Tecnologia Metalúrgica - Jorge Teófilo · vapor (início da Revolução Industrial), ocorreram inovações significantes na área de tratamento de minérios. Pela metade do século

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Tecnologia Metalúrgica

Prof. Dr. Jorge Teófilo de Barros Lopes

Universidade Federal do Pará

Instituto de Tecnologia

Campus de Belém

Curso de Engenharia Mecânica TECNOLOGIA METALÚRGICA

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Capítulo I

Universidade Federal do Pará

Instituto de Tecnologia

Introdução

Campus de Belém

Curso de Engenharia Mecânica TECNOLOGIA METALÚRGICA

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01/05/2017 14:12 TECNOLOGIA METALÚRGICA

1.1 Histórico

Denomina-se Era dos metais o período que caracteriza o

fim da Idade da Pedra, marcado pelo início da fabricação

de ferramentas e armas de metal.

O ser humano começava a dominar, ainda que de

maneira rudimentar, a técnica da fundição.

Dentre os primeiros metais usados que utilizou como

matéria prima estão o cobre, o estanho, o bronze, o ouro

e a prata, metais cuja fusão é mais fácil e, talvez, porque,

às vezes, aparecem em forma de pepitas de metal nativo.


1.1 Histórico

400 anos antes da Era Cristã: os egípcios recuperavam

ouro a partir de depósitos aluvionares, usando processos

gravíticos.

O ouro sempre acompanhou a civilização e era usado,

inicialmente, como adorno e decoração, mas foi o rei

Croesus de Lídia (região da atual Turquia), em 560 a.C.,

quem primeiro cunhou moedas de ouro, com sua

insígnia.

A partir de então, o ouro adquiriu mais uma utilidade, na

forma de dinheiro, auxiliando os comerciantes na

realização de seus negócios.

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1.1 Histórico

A partir do século XVIII, com a descoberta da máquina a

vapor (início da Revolução Industrial), ocorreram

inovações significantes na área de tratamento de

minérios.

Pela metade do século XIX (1864), o emprego do

tratamento de minérios se limitava praticamente àqueles

do ouro, cobre nativo e chumbo.

Grande desenvolvimento na área de beneficiamento de

minérios: final do século XIX e início do século XX,

com a utilização industrial da flotação (Austrália, 1905) a

inovação mais importante.


1.1 Histórico

Avanços significativos do ponto de vista tecnológico

(LUZ et al.) ocorreram em função do desenvolvimento

de design de equipamentos maiores e mais produtivos e

eficientes (1940-1970), à otimização de processos através

de automação e computação (1970-1990), e à

racionalização do uso de energia nos anos de 1970.

As atividades de mineração e metalurgia são,

reconhecidamente, de elevado impacto ambiental.

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1.1 Histórico

No caso da mineração, o enorme tamanho de algumas

operações, a quantidade de carga movimentada e os

rejeitos gerados têm representado um risco a diversas

regiões e populações, eventualmente afetadas por

acidentes e mecanismos ineficientes de deposição e

monitoramento.

Depois de importantes ciclos de alta e investimentos, os

setores enfrentam atualmente um dos períodos mais

difíceis dos últimos vinte anos, com queda abrupta de

preços e redução das margens de rentabilidade de suas

operações.


1.1 Histórico

As novas tecnologias estão sendo adotadas para

otimização, controle e automação de operações e

viabilização de novos empreendimentos de Mineração e

Metais lavra e transformação mineral

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1.2 Escassez de Metais

Os minerais possíveis de serem utilizados pela indústria

se encontram distribuídos de maneira escassa na crosta

terrestre.

Jazimento ou jazida mineral: Minerais depositados em

concentrações e quantidades que permitam um

aproveitamento econômico.

Depósito mineral: minerais depositados em

concentrações e quantidades que não apresentam

interesse econômico.

Conceito de aspecto circunstancial: dependendo da

conjuntura político-econômica podem ocorrer

modificações.


1.2 Escassez de Metais

Preço de mercado: condicionado a um grande número de

variáveis: frequência da ocorrência na crosta terrestre,

complexidade na lavra e beneficiamento, distância do

mercado consumidor, dentre outras.

Existe uma crescente influência de minerais sobre toda e

qualquer atividade de desenvolvimento de um país. Com

o aumento das populações, cada dia se necessita de maior

quantidade de matéria-prima para atender a crescentes

necessidades do ser humano.

Baseados nestes fatos é fácil concluir que brevemente o

ser humano enfrentará uma série crise de matérias-

primas, alimentação, água, energia dentre outros.

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1.3 Relevância Tecnológica dos Metais

Os metais ocupam uma posição mandatória no

desenvolvimento industrial e tecnológico da era

moderna.

Constituem-se no pilar essencial de importantíssimos

segmentos produtivos: indústrias de veículos, máquinas

de bens de capital, indústria naval entre outras.

Significativos desenvolvimentos nos campos dos

polímeros e cerâmicos não substituem os metais e suas

ligas numa amplíssima gama de aplicações,

particularmente como materiais de construção mecânica

e estrutural, devido a sua excelente combinação de

propriedades mecânicas, elétricas e térmicas.


1.3 Relevância Tecnológica dos Metais

Propriedades como resistência mecânica, resiliência,

condutibilidades elétrica e térmica, ferromagnetismo,

elasticidade e, principalmente, plasticidade, fazem com

que esses materiais apresentem uma alta relação

desempenho/custo.

Por exemplo: o aço representa em torno de 80% da

produção mundial de metais, pois possui alta

versatilidade em termos de ligas metálicas, grande

aplicações tecnológicas.

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1.4 Crosta Terrestre

Com exceção dos metais nativos, como o ouro, a prata e

o cobre, dentre outros, todos os outros metais são obtidos

pela “quebra” de compostos, geralmente óxidos e

sulfetos encontrados em minérios.

Tais minérios, constituem-se em recursos naturais não

renováveis, e são quase que totalmente extraídos da

crosta terrestre, isto é, da sua quarta parte continental, já

que o restante encontra-se submerso pelos oceanos.

Crosta terrestre: ocupa apenas 0,3% da massa do planeta,

é a sua única parte sólida e se caracteriza pela relativa

pobreza como fonte de suprimento metálico.



Corte Esquemático e Simplificado do Planeta Terra

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Quase a metade da crosta terrestre é formada por

oxigênio, ao passo que cerca de uma quarta parte é

formada por silício.

Em decorrência deste fato, aproximadamente 3/4 da

crosta terrestre são formados por diferentes combinações

químicas destes elementos, tais como sílica e silicatos,

tornando-a rica de matérias-primas vítreas e cerâmicas.

Dois metais incidem significativamente na crosta

terrestre: o alumínio com 8% e o ferro com 5%.

99% da crosta terrestre são constituídos por apenas nove

elementos, pela ordem, oxigênio, silício, alumínio, ferro,

cálcio, sódio, potássio, magnésio e titânio.



Os elementos mais ocorrentes na crosta terrestre.

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1.5 Exaustão metálica

A retirada secular de metais da crosta terrestre, em

função da necessidade de viabilizar o desenvolvimento

tecnológico e industrial, começaram a atingir níveis

predatórios a partir da revolução industrial.

Com o aumento em larga escala do consumo mundial de

metais, a escassez desses materiais começa a atingir

níveis preocupantes.



Consumo mundial de metais (DNPM, Sumário Mineral 2015, v.35).

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Consumo global de cobre – Tendência (Informações e Análises da Economia Mineral Brasileira – 7ª Edição).



Produção mundial de alguns metais em t/ano (http://minerals.er.usgs.gov/minerals/).

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Evolução da produção de aço no mundo, entre 1950 a 2010 (Instituto Aço Brasil, ABM, maio, 2011.



O setor mineral mundial movimenta bilhões de dólares

anualmente. No Brasil, a balança comercial do setor

mineral obteve um saldo médio entre 2012 e 2014

superior a 23 bilhões de dólares (Tabela).

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No início do século passado, uma reserva com 3% de

cobre incidente era considerada antieconômica, ao passo

que hoje já se começa a explorar reservas com apenas

0,5%, utilizando-se sofisticados processos biológicos,

através da lavagem de rochas com bactérias fixadoras do

metal.


1.6 Prazos de Exaustão

Um dos sintomas da escassez de metais são os seus altos

custos.

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Valor atual do grama do ouro R$ 135,00.

Em função dos atuais níveis de economicidade e da

tecnologia conhecida, estima-se que as reservas de metais

apresentam prazos de exaustão na faixa de 200 a 600

anos, tais como os mostrados abaixo:

Prazos a partir de 1980 (em anos)

10 a 20 20 a 50 50 a 200 200 a 400 400 a 600

Estanho

Prata

Mercúrio

Ouro

Cobre

Zinco

chumbo

Platina

Tungstênio

Molibdênio

Vanádio

Antimônio

Cromo

Níquel

Cobalto

Alumínio

Ferro

Manganês

Titânio

Nióbio

Prazos estimados para a exaustão das reservas de alguns metais (DNPM, 2006).

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1.7 Fontes Alternativas

Avanços tecnológicos na técnica de exploração de

matérias primas metálicas.

Fontes não convencionais (oceanos e os 3/4 da crosta

terrestre por eles submerso.

Nas águas oceânicas, com 6% de material sólido

dissolvido, apenas um metal incide significativamente,

que é o magnésio com cerca de 1.300 ppm, ficando os

demais com apenas 1 ppb.

Existe uma relação significativa de material dissolvido

nas águas oceânicas, devido ao seu grande volume.



Estimativas das quantidades totais de metais dissolvidas nas águas oceânicas e

contidas na crosta terrestre (DNPM, 2006).

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Na crosta submersa, isto é, nos solos oceânicos, a ocorrência

metálica é mais promissora do que a massa líquida.

Jazem grandes colônias de nódulos sólidos com riqueza

metálica extraordinária, com composição média de 25% Mn,

2% Ni, 1% Cu e 0,3% Co.

Estima-se em torno de 15.000 ton/km² a disponibilidade de

tais nódulos.

Estes depósitos continuam relativamente inacessíveis, faltando

tecnologia para a sua extração.

Além das colônias de nódulos, resta ainda a mineração

propriamente dita dos solos oceânicos, locais ainda não

prospectados.


1.8 Implicações no Mercado Internacional

Agravamento da crise energética e política entre nações,

possibilitando a invasão de países com reservas de

minérios estratégicos.

Grandes prejuízos a países industrializados que têm seus

parques industriais, total ou parcialmente, dependestes da

importação de matéria-prima metálica provenientes de

países não industrializados ou semi-industrializados.

Exemplo: Japão quase que 100% de todos os minérios;

USA 50 a 100%, Nb, Mn, Co, Cr, Al, Sn, Ni, Zn, Sb, W;

Alemanha, França, Inglaterra e Suíça se encontram em

situação semelhante.

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1.8 Implicações no Mercado Internacional

Força econômica de países industrializados perturbando

o mercado internacional. Exemplo: estoques excessivos

de metais.

Excessos de estoques de metais nos Estados Unidos em meados de 1974.


1.9 Dilatação dos Prazos de Escassez

Duas medidas de longo prazo para alteração dos prazos

de escassez de metais.

Substituição paulatina de metais superutilizados por

outros subutilizados, em função de sua ocorrência

relativa na crosta terrestre.

Reciclagem racional de metais, em função de suas baixas

taxas atuais de recuperação e de suas elevadas taxas

atuais de consumo. Exemplo: reciclagem de alumínio no

Brasil.

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Consumo mundial de alguns metais em função de sua ocorrência na crosta terrestre

1.9 Dilatação dos Prazos de Escassez


1.10 Situação no Brasil

Situação cômoda se bem gerenciada.

O Brasil detém importantíssimas reservas de metais mais

consumidos – ferro e alumínio – e de metais mais

promissores em termos de futuro tecnológico – nióbio e

titânio.

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1.11 Referências Bibliográficas

Grosh. A.; Ray, H.S. Principles of extractive metallurgy.

Elsevier, 1991.

Da Luz, Adão Benvindo et al. Tratamento de minérios.

Rio de Janeiro, CETEM/CNPq, 1995.

DNPM. Sumário Mineral 2015, v.35. Brasília: 2016.

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