ipm_2018_parte1

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Professor: Claudio Rocha Lopes
Volta Redonda, RJ, 2018
Introdução ao Processamento de Materiais - VMT00002 
Módulo: Metal
Universidade Federal Fluminense
Escola de Engenharia Industrial Metalúrgica de Volta Redonda
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PROGRAMA DE AULAS DO 2o SEMESTRE DE 2018 - Período: 13/08 a 20/12
Disciplina: Introdução ao Processamento de Materiais - VMT 00002 - Turma V2
Terças e Quintas de 14 às 16 horas, Salas: B9 e N5B
	DATA 	ASSUNTO 
	14/08	Minérios e Tratamento de Minérios
	16/08	Processos de Redução
	21/08	Processos de Refino (igneos e eletrolíticos)
	23/08	Processos de Solidificação (Lingotamento)
	28/08	Processos de Solidificação (Fundição)
	30/08	Processos Mecânicos de Fabricação
	04/09	Processos de Soldagem
	06/09	Metalurgia do Pó
	11/09	Tratamentos Térmicos
	13/09	Prova de Metal
	25/09	Vista na Sala C66 das 16/18 hs
	11/12	Reposição
	18/12	Verificação Suplementar
Noções de Geologia
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 A Via Láctea é a galaxia onde está localizado o Sistema Solar da Terra. É uma estrutura constituída por cerca de 200 bilhões de estrelas.
 A Terra foi formada há aproximadamente 4,5 bilhões de anos, quando o Universo já beirava os 10,7 bilhões de anos e a Via Láctea, já existia há pelo menos 5,7 bilhões de anos. 
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 Ao longo desse tempo, ela sofreu uma série de transformações que deixaram marcas bem definidas nas rochas o que permite dividir a sua história numa Escala Geológica de Tempo.
 A forma da Terra é aproximadamente a de um elipsóide de revolução, com diâmetro maior, ao longo do equador, de 12.712km e um diâmetro menor, ao longo dos seus pólos, de 12.555km.
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 O Globo Terrestre (Terra) é formada de 4 camadas concêntricas de constituição química e física difere entre si. 
 O Núcleo (NIFE): composto de Fe e Ni, têm uma espessura aproximada de 3.470 km, T > 40000C e  = 12,2 g/cm3. 
 Camada Intermediária, constituição de silicato contendo sulfetos e óxidos, tem uma espessura aproximada de 1.700 km, T ≈ 40000C e  ≈ 4.7g/cm3.
 Manto, composto por silicatos e ferro e tem uma espessura aproximada de 1.100km,  ≈ 3.3 g/cm3 , e T ≈ 3.4000C.
 Apenas a Crosta, também chamada de Litosfera, é acessível à observação direta, sendo dividida em Crosta Superior, composta de sedimentos e granitos (Si e Al), com uma espessura variando de 15 a 25 km e = 2.7 g/cm3 e uma Crosta Inferior, composta de rochas basálticas (Si e Mg), cuja espessura chega a atingir 75km,  ≈ 2,95 g/cm3 e T ≈ 1.2000 C
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CONSTITUIÇÃO LITOLÓGICA DA CROSTA EXTERNA
 
 A crosta terrestre é constituída de rochas, isto é, agregados naturais de um ou mais minerais (incluindo os mineralóides: vidro vulcânico e matéria orgânica). Distinguem-se 3 grandes grupos de rochas, segundo sua gênese: 
 Rochas Ígneas (Magmáticas), 
 Metamórficas
 Sedimentares.
 Segundo PETTIJOHN as rochas de origem magmáticas (incluindo as metamórficas) constituem cerca de 95% do volume total da crosta, mas ocupam 25% da sua superfície, enquanto que as rochas sedimentares mais as metas-sedimentares contribuem apenas com 5% do volume, mas cobrem 75% da superfície da crosta.
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 Cerca de 98,5% do peso e 99,7 do volume da Crosta é composta de apenas oito elementos, conforme a seguinte Tabela:
 Os demais elementos ocorrem em quantidades mínimas, só podendo ser explorados quando são concentrados por diferentes processos geológicos, a Tabela a seguir mostra em partes por milhão a concentração em massa destes elementos.
							
						
								
							
					
	Elemento
	Oxigênio
	Silício
	Alumínio
	Ferro
	Cálcio
	Sódio
	Potássio
	Magnésio
	Símbolo
	O
	Si
	Al
	Fe
	Ca
	Na
	K
	Mg
	%Massa
	49,2
	25,7
	8,1
	5,0
	3,4
	2,6
	2,6
	2,1
	%Volume	91,77	0,80	0,76	0,68	1,48	1,60	2,14	0,56
	Ti- 4400	H-1400	P-1180	Mn-1000	S-520	C-320	Cl-314	Rb-310	F-300
	Sr-300	Ba-250	Zr-220	V-150	Zn-132	Ni-80	Cu-70	W-69	Li-65
	N- 46	Ce-46	Sn-40	Co-23	Pb-16	Mo-15	Th-12	Cs-7	Be-6
	Ar-5	U- 4	B-3	Br-1,6	Sb-1	Hg-0,5	Bi-0,2	Cd-0,15	Ag- 0,1
	Se-0,09	Pt-0,005	Au-0,005						
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TIPOS DE ROCHAS
ROCHAS MAGMÁTICAS (ÍGNEAS)
 	
Essas rochas resultam da solidificação de uma fusão de silicatos denominada MAGMA. Este processo, amplamente ativo no passado, é ainda atuante em nossos dias (atividade vulcânica). A localização primária, de onde derivam-se os magmas crustais, se encontra nos níveis mais profundos do Manto. 
 	As rochas ígneas exibem variações limitadas de composição. O principal constituinte é a sílica, podendo ser classificadas em função da % de SiO2:
 ULTRA-BÁSICAS: < 45% em peso de SiO2	
 BÁSICAS: 45% a 55% SiO2.
 INTERMEDIÁRIA: 55% a 65% SiO2.
 ÁCIDAS: > 65% em peso de SiO2.
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ROCHAS MAGMÁTICAS / IGNEAS (continuação
 
	As rochas magmáticas podem ser classificadas quanto a forma de solidificação, sendo que as principais diferenças entre elas é devido à Taxa de Resfriamento.
 
 EXTRUSIVAS, VULCÂNICAS OU ERUPTIVAS: São geradas pelo extravasamento de matéria total ou parcialmente fundida, à superfície da crosta terrestre. As extrusivas tem granulação mais fina, pois a taxa de resfriamento é elevada.
 
 INTRUSIVAS OU PLUTÔNICAS: São aquelas resultantes da cristalização do magma no interior da Crosta, perto da região do Manto não atingindo assim a superfície. Estas rochas sofrem resfriamento mais lento que as extrusivas, resultando em uma granulação grosseira, e retêm mais seus constituintes voláteis dissolvidos.
 
 HIPOABISSAIS: São originadas pela cristalização do magma nos fendilhamentos das rochas encaixantes pré-existentes, não atingindo também a crosta. Possuem granulação intermediária originadas por uma taxa de resfriamento também intermediária.11
ROCHAS METAMÓRFICAS 
 
	Tanto as rochas ígneas como as sedimentares podem ser levadas por processos geológicos a condições diferentes das quais se originaram. Estas novas condições determinam a instabilidade dos minerais preexistentes. Estas rochas sofrem transformações sob ação destas novas condições, que são temperatura, pressão e composição química. Esta “adaptação” é que dá origem à formação de diferentes rochas denominadas: Rochas Metamórficas. 
	Normalmente podem ocorrer tanto recristalização dos minerais preexistentes como também a formação de novos minerais, devido à mudança da estrutura cristalina ou à combinação química entre dois ou mais minerais formando um novo mineral.
	Graças às condições de pressão dirigida num determinado sentido, a textura resultante mais comum é a orientada, caracterizada pelo arranjo de todos ou de alguns minerais segundo planos paralelos.
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ROCHAS SEDIMENTARES 
 
	Sedimentos são deposições de materiais resultantes da decomposição e desagregação de rochas existentes. 
As rochas sedimentares resultam dos seguintes processos:
		1- Intemperismo;
		2- Transporte;
		3- Deposição;
		4- Litificação: 
* Litificação são processos de compactação e cimentação pelos quais o sedimento se converte num agregado mais coerente: a rocha.
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INTEMPERISMO
 	O intemperismo constitui o conjunto de processos operantes na superfície terrestre que ocasionam a decomposição dos minerais das rochas. Diversos são os fenômenos que agem em íntima correlaçào nos processos intempéricos. Tais fenômenos podem ser físicos, químicos e/ou biológicos, agindo separada ou conjuntamente, dependendo das condições climatológicas locais. 
DESINTEGRAÇÃO FÍSICA:
 
		1 - Variação de temperatura:
		2 - Cristalização de sais:
		3 - Congelação:
		4 - Agentes físicos-biológicos. 
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DECOMPOSIÇÃO QUÍMICA:
 	Caracterizado pela reação química entre as rochas e soluções aquosas diversas. Pouco são os minerais resistentes ao ataque químico, dentre eles o mais importante é o quartzo (SiO2).
DECOMPOSIÇÃO BIOLÓGICA:
 
	A atividade orgânica é importante na decomposição das rochas. Os primeiros atacantes de uma rocha exposta às intempéries são bactérias e fungos, a seguir os liquens, as algas e os musgos, formando e preparando o solo para as plantas superiores. Estas atividades segregam gás carbono, nitratos, ácidos orgânicos, etc. 
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ATIVIDADES GEOLÓGICAS DOS ORGANISMOS
	Os organismos podem agir no trabalho geológico de maneira destrutiva ou construtiva. Em relação ao modo construtivo diversas rochas são formadas pela ação dos organismos, seja pela sua atividade fisiológica, seja pela deposição dos seus restos. Foram eles os responsáveis pela formação dos combustíveis fósseis, isto é, do carvão e do petróleo, assim como de numerosos depósitos de calcário, de diatomito, fosforitos, etc.
	As rochas de origem orgânica recebem a designação genérica de biólitos. São classificados em caustobiólitos (combustíveis) e acaustobiólitos (não combustíveis).
Tratamento de Minérios
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Tratamento de Minérios
TERMINOLOGIA USADA EM MINERAÇÃO:
MINERAL: É um elemento ou composto químico, via de regra, resultante de processos inorgânicos, de composição química geralmente definida e encontrado naturalmente na crosta terrestre. 
MINÉRIO: Mineral útil + Ganga (Minerais inúteis; estéril; parte inútil),
É um Mineral de Valor Econômico.
Mineral útil: Metal + Elementos a eles unidos.
Prospecção: Procura/sondagem objetivando a descoberta de uma ocorrência mineral que possa tornar-se uma jazida.
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Tratamento de Minérios
TERMINOLOGIA USADA EM MINERAÇÃO:
Jazida: É toda massa (concentração local) individualizada de substância Mineral ou Fóssil aflorando a superfície ou existente no interior da Terra, e que tenha valor econômico. Inclui minerais, rochas, e outras substâncias úteis, como Carvão, Petróleo, etc.
Mina: É uma jazida em exploração, mesmo que esteja suspensa a lavra.
Lavra: Conjunto de operações coordenadas objetivando o aproveitamento industrial da jazida, desde a extração das substâncias minerais úteis até o beneficiamento das mesmas.
Teor de um minério: é a quantidade de metal contido no minério, geralmente é dada em (%) ou (g/t).
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Tratamento de Minérios
CONCEITO: São os processos usados para concentrar (eliminar a ganga) e tornar adequada (fragmentar, aglutinar) a matéria prima (Minérios) para ser usada nos processos metalurgicos subsequentes.
FASES DO BENEFICIAMENTO:
1 - Fragmentação: Britar ou moer para liberar o mineral útil, ou para bitolar o material.
2 - Classificação (Calibração): Separação do material por faixas granulométricas, ou por densidade.
3 - Concentração: Eliminar o máximo possível da ganga (estéril, inútil), Resultando um minério mais rico.
4 - Separação: No caso de minérios complexos, separar cada um dos diferentes minerais úteis.
5 - Desaguamento (Secagem): Eliminação da água.
6 - Aglomeração de Finos (Sinterização, Pelotização, Briquetagem): Aproveitamento dos finos gerados por algum processo anterior. 
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Tratamento de Minérios
CONDIÇÕES PARA QUE O BENEFICIAMENTO SEJA ECONÔMICO:
	1 - Custos de extração ( mineração )
	2 - Custos de transporte
	3 - Custo de beneficiamento.
O somatório destes custos tem que ser menor que o preço de venda do minério beneficiado no mercado internacional.
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Tratamento de Minérios
1 - FRAGMENTAÇÃO: 
Objetivo: Diminuir o tamanho de minerais ou minérios, isto é, diminuir sua granulometria.
Finalidade: 
	1 - Liberar: Soltar as partículas de minerais úteis afim de que possam ser classificados e separados.
 2 - Bitolar: Quebrar os fragmentos até o adequado, para uso nos processos metalúrgicos subseqüentes.
Custo: Quanto menor o tamanho da partícula, tanto mais energia é consumida, e mais cara fica a operação.
Limite de Fragmentação: É determinado para informar a percentagem de partículas úteis que foram liberadascom uma determinada granulometria (grau de liberação). 
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Tratamento de Minérios
A fragmentação pode ser realizada pelos processos de Britagem e/ou Moagem:
BRITAGEM: Fragmentação por Britadores. O minério entra com 300 a 1500 mm () e sai com 10 a 2 mm ().
MOAGEM: Fragmentação com moinhos. O minério entra com cerca de 20 mm de diâmetro, saindo menor que 0,08 mm. A moagem pode ser de dois tipos: A seco e por via úmida (20 a 30 % de água).
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Tratamento de Minérios
Britador de Mandíbula
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Tratamento de Minérios
Britador de Martelo
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Tratamento de Minérios
Moinho de Bolas
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Tratamento de Minérios
2 - CLASSIFICAÇÃO:
Objetivo: Separar as partículas em grupos , classes ou faixas de tamanhos, bem determinados. Em função do tamanho (volume) das partículas; e/ou do peso (densidade) das partículas.
Processos (Métodos) de Classificação:
	1- Por Peneiramento;
	2- Por Classificadores Hidráulicos;
	3- Por Classificadores Hidro-Mecânicos;
2.1 - PENEIRAMENTO:
Conceito: Consiste em classificar as partículas por tamanho, levando em conta apenas a área e/ou volume delas. É uma classificação granulométrica.
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Tratamento de Minérios
Medidas das aberturas (tamanho das malhas):
Em mm ou mesh (abertura em uma polegada linear).
Séries STANDART (padrões) de peneiras:
Tyler, ASTM, DIN, ABNT, etc.
Frações obtidas em uma peneira:
Fração retida - over size;
Fração peneirada - under size.
Condições para um bom peneiramento:
Pouca umidade ou polpa (para finos);
Não sobrecarregar a peneira (partículas devem 	estar em contato com a peneira);
A peneira deve ser vibrada ou sacudida.
Disposição das peneiras (Arranjo):
Simples ou Múltiplas;
Fixas, Vibratórias ou Rotativas.
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Tratamento de Minérios
Peneiras
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Tratamento de Minérios
2.2 - CLASSIFICAÇÃO HIDRÁULICA e/ou HIDRO-MECÂNICA
	Considerações:
Duas partículas com o mesmo diâmetro e densidades diferentes . A partícula com maior densidade terá maior velocidade terminal ou velocidade limite.
Duas partículas com mesma densidade e diâmetros diferentes. A partícula com maior diâmetro terá maior velocidade terminal.
Separam o minério moído em duas frações:
		Over flow (extravasado) 
		Under flow (sedimentado)
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Tratamento de Minérios
Ciclone
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Tratamento de Minérios
3/4- CONCENTRAÇÃO/SEPARAÇÃO:
	Objetivo: O objetivo inicial é separar os minerais dos estéries (ganga, inúteis); e/ou separar os diferentes minerais úteis (no caso de minérios complexos). O processo de concentração é de extrema importância, pois o preço do minério está diretamente relacionado com sua pureza. Os métodos empregados baseiam-se nas propriedades físicas dos minérios presentes. 
	Propriedades Físicas	Método Usado na Concentração
	Cor, Brilho, Luminescência	Triagem ( escolha manual )
	Densidade	Jigues, Espirais, Meios densos
	Propiedades Magnética	Separação Eletromagnética
	Propiedades Elétricas	Separação Eletrostática
	Diferentes Propiedades Superficiais	Flotação
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Tratamento de Minérios
5- DESAGUAMENTO/SECAGEM:
	Processo de remoção de água contida nas polpas, lamas e finos. Os principais equipamentos para desaguamento são:
		1- Leitos de Drenagem  Em um local 	adequado 	deixar a água escorrer por gravidade.
		2- Espessadores  São decantadores onde a 	lama sedimenta.
		3- Filtros a Vácuo  A água é filtrada.
		4- Chapa Quente  A água é evaporada.
		5- Fornos Rotativos  A água é evaporada.
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Tratamento de Minérios
6- PROCESSOS DE AGLOMERAÇÃO:
	A operação de separar os finos seria antieconômica se não houvesse utilização para o material de pequeno tamanho, resultante da mineração , britagem e transporte. A aglomeração é, portanto, conseqüência direta do peneiramento, a fim de se obter minérios acima de determinadas dimensões, para serem utilizados posteriormente. Existem 3 principais processos a serem estudados:
			1-Sinterização;
			2-Pelotização;
			3-Briquetagem.
Forno de ignição
Alimentador
Chaminé
Exaustor
Caixa de
Despoeiramento
Tambor de mistura
A
B
C
D
E
F 
Silos de armazenagem
INSUMOS
Finos de retorno
Finos de minério
Coque
Calcário
Pó de alto forno
Fragmentação do bolo de sinter 
Peneiramento a quente 
Sinter
Peneiramento a frio
Finos de retorno
Resfriador rotativo
Processo de Sinterização
Máquina de sinterização
Processo de Sinterização
Mistura úmida
Camada de Forramento
Gás
 
Forno de ignição
Sucção
Sinter
Zona de Combustão
Mistura Seca e Calcinada
Gás
Sucção
 
Forno de ignição
Ar
 Antes da queima
Durante a queima
Processo de Sinterização – cont.
Forno de ignição e evolução do processoProcesso de Pelotização
Pelotas são aglomerados de forma esférica formados pela pelotização de minérios finos com o auxílio de aditivos seguido por um endurecimento a frio ou a quente. 
Os aditivos geralmente utilizados são: fundentes (calcário, dolomita), aglomerantes (bentonita, cal hidratada) e combustível sólido (carvão)
 Existem basicamente dois tipos de pelotas:
		 PAF: Pelotas para Alto Forno
		 PRD: Pelotas para Redução Direta
Processo de Pelotização
Processo de Pelotização
Processo de Briquetagem
	A briquetagem consiste na aglomeração de partículas finas por meio de pressão, com auxílio ou não de um aglutinante, permitindo a obtenção de um produto não só compactado, porém com forma, tamanho e parâmetros mecânicos adequados. A adição de água na briquetagem só não é realizada quando a substância aglomerante se apresenta na forma de solução aquosa ou como um fluído. A mistura entre partículas finas e o aglutinante é prensada a frio ou a quente, de modo a obter aglomerados chamados de briquetes, que devem apresentar resistência adequada para empilhamento ou um tratamento posterior. 
Processo de Briquetagem
	A fim de apresentarem a resistência mecânica desejada, os briquetes são submetidos a um tratamento de endurecimento, realizado à temperatura ambiente, em estufas e secadores (T ≈ 400ºC) ou em fornos ( T > 1.000ºC). 
	Nos briquetes endurecidos a temperaturas superiores à ambiente, as impurezas do minério e do próprio constituinte principal são responsáveis pela ligação entre as partículas. Essa ligação pode ser realizada por meio dos processos de: 
	* Fusão incipiente do constituinte principal; 
	* Difusão e recristalização do constituinte principal; 
	* Escorificação ou reação química; 
	* Endurecimento do constituinte principal.
Processo de Briquetagem
	No processo de aglomeração de partículas finas em prensas, as forças de atração molecular de Van der Waals apresentam uma forte influência na união das partículas. Entretanto, somente, tornam-se efetivas, quando a distância entre essas partículas é reduzida (ação da força externa). 
	Na aplicação da pressão externa ao material a ser briquetado, podem ser utilizados três processos: 
	1 - Briquetagem em prensas de rolos, onde o material flui continuamente, entre dois rolos paralelos, com cavidades ou moldes dispostos em sua superfície, girando com a mesma velocidade de rotação, todavia em sentidos contrários; 
	2 - Briquetagem por extrusão contínua; 
	3 - Briquetagem em prensas hidráulicas, em que os moldes são preenchidos, de forma intermitente. 
Processo de Briquetagem
Processo de Briquetagem
Processo de Briquetagem