Metalurgia Extrativa dos Metais

Metalurgia do Estanho

Generalidades O estanho, de símbolo Sn, é um elemento metálico usado pelos humanos há eras. Estanho tem sido encontrado em tumbas no Egito e foi exportado para a Europa em grandes quantidades a partir de Cornwall, Inglaterra, durante o período romano. O principal minério de estanho é a cassiterita ou dióxido de estanho, de fórmula SnO2. A cassiterita é o único mineral de estanho de importância econômica. É encontrado em abundância em Cornwall, Inglaterra, como também na Alemanha, Malásia, Bolívia, Brasil, Austrália, Indonésia, Nigéria, República do Congo e no Alaska.

Modo de Obtenção SnO2(s) + 2C(s) à Sn(l) + 2CO(g) Na extração do estanho, o minério é primeiro extraído e lavado a fim de remover impurezas. Então é cozido, de modo a oxidar os sulfetos de ferro e cobre. Após uma segunda lavagem, o minério é reduzido por carbono em um forno reverberatório. A reação de redução é: SnO2(s) + 2C(s) à Sn(l) + 2CO(g) O estanho derretido é coletado no fundo e moldado no formato de blocos. Nesse formato, o estanho é novamente fundido sob temperaturas mais baixas, para que as impurezas formem uma massa insolúvel a ser extraída. O estanho pode ainda ser purificado por eletrólise.

PRINCIPAIS LIGAS As ligas de estanho mais comuns são o bronze (estanho e cobre), a solda (estanho e chumbo), e estanho, chumbo e antimônio (metal patente). Também é usado em liga com o titânio na indústria aeroespacial. A solda é uma liga particularmente interessante na elétrica e eletrônica, usada para união e remendo de metais. As soldas são comumente classificadas como macias ou duras, dependendo dos seus pontos de fusão e resistência mecânica. As soldas macias, como as usadas em eletrônica, são ligas de estanho e chumbo, algumas vezes com adição de bismuto; as soldas duras são ligas de prata, cobre e zinco (solda prateada) ou cobre e zinco.

Caracteristicas Aplicação - Ductilidade - Maciez - Resistência à corrosão Aplicação - Chapas, tubos e fios - Revestimento de aço e cobre - Preparo de folha de flandres

Metalurgia do Chumbo

Generalidades É um metal pesado, macio, maleável e pobre condutor de eletricidade. - Apresenta coloração branco-azulada quando recentemente cortado, porém adquire coloração acinzentada quando exposto ao ar. - É usado na construção civil, baterias de ácido, em munição, proteção contra raios-X , e forma parte de ligas metálicas para a produção de soldas, fusíveis, revestimentos de cabos elétricos, materiais antifricção, metais de tipografia, etc. - Metal conhecido e usado desde a antiguidade. Suspeita-se que este metal já fosse trabalhado há 7000 anos.

Histórico O chumbo está sendo usado pelos humanos por, pelo menos, 7000 anos, porque era muito difundido na natureza e de fácil extração. A peça mais antiga de chumbo descoberta pelos arqueólogos data de 3800 a.C. e, está guardada no Museu Britânico. Por volta de 3000 a.C. há evidências que os Chineses já produziam este metal. Há indícios, também, que os fenícios exploravam o chumbo em 2000 a.C. Os alquimistas achavam que o chumbo era o mais velho dos metais e associavam este metal ao planeta Saturno. A partir de 700 d.C. os alemães iniciaram a exploração deste metal, juntamente com a da prata, nas minas existentes nas montanhas de Hartz, no vale do vale do Reno e na Boêmia a partir do século XIII.

PbO(s) + C(s)3 → Pb(l) + CO(g) Modo de Obtenção Através da ustulação ( do minério de chumbo, galena, obtém-se como produto o óxido de chumbo que, num alto forno, é reduzido com a utilização de coque, fundente e óxido de ferro. O chumbo bruto obtido é separado da escória por flotação. A seguir, é refinado para a retirada das impurezas metálicas, que pode ser por destilação. Desta forma pode-se obter chumbo com uma pureza elevada (99,99%). Produção do Chumbo pela ustulação da galena (PbS2) 2PbSs + 3O2g → 2PbOs + 2SO2g O óxido de chumbo é reduzido pela queima com carvão, produzindo o chumbo metálico. PbO(s) + C(s)3 → Pb(l) + CO(g)

Exposição EXTRA-OCUPACIONAL Presente em tintas a base de chumbo Descargas industriais Alimento contaminado OCUPACIONAL Produção de baterias Corantes Ligas metálicas Petrolífera Cerâmica Tubulações Munições.

Precauções Pode ser encontrado na água potável através da corrosão de encanamentos de chumbo. O chumbo não apresenta nenhuma função essencial conhecida no corpo humano. É extremamente danoso quando absorvido pelo organismo através da comida, ar ou água. O chumbo pode causar vários efeitos indesejáveis, tais como: - Perturbação da biosíntese da hemoglobina e anemia; - Aumento da pressão sanguínea; -Danos aos rins; - Abortos; - Alterações no sistema nervoso; - Danos ao cérebro; - Diminuição da fertilidade do homem através de danos ao esperma;

Metalurgia do Manganes

Manganês O manganês é um metal de transição de coloração branco cinzento parecido com o ferro. É um metal duro e muito frágil, refratário e facilmente oxidável. O manganês metálico pode ser ferromagnético, porém somente depois de sofrer um tratamento especial. É usado em liga com o ferro nos aços e em outras ligas metálicas

Histórico Foi encontrado dióxido de manganês, MnO2, em pintura rupestres como pigmento de coloração negra. Foram utilizados ao longo da história, por exemplo, pelos egípcios e pelos romanos , compostos de manganês para descolorir o vidro ou dar-lhe coloração. No século XVII , o químico alemão Johann R. Glauber produziu pela primeira vez o permanganato , um reativo de laboratório bastante utilizado. Em meados do século XVIII , o dióxido de manganês foi empregado para a produção de cloro . O químico sueco Carl Scheele foi o primeiro a descobrir que o manganês era um elemento , porém foi J. G. Gahn quem o isolou por redução do óxido com carbono. No início do século XIX se começou a experimentar o uso do manganês em ligas de aço. Em 1816 comprovou-se que o seu uso endurecia o aço, sem torná-lo mais frágil.

Beneficiamento

Das 23,1 milhões de toneladas de minério produzidas em 2001, 40% foi de alto teor, o único tipo cujo transporte transoceânico é viável. Distribuição Mundial de Minério de Manganês Minério de alto teor Minério de baixo teor Maiores consumidores de minério de alto teor Brasil Gabão África do Sul * Austrália China Índia México Irã Kasaquistão Geórgia Ucrânia Fonte: CVRD

Estrutura da Indústria de Manganês Siderurgia (Ferro Gusa e Aço Bruto) O principal cliente da cadeia produtiva do manganês é a indústria siderúrgica. Estrutura da Indústria de Manganês Minério de Manganês Baixo Teor 25 - 35% Minério de Manganês Alto Teor 35 - 50% Minério FeSiMn FeMn AC Siderurgia (Ferro Gusa e Aço Bruto) Outras Aplicações Escória Rica FeMn MC/BC Mn Metálico Ferro-ligas Consumidores

A indústria siderúrgica é responsável por 91% da demanda total do minério de manganês, na forma de ferro-ligas ou pela adição direta do minério. Utilização do Minério de Manganês Aplicações não metalúrgicas 9% Fonte: CVRD, Análise Andersen Consulting Cadeia Produtiva do Manganês Produção de Ligas (83%) Siderurgia (Ferro Gusa e Aço Bruto) 91% Minério de Manganês Consumo Estimado em 2000 (milhões de toneladas) Minério: 21,5 Ligas: 7,3

O consumo mundial de liga é de 7,3 milhões de toneladas ao ano, movimentando US$ 3,6 bilhões. Produção Mundial de Ligas em 2001 = 7.551.699 Ton Eramet Eramet Eramet CVRD Nikopol Ferroatlántica Autlán Maiores Produtores de Ligas Maiores Produtores de Ferro Gusa e Aço Bruto CVRD Ore & Metal Billiton Billiton Principais Produtores de Ligas e Mercados Siderúrgicos Fonte: Roskill, CRU

FERRO-LIGAS DE MANGANÊS FeMnAC - Ferro-Manganês Alto Carbono FeSiMn - Ferro-Sílico Manganês FeMnMC - Ferro-Manganês Médio Carbono FeMnBC - Ferro-Manganês Baixo Carbono ESPECIFICAÇÕES (%)

PRODUÇÃO DE LIGAS DE MANGANÊS MATÉRIAS-PRIMAS EQUIPAMENTO Fontes de Manganês Minério Granulado Sinter Redutor Coque Carvão Vegetal Coque de petroleo Carvao Mineral Fundentes Calcário Quartzo Dolomita Forno Elétrico de Redução (FER) (Muito Usado) Alto Forno (Pouco Usado,somente FeMn AC na China e na SFPO ,França)

FORNO ELÉTRICO DE REDUÇÃO Aparelho metalúrgico, revestido internamente por materiais especiais (refratários e isolantes), cuja principal característica é a geração de energia necessária ao processo por efeito JOULE. O triângulo formado pelos eletrodos está inscrito num círculo cujo diâmetro é cha- mado "diâmetro do círculo primitivo" e é estabelecido em função do ferro-liga que se quer produzir. TAMANHO É expresso pela potência instalada (ex. 15 MVA). Existe uma relação entre a quantidade de liga produzi- da e a potência do forno.

PROCESSO - UNIVERSOS TÉRMICO-QUÍMICO-ELÉTRICO CORRENTE CORRENTE CORRENTE CALOR (GASES) CALOR CALOR(GASES) CALOR ELETRODO ELETRODO ZONA DE FUSÃO ESCÓRIA CALOR CORRENTE CALOR FERRO-LIGA

PROCESSO - DESCRIÇÃO GERAL ALTURA 200 600 1000 1400 TEMPERATURA (oC) ZONA AGREGADA ZONA DE AMOLECIMENTO E FUSÃO ESCÓRIA FERRO-LIGA

Minérios de Mn da CVRD e Principais Concorrentes avril 17 Minérios de Mn da CVRD e Principais Concorrentes Empresa Ore Mn (%) Fe (%) SiO2 Al2O3(%) CaO(%) MgO(%) P(%) K 2 O(%) B(ppm) Ti (%) CVRD Azul HG 49,00 3,00 2,80 6,70 0,20 0,20 0,10 1,40 25 Azul Std 45,00 5,00 3,20 8,60 0,20 0,20 0,09 1,50 25 Urucum Std 46,50 11,00 2,00 1,50 0,20 0,10 0,14 3,40 45 0,09 Urucum LP 45,00 8,50 6,50 1,00 0,20 0,20 0,09 3,20 16 0,07 Síl. Carbonatado (MG) 30,70 3,20 21,90 4,90 5,00 4,00 0,09 Licínio de Almeida (BA) 33-38 14 8,27 4,83 0,4 0,24 0,02 São Desidério (BA) 36,50 6,38 18,57 4,41 0,00 0,00 0,02 Coribe (BA) 30,00 1,50 24,00 10,00 0,05 0,05 0,04-0,50 1,20 Samancor Mamatwan 38,40 4,40 4,80 13,40 0,02 450 Wessels WH 50,80 10,00 4,80 0,30 5,00 0,03 450 Wessels W4 43,10 15,20 5,00 0,30 5,00 0,03 450 Assmang Nchwaning 51,00 10,50 4,50 0,50 3,80 0,40 0,04 0,10 450 Gloria 38,40 5,00 5,90 0,30 13,30 3,00 0,03 0,10 450 Comilog Moanda 50,70 2,80 3,30 6,20 0,09 0,07 0,11 BHP Groote E. 48,50 4,20 6,90 3,80 0,09 Portman woodie W. 46,00 9,00 4,00 1,00 0,07 ICOMI * Amapá 46,00 7,20 3,80 5,40 0,10

coque ou carvao vegetal ou carvao miner ou coque de petroleo O REDUTOR E O PROCESSO Tem a função de promover as reações de redução do sistema coque ou carvao vegetal ou carvao miner ou coque de petroleo Fonte de carbono

PRODUÇÃO DE FeMnAC PROCESSO ESCÓRIA POBRE E RICA ESCOLHA DO PROCESSO Escória Pobre = Escória Básica e [Mn] < 20% Escória Rica = Escória Ácida e [Mn] > 26% ESCOLHA DO PROCESSO Reutilização da escória gerada como matéria-prima para fabricação de FeSiMn Características das matérias-primas disponíveis (relação Mn/Fe e Mn/SiO2 dos minérios) CARACTERÍSTICAS PROCESSO ESCÓRIA RICA Menor consumo de energia e redutor Maior custo de minérios Menor custo global se contabilizada a produção de FeSiMn

PRODUÇÃO DE FeMnAC FATORES A CONSIDERAR NA DEFINIÇÃO DA CARGA Definição do "Blending" Minérios disponíveis (Análise física, química e CUSTO) Volume de escória a ser gerado % Al2O3 na escória Basicidade da escória Fósforo na liga Rendimentos Cinzas dos redutores Ferro (todo ferro enfornado é incorporado à liga)

PRODUÇÃO DE FeSiMn PROCESSO COM E SEM ADIÇÃO DE ESCÓRIA DE FeMnAC CARACTERÍSTICAS DO PROCESSO SEM ESCÓRIA Maior consumo de redutor e fundentes Fósforo mais alto FATORES A CONSIDERAR NA DEFINIÇÃO DA CARGA Características dos minérios de manganês Baixas relações Mn/Fe, Mn/SiO2, Mn/Al2O3 Al2O3 na escória Basicidade da escória

A ESCÓRIA E O PROCESSO O controle da sua composição é fundamental para o êxito do processo. Formada basicamente por MnO, SiO2, Al2O3, CaO, MgO. (LIMITE NO CONCEITO DE MINÉRIO) A composição química define a distribuição dos diversos elementos. CONCEITO DE BASICIDADE DA ESCÓRIA CaO (óxido básico) SiO2 (óxido ácido) Basicidade = (%CaO+%MgO )/ %SiO2 B>1 (Escória básica) B<1 (Escória ácida)

8 - NOÇÕES DE CUSTOS DE FABRICAÇÃO DE LIGAS Custo Variável = Consumo de (minérios + fundentes + redutor + pasta eletrodo + materiais auxiliares + energia + finos lingotamento) + crédito escória