Estudo Dirigido sobre a Indústria Siderúrgica (parte 1)

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CURSO TÉCNICO EM QUÍMICA
Turma: TQVV4.N 2014 S2					Data: 05/11/2014
Disciplina: Processos Industriais Inorgânicos
Nome: Leonardo Majevski
Estudo Dirigido 1: Indústria Siderúrgica (parte 1)
1) Teça comentários sobre duas evidências que sustentam a Teoria da Deriva dos Continentes elaborada em 1912 pelo cientista alemão Alfred Wegener.
Segundo Wegener, os atuais continentes não ocuparam sempre a mesma posição. Eles deslocaram-se uns em relação aos outros. Seus Argumentos Morfológicos relacionam-se com a semelhança dos contornos dos continentes, isto é, existem semelhanças que os fazem parecer um “quebra-cabeça” em relação outro. 
Outro forte argumento é o geológico, onde relaciona-se a continuidade de formações rochosas em continentes hoje afastados, como por exemplo a continuidade de cadeias montanhosas de um continente à outro (jazidas de diamantes da África do Sul com o Brasil).
2) O que vem a ser a Teoria da Tectônica das Placas?
A Teoria da Tectônica das Placas propõe que a superfície terrestre é composta por placas tectônicas flutuantes sobre o material fundido abaixo delas. Estima-se que há 180 milhões de anos começou a ocorrer a separação do único continente existente (Pangea) em fragmentos que se afastaram um do outro e que se movem em diferentes direções.
3) O que são rochas magmáticas? Como se formam? Cite exemplos.
São rochas originárias no interior da Terra, a partir da consolidação do magma. Como exemplos, há o granito, o diabásio (mais abundantes) e o basalto.
4) O que são rochas sedimentares? Como se formam? Cite exemplos.
Rochas sedimentares são o produto de uma cadeia de processos que ocorrem na superfície do planeta e se iniciam pelo conjunto de fenômenos físicos e químicos que levam à degradação e enfraquecimento das rochas expostas à atmosfera. Se formam quando passam a ser erodidas e transportadas por diferentes agentes como água, gelo, vento, gravidade, até sua sedimentação em depressões da crosta terrestre, denominadas de bacias sedimentares. Temos como exemplo arenito e calcário. 
5) O que são rochas metamórficas? Como se formam? Cite exemplos.
É a rocha formada a partir do aquecimento prolongado da rocha magmática ou sedimentar. As transformações sofridas por estas fazem surgir a rocha metamórfica. Como exemplo, há o mármore e o gnaisse.
6) Por que é possível encontrar pepitas de ouro na natureza, mas não pepitas de alumínio?
Porque o ouro é um material mais inerte e se encontra na forma reduzida na natureza, não se ligando facilmente a nenhum outro elemento. Já o alumínio é facilmente oxidável e, na natureza, forma, por exemplo, óxidos, não se encontrando na forma livre como o ouro.
7) Qual a finalidade de se usar mercúrio em um garimpo? Descreva o processo.
O mercúrio é capaz de dissolver o ouro difícil de se separar manualmente, formando um amálgama com o ouro em forma de pó que não se mistura à lama. Então, o amálgama é retirado e aquecido com maçarico até a evaporação do mercúrio, restando apenas o ouro.
8) O que é ustulação? Exemplifique com equação química.
É aquecimento de um sulfeto na presença do gás oxigênio. É um processo usado na obtenção de cobre, prata e mercúrio. 
2 PbS + 3 O2 → 2 PbO + 2 SO2
9) O que é folha-de-flandres? Quais são o metal e o mineral que estão associados à sua fabricação? Em que é empregada?
É o material que consiste em uma folha de aço, geralmente com baixo teor de carbono, revestida por uma camada de estanho metálico. Ferro e estanho. Em latas de ervilha, milho, salsichas e óleo vegetal, por exemplo.
10) Uma das formas de se obter manganês a partir de seu minério consiste na aluminotermia. Que vem a ser isso? Explique a razão desse nome.
Para se obter o manganês puro, é utilizada a aluminotermia devido ao fato de a redução com coque não ser conveniente. Na aluminortemia, o agente redutor é o alumínio que, ao reagir com a pirolusita, se combina com o oxigênio e “libera” o manganês e muito calor (por isso o nome “aluminotermia”, onde “termia” vem do grego thermos, “calor”).
11) O que vem a ser a ferro galvanizado? Em que deve ser empregado?
É um material que consiste em ferro revestido por uma camada de zinco, que protege o ferro da oxidação por possuir uma maior facilidade para se oxidar (proteção sacrificial). É usado para fazer calhas de chuva.
12) Complete o quadro abaixo com o nome e a fórmula do principal mineral usado para obtenção industrial dos respectivos metais.
	Metal
	Mineral
	Nome
	Símbolo
	Nome
	Fórmula
	Alumínio
	Al
	Bauxita
	Al2O3
	Cálcio
	Ca
	Cal
	CaO
	Chumbo
	Pb
	Galena
	PbS
	Cobre
	Cu
	Calcosita
	 Cu2S
	Cromo
	Cr
	Cromita
	 FeO.Cr2O3
	Estanho
	Sn
	Cassiterita
	 SnO2
	Ferro
	Fe
	Hematita
	Fe2O3
	Magnésio
	Mg
	Cloreto de Magnésio
	MgCl
	Manganês
	Mn
	Pirolusita
	MnO2
	Mercúrio
	Hg
	Cinábrio 
	HgS
	Níquel
	Ni
	Pentladita 
	FeS.NiS
	Prata
	Ag
	Argentita
	 Ag2S
	Sódio
	Na
	Cloreto de Sódio
	NaCl
	Zinco
	Zn
	Blenda 
	ZnS
13) Dê a composição e as principais propriedades dos minerais que contém ferro:
a) Hematita Fe2O; estequiometricamente possui 69,94 % de Fe e 30,06 de O.
A coloração varia do cinza para vermelho e a densidade é de 5,26 g/cm3. A hematita é o óxido de ferro de maior importância comercial.
b) Magnetita (Fe3O4)- estequiometricamente possui 72,36% de Fe e 27,64% de oxigênio. A coloração varia de cinza escura para a negra e a densidade de 5,16 a 5,18 g/cm3. É fortemente magnética que é importante nos processos de beneficiamento, pois possibilita sua separação da ganga.
c) Limonita (2 Fe2O3 . 3 H2O)
Minerais de óxido de ferro secundários que contêm teores altos de contaminantes indesejáveis para o minério de ferro. Consiste essencialmente em Hematita hidratada (presença de água) com fórmula Fe2O3 , na qual a proporção de moléculas de água de hidratação pode variar de 1 a 3. Em conseqüência varia também o teor nominal de ferro sendo que o teor real normalmente não ultrapassa 65%. Apresenta-se como um material de cor marrom. 
d) Siderita (FeCO3)
É um tipo pouco freqüente de minérios, ocorrendo normalmente como componente de mistura da hematita e em pequenas proporções. Apresenta-se na fórmula FeCO3 (Carbonato), sendo que seu teor real varia de 10 a 40%. 
e) Pirita ( FeS2)
Também de pouca importância, normalmente aparece como componente de mistura de minérios de outros metais (minérios de cobre, por exemplo). 
f) Itabirito (sílico-ferrífera e ferrífera ) – Protominério de ferro de origem sedimentar-metamórfica e contém óxidos de ferro, em geral, hematita e quartzo como componentes essenciais.
14) Complete o quadro abaixo com o nome dos metais que compõem as respectivas ligas.
	Liga
	Composição
	Latão
	Zinco e Ferro
	Bronze
	Cobre e Estanho 
	Metal monel
	Níquel e Cobre
	Nicromo
	Níquel e Cromo
15) Descreva sucintamente as propriedades físicas dos metais 
	a) Brilho
	g) Condutividade elétrica
	b) Cor:
	h) Maleabilidade
	c) Densidade
	i) Ductibilidade
	d) Ponto de fusão
	j) Tenacidade
	e) Ponto de ebulição
	k) Dureza
	f) Condutividade térmica
	
a) Metais quando polidos, apresentam um brilho característico, por causa dos elétrons livres localizados nas suas superfícies que absorvem e irradiam a luz. 
b) Apresentam cor que variam do branco ao cinza (prateada), mas existem exceções como o Cobre (Cu) e o Ouro (Au) que apresentam coloração vermelha e dourada respectivamente.
c) A densidade dos metais é variável. Os de transição são mais densos. Temos como exemplo o Alumínio, com densidade 2,7 g/cm² e o Lítio com densidade 0,53 g/cm².
d) Extremamente elevado, temos como exemplo o metal Tungstênio que se funde à temperatura de 3.410 °C. 
e) Assim como o ponto de fusão, os metais têm ponto de ebulição extremamente elevado, o metal Tungstênio entra em ebulição em 4.700°C. 
f) Os metais possuem condutividade
elétrica alta, capazes de conduzir calor de 10 a 100 vezes mais rápido do que outras substâncias. 
g) A estrutura atômica dos metais é constituída por cátions dos mesmos, envolvidos por uma nuvem de elétrons. A capacidade que os metais têm de conduzir eletricidade é alta por conta da presença dessa nuvem de elétrons.
h) Os metais são na sua maioria maleáveis, destacando-se o ouro, onde com 30 g podem ser feitas lâminas de 15 m² com uma espessura de 3 x 10-6 cm.
i) Os metais são extremamente dúcteis, com destaque para o ouro, onde com 1 g pode ser feito um fio de 3 km.
j) Os metais possuem alta resistência mecânica a qual abrange a tenacidade (resistência ao choque), resistência a compressão, tração, flexão e torção, destacando-se o ferro , o que justifica sua importância na indústria metal mecânica.
k) A dureza dos metais é variável. O mais duro é o cromo, isto justifica a cromação de metais. Os mais brandos são os alcalinos.
16) Em que países se encontram as maiores jazidas de minério de ferro? E no Brasil, em que estados se encontram as maiores jazidas?
As maiores jazidas de ferro do mundo localizam-se na Austrália, Brasil, Estados Unidos, Rússia, França e Inglaterra. No Brasil as maiores jazidas encontram-se em Minas Gerais, Mato Grosso do Sul, Pará, Amapá e Bahia.
17) Quais são os 10 maiores países produtores de aço? Qual é a produção anual (t) recente de cada país?	Ano: 2013
	Ordem
	País
	Produção (t)
	1
	China
	779 milhões
	2
	Japão
	110,6 milhões
	3
	Estados Unidos
	86,9 milhões
	4
	Índia
	81,2 milhões
	5
	Rússia
	68,7 milhões
	6
	Coreia do Sul
	66,1 milhões
	7
	Alemanha
	42,6 milhões
	8
	Turquia
	34,7 milhões
	9
	Brasil
	34,2 milhões
	10
	Ucrânia
	32,8 milhões
				
18) Quais são os principais grupos produtores de aço no mundo? Descreva sucintamente os 5 primeiros.
ArcelorMittal, Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation, Hebei Steel Group, Baosteel Group, Wuhan Steel Group 
19) Quais são os principais grupos brasileiros produtores de aço no mundo? Descreva sucintamente os 3 primeiros.
Dentre os 50 maiores grupos do mundo, se destacam os brasileiros ArcelorMittal, Gerdau, Thyssenkrupp e Usiminas. A ArcelorMittal se posiciona no rank 1 produzindo uma média de 96,1 milhões por ano, a Gerdau no rank 16 produzindo 19 milhões e a Thyssenkrupp no rank 21 com 15,9 milhões por ano.
20) Quais são os fatores de produção situados a montante da cadeia de produção siderúrgica? E a jusante?
À montante da cadeia de produção siderúrgica temos a etapa da preparação da carga, onde Grande parte do minério de ferro (finos) é aglomerada utilizando-se cal e finos de coque. O produto resultante é chamado de sinter. O carvão é processado na coqueria e transforma-se em coque. À jusante (depois da redução e do refino) temos os semi-acabados, aqui, lingotes e blocos são processados por equipamentos chamados laminadores e transformados em uma grande variedade de produtos siderúrgicos, cuja nomenclatura depende de sua forma e/ou composição química.
21) O que é uma usina siderúrgica integrada a coque? Em que difere de uma semi-integrada (minimill)?
Nas usinas integradas a coque, as áreas de transformações do minério de ferro e do aço encontram-se presentes em uma única unidade industrial. Assim, partindo-se do minério de ferro (ou de seus produtos, sínter e pelota), coque e fundentes, chega-se ao ferro-gusa que, posteriormente, é convertido em aço. Após transformação mecânica (laminação), o aço é comercializado no mercado sob a forma de produtos planos (chapas e bobinas) e longos (vergalhões, barras e perfis). Assim, uma usina integrada a coque é tipicamente, composta de três etapas: Redução (cujo objetivo é a fabricação do ferro-gusa), Refino (produção e resfriamento do aço) e Transformação mecânica (produtos siderúrgicos destinados à comercialização).
A usina siderúrgica integrada a coque se difere da usina semi-integrada na primeira etapa (Redução), onde esta segunda não possui tal etapa.
22) Quais são os principais países produtores de carvão mineral? 
Os grandes produtores mundiais desse recurso são os Estados Unidos, China, Cazaquistão, Rússia, Polônia, Índia, Alemanha, Austrália e África do Sul. 
23) O coque é resíduo fixo resultante da destilação seca da hulha. Os demais produtos da destilação são o gás de hulha, as águas amoniacais e o alcatrão de hulha. Quais são os teores (faixas) de carbono em cada um dos carvões fósseis?
	Carvão
	Teor de C (%)
	Antracito
	92 a 98
	Hulha
	60 a 80
	Linhito
	65 a 75
	Turfa
	50 a 60
24) Descreva, sem muita parcimônia, o processo de produção de coque.
O ciclo operacional da coqueria pode ser resumido nas seguintes fases:
Preparação da mistura de carvões → Enfornamento Aquecimento → Desenfornamento
Apagamento → Preparação do coque → Tratamento das matérias voláteis.
25) O que é sínter? Descreva, sem muita parcimônia, o processo de sinterização.
A sinterização consiste em misturar e homogeneizar finos de minérios de ferro (sínter 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 1200 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.
26) Faça um diagrama de blocos do processo de obtenção de pelotas (pelotização).
27) Descreva, sem muita parcimônia, o processo pelotização obedecendo ao diagrama de blocos do item anterior.
Na etapa de pelotamento o minério de ferro recebe a adição de insumos em proporções adequadas para que as pelotas adquiram as características físicas e químicas especificadas para o processo. Os principais insumos utilizados são carvão mineral, calcário e bentonita. A carga, que além destes insumos contém ainda umidade, é homogeneizada e alimentada no disco de pelotamento, cujo movimento (no sentido horário de rotação) e inclinação adequada permitem o crescimento do aglomerado e, posteriormente, das pelotas.
O mecanismo de formação de pelotas cruas ocorre a partir de um fenômeno que envolve uma fase sólida e uma fase liquida. A fase sólida caracterizada pela mistura de finos de minério, aditivos e aglomerantes e a fase líquida pela água.
O processo físico de aglomeração é decorrente das forças mecânicas de compressão e impacto do rolamento de partículas sólidas com água nos discos, sendo influenciada pela distribuição granulométrica, a superfície especifica e a molhabilidade das partículas.
A produção das pelotas cruas é realizada geralmente em discos de pelotamento. Nestes, a carga é alimentada na extremidade mais elevada, onde os grãos de minério sofrem rolamentos sucessivos, numa trajetória espiral em direção à extremidade de descarga.
28) O que é ferro gusa? Quais são as principais matérias-primas empregadas para a produção do ferro gusa? Descreva sucintamente a função de cada uma delas.
É a forma intermediária pela qual passa praticamente todo o ferro utilizado na produção do aço. É um produto de primeira fusão obtido a partir da redução do minério em alto-forno. O ferro gusa constitui-se de Carbono, Silício, Manganês, Fósforo e Enxofre.
29) O que é ferro esponja?
ferro esponja é um produto metálico com 85 a 95% de ferro e de 0,1 a 1,0% de C, podendo chegar a 2,0% de C. Tem aspecto esponjoso e é obtido no estado sólido à temperatura em torno de 1100oC, a preços relativamente reduzidos se comparado a grandes siderúrgicas.
30) Dê o significado dos seguintes termos�
	
- Aciaria: unidade de uma usina siderúrgica onde existem máquinas e equipamentos voltados para o processo de transformar o ferro gusa em diferentes tipos de aço.
- Canga: resíduos indesejáveis do minério
- Carepa: resíduo sólido gerado na etapa de laminação da fabricação do aço.
- Carro torpedo:meio mais utilizado para transporte de ferro gusa do Alto-Forno
para a Aciaria.
 
- Cementita: composto químico cuja inclusão endurece o aço. Cada molécula é feita de três átomos de ferro ligados a um carbono átomo (Fe3 C) para formar uma estrutura de rede cristalina chamada ortorrômbica, em que os múltiplos prismas retangulares surgem a partir da mesma estrutura de base e se cruzam em ângulos de 90 graus. O resultado é uma substância muito dura chamada carboneto de ferro ou cementita.
- Clivagem: forma pela qual muitos minerais se fragmentam ao longo de planos paralelos bem definidos.
- Convertedor: tipo de forno, revestido com tijolos refratários e que transforma o ferro gusa e a sucata em aço.
- Crepitação: Quebra ou ruptura, provocada por aquecimento, dos cristais de certas substâncias. Esta ruptura se deve principalmente ao fato de ocorrência de água no interior desses cristais.
- Depósito: concentração de substâncias naturais, inclusive fósseis, tais como o carvão e o petróleo.
- Descarburação: etapa siderúrgica que consiste na remoção de gases. 
- Desfosforação: etapa siderúrgica que consiste na remoção de Fósforo.
- Dessiliciação: etapa siderúrgica que consiste na remoção de Silício.
- Dessulfuração: etapa siderúrgica que consiste na remoção de Enxofre.
- Escória: todo e qualquer co-produto metálico ou não-metálico resultante da separação do metal a partir de seu minério ou refinamento.
- Escorificante: material que auxilia na purificação do ferro.
- Ferro-liga:  ligas especiais que requerem alta tecnologia para a sua produção. Ligas especiais são ligas a base de ferro e níquel, contendo cromo e outros elementos a fim de obter propriedades superiores a dos aços e, portanto, suportar solicitações mecânicas e corrosivas extremas.
- Fluxante: mistura de materiais não metálicos que, em contato com o aço líquido, funde formando escória que age principalmente como lubrificante e controla a transferência de calor na interface placa/molde durante o lingotamento contínuo de aços.
- Fratura: termo utilizado para descrever a forma e textura da superfície formada, quando um mineral é quebrado. Os minerais muitas vezes têm uma fenda altamente distintiva, fazendo-o uma característica principal usada na sua identificação.
- Fundente: substância que facilita a soldadura ao efectuar a limpeza química dos materiais a serem soldados. Em processos de alta temperatura o propósito principal do fundente é prevenir a oxidação dos materiais de base e de enchimento.
- Ganga: impurezas contidas nos minérios responsável pela perda da qualidade do produto da exploração de minérios, sendo que ela afeta nas propriedades mecânicas e químicas do minério, além de alterar a sua ductibilidade e resistência.
- Hábito: aparência típica de um cristal em termos de tamanho e forma.
- Jazida: concentração local de uma ou mais substâncias úteis que tenham valor econômico, seja na superfície ou no interior da Terra. Ainda que o termo seja mais associado a uma concentração de minerais, pode referir-se também à concentração de outras substâncias naturais, inclusive fósseis, tais como o carvão e o petróleo.
- Lava:  designação dada ao material geológico em fusão, com temperatura em geral entre os 600 °C e os 1250 °C, que um vulcão expele durante uma erupção.
- Lavra: Ação que consiste na extração de metais.
- Lingote: massa de metal ou de um material condutor, que após ter sido aquecida a uma temperatura superior ao seu ponto de fusão é vertida num molde, tomando uma forma que torna mais fácil o seu manuseamento, geralmente uma barra ou um bloco.
- Metalurgia: ciência que estuda e gerencia os metais desde sua extração do subsolo até sua transformação em produtos adequados ao uso.
- Mina: escavação a céu aberto ou subterrânea, para extracção de substâncias minerais.
- Mineral: corpo natural sólido e cristalino formado em resultado da interacção de processos físico-químicos em ambientes geológicos.
- Minério: agregado de minerais rico em um determinado mineral ou elemento químico que é economicamente e tecnologicamente viável para extração (mineração). Pode ser uma rocha, sedimento ou solo. O minério é constituído de minerais de minério (ou minerais de interesse econômico) e ganga (ou minerais que não possuem interesse econômico).
- Ocorrência: O que ocorre, o que acontece; fato.
- Refino: processo de purificação de uma substância química obtida muitas vezes a partir de um recurso natural.
- Reserva: categoria de unidade de conservação.
- Sucata: denominação dada à todo o tipo de material, produto ou resíduo descartados que sejam passíveis de reciclagem na indústria.
- Tremonha: Espécie de reservatório em forma de pirâmide quadrangular truncada e invertida.
31) Referências Bibliográficas (Norma ABNT)
CANTO, Eduardo Leite do. Minerais, minérios, metais: de onde vêm?, para onde vão?. São Paulo: Moderna, 1996.
MOREIRA, Siderurgia.
MACHADO, Marcelo Lucas P. Siderurgia da Matéria prima ao aço laminado. Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo. 2006
Rochas magmáticas. Algo Sobre. Disponível em <https://www.algosobre.com.br/geografia/rochas-magmaticas.html>. Acesso em 05 nov. 2014.�
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ALVES, L. Metais. Brasil Escola. 2013. Disponível em: <http://www.brasilescola.com/quimica/metais.htm>. Acesso em: 05 nov. 2014
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RAMOS, R. Um sistema para auxílio no sequenciamento de um laminador de tiras a quente em uma usina siderúrgica integrada. Maxwell. 2003. Disponível em: < http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/3762/3762_3.PD>. Acesso em: 05 nov. 2014.�