PIROMETALURGIA

Prof. Carlos Falco Jr.

INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

1.1) Ustulao

Processo metalrgico conduzido a altas temperaturas, mas no ocorrendo fuso parcial das fases reagentes.

As variedades dos processos de ustulao so:

1.1.1) Calcinao o objetivo alterar a composio qumica dos minerais contidos no minrio, sendo a reao de dissociao a principal.

CaCO3 CaO + CO2 1000-1200C

2Al(OH)3 Al2O3 + 3H2O(vapor) 1200C

INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

1.1) Ustulao

1.1.2) Ustulao oxidante de minrios e concentrados de sulfeto o objetivo converter os sulfetos metlicos em xidos ou sulfatos.

ZnS + 1,5O2 ZnO + SO2 900-1100C

ZnS + 2O2 ZnSO4 500-600C

1.1) Ustulao

1.1.3) Sinterizao a ustulao na qual um material fino transformado em gros. Ocorre atravs de recristalizao do material, sem formao de fase lquida, ou atravs da formao de certa quantidade de fase lquida, que, na solidificao, forma aglomerados at chegar aos gros.

2PbS + 3O2 + SiO2 PbO + PbO.SiO2 + 2SO2(800-950C)

Frequentemente, aplicado a minrios antes de serem fundidos em fornos.

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1.1) Ustulao

1.1.4) Ustulao redutora subdividido nas variedades magntica e redutora.

a) Ustulao magntica de minrios de ferro:3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2 500-700C

* Aplicvel a minrios de ferro antes de serem sujeitos ao beneficiamento magntico. Seu objetivo transformar minrios pobres magneticamente em altamente magnticos.

b) Ustulao redutora:UO3 + H2 UO2 + H2O 700-900C

INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

1.1) Ustulao

1.1.5) Clorao o objetivo converter xidos e sulfetos metlicos em cloretos.

Exemplo: clorao de xido de zircnio

ZrO2 + 2Cl2 + C ZrCl4(g) + CO(CO2) 800-900C

* O cloreto de zircnio , ento, condensado, sob resfriamento, num condensador.

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1.1) Ustulao

1.1.6) Fluorao o objetivo converter xidos metlicos em fluoretos.

Exemplo: fluorao do xido de urnio

UO2 + 4HF UF4 + 2H2O 500-700C

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Fuso a Mate

Definio Tratamento de uma substncia mineral constituda basicamente por sulfetos metlicos.

Finalidade Obteno de matria-prima lquida, separando-a em duas fases lquidas imiscveis (separao lquido-lquido).

Fase A contem a maior parte da ganga, que ser descartada.

Fase B contem o metal de valor do minrio.

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Fuso a Mate

Separao das fases ajuste da temperatura e composio da carga.

Fase A (flutua sobre a Fase B) constitui a escria composta por xidos.

Fase B mate composta por sulfetos.

Processo rota vantajosa em relao temperatura.

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Fuso a Mate

Motivo Maioria dos sulfetos metlicos possui baixo P.F. permitindo o uso de T inferiores.

Mate formada por sulfetos completamente miscveis no estado lquido mono, bi, multi-constituda.

Exemplos: mate Cu2S, mate Cu2S-Ni3S2 (notao mate Cu-Ni).

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Fuso a Mate

Constituintes sulfetos de metais que no so de valor, se esto presentes em quantidades apreciveis.

Impurezas sulfetos de metais que no so de valor em pequenas quantidades.

Exemplo: mate Cu-Fe sulfeto de ferro (constituinte) em grande quantidade e cobre (metal de valor).

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Fuso a Mate

Mate carter semi-metlico e condutividade eletrnica.

Pode ser formada por metais de transio, como Cu2S, FeS, NiS etc., e tambm por PbS.

Os compostos no so perfeitamente estequiomtricos.

Sulfetos dos metais alcalinos, alcalino-terrosos e de Mn, Zn e Al no formam mates.

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Fuso a Mate

Mate mais importante para a indstria a Fe-Cu, seguida de Cu-Ni.

O calor necessrio para a fuso da carga pode vir da combusto de combustveis fsseis.

A partir da dcada de 40 utilizao do calor da combusto dos sulfetos da ganga flash smelting.

Processo autgeno e muito competitivo.

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Fuso a Mate

A mate ser considerada rica se tiver alto teor do metal de valor e, consequentemente, outros metais em grande quantidade na escria.

Produtos lquidos do processo de fuso a mate:

mate solfetos de Fe e Cu

escria xidos de ferro

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Fuso a Mate

As 2 fases, apesar de imiscveis, formam uma emulso, mas so separadas devido ao fato das partculas da mate serem mais densas e afundam, separando-se da escria.

O ideal que a escria seja de baixa viscosidade.

Slica (SiO2) pode ser adicionada para que a viscosidade da escria se torne menor.

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Fuso a Mate

Principais reatores que atuam com a tecnologia flash smelting:

Outokumpu - Finlndia

Inco - Canad

C-Furnace - Japo

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Reduo Metalotrmica

Tratamento qumico de reduo de uma substncia mineral pelo emprego de um metal como agente redutor para a produo de outro metal de interesse.

MeX + Me Me + MeX

Me = metal redutor

X = O, F ou Cl

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Reduo Metalotrmica

MeX no um gs PROBLEMA:

dificulta o processo de separao fsica das fases aps a reduo

significa um volume perdido no reator

perigo potencial de perda do metal de valor pela dissoluo no produto

MeX matria-prima na indstria cermica e de abrasivos.

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Reduo Metalotrmica

Empregada quando o metal a ser extrado apresenta forte tendncia a formar carbonetos.

Trata-se de uma alternativa reduo eletroltica de sais fundidos.

Maior aplicao produo de ferro-ligas com baixo teor de carbono de metais como Ti, Nb, Cr, V.

Metais usados como redutores Si, Al, Mg, C, Na, K.

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Reduo Metalotrmica

uma reao exotrmica.

Quanto maior a afinidade do metal redutor pelo oxignio, mais exotrmica ser a reao.

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1.2) Fuso Metalrgica

1.2.2) Refino

Seu objetivo refinar metais das impurezas pelo uso das diferenas nas propriedades do metal principal e das impurezas

Existe uma variedade de tcnicas de refino

1.2) Fuso Metalrgica

1.2.2) Refino

1.2.2.1) Segregao

Baseia-se na formao e na separao pelas densidades das duas fases

A maior quantidade, seja fase lquida ou slida, a do metal refinado

Concentrado de impurezas a segunda fase, insolvel no metal principal

Exemplo: Cu em Pb fundido em 350C

INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

1.2) Fuso Metalrgica

1.2.2) Refino

1.2.2.2) Destilao

Os metais so separados atravs das diferenas nas presses de vapor dos metais e das impurezas

Exemplo: Mg (P.E. = 1107C) separado do Al (P.E. = 2500C) em ligas Mg-Al

INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

1.2) Fuso Metalrgica

1.2.2) Refino

1.2.2.3) Oxirrefino

Baseia-se nas diferenas de afinidade do metal e do contaminante pelo oxignio

Exemplo: Fe oxidado a FeO (imiscvel) em Cu fundido, na presena de ar.

(Cu + Fe) (lq) + 0,5O2 Cu (lq) + FeO (sol.)

INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

1.2) Fuso Metalrgica

1.2.2) Refino

1.2.2.4) Cloro-refino

Baseia-se nas diferenas de afinidade do metal e do contaminante pelo cloro

Exemplo: Zn pode se removido do chumbo por causa da sua afinidade pelo cloro.

ZnCl2 insolvel no chumbo fundido e flutua sobre sua superfcie

(Pb + Zn) (lq) + Cl2 Pb (lq) + ZnCl2 (lq.)

INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

1.2) Fuso Metalrgica

1.2.2) Refino

1.2.2.5) Enxofre-refino

Baseia-se nas diferenas de afinidade de vrios metais pelo enxofre

Exemplo: Pb pode ser refinado do Cu com o auxlio do S2.

(Pb + Cu) (lq) + S2 Pb (lq) + Cu2S (sol.)

INTRODUO AOS PROCESSOS METALRGICOS

1.2) Fuso Metalrgica

1.2.2) Refino

1.2.2.6) Carbonila-refino

Baseia-se na capacidade de alguns metais formarem, sob condies especficas, compostos volteis, tais como Me(CO)n.

Exemplo: refino de Ni a partir do Cu.

(Ni + Cu) + 4CO Ni(CO)4 + Cu

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