VT Titânio_

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UNIVERSIDADE SALGADO DE OLIVEIRA
CURSO DE ENGENHARIA DE CIVIL
Titânio
Niterói
2018
TITÂNIO
Revisão literária sobre o Titânio para a disciplina de Ciência dos Materiais do Curso de Engenharia de Civil da Universidade Salgado de Oliveira – UNIVERSO, com obtenção de nota para VT.
Orientador: Prof. Edson Alves Portela Junior
Niterói
2018
Sumário
	1. Introdução
	4
	2. Origem
	4
	3. Reservas
	6
	4. Aplicações do Titânio 
	8
	5. Vantagens e desvantagens do titânio
	9
	5.1. Vantagens do titânio
	9
	5.2 Desvantagens de titânio
	10
	6. Custos
	11
	7. Aspectos econômicos
	11
	Referências:
	12
1. Introdução
O titânio e suas ligas vêm se destacando comercial e industrialmente devido a suas excelentes propriedades, tais como elevada razão resistência mecânica/peso, manutenção de sua resistência mecânica em temperaturas elevadas e excepcional resistência à corrosão. As principais aplicações destas ligas são nas indústrias aeroespacial e biomédica, em ambientes extremamente corrosivos e para a produção de equipamentos industriais avançados utilizados para a geração de energia e transporte.
2. Origem
O primeiro mineral de titânio, uma areia negra chamada menachanite, foi descoberto em 1791 em Cornwall pelo reverendo William Gregor. Ele analisou e deduziu que era composta de óxidos de ferro e um metal desconhecido, e relatou-o como tal para o Royal Geological Society de Cornwall. Em 1795, o cientista alemão Martin Heinrich Klaproth de Berlim investigou um minério vermelho conhecido como schorl da Hungria. Esta é uma forma de rutilo e Klaproth percebeu que era o óxido de um elemento até então desconhecido, que ele chamou de titânio. Quando ele foi informado da descoberta de Gregor ele investigou as ilmenites e confirmou que o titânio estava muito contido. As principais fontes são rutilo (TiO2) e em menor extensão a ilmenita (FeTiO3). 
O titânio (Ti) é o nono elemento mais abundante da terra. É um elemento litófilo e tem uma forte afinidade por oxigênio, fazendo com que a maior parte do titânio na litosfera esteja na forma de óxido. As crostas oceânicas e continentais contêm em torno de 8.100 ppm e 5.300 ppm de titânio, respectivamente.
O titânio é um metal de brilho prateado, mais leve do que o ferro, quase tão forte quanto o aço, e quase tão resistente à corrosão como a platina. No campo industrial o titânio é usado principalmente sob forma de óxido, cloreto e metal.
Os óxidos de titânio que apresentam interesse econômico são a ilmenita, o leucoxênio, o rutilo e, mais recentemente, o anatásio e a perovskita.
Há certos minerais, como os das reservas do Canadá e da África do Sul, que após tratamento metalúrgico, ou seja, com a fusão destes minerais de titânio em mistura com o carbono, resultam no que se chama escória titanífera (slag), que possui alto teor de TiO2 , chegando a 85%.
O titânio, face às suas propriedades de tenacidade, leveza, resistência à corrosão, opacidade, inércia química e toxicidade nula, elevado ponto de fusão, brancura, alto índice de refração e alta capacidade de dispersão, possui diversificado campo de utilização. Todavia, cerca de 96% dos concentrados provenientes dos minerais de titânio são destinados à produção de pigmentos de titânio, (titânio branco). O resto é empregado na fabricação de esponja de titânio, carbetos, vidros e cerâmicas especiais.
O maior emprego dos pigmentos de dióxidos de titânio (+/- 50%) é na fabricação de tintas vernizes, devido ao seu alto índice de refração, opacidade, poder de encobrir imperfeições das superfícies onde são aplicados, inércia química e toxicidade nula. O segundo maior campo é na indústria de papel, na fabricação de papel fotográfico e de todo tipo de papel para impressão, exceto de jornal. Outras grandes aplicações são na indústria de plástico e outras, como borrachas de pneus, esmaltes para porcelanas, encerados, revestimentos de paredes e fibras de vidros.
Para a fabricação de pigmentos de TiO2, existem dois processos comercias: o processo “sulfato” e o processo “cloreto”. O processo sulfato, mais antigo, utiliza a ilmenita ou escória titanífera (slag) para reação com ácido sufúrico, sendo removida uma porção do sulfato de ferro formado; o hidróxido de titânio é precipitado por hidrólise, filtrado e calcinado. O processo “cloreto”, mas recente, utiliza o rutilo como matéria-prima ideal, podendo utilizar o rutilo sintético, a escória titanífera e o anatásio como opções. Poucos problemas de poluição ambiental são encontrados na produção de pigmentos a partir do rutilo, ao contrário da ilmenita. O processo por cloretação, utilizando alimentação de rutilo, gera cerca de 0,2 tonelada de rejeito por tonelada de TiO2 produzido; o processo de sulfatação, usando ilmenita, gera 3,5 t de rejeitos por tonelada do produto.
Quanto à fabricação do titânio metálico, existem atualmente seis tipos de processo disponíveis: “Kroll”; “Hunter”; processo de redução eletrolítica; processo de redução gasosa; redução com plasma e processos de redução metalotérmica. Dentre estes, destaca-se o processo Kroll, que é o responsável, até hoje, pela maioria do titânio metálico produzido no mundo ocidental. Na forma de metal e suas ligas, cerca de 60% do titânio são utilizados nas indústrias aeronáuticas e aeroespaciais, sendo aplicados na fabricação de peças para motores e turbinas, fuselagem de aviões e foguetes. O restante é utilizado nas:
• Indústria química, devido à sua resistência à corrosão e ao ataque químico;
• Indústria naval: o titânio metálico é empregado em equipamentos submarinos e de dessalinização de água do mar;
• Indústria nuclear: é empregado na fabricação de recuperadores de calor em usinas de energia nuclear;
• Indústria bélica: o titânio metálico é sempre empregado na fabricação de mísseis e peças de artilharia;
• Na metalurgia, o titânio metálico, ligado com cobre, alumínio, vanádio, níquel e outros, proporciona qualidades superiores aos produtos.
• Outra aplicação, que se dá somente com o rutilo, é no revestimento de eletrodos de soldar.
3. Reservas
Os principais depósitos de minério de titânio (rutilo, ilmenita e anatásio) do mundo estão localizados na Noruegua, Austrália, Canadá, Estados Unidos, Índia e China (ilmenita); Austrália, Itália e África do Sul (rutilo); Brasil (anatásio).
No Brasil, os principais depósitos estão localizados ao longo da costa, nos Estados do Rio de Janeiro, Espírito Santo, Paraíba, Rio Grande do Norte, Bahia e Rio Grade do Sul. O depósito de Mataraca, na Paraíba, é o mais importante, visto que representa 64% das reservas de ilmenita e 52% das reservas de rutilo do País. Trata-se de um depósito sedimentar de origem secundária, constituindo placers, onde o teor médio de minerais pesados, na Areia Bruta, varia entre 3,3% a 5%, sendo o restante constituído principalmente de quartzo, turmalinas, feldspato e fragmentos de conchas. Estimando-se uma produção de 120.000 t/ano de ilmenita e 2.150 t/ano de rutilo, tem uma vida útil de aproximadamente 18 anos. A concessionária é a Millennium Inorganic Chemicals do Brasil Ltda., incorporadora da RIB – Rutilo e Ilmenita do Brasil S/A, que detém 16% do mercado mundial de dióxido de titânio e no Brasil é responsável por aproximadamente 60% da produção nacional. Outras reservas importantes estão localizadas no litoral norte do Estado do Rio de Janeiro, nos municípios de Itabapoana e Guaxindiba; no Espírito Santo, em Guarapari e Aracruz; e na Bahia, municípios de Prado e Cumuruxatiba. Todas essas reservas estão tituladas à INB – Indústrias Nucleares Brasileiras S/A. As reservas do município de São José do Norte, no Rio Grande do Sul, têm direitos pertencentes ao Grupo Paranapanema, havendo uma negociação para formação de uma joint venture com a Millennium Inorganic, que bancará o projeto chamado Bujuru. Nesta mesma região, a RTZ começou neste ano as suas primeiras prospecções de titânio na América do Sul. Da mesma forma, a norte-americana Dupont, líder do mercado global com participação de 24%, prepara-se para as suas primeiraspesquisas de titânio no País, numa área de 220 mil hectares no nordeste do Pará. Em Minas Gerais existem reservas aluvionares no leito do Rio Sapucaí com o direitos minerários pertencentes à SAMITRI – S/A Mineração Trindade. Há também reservas de ferro titânio no município de Floresta, em Pernambuco. Em 1990, as reservas de ilmenita no Brasil receberam um forte incremento com a aprovação de reservas medidas no Rio Grande do Norte, na ordem de 16.000.000 t, com 0,82 % em peso de TiO2 . Localizadas no Município de Baía Formosa, sua viabilidade econômica só poderá ser determinada com a definição da implantação da lavra por dragagem. A partir de 1991, houve a incorporação das reservas de rutilo, na reavaliação das reservas no Município de Mataraca (PB). O Brasil detém as maiores reservas de anatásio até hoje conhecidas no mundo, avaliadas em torno de 440 milhões de toneladas, com teores médios de 17,7% de TiO2, associado a fosfato, nióbio e terras raras. As reservas estão localizadas nos municípios de Patrocínio e Tabira (MG), e Catalão (GO). Essas áreas têm como titular a CVRD, que desenvolve trabalhos de pesquisas geológicas e tecnológicas desde 1972. Durante a fase pré-piloto da pesquisa e face à inexistência de tecnologia “cloreto” de industrialização do titânio no Brasil, a CVRD estabeleceu entendimentos com empresas detentoras da tecnologia “cloreto”, dentre elas a Dupont, Bayer, New Jersey Zinc. O resultado deste esforço foi a confirmação da viabilidade técnica de utilização do anatásio como alternativa ao rutilo em nível de laboratório. São também conhecidas ocorrências de anatásio no Estado do Pará. Embora não exista produção comercializada, há uma variação das reservas de anatásio devido à produção do mesmo como subproduto, que é estocada, tendo também ocorrido uma reavaliação de reservas entre 1990 e 1992, em decorrência do maior conhecimento da jazida.
4. Aplicações do Titânio 
 
O titânio é aplicado na fabricação de ligas leves e de elevada resistência mecânica, térmica e à corrosão, que são empregadas em reatores, motores de foguetes, aviões e automóveis. Essas ligas também são utilizadas na elaboração de próteses ortopédicas amplamente utilizadas em humanos e na produção de bicicletas e artefatos esportivos. As principais ligas de titânio são com metais como: alumínio, ferro, vanádio, cobalto, molibdénio e manganês. A produção de ligas metálicas é um dos principais vetores de consumo de todo o titânio produzido no planeta, ficando atrás do consumo de TiO2, utilizado principalmente como pigmento. 
Embora possuam menor resistência em altas temperaturas do que as superligas de níquel, componentes (discos, palhetas e etc) de ligas de titânio podem ser usados em determinados tipos de aplicação (temperaturas menos elevadas) em turbinas de jatos, com melhor correlação resistência mecânica/peso. Além do uso em componentes de turbinas, as ligas de titânio também podem ser usadas na estrutura das aeronaves. Na faixa de temperaturas de 150 a 500 °C as ligas de titânio são os materiais mais adequados. Estima-se que pelo menos 15% da massa de um avião Boeing 787 é devido a materiais de titânio, ele é tão forte quanto o aço, mas 45% mais leve. É 60% mais pesado que o alumínio, porém duas vezes mais forte. Tais características fazem com que o titânio seja muito resistente contra os tipos usuais de fadiga.
Seus compostos são empregados como pigmento branco para tintas, papel, esmaltes, borracha, plásticos, cerâmicas, tecidos, além de ser utilizado na produção de cosméticos e descontaminação radioativa da pele. O TiO2 (dióxido de titânio – rutilo) produz ~90% de brancura, quando o padrão 100% é produzido pelo MgO. Quanto mais TiO2 for usado como pigmento, maior a brancura e maior o valor do produto elaborado.
Um placa de titânio cristalino de alta pureza com cerca de 99.999%.
Na indústria do petróleo é aproveitada a excelente resistência à corrosão do titânio e de suas ligas para a fabricação de componentes que entram em contato com a água do mar, que, além de cloretos, também contém gás sulfídrico (H2S). Especialmente na fabricação de trocadores de calor usados em plataformas de extração de petróleo as ligas de titânio oferecem excelente combinação de resistência à corrosão, boa resistência mecânica e baixa densidade. Também são usadas na fabricação de equipamentos usados no resfriamento de gás e óleo. Do mesmo modo, refinarias de petróleo podem A aproveitar essas propriedades das ligas de titânio para aplicações semelhantes nas quais essas ligas ficam em contato com essas substâncias corrosivas.
Titânio (IV) é o estado de oxidação mais estável e mais importante do titânio. É encontrado no cloreto de titânio (IV), TiCl4, um líquido incolor que se hidrolisa rapidamente quando exposto à umidade atmosfera, formando uma densa fumaça, processo que foi utilizado para produzir cortinas de fumaça durante a Primeira Guerra Mundial.
5. Vantagens e desvantagens do titânio
O titânio é um metal extremamente útil. Suas propriedades únicas significam um amplo uso em uma variedade de aplicativos críticos.
No entanto também sofre algumas desvantagens. O gasto de energia é extremamente alto ao produzi-lo; O titânio usado para aplicações de alto desempenho contribui para seu alto custo, considerando sua abundância relativa na crosta terrestre.
5.1. Vantagens do titânio
O titânio é altamente resistente a ataques químicos e tem a maior resistência em relação ao peso de qualquer metal. Essas propriedades únicas tornam o Titânio adequado para uma ampla gama de aplicações. A rigidez em relação ao peso como o aço é semelhante à do aço, o que significa que pode ser usado como um substituto, onde o peso é uma consideração importante.
Isso é bem destacado na aviação, onde seu uso no trem de pouso e nos ventiladores do compressor, melhorou drasticamente o empuxo em relações de peso. O titânio é altamente reciclável, o que reduz os custos envolvidos em sua produção. Sua inércia significa que ele pode sobreviver às intempéries e consequentemente tem um custo de vida útil menor que os outros metais usados em arquitetura e construção.
É também biocompatível, tornando-o bem adequado para uso médico, onde não é tóxico e capaz de fazer integração óssea. 
5.2 Desvantagens de titânio
A principal desvantagem do Titânio de uma perspectiva de fabricação e engenharia. Sua alta reatividade, o que significa que ele deve ser gerenciado de maneira diferente durante todos os estágios de sua produção. Impurezas introduzidas durante o processo da Kroll, VAR ou usinagem são quase impossíveis de remover. O processo EBCHR reduziu esse risco, mas seu custo é bastante elevado.
O titânio não é adequado em faixas de alta temperatura, acima de 400 graus Celsius, onde começa a perder força e superligas à base de níquel, são mais indicadas para lidar com as condições.
É extremamente importante usar as ferramentas de corte corretas e as velocidades e avanços durante a usinagem. Outros metais podem ser relativamente tolerantes, mas o titânio não é. Se você acertar, não terá nada com que se preocupar.
O titânio tem externalidades negativas que requerem mitigação. As questões relativas aos processos de extração de minérios de titânio são bem divulgadas. Muitas vezes as arvores que ficam próximas as mineradoras são cortadas para acessar o leito rochoso. Isso pode contribuir para a degradação do solo e causar o escape de metais pesados para o solo. O que se não for tratado adequadamente, pode representar um risco significativo de contaminação da água potável.
Enquanto não corremos o risco de ficar sem titânio, a despesa e as externalidades negativas de sua extração e fabricação precisam ser muito eficientes, o que é uma consideração importante para a indústria. As empresas precisam utilizar ferramentas de corte eficazes para sua extração. Ferramentas projetadas para reduzir o desperdício e melhorar a eficiência do processo de usinagem de titânio.
6. Custos
Preço de importação dos bens primários e compostos químicos de titânio 1995-2008 - U$ FOB
TabelaXX
Os preços de titânio possuem uma heterogeneidade muito grande em relação a sua classificação (bens primários, semimanufaturados, manufaturados e compostos químicos), dado que em uma mesma classificação podem existir subprodutos diferentes com maior ou menor valor agregado, assim os preços oscilam bastante mesmo dentro de uma mesma classificação de um ano para outro, além de observarmos grandes distorções entre os preços praticados para exportação e importação, sem que os mesmos sigam um padrão definido. As séries de preço que possuem maior homogeneidade são os referentes aos preços de importação dos compostos químicos de titânio, dado que as mesmas possuem maior volume financeiro, além dos produtos terem uma maior semelhança dentro dessa classificação, possibilitando assim uma análise mais consistente da série. O preço dos compostos químicos praticamente se manteve constante no período que vai do ano de 1995 (US$ 2062,68/t) ao ano de 2008 (US$ 2136,12/t). Observando a série (quadro 7.1) verifica-se que houve sucessivas retrações de preços entre 1995 e 2002, totalizando uma redução de aproximadamente 25% no preço da tonelada, e a partir desse ponto houve uma gradativa recuperação dos preços até o ano de 2008, a taxa média de crescimento anual entre 2002 e 2008 foi de 5,34%. Preço de importação dos bens primários de titânio 1995-2007 - US$ FOB
7. Aspectos econômicos
Em 2014, as reservas mundiais de titânio contido em ilmenita e rutilo totalizavam aproximadamente 770 milhões de toneladas. China, Austrália e Índia eram os detentores das maiores reservas destes minerais. Os dados oficiais mais recentes a respeito das reservas de titânio no Brasil constam no Sumário Mineral 2015 (ano base 2014), editado pelo DNPM – Departamento Nacional de Produção Mineral. O Brasil, em 2014, contava com uma reserva de apenas 2,344 milhões de toneladas de TiO2 contido em ilmenita e rutilo. Chama a atenção o aumento dramático das reservas de rutilo entre 2003 e 2008, e de ilmenita em 2007 e 2008. A partir de 2009, o volume de reserva dos dois minerais retornou aos níveis anteriores.
Reservas somadas de ilmenita e rutilo do mundo em 2014. Dados retirados de Queiroz Filho & Amorim Neto (2016).
A produção mundial de concentrado de rutilo e ilmenita em 2014 totalizou aproximadamente 7,5 milhões de toneladas, com a qual o Brasil contribuiu com apenas 83.000 t. O cenário entre os produtores é um pouco distinto em relação aos detentores das reservas. China e Austrália são produtores importantes, mas África do Sul e Canadá também detém uma fatia importante da produção.
Minas Gerais detém parte de uma das maiores reservas de titânio contido em anatásio do mundo (Santos 2010). Apesar disto, as reservas de titânio em anatásio encontradas em Minas Gerais, descritas nos anuários minerais, não são citadas nos sumários minerais, que resumem os dados de todo o país. Ainda a respeito das reservas minerais, para os anos de 2004 e 2005 valores muito mais elevados do que a média dos outros anos foram reportados.
Figura 3. Produção de concentrado de ilmenita e rutilo no mundo em 2014 (Queiroz Filho & Amorim Neto 2016).
Figura 2. Reservas nacionais de TiO2 contido em ilmenita (ilm) e rutilo (rt). Os valores de ilmenita são apresentados no eixo da esquerda, enquanto os de rutilo aparecem no eixo da direita. Dados compilados dos sumários minerais brasileiros 2000 a 2014, publicados DNPM.
Figura 4. Reservas medidas de TiO2 contidas em anatásio obtidas nos anuários minerais publicados entre 2002 e 2010 pelo DNPM.
Figura 5. Reservas medidas de TiO2 contidas em ilmenita obtidas nos anuários minerais publicados entre 2002 e 2010 pelo DNPM. Os dados de 2004 e 2005 não são exibidos por serem muito mais elevados do que o restante das curvas. Eles são detalhados na Tabela 2.
A produção brasileira de titânio é realizada pelas empresas Indústrias Nucleares do Brasil S.A., Titânio Goiás Mineração, Indústria e Comércio Ltda., e pela Cristal Mineração do Brasil Ltda., a qual é responsável por grande parte do titânio beneficiado nacional. Em 2014, a produção brasileira foi de 83,1 mil t.
No ano de 2014, o valor das importações brasileiras de titânio foi de US$ 448 milhões. Esse valor representa uma queda de 12,4% em relação ao ano anterior, causada pela redução do preço médio dos pigmentos de titânio, os quais constituem o principal item de importação brasileiro.
O valor das exportações de 2014 totalizou US$ 44,3 milhões, um aumento de aproximadamente 10% em relação ao ano anterior. Este montante é dividido entre a venda de produtos químicos, bens primários (basicamente ilmenita) e bens semi-manufaturados ou manufaturados. Mais da metade deste valor concentrou-se em pigmentos e preparos à base de dióxido de titânio, os quais foram adquiridos principalmente por países da América do Sul. A venda de bens primários (ilmenita) totalizou cerca de 32% e teve a França como principal compradora.
é difícil avaliar o consumo interno aparente de titânio em seus diversos subprodutos. No entanto, estima-se que o consumo aparente de titânio tenha se mantido em patamares bem próximos aos dos anos anteriores, especialmente na fabricação de tintas, esmaltes e vernizes.
Referências:
https://www.kyocera-sgstool.eu/Titânio-resources/Titânio-information-everything-you-need-to-know/Titânio-advantages-disadvantages/
https://www.infoescola.com/elementos-quimicos/titanio/
https://quiprocura.net/w/2016/11/29/aplicacoes-titanio/
https://www.quimlab.com.br/guiadoselementos/titanio.htm
http://www.dnpm.gov.br/dnpm/paginas/balanco-mineral/arquivos/balanco-mineral-brasileiro-2001-titanio
https://www.portalsaofrancisco.com.br/quimica/titanio
http://recursomineralmg.codemge.com.br/substancias-minerais/titanio/
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