Ustulação 2

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INTRODUÇÃO 
 O homem, devido a sua busca constante por novos materias que pudessem ser usados para o desenvolvimento da tecnologia, viu nas rochas e no minério sua fonte quase que inesgotável de matéria-prima. Contudo, fazia-se necessário aprimorar as técnicas para lograr isso, haja vista que a mineração consiste em localizar o minério na crosta terrestre, trazer o mesmo para a superfície e logo iniciar o processo para tornar o minério utilizável para a indústria, beneficiamento este que não é tarefa tão simples.
 Com a revolução industrial as técnicas foram aprimoradas, o processo tornou-se mais complexo, e a quantidade de minérios estraidos tornou-se absurdamente grande levando a mais etapas de tratamento do mesmo: como separá-los em partículas diferenciáveis de classe e tamanho, o aumento da convergência das propriedades mais úteis do mesmo procurando eliminar assim as categorias e particularidades indesejáveis do minério extraido, além de subdividí-los em sólidos e líquidos.
 O processo de beneficamento basicamente consiste em fragmentação, classificação e por fim a concentração, contudo antes do processo propriamente dito existe a atividade pré-extrativa consistindo na secagem, desidratação, calcinação, ustulação e aglomeração por sinterização; o presente trabalho vem apresentar a etapa pré-estrativa da ustulação. 
I – USTULAÇÃO
 O processo da ustulação consiste basicamente na mudança de um composto em outro, que seja economicamente mais viável para o procedimento metalúrgico garantindo o máximo possível de suas propriedades úteis.
 Sendo a “queima” de Sulfetos – que nada mais são do que a associação do enxofre S-2 com um elemento químico ou um radical –, para transformá-los ou em Óxidos, que são compostos formados por dois elementos onde o oxigênio é o mais eletronegativo, como na reação:
 MeS + 1,5 O2 = MeO + SO2 
ou em Sulfatos:
 MeS + 2 O2 = MeSO4; 
e de Óxidos para Haletos, que são compostos orgânicos que apresentam pelo menos um átomo de halogênio com oxidação -1, como: 
MeO + 2 Cl2 = MeCl4 + 0,5 O2.
 Normalmente tal processo tem reação química heterogênea, onde o produto C(s) pode ser tanto sólido ou líquido, dependendo da temperatura adotada na reação do tipo: A(s) + B(g) = C(s) + D(g). Além disso, o tipo de gás usado varia, normalmente é usado Oxigênio do ar nas reações com os sulfetos, e Flúor e Cloro nas reações com Óxidos.
 Verifica-se com isso que no processo de Ustulação as transformações físico-químicas são fundamentais, além de ser adotada na preparação de metais à base de sulfetos como: Zinco, Cobre, Chumbo, Prata e Mercúrio.
As rochas e os minerais industriais são considerados os recursos minerais desse novo milênio. Em vista disto, vem se observando o desenvolvimento de processos para modificação físico-química dos minerais, visando melhorar a sua funcionalidade e ampliar suas aplicações práticas. (LUZ, Adão.; LINS, Fernando. 2004, pp 8)
 
 Fig. 1 – O processo de Ustulação.
 Fonte: www.Riobranco.org.br, acessado em 21/04/2014.
 No processo da ustulação são utilizados sulfetos em contato com o ar, e que estão normalmente em temperaturas extremamente altas, sendo que uma vez iniciada o processo nenhuma fonte de calor externa se faz necessária, haja vista que tal processo é autógeno. 
II – FINALIDADE 
 Na ustulação procura-se sanar alguns impecilhos que os minérios extraidos colocam como levar os mesmos a oxidação/redução já que o óxido p. ex. é mais viável industrialmente do que o sulfeto – haja vista que sulfetos são de difícies reduções pelo carbono –, além de trazer a vantagem de que metais quando queimados podem ser obtidos com um alto grau de pureza sem prejudicar suas propriedades úteis, p. ex. metais como o Cobre no processo de ustulação (2CuFeS2 + 5O2 ⇒ 2Cu + 2FeO + 4SO2 ), podem ser obtido com pureza de 97 a 99%.
 Sua facilidade e eficiência são outros pontos positivos pra sua aplicação, além da sua exotermicidade, fato este que permite uma grande economia de combustível. Além disso, a ustulação é usada para remover elementos cianicidas, que são prejudiciais para o processo metalúrgico economicamente falando, como p. ex. na extração do ouro.
Entende-se por cianicidas quaisquer constituintes do minério causadores de um consumo excessivo de cianeto, podendo alcançar valores anti-econômicos. Os casos mais frequentes são os minérios ricos em cobre, embora a presença elevada de outros metais, tais como ferro e zinco, também implique em consumo adicional de cianeto. (TRINDADE, Roberto.;BARBOSA FILHO,Olavo. 2002, pp. 202) 
 Outra finalidade da tostação é obter o Mercúrio, único metal obtido por ustulação, a partir do HgS - fonte mineral mais importante desse metal – e pode ser representada por HgS(s) + O2(g) = Hg(g) + SO2(g).
III – CONDIÇÕES PARA O PROCESSO 
 Na ustulação alguns aspectos devem ser atentados para garantir a eficácia do mesmo, além de estabelecer critérios básicos na preparação de diversos minérios metálicos como: “temperatura, composição do material, atmosfera no forno, granulometria da alimentação e as condições de contato sólido/gás.” (GRANATO, 1986). 
 Pois se houver descuido com a temperatura os resultados podem ser desvantajosos, assim como o estudo do material certo para ser empregado deve ser feito a fim de garantir que determinados fins sejam logrados, além disso, a utilização do forno certo é fundamental afim de que a atmosfera do mesmo seja ideal para o minério usado, com tudo isso a importância da separação dos grãos em tamanhos diferenciáveis para cada tipo de forno também faz-se necessária para que não ocorra perdas, assim como os apontamentos da “[...] pressão parcial dos gases [...] permite uma avaliação dos compostos que são possíveis de serem formados.” (GRANATO,1986).
 Vale ressaltar que para que ocorra a queima de sulfetos o controle da sua temperatura é importante e tem um ponto positivo, haja vista que esta pode ser dada abaixo do ponto de fusão dos mesmos, entre 900º - 1000°C. Contudo deve-se tomar precauções quando a tempertura, pois a mesma pode trazer riscos de transformações iminentes – como fusão e ebulição, quando não se almeja lograr isso – de substâncias, provocadas pelo aquecimento excessivo. 
 Para a produção de sulfatos, a temperatura não pode ser muito elevada, idealmente o tratamento deve ser conduzido entre 600 e 800°C, pois estas substâncias tendem a se decompor quando submetidas às temperaturas muito altas. Já para produção de óxidos, chamada de ustulação cloretante ou halogenação, a temperatura se assemelha com a dos sulfetos, entretanto somente se o óxido for sólido, caso não sendo, a temperatura deverá ser elevada a aproximadamente para 1250ºC. 
 Existe ainda tipos de fornos diferentes no qual pode-se realizar a ustulação, sendo que o forno soleira múltipla do tipo Wedge, antes muito utilizado, já estar em desuso por isso não nos atentaremos à ele. São eles, forno rotativo de leito fixo e o forno de leito fluidizado, sendo este último o mais usado devido a mínimas perdas de calor. 
Forno de leito Fluidizado
A fluidização é feita através de jatos de ar (quentes/frios – depende da aplicação) verticais em uma placa de distribuição. Tipicamente, o ar pressurizado entra no leito fluidizado através de vários orifícios de uma placa de distribuição, localizada no fundo do leito fluidizado. O ar sobe através do leito, suspendendo as partículas sólidas. Se a entrada de fluido estiver desabilitada, o leito pode se estabilizar ou grudar em cima da chapa
O termo "leito fluidizado" geralmente refere-se a um leito de sólidos finamente divididos através dos quais um gás passa e encontra-se num estado intermediário ao de um leito estáticoe de um em que os sólidos estão suspensos no fluxo gasoso, tal como ocorre no transporte pneumático. 
A introdução de um jato adequado de gás por entre o leito material acarreta (ar no sistema) o inicio fluidização. As partículas se movem lentamente, mas o sistema é fluido. De fato, o leito tem muitas propriedades de um fluido, por isso o nome “leito fluidizado”. Ele exerce uma pressão hidrostática e o material passa a fluir através de um orifício no recipiente ou acima e abaixo de um escoadouro por dentro do leito. As vantagens do leito fluidizado são: 
Grande área de contato entre fluido e sólido por unidade de volume do leito; 
Altas taxas de troca de calor;
Não superaquece partículas individuais; 
Altas velocidades relativas entre o fluido e a fase sólida dispersa; 
Altos níveis de mistura na fase particulada;
Indicado para pós, grânulos, aglomerados e pelotas (50 – 5.000 microns);.
 Fig. 2 – Esquema de um forno de leito fluidizado.
Fonte: Processo Metalúrgico 1, Marabá, 2010
 Forno rotativo de leito fixo
Os fornos rotativos são usados para o aquecimento de sólidos até o ponto em que uma ou mais reações químicas possam ocorrer. O forno rotativo consiste basicamente em um cilindro rotatório inclinado. O tempo de retenção de sólidos no forno é um importante fator de projeto e, é determinado pela adequada seleção de diâmetro, comprimento, velocidade, inclinação e projeto de seu interior. 
Fig. 3 – forno rotativo de leito fixo
Fonte: www.metso.com/br, acessado em 15/05/2014
IV – OBTENÇÃO DE FERRO E AÇO CARBONO NA USTULAÇÃO
 Dentro do processo metalúrgico existe a siderurgia, parte responsável pelas transformações que são necessárias para obter o ferro e aço a partir dos minérios que são extraidos. Dentro da ustulação é possível obter o ferro gusa do qual se obtem o aço propriamente dito, o ferro fundido e aço carbono. 
 Sabe-se que o ferro na sua forma bruta é encontrado na forma de Hematita (Fe2O3), Magnetita (Fe3O4), Siderita (FeCO3), Limonita (Fe2O3.H2O) e porfim a Pirita (FeS2), sendo a mais usada a Hematita.
 Então, logo que é extraída a Hematita(Fe2O3), é colocada em um alto forno e misturada com carvão coque para que haja aumento nos níveis de carbono; 
 enquanto isso na parte inferior do forno uma camada de ar quente passa pelo mesmo, fazendo com que uma combustão incompleta do carvão, que reage ao oxigênio presente no ar quente, ocorra produzindo monóxido de carbono (CO) (a), monóxido este que reage com a Hematita resultando em óxido de ferro II (FeO) e dióxido de carbono (b), devido a grande instabilidade, o óxido de ferro II reage com o monóxido de carbono, formando ferro metálico (FeO) e dióxido de carbono (c). Em seguida como ficam as reações:
a.) 3 Fe2O3 + CO → 2 Fe2O4+ CO2
b.) Fe2O4 + CO → 3 FeO + CO2
c.) FeO + CO → Fe + CO2
 
 O Ferro obtido no final da última reação é o ferro gusa, altamente frágil e propenso a quebras/rupturas (baixa resistência mecânica) devido ao seu alto teor de carbono, podendo chegar até 4% de concentração de carbono. É a partir dele que o o aço será produzido.
 Fig. 4 – Alto forno e seu sistema de funcionamento. 
 Fonte:www.mundoeducação.com, acessado em 21/04/2014.
O aço são ligas de Ferro-Carbono contendo geralmente de 0,008% até 2,11% de carbono, além de certos elementos residuais resultantes dos processos de fabricação como Silício, Manganês, Cobre , Enxofre (1%) e Fósforo. Devido sua grande ductbilidade (grau de deformação), o aço pode ser deformado para fundição, forja e outras coisas mais, sendo largamente empregado na indústria como um todo; é partir dele que se fabrica o aço inox. 
Além do aço e do ferro, no alto forno são produzidos as escórias, sendo esta a camada menos densa do forno e é formada a partir do Calcário que se desintegra em CaO, CO2 e outros tipos de impurezas. A escória é “eliminada” por ductos separados daquele que o Ferro é selecionado, sendo ela aproveitada na indústria do cimento.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Visando a grande importância dos processos pré-extrativos para a extração de minérios, foi destacado durante o decorrer da pesquisa apenas um das suas divisões, a ustulação ou tostação.
 Nela observa-se como é realizado o processo, quais instrumentos precisamos utilizar para que possa ocorrer, qual a finalidade, além de enfatizar a obtenção do ferro e aço, bastante usado pela industria e excencial no cotidiano do homem.
Nesse contexto, ficou claro a importância da mesma, não só por conta dos produtos obtidos, na qual o objetivo consiste em eliminar impurezas que prejudicam o minério, mas pelo fato do processo ser economicamente viável, assim como seus produtos terem um grau de pureza excelente. Esse processo pré-extrativos, da obtenção e transformação de um elemento em outro é bastante importante para a industria, com ele consegue-se uma porcentagens absurda no grau de pureza de minerios tão utilizados pelo homem, os quais como o ferro e o aço. Obviamente, precisando se ter vários cuidados, pois o má preparo do local onde irá ocorrer a transformação pode vim provocar danos graves ao produto, causando prejuizos.
Entretanto, não pode ser deixado de citar as consequências da utilização do mesmo, por exemplo na transformações de alguns elemenetos, podendo cita a produção de mercúrio, na qual podem causar graves doenças respiratórias pela fumaça soltada, ocorrendo também a poluição atmosterica. Porém, como o desenvolver da industria e de novas técnicas, podemos pensar em sua melhora e aperfeiçoamento, em investimento em estudos e pesquisas para diminuir a emição de gases tóxicos que em alguns casos ocorre.
REFERÊNCIAS
Extração de Ouro – Princípios, Tecnologia e Meio Ambiente, TRINDADE,Roberto de Barros ; BARBOSA FILHO, Olavo Emery. CETEM/MCT, 2002. 
Instrução ao Tratamento de Minério, LUZ, Adão Benvindo da.; LINS, Fernando A. Freitas. Capítulo 1, 4ª ed. CETEM, Rio de Janeiro, 2004.
 Metalurgia extrativa do ouro, GRANATO,Marcus. DNPM, Brasília, 1986.
Processos Metalúrgicos I – Introdução ao processo piro metalúrgico. UFPA/ENGMAT Prof. Luís Fernando, Marabá, 2010.
Disponível em <www.mundoeducação.com> Acessado em 21/04/2014.
Disponível em <www.riobranco.org.br> Acessado em 21/04/2014.
Disponível em <www.metso.com/br> Acessado em 15/05/2014.