1 - no ferrosos II

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Introdução à metalurgia dos não ferrosos
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA
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Divisões da Metalurgia
 A metalurgia pode ser dividida nas seguintes áreas:
			Metalurgia física (propriedades)
			Metalurgia mecânica (conformação)
			Metalurgia extrativa (produção do metal)
			
Eng. Metalúrgica
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 Concentração
	Nas operações de metalurgia extrativa o minério é recebido da mesma forma que ele é encontrado mina e, por isso, normalmente, esse deve ser submetido a alguma operação que permita a separar os minerais de valor da ganga.
		-	redução de tamanho.
		-	flotação.
	
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Ustulação
Calcinação
Redução
Lixiviação
Eletrorrefino
Precipitação
Fusão
Refino ao fogo
Eletroobtenção
Extração por solvente
Metalurgia Extrativa
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Metalurgia Extrativa
	Metalurgia extrativa é a ciência de extração de metais de seu minérios, concentrados ou rejeitos por métodos químicos. Ela é dividida em três ramos:
Hidrometalurgia:Técnologia de extração de metais por métodos aquosos. (baixas temperaturas)
Pirometalurgia: Técnologia de extração de metais por métodos térmicos a seco. (altas temperaturas)
Eletrometalurgia: Técnologia de extração de metais por métodos envolvendo eletricidade.
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Latão
Níquel
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 O que entra dentro do forno?
- Concentrado (mineral).
- minério.
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O tratamento proposto é feito de acordo com a natureza química da matéria prima.
As tendências da metalurgia extrativa é sempre processar minérios que se tornam cada vez mais pobres e produzir metais com pureza elevada. (O que não era minério ontem pode ser hoje!!!)
Para que a extração de um determinado metal seja feita, torna-se necessário conhecer a natureza do minério, isto é, se ele é óxido, sulfeto, fosfato, silicato, etc.
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	Os principais tipos minérios são:
		- óxidos
			(hematita - Fe2O3)
		- sulfetos
			(calcocita – Cu2S)
		- silicatos
			(Willemite – Zn2SiO4)
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Silicatos
Willemite (Zn2SiO4)
Kyanite (Al2SiO5) 
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Óxidos
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Sulfetos
Chalcopyrite
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Fluxogramas
	Os processos ou combinações de processos que são utilizados em uma dada planta industrial são ilustrados, convenientemente, através de um fluxograma. 
	Para a produção de um mesmo metal um fluxograma pode variar devido à:
		- minérios com diferentes composições.
		- diferentes fornecimentos de energia.
		- diferentes demandas para o produto final.
		- plantas de diferentes tamanhos.
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Operações Unitárias e Processos Unitários
Operação unitária: Etapa de uma planta industrial onde o processo envolvidos é um processo físico.
Processos unitários: Etapa de uma planta industrial onde o processo envolvido é um processo químico.
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Hidrometalurgia versus Pirometalurgia
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Hidrometalurgia versus Pirometalurgia
	 Processos pirometalurgicos são mais viáveis quando trabalhamos com minérios com alto teor e baixo nível de impureza (As, Pb, Hg, F-). Devido ao iminente esgotamento das reservas tradicionais de alto teor, a atenção dos metalurgistas se voltou para o tratamento de minérios com baixo teor. Problemas gerados pela extensiva moagem e flotação, fontes complexas entre outros acabam por inviabilizar a pirometalurgia para o tratamento desses minérios.
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Vantagens e desvantagens dos processos hidrometalúrgicos e pirometalúrgicos
		- Tratamento de minérios de baixo teor
Tratamento de minérios complexos
Disposição dos resíduos
Disposição de efluentes
Geração de SO2
Plantas processuais
Custo operacional
Cinética
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Tratamento de minérios complexos
 	 O tratamento de minérios complexos por métodos pirometalúrgicos é inapropriado contudo, apropriado para processos hidrometalúrgicos.
Tratamento de minérios de baixo teor
 	 Tratamento de minérios de baixo teor por pirometalurgia é inapropriado por causa da grande quantidade de energia necessária para fundir a ganga. Por outro lado, esses minérios são especialmente apropriados para extração por processos hidrometalúrgicos (podemos utilizar agentes lixiviantes específicos). 
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Disposição dos resíduos
	Resíduos de processos pirometalúrgicos são, normalmente, de maior granulometria e inertes (ex: escória). Resíduos de processos hidrometalúrgicos são sólidos finamente divididos que podem criar problemas quando secos e se molhados podem acabar sendo lixiviados (são não inertes).
Disposição dos efluentes
	Os efluentes pirometalúrgicos são gases e os efluentes dos processos hidrometalúrgicos são líquidos. 
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Geração de SO2
 Processos pirometalúrgicos: SO2
	Processos hidrometalúrgicos: So ou SO42-
Custo operacional
 Custos de processos pirometalúrgicos aumentam a uma maior velocidade para operações em menores escalas quando comparados com processos hidrometalúrgicos.
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Plantas processuais
 	 A engenharia de plantas hidrometalúrgicas é mais complexa, necessitando de muitos controles químicos. (pH, Eh, [íons], etc)
Jarosita [KFe3(OH)6(SO4)2] (K+, Na+, NH4+, H+)
Cinética
 Os processos pirometalurgicos mostram sempre
	vantagens cinéticas.
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Escolha do processo 
	
	Normalmente, um metal pode ser produzido de um minério ou concentrado por mais do que um tipo de processo. No entanto, a escolha entre os diferentes processos vai depender de vários fatores:
	- Natureza do minério.
	- Localização da mina.
	- Pureza necessária para o produto final.
			(Zn do processo RLE mais puro e é utilizado em ligas, Zn 			produzido por processo piro é utilizado para galvanização)
	- Recuperação de impurezas.
	- Reatividade dos metais presentes no minério.
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	O tratamento extrativo para a maioria dos metais não- ferrosos possuem muitas características em comum tanto para o processamento piro como para o hidro. Para um melhor entendimento dos tratamentos específicos, os metais não-ferrosos podem ser divididos em reativos e não reativos.
		Metais não-reativos: Cu, Ni, Pb, Co, Au e Ag
	
		Metais reativos: Al, Ti, Mg, Zn e U 
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Metais reativos
Metais não reativos
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	 Uma liga de Zn-Pb deve ser reciclada. Monte um fluxograma utilizando conceitos eletroquímicos para separar os dois metais. Monte um fluxograma baseando no ponto de ebulição dos metais (Zn = 907oC e Pb = 1748oC).
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 	Ex: Um concentrado de zinco foi submetido ao processo RLE (ustulação-lixiviação-eletrólise). Suponha que o licor de lixiviação não foi submetido à nenhuma etapa de purificação. Na etapa de eletrólise, onde você esperaria encontrar os seguinte metais:
Na, Cu, Co, Mg, Au 
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Tipos de Fornos em pirometalurgia dos não ferrosos.
Forno flash.
Forno reverbero.
Ausmelt.
Forno de leito fluidizado.
Forno rotativo.
Forno elétrico. 
 Pierce Smith. 
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Forno de Revérbero
 	- 	Forno horizontal
	- 	Utiliza gases ou óleo como fonte de energia.
 	- 	Os gases não entram em contato direto com a carga.
	-	Realiza-se nesse forno operações levemente oxidantes e operações redutoras (mistura-se C à carga). 
Utilizado para fusão à mate de cobre. “Pai” do forno flash.
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Para a fusão à mate de cobre, o forno de Reverbéro pode ser utilizado de duas formas:
Fusão direta do concentrado úmido.
Concentrados pobres em S (Cu5FeS4 e Cu2S).
Quando se quer uma mate pobre.
O concentrado contém de 8 a 10% de umidade.
Ustulação parcial seguida de fusão.
Concentrados ricos em S (CuFeS2 e FeS2).
Quando se quer obter uma mate rica.
O concentrado ustulado entra quente no forno. 
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Vantagens
Capazes de processar a carga em pó. Não a necessidade de aglomeração.
Possibilita um bom controle da temperatura em seu interior.
Utiliza combustíveis baratos.
Desvantagens
Importante consumo de refratários.
Necessidade de operar em grande escala.
Elevado consumo de combustível (parte do calor é recuperada).
Gás de saída impuro com aproximadamente 1% SO2.
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Considerações Gerais
Dos 30 fornos existentes no mundo em 1994, apenas 10 estavam em operação em 2002.
Utilizado para a reciclagem de resíduos da destruição mecânica de automoveis.
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*Forno elétrico
Calor gerado por efeito ôhmico.
Calor gerado no interior da carga.
Eletrodos de grafite.
Utiliza-se basicamente para a fusão à mate e produção de ferro ligas
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Vantagens
Possibilidade de atmosfera ultra-redutora.
Fusão de produtos muito refratários.
Não necessita de fundentes.
Grande capacidade de produção.
Desvantagens
Custo da energia elétrica.
Grande consumo de eletrodos.
Grande consumo de refratários.
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