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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ Campus Itabira Aislan Lucio Valério Carlos Maurício Leal Redusino GALVANIZAÇÃO A QUENTE NA MINERAÇÃO: A utilização da galvanização a quente nas estruturas metálicas associadas à mineração Itabira -MG 2016 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ Campus Itabira Aislan Lucio Valerio Carlos Maurício Leal Redusino GALVANIZAÇÃO NA MINERAÇÃO: A utilização da galvanização nas estruturas metálicas associadas à mineração Projeto de pesquisa apresentado para a disciplina de Metodologia Científica dos alunos do quarto período de Engenharia de Materiais cursado na Universidade Federal de Itajubá. Orientador(a): Priscilla Chantal Duarte Silva Itabira-MG 2016 Lista de ilustrações Sumário 1 Introdução................................................................................................................................. 1.1 Problemática................................................................................................................................ 1.2 Hipóteses................................................................................................................................ 1.3 Objetivo.................................................................................................................................. 1.4 Objetivos específicos.............................................................................................................. 1.5 Justificativa............................................................................................................................. 2 Referencial teórico.................................................................................................................... 3 Metodologia.............................................................................................................................. 4 Cronograma............................................................................................................................... Referências................................................................................................................................... 1 Introdução A galvanoplastia consiste no processo de revestir um metal de base com a finalidade de protegê-lo do processo de corrosão. Essa tecnologia é utilizada amplamente na indústria química, na qual um metal de sacrifício, com baixa reatividade, não permite que o outro de maior reatividade sofra corrosão. A corrosão é um processo resultante da ação do meio sobre um determinado material, causando sua deterioração. Cientificamente o termo “corrosão” é utilizado para designar o processo de destruição total, parcial, superficial ou estrutural dos materiais. Para inibir o processo da corrosão, a estrutura metálica deve ser revestida por metais mais nobres, como o zinco (Zn), o alumínio (Al) ou ligas de Zn e Al. A utilização desses metais para conferir proteção às estruturas metálicas se justifica pelo fato de o zinco e o alumínio se corroerem a uma velocidade inferior à do aço, e também pelo fato de promoverem proteção catódica às estruturas metálicas. O intuito do projeto de pesquisa é analisar essas reações de óxido-redução no implemento da galvanoplastia de estruturas metálicas para a mineração. As empresas mineradoras, entre outros setores que precisam impedir o desgaste de metais, necessitam desse recurso para evitar problemas estéticos e mecânicos, que poderiam comprometer a estrutura como um todo. Para isso, o projeto visa estabelecer novas perspectivas a respeito da qualidade do material empregado para esse fim, bem como seu custo financeiro dentro da empresa, com o objetivo de garantir a eficiência contra a corrosão com um menor preço. 1.1 Problemática Será que podemos afirmar que o processo de proteção de estruturas metálicas, através do processo de galvanização a quente, é o mais eficaz na redução de perdas por corrosão em empresas de mineração? 1.2 Hipóteses I - A galvanização por imersão a quente possui vantagens em relação a outros processos de proteção, pela razão de seus custos iniciais de sistema de proteção e ciclo de vida, gerarem uma garantia de proteção durante todo o projeto de Mineração. II - Sua maior vantagem em relação a outros processos,como Metalização e Eletrodeposição de Zinco é o tempo prolongado sem manutenção. III - Sistemas que utilizam tintas, ao invés de galvanizar, apresentam falhas após certo período de tempo, necessitando de manutenções que geram custos muito altos para as empresas. IV - A galvanização a quente pode gerar uma economia de até 50% às companhias num período de até 30 anos. VI - O Zinco,como componente do meio ambiente, é 100% reciclável e aumenta a vida útil dos produtos de aço,conservando a flora e fauna. 1.3 Objetivo Este trabalho de pesquisa tem como objetivo mostrar que a galvanização a quente é a melhor opção na proteção de chapas metálicas que serão empregadas nas construções de estruturas para mineração. 1.4 Objetivos específicos O projeto almeja mostrar que a galvanização por imersão a quente é a melhor maneira de se proteger estruturas de aço,visando: I-Custo de manutenção; II-Durabilidade do processo; III-Eficácia em relação a outros processos. 1.5 Justificativa Segundo a reportagem “EUA têm perdas anuais de US$300” do ICZ, os Estados Unidos gastam a quantia equivalente a trezentos bilhões de dólares anuais, pelo fato de não galvanizar suas estruturas de aço, e o Brasil cento e quarenta e sete bilhões de reais que equivalem a quatro por cento de seu PIB. A negligência quanto a esse processo protecional pode levar à morte, em razão da deterioração de uma estrutura que se rompe ao ocorrer a corrosão em uma ponte, por exemplo. Os gastos com corrosão seriam muito inferiores se fosse utilizado aço galvanizado nos vergalhões, já que o Estado poderia se hesitar de gastar com manutenção. A escolha do tema deste projeto foi a razão da Engenharia de Materiais está ligada a esse assunto junto com outras engenharias, com a finalidade de resolver esses problemas estruturais, podendo criar materiais com proteção própria, como tintas anticorrosivas, ou processos mais eficazes de proteção estrutural. A notícia dada no site do ICZ em relação à manutenção de estruturas por não utilizar esse mecanismo, também justifica a importância da opção. 2 Referencial teórico Aço é uma liga de Ferro com Carbono, contendo ainda outros elementos químicos. Nos aços, o teor de Carbono situa-se entre 0,008 e 2,000 %; acima de 2,06 % de C, a liga é denominada ferro fundido. O teor dos elementos de liga é dosado de acordo com a finalidade a que se destina um tipo de aço. (PANNONI, 2011). Os aços podem ser divididos de acordo com seu teor de carbono: Tabela 1 - Teor de carbono no aço Teor de carbono Nome popular Menos de 0,15 % Aço extra doce (Teor muito baixo de Carbono) 0,15 a 0,25 % Aço doce (Baixo teor de Carbono) 0,25 a 0,40 % Aço meio doce (Médio teor de Carbono) 0,40 a 0,60 % Aço meio duro (Alto teor de Carbono) 0,60 a 0,80 % Aço duro (Teor muito alto de Carbono) 0,80 a 1,20 % Aço extra duro (Teor extra alto de Carbono) Fonte: www.gerdau.com.br/arquivos-tecnicos/12.brasil.es-ES.force.axd Fabio Domingos Pannoni, M.Sc., Ph.D. A corrosão é o processo de degradação de um determinado material pela ação do meio. Apesar de ocorrer em vários materiais, o nosso foco será na corrosão que ocorre em aços estruturais. Existem muitas formas de corrosão, e por isso muitas classificações. O que torna o assunto bastante amplo e complexo. Figura 1: Tipos de corrosão Corrosão Uniforme Localizada Macroscópica Galvânica Pite Fresta Erosão Dissolução seletiva Microscópica Inter granular Corrosão sobtensão Fonte: Autores deste projeto Os metais são encontrados na natureza em forma de minérios (óxidos) e para que possam ter características comerciais, é necessário um gasto de energia no processo de transformação. A corrosão dos metais puros, tanto como a corrosão de suas ligas podem ser entendidas como o processo inverso de sua obtenção, a reversão à um estado de menor energia. A forma de corrosão mais frequente em aços é a corrosão eletroquímica, que se processa na presença de um eletrólito (água e oxigênio) e à temperatura ambiente. No processo de corrosão eletroquímica é gerada uma “pilha de corrosão”, onde se processam de forma simultânea reações anódicas e catódicas, como pode ser observado na figura 2. Figura 2: Reações de oxidação do ferro Fonte: Manual de proteção de estruturas Gerdau Controlar a corrosão eletroquímica significa paralisar ou diminuir a intensidade das pilhas de corrosão. (NUNES, 2007). A principal forma de inibir a ação de uma pilha de corrosão é isolando a superfície do aço em relação ao ambiente, e isso pode ser feito através da aplicação de revestimentos (tintas, vernizes ou algum metal menos nobre) à estrutura metálica. A proteção através de tintas (Figura 3), denominada pintura, pode ser utilizada para proteger estruturas metálicas ou não metálicas. Ao endurecer a tinta forma um revestimento sólido que é capaz de proteger o material contra a corrosão, no entanto, devido à porosidade esse revestimento não é muito eficaz, e depois de um tempo o eletrólito atingirá a superfície metálica iniciando a corrosão por baixo da película protetora, além deste fator existe a possibilidade de danos provocados por choques mecânicos, que deixaram o metal exposto ao meio corrosivo. Figura 3: Proteção por tintas Metal Revestimento Meio corrosivo (Eletrólito) Fonte: Autores deste projeto O recobrimento do aço por zinco ou ligas de zinco é chamado de galvanização, existem quatro métodos diferentes de aplicação do zinco em superfícies de aço: metalização, galvanização a quente (ou a fogo), eletrodeposição e sheradização. Os dois últimos métodos não são aplicados a estruturas de aço, e o nosso interesse é na galvanização à fogo. Após tratamento adequado da estrutura de aço que será galvanizada, com processos como desengraxe, decapagem ácida, jateamento abrasivo e mergulho em fluxante para melhorar o contato entre o zinco e o aço, a estrutura é mergulhada em um banho de zinco com temperatura aproximada de 450 °C. A partir desta temperatura, o zinco reage com o aço, e forma ligas de Zn/Fe que se distribuem em estágios delta, zeta, gama e eta (figura 4) Figura 4: Revestimento galvanizado e suas fases. Fonte: Manual de proteção de estruturas Gerdau A medida em que a estrutura de aço é retirada do banho de zinco, uma camada fina e relativamente pura de zinco adere à camada “eta” de Zn/Fe. Essa camada relativamente pura de zinco, no topo da estrutura, é a responsável por proteger a estrutura duplamente através de uma barreira metálica impermeável que impede que a umidade entre em contato com o aço, e através de uma proteção galvânica. Se não houver danos ao revestimento de zinco a estrutura permanecerá intacta, sem corrosão, caso o revestimento de zinco seja danificado, no processo de transporte ou montagem da estrutura, a corrosão iniciará onde o aço foi exposto, neste momento a proteção galvânica é iniciada e o zinco começa a sofrer corrosão anódica (proteção catódica), mantendo o aço intacto (figura 5). Figura 5: Proteção catódica Fonte: Manual para especificação da galvanização por imersão a quente (ICZ) A proteção galvânica só é possível porque o zinco é mais eletronegativo que o aço, sendo assim, enquanto existir zinco na estrutura o aço estará protegido (figura 6). Figura 6: Potencial de eletrodo Fonte: http://darcylainemartins.blogspot.com.br/2011/11/tabela-de-potenciais-padrao-dos.html Quando o dano ao zinco possui larguras entre 1 mm e 5 mm, e dependendo do eletrólito ao qual a estrutura está exposta, ocorre a “cicatrização” da área danificada, por um recobrimento de sais de zinco que formam uma camada aderente e insolúvel (figura 7). Figura 7: Passivação de zinco Fonte: Manual para especificação da galvanização por imersão a quente (ICZ) 3 Metodologia A pesquisa abordada neste projeto foi a bibliográfica. Esse gênero consiste na abrangência de toda a bibliografia já publicada em relação ao tema. Tem como finalidade, colocar o pesquisador em contato direto com o que foi escrito sobre o tema escolhido, além de examinar o tema com um novo enfoque sobre o problema dado. 5 Cronograma Setembro Outubro Novembro Introdução x Problemática x Hipóteses x Objetivo x Objetivos esp x Justificativa x Referencial Teórico x Metodologia x Cronograma x Referências estruturasmetalicas.vilabol.uol.com.br/acos.htm www.gerdau.com.br/arquivos-tecnicos/12.brasil.es-ES.force.axd Fabio Domingos Pannoni, M.Sc., Ph.D. www.icz.org.br Instituto de metais não ferrosos VASCONCELLOS, Paulo. EUA têm perdas anuais de US$ 300. Disponível em <http://www.icz.org.br/galvabrasil/2011/noticias-03.php> http://www.icz.org.br/upfiles/arquivos/publicacoes/galvanizacao-por-imersao-a-quente-na-mineracao.pdf http://darcylainemartins.blogspot.com.br/2011/11/tabela-de-potenciais-padrao-dos.html NUNES, L.P. Fundamentos de Resistência à Corrosão. 1ed. Rio de Janeiro: Editora Interciência, Instituto de Petróleo e Gás , ABRACO (Associação Brasileira de Corrosão), 2007. Associação Internacional do Zinco: www.zinc.org
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