, a classificação também objetiva a 
separação de um material em duas ou mais frações, com partículas de 
tamanhos distintos. 
Na classificação, a separação é realizada tomando-se como base a 
velocidade que os grãos atravessam um meio fluido e é aplicada, 
habitualmente, para populações de partículas com granulometria muito fina, 
onde o peneiramento não funciona satisfatoriamente. 
Pode-se dividir em dois os objetivos da classificação: 
• Selecionar partículas suficientemente finas (elevado grau de liberação) 
para alimentar processos de concentração; e 
• Eliminar partículas muito finas (deslamagem). 
 
 
Espirais 
 
Os classificadores espirais são os mais utilizados em instalações de 
pequena capacidade; 
campo de aplicação restrito a uma faixa granulométrica entre 0,833 a 0,074 
mm. 
• Os classificadores espirais consistem de uma calha onde dentro dela 
encontra-se um eixo envolvido por uma ou mais hélices, as quais, 
girando, mantêm a polpa em suspensão. 
Figura 19 – Esquema mostrando o movimento da carga de bolas no regime de 
cascata. 
 Processos Industriais 
 
 24 
• As hélices têm a função de remover o material sedimentado do fundo da 
calha. 
• O conjunto como um todo apresenta vários níveis de inclinação, sendo 
esta uma variável de processo. 
• O classificador em espiral é normalmente caracterizado pelo diâmetro da 
espiral. 
• A alimentação é feita abaixo do nível de polpa e o material mais pesado 
afunda e é transportado pelas hélices ao longo do declive, sendo 
finalmente descarregado na parte superior através de uma abertura na 
base da calha, acima do nível de água. 
• O material mais fino transborda pela parte inferior da calha. 
• As condições operacionais são definidas pela: 
• velocidade de revolvimento ou arraste; 
• altura da calha e inclinação da calha; 
• diluição da polpa. 
 
 
Figura 21 – Esquema em corte vertical de um classificador espiral. 
Fonte: Luz, Sampaio e Almeida (2004, p. 208) 
 
 
 
Hidrociclones 
 
 
Os hidrociclones têm maior aplicação em circuitos fechados de moagem. O 
princípio básico de separação empregado nos hodrociclones é a sedimentação 
centrífuga. 
O desempenho dos hidrociclones é influenciado por suas dimensões, pelas 
variáveis operacionais e pelas propriedades físicas dos sólidos e da polpa 
alimentada. 
A polpa é injetada sob pressão no aparelho, através de um duto situado na 
parte superior da câmara cilíndrica e, como resultado de sua entrada 
tangencial, é criado no seu interior um redemoinho. 
As partículas mais grossas e mais densas são arremessadas às paredes e 
descarregadas na abertura inferior, o apex, constituindo o underflow. Por sua 
 Processos Industriais 
 
 25 
vez, as partículas mais finas, menos densas e grande parte da fase líquida são 
dirigidas para o centro do hidrociclone e saem por um cilindro na partesuperior 
do aparelho, denominado vortex finder, constituindo o overflow. 
 
 
 
 
Fonte: Luz, Sampaio e Almeida (2004, p. 209) 
 
Figura 22 – Esquema em corte vertical de um hidrociclone classificador. 
 Processos Industriais 
 
 26 
 
Figura 23 – Imagem de conjunto de hidrociclones. 
Fonte: www.brasmicmineracao.com.br/conteudo/fotos/17.jpg 
 
Principais aplicações de hidrociclones: 
• espessamento - elimina a maior parte da água de uma polpa; 
• deslamagem - elimina as partículas mais finas. 
• classificação - frequentemente utilizado no fechamento de circuito de 
moagem onde o underflow do hidrociclone retorna ao moinho; 
• classificação seletiva – por meio de uma configuração de hidrociclones 
em série, é possível obter-se um conjunto de produtos com 
granulometria definida; 
• pré-concentração - utilizando hidrociclones de fundo chato, pode-se 
realizar concentração por gravidade onde os minerais mais densos são 
descartados pelo underflow. 
 
Principais vantagens: 
• capacidade elevada em relação ao seu volume e à área ocupada; 
• controle operacional relativamente simples; 
• custo de investimento pequeno; 
 Processos Industriais 
 
 27 
• devido ao seu baixo preço e pequeno espaço ocupado, é possível 
manter unidades de reserva. 
 
Desvantagens: 
• Não possibilitam realizar ajustes para minimizar os efeitos causados 
pelas oscilações na alimentação; 
• para se ter um controle efetivo no processo, geralmente são necessárias 
instalações sofisticadas; 
• se o minério for abrasivo, o custo de manutenção das bombas e dos 
hidrociclones poderá ser relativamente elevado. 
 
Concentração 
 
A concentração de minérios visa separar os minerais de interesse dos 
que não o são. Para isso é necessário que o(s) mineral(is) de interesse não 
esteja(m) fisicamente agregado(s) aos minerais de ganga, daí a importância 
das etapas de fragmentação e classificação, que realizam e monitoram essa 
separação. 
As operações de concentração – separação seletiva de minerais – 
exploram as diferenças de propriedades entre o mineral-minério (o mineral de 
interesse) e os minerais de ganga, tais como: 
• peso específico (ou densidade); 
• suscetibilidade magnética; 
• condutividade elétrica; 
• propriedades de química de superfície; 
• radioatividade; 
• forma etc. 
 
Veremos alguns métodos mais comuns de concentração mineral. 
 
 
Concentração Gravítica ou Gravimétrica 
 
O método de concentração gravítico apresenta bons resultados a custos 
reduzidos. O processo explora a diferença de densidade existente entre os 
minerais presentes, utilizando-se de um meio fluido (água ou ar) para efetivar a 
concentração. Os equipamentos tradicionalmente utilizados são os jigues, 
mesas vibratórias, espirais, cones e “sluices”. O método é comumente adotado 
na produção de ouro, ilmenita, zirconita, monazita, cromita, cassiterita etc. 
Os principais mecanismos que atuam no processo de concentração 
gravítico são: 
• aceleração diferencial; 
• sedimentação retardada; 
• velocidade diferencial em escoamento laminar; 
• consolidação intersticial; 
• ação de forças cisalhantes. 
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 28 
 
 
 
Figura 24 – Ilustração dos principais mecanismos que atuam no processo de 
concentração gravítico. 
Fonte: Luz, Sampaio e Almeida (2004, p. 242) 
 
Concentrador espiral 
 
 
O concentrador espiral possui forma de um canal helicoidal de seção transversal 
semicircular. 
 
 Processos Industriais 
 
 29 
 
Figura 25 – Esquema de classificador espiral Humphreys. 
Fonte: Luz, Sampaio e Almeida (2004, p. 258) 
 
Quando a espiral é alimentada, a velocidade da polpa varia de zero na 
superfície do canal até um valor máximo na interface com o ar, devido ao 
escoamento laminar. 
Ocorre também uma estratificação no plano vertical, usualmente 
atribuída à combinação de sedimentação retardada e consolidação 
intersticial, sendo também provável que haja a ação de esforços 
cisalhantes. 
O resultado final é que no plano vertical, os minerais pesados 
estratificam-se na superfície do canal, com baixa velocidade, e os minerais 
leves tendem a estratificar-se na parte superior do fluxo, nas regiões de 
maiores velocidades. 
A trajetória helicoidal causa também um gradiente radial de velocidade 
no plano horizontal, que tem um efeito menor na trajetória dos minerais 
pesados e substancial na dos minerais leves. Estes, devido à força centrífuga, 
tendem a uma trajetória mais externa. 
 
Hidrociclones concentradores 
 
O hidrociclone usado para concentração gravítica é projetado para 
minimizar o efeito de classificação e maximizar a influência da densidade das 
partículas. 
Quando comparado com o ciclone classificador, apresenta maior 
diâmetro e comprimento do vortex finder e com ângulo do ápex superior. 
 Processos Industriais 
 
 30 
 
 
 
 
 
Figura 26 – Esquema de um hidrociclone concentrador em corte vertical. 
Fonte: Luz, Sampaio e Almeida (2004, p. 260) 
 
 
Flotação 
 
A flotação é o método de concentração muito comum no tratamento de 
quase todos os tipos de minérios, devido à sua grande versatilidade e 
seletividade. 
Além disso, a flotação permite obter concentrados com elevados teores e 
expressivas recuperações, sendo aplicada no beneficiamento de minérios com 
baixo teor e granulometria fina. 
O método de flotação se baseia no comportamento físico-químico das 
superfícies das partículas minerais presentes numa suspensão aquosa. 
A utilização de reagentes específicos, denominados coletores, 
depressores e modificadores, permite a recuperação seletiva dos minerais de 
interesse por adsorção em bolhas de ar. 
Os equipamentos tradicionalmente adotados se dividem em duas classes, 
mecânicos e pneumáticos, dependendo do dispositivo utilizado para efetivar a 
separação. 
 Processos Industriais 
 
 31 
 
 
 
 
 
 Figura 27 – Esquema de uma coluna de flotação. 
 Fonte: Oliveira e Aquino (2005, p. 47) 
 
 
 
Figura 28 – Esquema de uma célula de flotação mecânica 
Fonte: Oliveira et al. (2004, p. 37) 
 
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 32 
 
Figura 29 – Imagem de espuma carregada de minério no topo de uma célula de flotação. 
Fonte: http://www.manutencaoesuprimentos.com.br/conteudo/5205-processo-de-
flotacao-na-mineracao/ 
 
 
Espessamento 
 
 
 O espessamento é uma operação de separação sólido-líquido de grande 
importância e é utilizada em indústrias químicas, têxteis, farmacêuticas, no 
beneficiamento de minério, bem como no processamento de 
alimentos, tratamento de água e resíduos, entre outras, uma vez que 
grande parte dos produtos industriais são suspensões de sólidos em 
líquidos. 
O objetivo da operação de espessamento é obter os sólidos 
existentes numa suspensão concentrada com uma quantidade 
mínima possível de líquido. Isso é possível através da sedimentação 
dos sólidos contidos na polpa. 
Parafacilitar o processo de sedimentação dos sólidos da polpa, 
são utilizados equipamentos próprios, além de adições de produtos 
floculantes ou coagulantes. 
Os espessadores contínuos são tanques rasos, de grande 
diâmetro, onde operam grades que giram de forma lenta para 
removerem a lama. 
A suspensão é injetada pela parte central do equipamento. Em 
torno da borda do tanque existem vertedores para a retirada do 
líquido límpido. As grades (ou rastelos) servem para raspar a lama, 
conduzindo-a para o centro, por onde é descarregada. O movimento 
das grades promove agitação na camada de lama, estimulando a 
floculação e a remoção da água retida na lama. Os rastelos giram 
com velocidade em torno de 1 rotação a cada 5 a 30 minutos. 
 
 Processos Industriais 
 
 33 
 
 
Figura 30 – Esquema de um espessador contínuo. 
Fonte: http://www.enq.ufsc.br/muller/ 
 
 Processos Industriais 
 
 34 
 
Figura 31 – Imagem de um espessador industrial contínuo. 
Fonte: www.vlc.com.br 
 
Filtração 
 
 
 A filtração de suspensões sólido-líquido sob pressão ocorre por meio da 
utilização de um meio filtrante (matriz porosa) que se opõe à passagem dos 
sólidos da suspensão, deixando apenas o líquido atravessar. Por 
consequência, essas partículas sólidas se acumulam no lado externo do meio 
filtrante formando uma torta (cake). A torta, por sua vez, se torna um meio 
poroso que se compacta pela percolação do próprio filtrado, portanto, sua 
espessura aumenta à medida se procede a filtragem. 
 
Figura 32 – Esquema ilustrando a filtração de uma suspensão com formação de torta. 
Fonte: Luz, Sampaio e Almeida (2004, p. 598) 
 
 Processos Industriais 
 
 35 
 Após a efetivada a filtragem de um determinado volume de suspensão, a 
torta é lavada para eliminar resquícios do liquido original e depois coletada. 
 
 
Filtro Prensa 
 
 
Os filtros prensa foram introduzidos por volta do século XIX e foram 
utilizados por muitos anos principalmente na separação de lamas. Eles foram 
considerados máquinas de trabalho intensivo, não encontrando muita aceitação 
nas indústrias de processo sofisticados e altamente automatizados. 
Em meados dos anos 60 esta imagem mudou pela introdução de 
mecanismos avançados, orientados para obter tortas de baixa umidade que 
descarregam automaticamente e permitem a lavagem do pano ao término do 
ciclo de filtração. 
 
 
Figura 33 – Imagem de filtro prensa. 
Fonte: www.7way.com.br 
 
 
 
 
Figura 34- Esquema de filtro prensa em corte longitudinal. 
Fonte: http://www.ufrnet.ufrn.br/~lair/Pagina–OPUNIT/Filterpress.htm 
 
 
 
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 36 
A Indústria Siderúrgica 
 
 
Conceitos importantes 
 
• METALURGIA: é a arte de extrair do(s) minério(s) o(s) metal(is), 
elaborá-lo(s) e conformá-lo(s) com o fim de produzir os objetos 
necessários à humanidade; 
• DIVISÃO DA METALURGIA: a metalurgia pode ser dividida em 
siderurgia e metalurgia dos não ferrosos; 
• SIDERURGIA: É a metalurgia do ferro e suas ligas; 
• METALURGIA DOS NÃO FERROSOS: É a metalurgia dos outros 
metais, como do alumínio e suas ligas, do cobre e suas ligas, do ouro 
etc; 
 
Os produtos siderúrgicos se dividem em duas famílias principais: os 
aços e os ferros fundidos. 
 
 
AÇOS 
 
O aço é uma liga metálica formada basicamente de ferro (Fe) e carbono 
(C). Possui ductibilidade, por isso é facilmente deformável por processos de 
forja, laminação, extrusão etc. 
Como o aço é um material produzido para ser deformado, ele deve no 
aquecimento produzir uma estrutura totalmente austenítica, ou seja, deve 
possuir teor de carbono inferior a 2% mas, na prática, os aços comerciais não 
ultrapassam a 0,8% de carbono. 
Os ferros fundidos são produzidos já no formato da peça final, portanto 
não sofrerão deformações posteriores, o seu teor de carbono está acima de 
2%, o que lhe confere determinada fragilidade. 
Existe uma gama de tipos de aços, podendo-se destacar as seguintes 
famílias: 
• Aços carbono comuns 
• Aços micro-ligados 
• Aços ligados de baixa liga 
• Aços de alta liga: Inoxidáveis ferríticos, inoxidáveis austeníticos, 
para ferramentas e matrizes, etc. 
 
Os aços podem ser classificados com base em diferentes parâmetros, tais 
como dureza, aplicações, normas técnicas, etc. 
De acordo com a dureza, os aços se dividem nos seguintes grupos: 
• Aços extra-doces: Abaixo de 0,15% de C; 
• Aços doces: 0,15 a 0,30% de C; 
• Aços meio-doces: 0,30 a 0,40% de C; 
• Aços meio-duros: 0,40 a 0,60% de C; 
• Aços duros: 0,60 a 0,70% de C; e 
 Processos Industriais 
 
 37 
• Aços extra-duros: Acima de 0,70% de C. 
 
 
Fabricação de Aços 
 
 
A fabricação de aços segue as etapas estabelecidas no fluxograma abaixo: 
 
 
Figura 35 – Fluxograma da fabricação de aços. 
Fonte: Machado, Marques-Sobrinho e Arrivabene (2004, p. 14) 
 
 
Matérias primas 
 
As matérias primas minerais utilizadas no processo de redução para 
obtenção do ferro gusa, se classificam a princípio em minérios de ferro, 
fundentes, adições e materiais de geração interna. Segue a descrição de 
cada matéria prima: 
• Minério de ferro 
– São aquelas portadoras do principal elemento que é o ferro, 
normalmente este aparece combinado com o oxigênio na forma 
de óxido (composto químico). 
 Processos Industriais 
 
 38 
– Esta combinação pode ocorrer de várias formas originando 
minérios de composição química e características diferentes, 
dentre eles tem-se a hematita (Fe2O3 ) e Magnetita (Fe3O4 ). 
 
• Fundentes 
– São matérias primas utilizadas para diminuir o ponto de fusão da 
ganga, escorificando as impurezas contidas nos minérios e dando 
condição para posterior retirada do produto desejado (ferro gusa). 
 
• Adições 
– São matérias primas portadora de elementos que, em menores 
proporções, contribuem para se obter um determinado propósito, 
seja no produto ou no processo. Ex. minério de manganês 
(ilmenita). 
 
• Materiais de geração interna 
– São os materiais originados dentro da própria usina cujo 
aproveitamento torna-se econômico sem prejudicar o processo de 
sinterização (sinterizar é propiciar uma semi-fusão de uma 
mistura de minérios). 
– Na maioria dos casos trata-se de resíduos siderúrgicos gerados 
na própria usina e que podem gerar algum tipo de impacto 
ambiental, caso não sejam reciclados ou dispostos de forma 
correta. 
– É fundamental seu reaproveitamento, podendo-se citar: pó de 
minério, pó de coque, pó de carvão, escória de alto forno. 
 
O minério de ferro normalmente participa numa proporção que pode variar 
de 5% até 20%, dependendo da usina e da situação. Basicamente um minério 
para alto forno deve apresentar: 
• Alto teor de ferro; 
• Baixos teores de fósforo, álcalis e enxofre; 
• No caso do fósforo, cerca de 100% vai para o gusa, além disso, estima-
se que para cada 0,1% de fósforo no gusa necessita-se de 1,0 Kg de 
Carbono/t gusa. 
 
Os álcalis (Na2O e K2O) provocam formação de cascão no alto forno e o 
enxofre (S) e o fósforo (P) elevados desclassificamo aço na aciaria devido ao 
fato de provocarem fragilidade no mesmo. 
As principais matérias primas originadas no interior das usinas são: 
• carepa; 
• pó de alto forno; 
• Lixo Industrial; 
• geração da Calcinação; 
• pó de CDQ (pó original da coqueria de alto teor de carbono) e etc. 
 
Coqueria 
 
Coqueria é a unidade industrial que transforma mistura de carvões minerais 
em coque. 
 Processos Industriais 
 
 39 
 
Figura 36 – Imagem de coque. 
Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Coque 
 
O coque metalúrgico é empregado nos altos fornos, onde pode atuar como 
combustível, redutor, fornecedor de carbono ao gusa e permeabilizador da 
carga. 
No custo de produção do ferro gusa, o coque supera 40% do total, o que lhe 
confere grande importância na siderurgia. 
O ciclo operacional da coqueria pode ser resumido nas fases que constam 
no fluxograma abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Preparação da 
mistura de carvões 
Enfornamento/ 
Aquecimento 
Desenfornamento/ 
Apagamento 
Tratamento das 
substâncias voláteis 
Preparação do 
coque 
Figura 37 – Ciclo operacional da coqueria. 
 Processos Industriais 
 
 40 
 
Fonte: Elaboração própria baseado em Machado, Marques-Sobrinho e Arrivabene (2004, p. 32) 
 
Uma bateria de fornos de coque com recuperação de subprodutos é 
constituída de fornos verticais cujas dimensões podem variar de 11 a 15 metros 
de comprimento, 3 a 7 metros de altura e 300 a 550 mm de largura. Suas 
paredes são construídas de tijolo refratário de sílica, de projeto especial para 
evitar a passagem de gases. 
Estes fornos são aquecidos por um gás, o qual é injetado em uma rede 
de dutos que, por sua vez, são conectados aos regeneradores, que alimentam 
dois fornos de coqueificação adjacentes. Estes regeneradores são construídos 
de tijolos refratários de sílica-aluminoso, cuja função é absorver calor dos 
gases queimados e, posteriormente, ao inverter o fluxo dos gases, eles servem 
para aquecer o ar que irá ser usado para combustão. 
O número de fornos numa bateria pode ser muito variado e podendo 
chegar a ter 200 fornos, e cada forno tem portas removíveis para possibilitar a 
retirada do coque incandescente com o uso da máquina desenfornadora. 
Um parâmetro de grande importância na operação de uma bateria de 
fornos de coqueria é o tempo de coqueificação, que geralmente varia entre 16 
a 18 horas. 
 
Figura 38 – Desenfornamento e apagamento de coque. 
Fonte: www.ianalitica.wordpress.com 
 
Preparação do coque 
 
Após ser resfriado, o coque deve ser britado e peneirado nas peneiras 
de 75 e 20mm. O coque com 20 a 75mm é enviado para o alto forno e o menor 
que 20mm para a sinterização. 
 
Tratamento das substâncias voláteis 
 
 Processos Industriais 
 
 41 
Em torno de de 25% da mistura de carvões se transforma em matérias 
voláteis que, depois de tratadas, podem ser usadas na própria usina ou 
vendidas. 
 
Sinterização 
 
A sinterização é um processo que consiste em misturar e homogeneizar 
finos de minérios de ferro (sinter feed), finos de carvão ou coque, finos de 
fundentes (cal, etc.) e umidade e fazer a combustão do carvão ou coque, de 
modo que a temperatura atinja de 1200º a 1400°C, condição suficiente para 
que a umidade evapore e as partículas da carga se unem por caldeamento, 
obtendo-se um material resistente e poroso denominado sinter. 
 
 
Figura 39- Fluxograma do processo de sinterização. 
Fonte: Machado, Marques-Sobrinho e Arrivabene (2004, p. 45) 
 
 Processos Industriais 
 
 42 
O processo de sinterização começa com a a ignição do carvão contido 
na superficie da mistura com auxílio de maçaricos apropriados, desencadeando 
a zona de combustão que avança para baixo, guiada pela corrente de ar 
descendente succionado pelo sistema de exaustão, até atingir a falsa grelha, 
quando a combustão se extingue. 
Conforme a frente de combustão desce, toda a mistura é aquecida 
acima de 1200°C, ocorrendo a soldagem das partículas por caldeamento, 
resultando uma grande camada de sinter. 
Para impedir a sucção de finos pelo sistema de exaustão e também para 
evitar que a frente de combustão atinja as barras de grelha, utiliza-se uma 
falsa grelha que é uma camada protetora de sinter, com 25 a 35mm de 
espessura, com granulometria de 10 a 25mm. 
 
 
Figura 40- Ilustração da frente de combustão no processo de sinterização. 
Fonte: Machado, Marques-Sobrinho e Arrivabene (2004, p. 44) 
 
As máquinas de sinterização podem ser intermitentes, adequadas a 
pequenas usinas siderúrgicas ou contínuas, para grandes usinas. 
 
 Processos Industriais 
 
 43 
 
 
Figura 41 – Representação esquemática de uma máquina de sinterização contínua 
Fonte: Machado, Marques-Sobrinho e Arrivabene (2004, p. 47) 
 
Redução do Minério de Ferro 
 
O processo de obtenção do ferro metálico consiste basicamente na 
redução dos óxidos de ferro constituintes do minério, utilizando-se de um 
combustível carbonoso redutor, geralmente coque, carvão vegetal ou carvão 
mineral. 
As reações de redução dos óxidos de ferro exigem temperaturas 
superiores a 1000º C para que ocorram em velocidades satisfatórias, onde 
obtem-se o ferro por redução direta ou indireta. 
Processos de redução direta são aqueles nos quais a redução do 
minério de ferro a ferro metálico é realizada sem que ocorra, em nenhuma 
etapa do processo, a fusão da carga no reator. 
A redução de minério de ferro no estado sólido por carvão é antiga e 
caracterizou o principal processo de obtenção de ferro até o desenvolvimento 
dos altos fornos. O produto metálico é obtido na fase sólida, sendo chamado de 
“ferro esponja” devido ao seu aspecto esponjoso. 
O ferro esponja é um produto metálico com 85 a 95% de ferro e de 0,1 a 
1,0% de C. É obtido no estado sólido à temperatura em torno de 1100º C. 
De forma geral, o ferro esponja é utilizado em fornos elétricos a arco em 
vez de sucata para obtenção do aço, onde a sua característica vantajosa é a 
sua pureza (elementos de liga contidos na sucata podem dificultar o 
atendimento à especificação do aço a ser produzido). 
Os processos de redução direta podem ser divididos conforme o tipo de 
redutor, em duas classes: redutor sólido (carvão ou coque) ou redutor gasoso 
(gás natural-CH4 e/ou gases redutores como CO, H2). 
O processo de redução direta é viável em países pouco industrializados, 
com minérios de alta qualidade, com escassez de sucata e com gás natural em 
abundância. Nesse caso reduz-se a utilização do coque que é necessário nos 
altos fornos, uma vez que este redutor necessita de carvão mineral 
coqueificável e cujas reservas estão cada vez mais escassas. 
A redução indireta de minério de ferro é realizada em altos fornos, 
onde ocorre a fusão redutora do minério de ferro na presença de combustível 
carbonoso (carvão ou coque) e gases redutores que permeiam a carga. 
 
 
 Processos Industriais 
 
 44 
Alto Forno 
 
 O alto forno é um tipo de forno decuba empregado na produção de 
ferro gusa (ferro bruto). 
O alto forno geralmente é construído com chaparia de aço extradoce, 
protegida internamente com uma grossa camada de refratários dotados de 
camisas de refrigeração a água. 
O corpo principal do alto forno se divide em goela, cuba, ventre, rampa e 
cadinho, a saber: 
• TOPO 
– É a parte superior do alto forno onde localizam-se os dispositivos 
de carregamento (cone grande, cone pequeno, bleeders, correia 
transportadora, etc.) 
 
• GOELA OU GARGANTA 
– Situa-se logo abaixo do cone grande, possui várias fieiras de 
placas de desgaste feitas em aço ou ferro fundido para proteger 
os refratários do impacto e da abrasão da carga ao ser aberto o 
cone grande. 
 
• CUBA 
– Região logo abaixo da goela onde os materiais carregados ainda 
estão no estado granular. 
– 
• VENTRE 
– É a parte de maior diâmetro do Alto forno e região de alta 
temperatura. 
 
• RAMPA 
– É a região onde os refratários estão submetidos aos ataques mais 
severos, devido à ação do calor, pressão e ação da escória. 
– Esta região é refrigerada externamente, podendo-se inserir entre 
os refratários varias placas de refrigeração ou staves. 
 
• CADINHO 
– Região que acumula o gusa e a escória. O diâmetro interno do 
cadinho mais o volume interno do forno são utilizados para 
representar o tamanho do forno. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Processos Industriais 
 
 45 
 
 
 
 
Figura 42- Representação esquemática de alto forno em corte vertical. 
Fonte: Fonte: Machado, Marques-Sobrinho e Arrivabene (2004, p. 56) 
 
A mistura de minérios de ferro + carvão vegetal ou coque + fundente 
são carregados no topo do forno e, na descida, são transformados pela ação 
dos gases ascendentes, provenientes da combustão do carvão com o oxigênio 
soprado pelas ventaneiras, obtendo-se escória e ferro gusa líquidos pelo 
cadinho, e poeiras e gases no topo. 
Em um alto forno, o ferro gusa é o principal produto, sendo o gás de 
topo, o pó e a escória, subprodutos aproveitáveis. 
 
 Processos Industriais 
 
 46 
 
Figura 43 – Imagem de alto forno. 
Fonte: www.alufer.com.br 
 
A quantidade de escória produzida é normalmente 250 a 340 kg/t de 
gusa. 
A escória de alto forno era descartada. Atualmente ela é um subproduto 
se apresentando na forma de escória bruta (aterros) e escória granulada 
(usada na fabricação de cimento). 
O gusa e a escória saem juntos por um único furo no cadinho, chamado 
furo de gusa e a separação se faz por diferença de densidade no canal 
de corrida principal. 
 
 Processos Industriais 
 
 47 
 
 
Figura 44 – Imagem do ferro gusa sendo esgotado do alto forno (canal de corrida). 
Fonte: http://pt.dreamstime.com/fotos-de-stock-royalty-free-alto-forno-image14989608 
 
O gusa, mais denso, segue por outros canais em direção ao carro 
torpedo, e a escória segue para o sistema de granulação, onde a mesma 
recebe jatos de água pressurizados ficando com granulação fina devido ao 
choque térmico. 
Após desidratação da escória, ela é vendida para fábricas de cimento. 
 
 
 
 
Figura 45 – Esquema ilustrando o sistema de separação do gusa e da escória na casa de corrida. 
Fonte: Fonte: Machado, Marques-Sobrinho e Arrivabene (2004, p. 63) 
 
Produção de Aço em Convertedor 
 
A transformação do gusa líquido em aço envolve: 
• a diminuição dos teores de carbono, silício, fósforo, enxofre e 
nitrogênio a níveis bastante baixos; 
• a adição de sucata ou minério de ferro para ajustar a temperatura do 
aço bruto; e 
• o ajuste dos teores de carbono, manganês, elementos de liga e da 
temperatura no forno ou na panela de vazamento. 
 Processos Industriais 
 
 48 
 
Existem diversos tipos diferentes de convertedores, que encerram 
diferentes tipos de métodos de transformação do ferro gusa em aço 
(Bessemer, Siemens-Martin, LD, Elétrico etc.). Veremos aqui o convertedor 
LD por se tratar de um método muito utilizado. 
 
Convertedor LD 
 
O convertedor LD tem a forma de um barril sendo basculado para carga ou 
vazamento, em torno de um eixo horizontal, acionado por conjuntos de motores 
e redutores. 
Para a chaparia, é utilizado um aço baixa liga ao cromo-molibdênio. 
Junto à carcaça metálica, em aço resistente ao envelhecimento, com 35 a 
75 mm de espessura, como revestimento permanente é colocada uma camada 
de tijolos de magnésia calcinada, seguindo-se uma camada de magnésia 
apisoada, como separação e uma camada de desgaste, em blocos de dolomita 
calcinada impregnada com alcatrão. 
O fundo é de chapa metálica reforçada, seguindo-se várias fieiras de tijolos 
de magnésia, até a camada de desgaste, em blocos de magnésia calcinada e 
impregnada. 
A lança consiste de 3 tubos concêntricos, de aço sem costura, terminando 
num bocal de cobre eletrolítico; no interno, flui o oxigênio; o intermediário, é 
para a alimentação da água de resfriamento e, o externo, para o retomo da 
água aquecida. 
A ponta da lança contém 3 a 5 dutos em forma de venturi, para obter a 
velocidade supersônica do gás. 
Um sistema de talha elétrica, comandado da plataforma do conversor, 
suspende ou abaixa a lança. 
A vida útil de uma lança é da ordem de algumas centenas de corridas. 
 
 
Figura 46 – Representação esquemática de convertedor LD em corte vertical. 
 Processos Industriais 
 
 49 
Operação de convertedor LD 
 
Com o convertedor inclinado, a sucata é carregada por uma calha ou por 
um vagão basculador, seguindo-se o gusa líquido. 
Colocado na posição vertical, introduz-se a lança de oxigênio até a altura 
pré-determinada (1,0 a 1,5m distante do banho), sendo que a pressão de 
oxigênio varia de 10,5 a 12,6 atmosferas. 
Após a ignição, que ocorre depois de alguns segundos, faz-se o 
carregamento da cal por meio do silo montado sobre o forno. 
O tempo de sopro varia entre 17 a 18 minutos e o tempo total da corrida é 
de aproximadamente 35 minutos. 
O rendimento em aço produzido, em relação aos materiais carregados, é da 
ordem de 90%. 
O consumo de oxigênio a 99,5% de pureza é, aproximadamente, de 57 Nm3 
por tonelada de aço. 
Completado o sopro, a lança é retirada e o conversor basculado para a 
horizontal. 
Mede-se a temperatura do banho com um pirômetro de imersão e colhe-se 
uma amostra para análise, que é feita entre 3 a 5 minutos. 
No final do vazamento, retém-se a escória no conversor com o "tampão 
flutuante" de modo a vedar o furo de corrida quando a escória começar a vazar. 
Para vazar a escória, bascula-se completamente o convertedor para o lado 
oposto sobre o pote de escória e prepara-se o convertedor para a corrida 
seguinte. 
 
 
Lingotamento Contínuo 
 
O lingotamento contínuo produz placas de aço diretamente do aço líquido 
em um único equipamento. 
Foi o mais importante avanço tecnológico nos processos metalúrgicos 
desde os anos sessenta. 
O lingotamento convencional, feito através de lingoteiras, é um processo 
bastante oneroso que envolve equipamentos adicionais como forno-poço, 
laminador desbastator, estripadores, manutenção de lingoteiras, transportes 
internos (pontes rolantes, etc.), para obter a placa de aço.O lingotamento contínuo eliminou os gastos com os equipamentos citados 
resultando além de redução de tempo e custo em melhoria da qualidade do 
aço. 
O lingotamento continuo compreende a seguinte sequência de operação: 
a) Fluxo do metal líquido através de um distribuidor para alimentar o molde; 
b) Formação de uma casca solidificada, no molde em cobre, resfriado a 
água; 
c) Extração contínua da peça; 
d) Remoção de calor do núcleo ainda líquido, por meio de sprays de água 
de resfriamento; 
e) Corte no comprimento desejado e remoção das peças. 
 
 Processos Industriais 
 
 50 
 
Figura 47 – Imagem de lingotes obtidos a partir do processo de lingotamento contínuo. 
Fonte: www.gerdau.com.br 
 
 
Figura 48 – Máquina de lingotamento contínuo. 
Fonte: http://www.ifi.unicamp.br/gftp/metal/lingotamento6.htm 
 Processos Industriais 
 
 51 
 
Figura 49 – Esquema de máquina de lingotamento contínuo. 
Fonte: Machado, Marques-Sobrinho e Arrivabene (2004, p. 63) 
 
Comparação entre os rendimentos no lingotamento convencional e 
contínuo 
 
• Em termos de massa 
− No lingotamento convencional, de 100 t de metal líquido obtém-se 
84 a 86 t de placas, sendo o restante: 2 t de restos de panela e 
carepa e 14 t de pontas, oxidação e perdas na escarfagem. 
− No lingotamento contínuo, as mesmas 100 t de aço líquido geram 
97 t de placas, sendo as 3 t restantes, perdas de fundo de panela, 
carepa, pontas e borra de escarfagem. 
 
• Em termos de energia: 
− No lingotamento convencional, 45% da energia do aço líquido é 
aproveitada, sendo necessário o fornecimento do complemento 
de 55% pela eletricidade, combustível, oxigênio ou vapor. 
− De 100% de energia presentes, apenas 21% fica retido na placa 
ou tarugo, sendo o restante disperso na água de resfriamento, ar 
ambiente, condução através dos equipamentos etc. 
− No lingotamento contínuo, 80% da energia necessária é fornecida 
pelo próprio aço líquido e apenas 20% são supridos 
externamente, sob a forma de eletricidade, combustível etc. 
− De 100% de energia disponível, 46% é utilizado no tarugo ou 
placa e 54% são absorvidos na água de resfriamento, vapor etc. 
 
 Processos Industriais 
 
 52 
CAPÍTULO V – ASPECTOS AMBIENTAIS NOS 
PROCESSO INDUSTRIAIS 
 
 
 
Segundo Santos (2005), o resultado da interação das atividades 
humanas com o meio ambiente (consumo de recursos, mudança de espaço 
físico e geração de rejeitos) é o que se denomina de aspectos ambientais. 
Se por ventura os aspectos ambientais não forem devidamente tratados, 
incorre-se em efeitos no meio ambiente, o que se denomina por impactos 
ambientais. 
Para exemplificar, se a escória produzida em uma siderúrgica for 
descartada sem o devido cuidado no meio ambiente, haverá a contaminação 
do solo e da água da localidade. Portanto, o aspecto ambiental é a escória e os 
impactos ambientais seriam a contaminação do solo e da água. 
 
 
 
Figura 50 – Fluxograma esquemático indicando os impactos ambientais potenciais da 
escória de alto forno. 
Fonte: Machado, Marques-Sobrinho e Arrivabene (2004, p. 52) 
 
 Conhecer os aspectos ambientais de uma atividade e seus impactos 
ambientais correlacionados é fundamental para determinar os cuidados no 
tratamento que deve ser dado a cada aspecto ambiental. 
 
 
 
Indústria Siderúrgica 
 
Escória 
 
No caso da escória, ela produz impacto ambiental direto quando na fase 
líquida, por meio da vaporização e condensação, que dependem da 
temperatura e da composição química. 
O vapor oriundo da escória pode conter partículas de óxido, hidróxido, 
cloreto, sulfato, sulfito, fosfato ou mesmo na forma elementar. 
 Processos Industriais 
 
 53 
Quando a temperatura é alta, entre 1000ºC a 1600ºC, o impacto 
ambiental predominante é a vaporização, quando a temperatura é menor do 
que 1000ºC, o impacto predominante é a condensação, onde predominam os 
sulfatos. 
A lixiviação e a solubilização são considerados impactos indiretos. Os 
ensaios de lixiviação são realizados, visando simular as condições as quais a 
escória estará submetida, quando estiver estocada. Tal simulação permite 
avaliar as propriedades específicas das escórias, bem como a saída de um ou 
mais constituintes da mesma e se ela influenciará a fertilidade do solo, ou 
provocará algum tipo de contaminação. 
Existem inúmeros fatores que podem influenciar a relação em que os 
constituintes são dissolvidos da matriz da escória. Esses fatores são de 
natureza física, química e biológica, sendo que os fatores de natureza biológica 
geralmente estão ligados aos fatores químicos. 
Os principais fatores químicos que influem na lixiviação são: o processo 
de adsorção, o pH do material, as condições de oxidação-redução, fatores 
biológicos que afetam o pH, o potencial de lixiviação dos constituintes e a 
velocidade de saída dos elementos. 
Os principais fatores físicos, que influem na lixiviação são os seguintes: 
• condições hidrológicas; 
• a permeabilidade e a porosidade da matriz; 
• a temperatura; 
• o fluxo lixiviante; 
• o tempo de exposição do material; 
• a geometria do material; 
• o tamanho das partículas expostas a lixiviação; e 
• a homogeneidade ou heterogeneidade da matriz. 
 
Gás e Pó 
 
O gás de alto forno se constitui de 21 a 25% de CO (monóxido de 
carbono), 18 a 22% de CO2 (gás carbônico), 2 a 5% de H2 (gás hidrogênio), 
possuindo 700 a 800 kcal/Nm³ de poder calorífico e, por isso, ele é 
recuperado e usado como combustível. 
O gás é limpo (em um sistema de limpeza de gases), colocado em uso 
para diversos fins, tanto "puro" como em mistura com gás de coqueria ou 
com gás de convertedor. 
O pó, recolhido no sistema de limpeza de gases, é formado pelo 
material recolhido no balão de pó (dust catcher) e pelo pó úmido recolhido 
nos lavadores de gás e/ou nos precipitadores eletrostáticos. 
 
 
 Processos Industriais 
 
 54 
 
 
Figura 51- Esquema de coletor de pó de balão do gás de topo de alto forno. 
Fonte: Oliveira e Martins (2003, p. 5) 
 
A composição do pó varia de acordo com a matéria prima usada, porém, 
de forma geral, é formada por 25 a 40% de ferro; 40 a 45% de carbono; 5 a 
7% de sílica e 2 a 4% de cal. 
 O pó, devido à sua composição, é utilizado para formar o sinter, por 
meio do processo de sinterização. 
 
 
Indústria Mineral 
 
Segundo Luz, Sampaio e Almeida (2004), o tratamento de minérios não 
chega a ser uma fonte de grande contaminação ambiental, em comparação 
com outras atividades industriais, tal como a agricultura. 
Porém, é inegável que o descarte dos rejeitos das usinas de 
beneficiamento poderá eventualmente resultar num apreciável fator de 
poluição. 
Há uma pressão crescente para que os rejeitos, ao invés de danificarem os 
terrenos, sejam usados, por exemplo, para preenchimentos de minas (back 
fill), visando a restauração das áreas mineradas, ou que sejam 
cuidadosamente dispostos. 
A questão da água também é seriamente observada na maioria dos países, 
sendo significativa a recuperação e reciclagem da água de processo nas 
grandes minerações, prática esta que tende a se intensificar no Brasil nas 
pequenas e médias empresas.Processos Industriais 
 
 55 
O início recente de cobrança da água aos usuários, inclusive às 
minerações, pela captação dos recursos hídricos, deverá acelerar a adoção de 
gestão mais racional dos recursos hídricos. 
Na década de setenta, com o surgimento dos movimentos ambientalistas, 
exigências mais rígidas para abertura de novas minas fizeram-se necessárias, 
adotando-se o Estudo de Impacto Ambiental- EIA e o Relatório de Impacto 
Ambiental- RIMA, também para a mineração. 
Logo a seguir, surgiu o conceito de desativação de mina que passou a ser 
uma exigência já prevista no próprio projeto de lavra, vindo a se constituir em 
importante instrumento para se introduzir tecnologias de prevenção de 
impactos ambientais. 
 
 
 
 Processos Industriais 
 
 56 
CAPÍTULO VI – MÉTODOS DE TRATAMENTO FÍSICOS, 
QUÍMICOS E BIOLÓGICOS DE EFLUENTES 
 
 
De acordo com a Norma Brasileira — NBR 9800/1987, efluente líquido 
industrial se refere ao despejo líquido proveniente do estabelecimento 
industrial, abrangendo emanações de processo industrial, águas de 
refrigeração poluídas, águas pluviais poluídas e esgoto doméstico. 
Por muito tempo não existiu a preocupação de caracterizar a geração de 
efluentes líquidos industriais e de avaliar seus impactos no meio ambiente. No 
entanto, a legislação vigente e a conscientização ambiental fazem com que 
algumas indústrias desenvolvam atividades para quantificar a vazão e 
determinar a composição dos efluentes industriais. 
Sabe-se que as características físicas, químicas e biológicas do efluente 
industrial variam em função do tipo de indústria, com o período de operação, 
com a matéria prima utilizada, com a reutilização de água etc. 
O efluente líquido pode ser solúvel ou com sólidos em suspensão, com 
ou sem coloração, orgânico ou inorgânico, com temperatura baixa ou elevada. 
Entre parâmetros mais usuais para caracterizar a massa líquida estão as 
determinações físicas (temperatura, cor, turbidez, sólidos etc.), as químicas 
(pH, alcalinidade, teor de matéria orgânica, metais etc.) e as biológicas 
(bactérias, protozoários, vírus etc.). 
O conhecimento da vazão e da composição do efluente industrial 
permite a determinação das cargas de poluição/contaminação, o que é 
fundamental para definir o tipo de tratamento, avaliar o enquadramento na 
legislação ambiental e estimar a capacidade de autodepuração do corpo 
receptor. 
Posto isso, é preciso quantificar e caracterizar os efluentes, para evitar 
impactos ambientais, demandas legais e prejuízos para a imagem da indústria 
junto à sociedade. 
 
 
Métodos de Tratamento 
 
A prevenção à poluição corresponde a qualquer prática que busque a 
redução e/ou eliminação, seja em volume, concentração ou toxicidade, das 
cargas poluentes na própria fonte geradora. 
Pode incluir modificações nos equipamentos, processos ou 
procedimentos, reformulação ou replanejamento de produtos e substituição de 
matérias primas e substâncias tóxicas que resultem na melhoria da qualidade 
ambiental. 
Independentemente da solução adotada para o lançamento dos resíduos 
gerados no processo produtivo ou na limpeza das instalações, é importante 
que a indústria disponha de sistema para tratamento ou condicionamento dos 
materiais residuais. Para tanto é preciso que sejam considerados os pontos 
abaixo: 
1. Qual o volume e composição dos resíduos gerados? 
2. Os resíduos podem ser reutilizados na própria indústria? 
 Processos Industriais 
 
 57 
3. Esse material pode ser reciclado e comercializado? 
4. Quanto custa coletar, transportar e tratar esses resíduos? 
5. Existe local adequado para destino final desses resíduos? 
 
Os processos de tratamento utilizados são classificados de acordo com 
princípios físicos, químicos e biológicos: 
• Processos físicos: dependem das propriedades físicas do 
contaminante, tais como: tamanho de partícula, peso específico, 
viscosidade, etc. Exemplos: gradeamento, sedimentação, filtração, 
flotação, regularização/equalização, etc. 
• Processos químicos: dependem das propriedades químicas dos 
contaminantes e/ou das propriedades químicas dos reagentes 
incorporados. Exemplos: coagulação, precipitação, troca iônica, 
oxidação, neutralização, osmose reversa, ultrafiltração etc. 
• Processos biológicos: utilizam reações bioquímicas para a eliminação 
dos contaminantes solúveis ou coloidais. Podem ser anaeróbicos ou 
aeróbicos. Exemplo: lodos ativados, lagoas aereadas, biodiscos (RBC), 
filtro percolador, valas de oxidação, reatores sequenciais descontínuos 
(SBR). 
 
O tratamento físico-químico apresenta maiores custos, em razão da 
necessidade de aquisição, transporte, armazenamento e aplicação dos 
produtos químicos. Porém, essa pode ser a opção mais indicada nas indústrias 
que geram resíduos líquidos tóxicos, inorgânicos ou orgânicos não 
biodegradáveis. 
Geralmente o tratamento biológico se apresenta menos dispendioso, 
baseando-se na ação metabólica de microrganismos, especialmente bactérias, 
que estabilizam o material orgânico biodegradável em reatores compactos e 
com ambiente controlado. 
No ambiente aeróbio são utilizados equipamentos eletro-mecânicos para 
fornecimento de oxigênio utilizado pelos microrganismos, o que não é preciso 
quando o tratamento ocorre em ambiente anaeróbio. 
Apesar da maior eficiência dos processos aeróbios em relação aos 
processos anaeróbios, o consumo de energia elétrica, o maior número de 
unidades, a maior produção de lodo e a operação mais trabalhosa justificam, 
cada vez mais, a utilização de processos anaeróbios. 
Portanto, em algumas estações de tratamento de resíduos líquidos 
industriais estão sendo implantadas as seguintes combinações: 
• unidades anaeróbias seguidas por unidades aeróbias; 
• unidades anaeróbias seguidas de unidades físico-químicas. 
 
Segue abaixo o Quadro 2 que apresenta os tipos de contaminantes 
relacionados com a operação ou tratamento potencial: 
 Processos Industriais 
 
 58 
Quadro 2 – Relação CONTAMINANTE versus OPERAÇÃO OU TRATAMENTO 
CONTAMINANTE OPERAÇÃO OU TRATAMENTO 
• Gradeamento 
• Remoção de areia 
• Sedimentação 
• Filtração 
• Flotação 
• Adição de polímeros químicos 
• Coagulação/sedimentação 
Sólidos suspensos 
• Sistemas naturais 
• Lodos ativados 
Orgânicos biodegradáveis • Reatores de filmes fixos: filtros biológicos e conctadores 
biológicos rotativos 
• Striping 
• Tratamento de gás pós-striping Orgânicos voláteis 
• Adsorção por carvão 
• Cloração 
• Cloreto de bromo 
• Ozonação 
• Radiação UV 
Patogênicos 
• Sistemas naturais 
• Nitrificação e desnitrificação com culturas em suspensão ou 
filme fixo 
• Stipping de amônia 
• Troca iônica 
• Cloração 
Nutrientes (nitrogênio) 
• Sistemas naturais 
• Adição de sais metálicos 
• Coagulação/sedimentação com cal 
• Remoção biológica 
• Remoção químico-biológica 
Fósforo 
• Sistemas naturais 
• Precipitação química 
• Troca iônica Metais pesados 
• Sistemas naturais 
• Troca iônica 
• Osmose reversa 
Sólidos dissolvidos 
orgânicos 
• Eletrodiálise 
Fonte: http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/3669-efluentes-industriais#.TxW90qWm9ih 
 
 Processos Industriais 
 
 59 
BIBLIOGRAFIA 
 
 
 LUZ, A. Benvindo da (Org.) ; SAMPAIO, J. A. (Org.) ; ALMEIDA, S. L. M. 
(Org.). Tratamento de minérios. 4.