Upload
carlos-carvalhal
View
247
Download
20
Embed Size (px)
DESCRIPTION
processos de refino em pirometalurgia
Citation preview
Pirometalurgia dos Metais Não Ferrosos (EET 445)Profª Giselle Mattos
PROCESSOS DE PROCESSOS DE
REFINOREFINO
• Os processos de refino se baseiam no princípio de que diferentes elementos se distribuem de forma diferentes em fases distintas, e que estas fases podem ser separadas fisicamente.
• Os processos de refino podem ser divididos, de uma forma ampla, em três grupos principais:
1. Metal-escória.
2. Metal-metal.
3. Metal-gás.
Pirometalurgia – Processos de Refino
ASPECTOS GERAIS.
• Entre os processos de refino do grupo metal-escória, a oxidação e escorificação
dos elementos menos nobres é, de longe, o mais importante, sendo conhecido
como refino a fogo. Ele é aplicado na fabricação de aço e também no refino do
cobre e do chumbo.
• Nos processos de refino do grupo metal-metal encontram-se os processos de
liquação e refino por fusão de zona. Este último é aplicado na obtenção de
metais com elevadíssima pureza.
• Entre os processos do tipo metal-gás destaca-se o processos de destilação. A
remoção de gases pelo uso do vácuo também se insere neste grupo.
Pirometalurgia – Processos de Refino
ASPECTOS GERAIS.
• É baseado na diferença de afinidade do oxigênio pelos diferentes elementos.
• Depende da atividade química dos elementos dissolvidos na fase metálica e dos óxidos dissolvidos na escória.
• No refino a fogo o metal é submetido à oxidação tanto por meio de ar ou oxigênio como também do óxido do metal que está sendo refinado.
• O equipamento usado no refino a fogo depende do metal em questão e do método de oxidação.
• O refino em forno elétrico possibilita a obtenção de temperaturas mais elevadas e perde pouco calor.
Pirometalurgia – Processos de Refino
ASPECTOS GERAIS – REFINO A FOGO.
• Para metais como o cobre e chumbo as atividades dos elementos dissolvidos e constantes de equilíbrio para as reações de refino a fogo são bem menos conhecidas que para o aço.
• Um exemplo conhecido é a oxidação do enxofre no cobre:
S + 2O = SO2(g)
• Para teores de enxofre acima de 0,1% e baixo pSO2 um valor aproximadamente constante, de 0,012, para o produto [S]x[O]2/pSO2 a 1150oC.
• Para teores de enxofre mais baixos e correspondentes maiores teores de oxigênio e pSO2
mais elevados, o produto de solubilidade tende a crescer, devido à diminuição do coeficiente de atividade do enxofre dissolvido pela ação do oxigênio.
• A oxidação do enxofre no cobre é, em vários aspectos, análoga à oxidação do carbono no aço líquido.
• A reação é levemente exotérmica e é favorecida por baixas temperaturas.
Pirometalurgia – Processos de Refino
ASPECTOS GERAIS – REFINO A FOGO.
• Para a oxidação de outras impurezas em metais não-ferrosos, pode ser dito como regra geral que os metais menos nobres são oxidados mais prontamente.
• Assim, o ferro no cobre é oxidado antes do níquel (um fator que contribui para isso é o desvio positivo da lei de Raoult para o ferro no cobre, enquanto que o níquel no cobre apresenta um comportamento próximo do ideal).
• Antimônio e estanho no chumbo são removidos por oxidação (amaciamento do chumbo), enquanto que o bismuto, por ser mais nobre, não é atacado.
• Além disso, Sb e Sn formam óxidos ácidos, que são prontamente dissolvidos na escória básica de óxido de chumbo.
• Uma melhor escorificação destes elementos pode ser obtida pela adição de óxidos alcalinos.
• Os processos de oxidação com a formação de óxidos condensados é quase sempre exotérmica, sendo portanto favorecida por baixas temperaturas.
Pirometalurgia – Processos de Refino
ASPECTOS GERAIS – REFINO A FOGO.
• As condições mais favoráveis para o refino a fogo são:
1. O elemento deve ter uma afinidade pelo oxigênio maior que a do metal
principal.
2. O elemento deve ter um coeficiente de atividade elevado no banho metálico
fundido.
3. O óxido deve ter um baixo coeficiente de atividade na escória.
4. A temperatura deve ser baixa.
Pirometalurgia – Processos de Refino
ASPECTOS GERAIS – REFINO A FOGO.
Pirometalurgia – Processos de Refino
REFINO DO COBRE
• O cobre bruto é obtido de três formas:
1. Cobre Blister – Produzido apartir de minérios sulfetados, pela formação do matte
e conversão (refino).
2. Cobre “preto” – Gerado apartir de minerais óxidos, reduzidos com o carbono.
3. Cobre “cimento” (“cement”) – Cobre precipitado apartir de soluções lixiviadas.
• O refino do cobre blister é em geral feito em três estágios (refino preliminar, refino
eletrolíticoe refino final), através dos quais atinge-se uma pureza entre 97% e 99,97%
de Cu.
• O refino preliminarrefino preliminar ou primário é constituído pelas etapas de refino por fogo, e é aplicado para a remoção de do enxofre ainda existente em solução, aém do tanto quanto for possível das demais impurezas que são oxidáveis, tais como Al, Si, Mn, Zn, Sn, Fe, As, Sb e Pb. Nesta etapa não é possível remover os metais preciosos.
• No refino eletrolítico refino eletrolítico o cobre refinado no fogo é anodicamente dissolvidoe o cobre metálico puro é depositado sobre os catodos formados por chapas de cobre puro, enquanto que as impurezas se depositam parcialmente na base da célula, como uma lama.
• No refino finalrefino final os catodos obtidos eletroliticamente são refundidos em um forno elétrico a arco, e então solidificados em barras, arames ou outros produtos comerciais. Durante esta etapa de refino, reações de refino semelhantes àquelas da primeira etapa podem acontecer.
Pirometalurgia – Processos de Refino
REFINO DO COBRE
REFINO DO COBRE
Pirometalurgia – Processos de Refino
REFINO DO COBRE – OXIDAÇÃO SELETIVA
• Uma das mais importantes procedimentos de refino na metalurgia do cobre é a oxidação seletiva do enxofre remanescente no metal líquido, e como consequência a desoxidação também se torna primordial, pois quanto mais o enxofre é eliminado, maior será o teor de oxigênio dissolvido no cobre metálico.
• Para a oxidação seletiva oxidação seletiva ar comprimido é soprado dentro do forno através de bocais. Algum Cu2O é imediatamente formado, e por ser solúvel no cobre fundido, contribui para
a oxidação seletiva, como se segue:
a) Reagindo com o enxofre presente como Cu2S para formar SO2, de acordo com a reação:
b) Reagindo com as impurezas metálicas para formar óxidos voláteis, como por exemplo, As2O3, Sb2O3, ou para formar óxidos de alto ponto de fusão, que flotarão para a superfície.
Cu2S + 2 Cu2O 6 Cu + SO2
Me + 2 Cu2O MeO + 2Cu
Pirometalurgia – Processos de Refino
REFINO DO COBRE – OXIDAÇÃO SELETIVA
• Geralmente alguma quantidade de sílica é adicionada para formar uma escória com estes óxidos, e esta escória é “escumada” continuamente.
• O processo de refino é considerado completo quando bolhas não são mais observadas na superfície do banho metálico (SO2), indicando que todo o enxofre atingiu o limite de
solubilidade no banho.
• Para a desoxidação pedaços de madeira são submergidos no banho metálico, sendo aquecidos e destilados, gerando gases como H2, CO e hidrocarbonetos que reduzem o Cu2O a cobre metálico. Pode ser feita também a redução do óxido pela injeção de gás redutor dentro do banho metálico líquido.
• Durante o refino a fogo do cobre também é realizada uma desoxidação, pois após a oxidação do Fe, S, etc., o banho de cobre pode conter cerca de 1% de oxigênio.
• Uma vez que o potencial de oxigênio no refino do cobre é muito maior que na fabricação de aço, desoxidantes mais fracos podem ser usados. Os mais comuns são carbono, hidrocarbonetos e eventualmente amônia.
• Para a produção do chamado “cobre livre de oxigênio” oxidantes mais enérgicos como fósforo ou ligas Ca-B são usadas. Neste caso, o vazamento do cobre líquido é feito sob atmosfera protetora.
• Para os outros metais não-ferrosos, como o chumbo, a solubilidade do oxigênio é baixa e não há, portanto, necessidade de desoxidar o metal.
Pirometalurgia – Processos de Refino
REFINO DO COBRE
REFINO DO CHUMBO
• O refino do chumbo é importante não só pela extração do chumbo propriamente dita, mas pela possibilidade de recuperação de impurezas preciosas como a prata, ou de alto valor como o antimônio, arsênio e o bismuto. (obs:
“dross” é uma solução sólida
metálica que se forma e flutua sobre
o banho metálico, como uma nata).
REFINO DO CHUMBO
Refino do chumbo pela formação de compostos
Diagrama de fases Cu-Pb
Eutético de baixo ponto de fusão no qual 99,94% de chumbo líquido está em equilíbrio com cobre puro.
O banho de chumbo fundido com cerca de 1% de cobre é resfriado de 1100oC até ~350oC, e a maior parte do cobre é removida, já que o cobre sólido é menos denso que o chumbo.
Pirometalurgia – Processos de Refino
REFINO DO CHUMBO
A prata é removida do chumbo líquido pela adição de zinco que leva à formação de cristais de compostos intermetálicos de zinco e prata (fases b e h), que flutuam para a superfície do banho (dross), que é resfriado a 320oC, logo acima da temperatura eutética para se obter uma remoção de prata elevada.
O zinco residual pode ser removido das seguintes formas:
1. Oxidação com ar para produzir ZnO.
2. Adição de NaOH para produzir Na2ZnO2.
3. Injeção de cloro para formar ZnCl2 (g).
4. Destilação a vácuo, produzindo zinco metálico, que é reciclado para a desargentação.
Pirometalurgia – Processos de Refino
REFINO DO CHUMBO
REFINO DO CHUMBO
Pirometalurgia – Processos de Refino
REFINO DO CHUMBO
Pirometalurgia – Processos de Refino
REFINO DO CHUMBO
O bismuto é removido do chumbo pela adição de cálcio e magnésio metálicos. Uma dross contendo Ca-Bi e/ou Mg-Bi como compostos intermetálicos se forma, e é então escumada do banho.
Pirometalurgia – Processos de Refino
REFINO DO CHUMBO
A dross recuperada é então resfriada e tratada com cloro para remover o cálcio, restando apenas o bismuto cru. Esta é uma das principais fontes de Bi.
Sistema Pb-Bi-Ca-Mg.
Pirometalurgia – Processos de Refino
REFINO DO CHUMBO
Princípio do refino por fusão de zona
Após uma passagem completa a barra é fundida e solidificada. A fase líquida que concentra as impurezas, as transfere para uma das extremidades da barra.
Pirometalurgia – Processos de Refino
REFINO – OUTROS PROCESSOS
Refino por vácuo
Efeito da pressão na solubilidade do N, H, C x O no aço líquido a 1600oC.
Pirometalurgia – Processos de Refino
REFINO – OUTROS PROCESSOS