PROCESSOS DE OBTENÇÃO DO COBRE

Autor: DANILSON J. C. CHUMBO

2016

INTRODUÇÃO

• O cobre foi o primeiro metal usado pelo Homem. Usado

inicialmente como substituto da pedra como ferramenta de

trabalho, armas e objecto de decoração, o cobre tornou-se,

pela sua resistência, uma descoberta fundamental na história

da evolução humana.

• Neste presente trabalho abortar-se-á aspectos gerais que

concerne a produção de cobre, conceitos, processos e os seus

produtos.

OBJECTIVOS

Objectivo geral

• Descrever o processo de produção do cobre.

Objectivos específicos

• Revisar os conceitos básicos que abrangem os processos de produção

de cobre;

• Descrever cada fase do refino do cobre e a tecnologia (fornos ou

conversores) empregada;

• Distinguir principais tipos e métodos de refino do cobre e suas ligas.

COBRE

•O cobre é um elemento metálico com número

atómico 29 e peso atómico de 63,57. O seu

símbolo químico é Cu cujo não é magnético e

pode ser utilizado puro ou em ligas com outros

metais que lhe conferem excelentes

propriedades químicas e físicas.

Origem do cobre

• A palavra cobre é derivada de “cuprum”, que significa metal da ilha

de chipre, onde foi descoberto em estado natural durante a

antiguidade. Actualmente, é obtido a partir de minérios, sendo os

mais divulgados os minérios sulfurados.

• Os minérios de cobre podem ser sulfetados ou óxidos, além, mais

raramente, do próprio cobre nativo. O teor de metal contido é muito

baixo, da ordem de l a 3%.

• Os mais importantes são os sulfetados, entre os quais a calcopirita, de

fórmula CuFeS2.

Características do cobre

Como para cada tipo de minério existem características

distintas que as permite diferenciar um minério de outro assim

também acontece ao minério de cobre sendo as suas principais

características que podem ajudar na diferenciação a citar:

• Material dúctil, cor castanho avermelhada, brilhante, se

lustrado ótimo condutor de eletricidade, resistente à corrosão

de muitos meios, não se oxida em contato com o meio

ambiente, porém com a umidade do ar é formado um contato

esverdeado, chamado de azinhabre.

Propriedades físicas

• A calcopirita apresenta-se geralmente em forma massiva ou micro-

granular. Os cristais são bastante raros e quase sempre de pequenas

dimensões e de formas irregulares

Produção do cobre

• Os minerais de cobre podem dividir-se em três grupos distintos:

i) os minerais primários, que estão depositados a grande profundidade

e têm origem ígnea, de que são exemplo a bornite (Cu5Fes4),

calcopirite (CuFeS2), enargite (Cu3As5S4) e outros.

ii) o segundo grupo é composto por minerais de cobre oxidado

resultantes da erosão de sulfuretos de cobre. Neste grupo destacam-se

os minerais cuprite (Cu2O), malaquite (CuCo3.Cu(OH)2), azurite

(2CuCo3.Cu(OH)2) e crisocola (CuSiO3.2H2O).

iii) o terceiro grupo é constituído por minerais resultantes da erosão de

sulfuretos de cobre, tais como a calcocite (cu2s) e a covelite (cus).

Continuação

• Os minerais com maior interesse comercial são a calcocite

(Cu2S), que possui 79,8 % de cobre, e a calcopirite

(CuFes2) com 34,5 %. minerais como enargite ou outros

sulfuretos podem viabilizar a exploração que usualmente se

faz em mina aberta. A mina em profundidade é menos

comum, na extracção de cobre, devido aos seus elevados

encargos.

Metalurgia extractiva do cobre

Os tratamentos térmicos sucessivos para obter cobre são os seguintes:

A) Calcinação do minério (15 a 25%) – calcinação é o aquecimento do

minério para provocar a decomposição e a eliminação de um produto

volátil.

B) Fusão para obter uma massa contendo cerca de 25 a 45 % de cobre.

C) Refinação ao conversor, a saída do qual aparece o cobre bruto.

D) Refinação do cobre bruto.

Metalurgia do cobre – preparação

• Geralmente é pelo calor que são tratados o minério de cobre, através

do processo de extração eletrolítico.

Preparação Mecânica

Antes de se submeter aos diversos tratamentos térmicos, os minérios

são submetidos a uma preparação mecânica que tem com o objectivo

enriquece-los, eliminando a ganga, isto é, todos os elementos não

contendo metal ou em quantidade insuficiente para merecer um

tratamento térmico. Entre estas operações citam-se:

• Fragmentação;

• Moagem;

• Classificação; e

• Concentração.

Concentração do Cu

• O tratamento de minério consiste de uma série de processos que têm

em vista a separação física dos minerais de minérios (calcopirita e

bornita) e minerais de ganga (não possuem interesse económico e são

rejeitados, por exemplo: quartzo, feldspato) e a obtenção final de um

concentrado comum teor elevado de cobre. O processamento do

cobre depende da sua forma-se sulfetada ou oxidada.

• Para que essa separação ocorra, é preciso que os minerais de interesse

não estejam fisicamente agregados aos que não são de interesse, daí a

importância das etapas de fragmentação e classificação, que realizam

e monitoram essa separação, respectivamente e nesta fase que ocorre

o beneficiamento

Continuação

• A principal técnica utilizada na indústria do cobre é a flotação, que

permite a obtenção de concentrados com elevados teores e apenas

aplicado no beneficiamento de minérios com baixo teor e

granulometria fina.

• Após o beneficiamento, o concentrado é submetido à processos

metalúrgicos.

Tecnologia e processos

Refino – é o processo durante o qual um metal bruto impuro é

convertido em um metal puro.

• Existem dois processos básicos de produção de cobre primário: o

processo pirometalúrgico, mais utilizado para os minérios sulfetados,

e o processo hidrometalúrgico, apropriado para a extracção de cobre

de minérios oxidados de baixo teor.

• As figuras (1 e 2) a baixo mostram os processos clássicos e modernos

de refino do cobre.

Refinação Pirometalúrgico do Cobre

• O concentrado é então submetido ao forno de revérbero, juntamente

com fundente, cuja função é formar a escória pela sua combinação

com as impurezas do concentrado. E obtém um sulfeto duplo de

cobre e ferro, denominado mate, contendo 35 e 55% de cobre

metálico, além do ferro e enxofre.

• A temperatura do forno é superior a 1.100º c, de modo a ter-se a fusão

do material. O ferro é oxidado na forma de feo.

CONT.

• As reacções que ocorrem:

CONT.

• Em seguida o mate é oxidado num conversor, onde é

introduzida uma corrente de ar que, em presença de sílica,

atravessa o mate liquido.

• 1ª fase: o sulfeto de ferro é oxidado. O óxido de ferro

resultante une-se à sílica e eliminado na escória, e é retirado

basculhando-se o conversor. Essa fase dura cerca de

20horas, e ao aproximar-se o fim aquece-se o material a uma

temperatura em torno de 1.200º C.

Cont.

• 2ª fase: O Cu2S (mate branco) resultante é oxidado. Dura de 4 a

7 horas e a temperatura final de cerca de 1.100º C.

• Neste conversor onde obtêm-se o cobre blister com 98% a

99.5% de cu e as impurezas antimónio, arsénio, bismuto, ferro,

chumbo, níquel, selénio, enxofre, telúrio e zinco. Também podem

estar presentes em ouro e prata.

CONT.

• Dependendo da pureza desejável para o cu, tendo em vista a sua

utilização final, oblister pode ser submetido ao refino a fogo, onde se

obtém cu com 99,7% (anodo) ou ser também refinado eletrolíticamente,

atingindo um grau de pureza de 99,9% (catodo). Os fornos empregados

são do tipo revérbero e são aquecido a óleo, gás ou carvão moido.

• Para fixar os óxidos de aluminio, ferro e magnésio formados durante o

processo, são carregados quantidades suficiente de fundente (silica)

juntamente com o cobre blister.

CONT.

• Duração: toda fase de refino é longa, que pode durar 16 a 14

horas.

Refinação Electrometalúrgica

• Electrometalurgia – parte da metalurgia que engloba os

processos de obtenção de metais através da electrólise.

• Electrólise – reacção de oxirredução oposta aquela que

ocorre numa célula galvânica, sendo, portanto, um fenómeno

físico-químico não espontâneo; e um processo que separa os

elementos químicos de um composto através do uso da

corrente eléctrica.

CONT.

• Refino electrometalúrgico

• O método de refino electrometalúrgico consiste na "refinação

electrolítica". São empregues ânodos de cobre fundidos partir de cobre

blister refinado a fogo, com um teor mínimo de cobre de 99%.

• O electrólito, mantido a uma entre 40º e 60º c, é uma solução de

sulfato de cobre. O cobre deposita-se sobre o cátodo que, por sua vez, é

de cobre, com a mesma pureza do cobre a ser nele depositado.

CONT.

•As impurezas contidas Sb, As, Co, Fe, Ni e Zn ficam

dissolvidas no banho electrolítico ou depositam-se

como compostos insolúveis. As impurezas Pb, Se, Te,

Sn e os metais preciosos decantam-se no fundo do

tanque, na forma de iodo, permitindo sua recuperação.

•Duração: esta operação pode durar várias semanas.

LIGAS DO COBRE

LIGAS METÁLICAS

• São materiais que possuem propriedades metálicas,

compostos por dois ou mais elementos, sendo pelo menos o

maior constituinte deles, um metal.

• Normalmente as ligas são criadas para modificar ou

acrescentar propriedades diferentes das propriedades dos

metais

que a formam.

TIPOS DE LIGAS METÁLICAS

• · Ligas ferrosas: apresentam o elemento ferro como

constituinte principal.

Ex.: Aço, ferro fundido

•Ligas não-ferrosas: não apresentam o elemento ferro

como constituinte.

•Ex.: Latão, bronze, ligas de Alumínio

LIGAS COBRE

• O cobre é normalmente usado em sua forma pura, mas

também pode ser combinado com outros metais para

produzir uma enorme variedade de ligas. Cada elemento

adicionado ao cobre permite obter ligas com diferentes

características tais como: maior dureza, resistência a

corrosão, resistência mecânica, ou até para obter uma cor

especial para combinar com certas aplicações.

LIGAS COBRE

As ligas de cobre apresentam excelentes ductilidade a quente

e a frio, ainda que um pouco inferiores às do metal puro. As

grandes ligas de cobre são divididas nos grandes grupos:

CONTINUAÇÃO

• Latões (ligas cu-zn): podem conter até 45% de zinco. Os

elementos Al, Sn, Si, Fe, Mn, Ni, As, P e Pb são usuais neste tipo

de liga. O alumínio aumenta a consistência e a resistência à

corrosão. Esta liga é utilizada em moedas, medalhas, bijuterias,

radiadores de automóvel, ferragens, cartuchos, diversos

componentes.

• Observação: do gráfico apresentado a seguir ilustra se que o Zn

influência em aumento da resistência mecânica, baixa o ponto de

fusão e a baixa o custo.

CONTINUAÇÃO

•Bronzes (ligas de cu-sn): esta liga é formada por cobre e

estanho, cujo conteúdo de estanho pode chegar a 20%.

Os bronzes de estanho têm maior resistência mecânica

que o latão e é utilizado em tubos flexíveis, torneiras,

varetas de soldagem, válvulas, engrenagens.

CONTINUAÇÃO

• Observação: nota se que o Sn influência em:

• Aumento o limite elástico, aumenta na dureza, aumenta a ductilidade,

para teores <10%.

APLICAÇÃO DO COBRE

• Na eletricidade, é onde o cobre encontra a sua aplicação mais

importante. Mais de 60 % do cobre refinado que se consome no

mundo é destinado a utilização relacionadas com ela.

• O cobre está presente nos fios de rede elétrica que vemos na rua. Mas

porque a cor diferenciada? Pois os fios são revestidos de outro

material para que se torne segura a utilização do cobre e sejam

evitados acidentes diversos, já que ele pode propagar calor e energia

facilmente.

CONTINUAÇÃO

Exemplo: cobre no campo da electricidade

Além disso, aproveitando suas propriedades ele pode ser aplicado em

outros sectores como exemplos:

CONTINUAÇÃO

• Na fabricação de veículos: Pois ele está presente nos fios, conectores,

freios, rolamentos, radiadores e até mesmo no próprio motor.

• Na construção civil: utiliza amplamente este metal em diversas áreas

como exemplo nos matérias a ser usado temos o Martelo, nos

andaimes, as tubulações de canalização entre outras aplicações

CONCLUSÃO

• Conclui se que o minério de cobre ele encontra se na natureza de

forma sulfetada e oxidada sendo a mais destaca na primeira a

calcopirita e o que diferencia as formas de encontrar natureza o

minério de cobre sendo a primeira encontrada em grandes

profundidades e a segunda encontra se na superfície cujo as suas

principais ligas são o latão e o bronze que devido as suas

propriedades permite a aplicação do mesmo em diversas áreas

tornando um assim raro de encontrar se na natureza

FIM