Indústrias Eletrolíticas e Eletrotérmicas

Apresentação em tema: "Indústrias Eletrolíticas e Eletrotérmicas"— Transcrição da apresentação:

1 Indústrias Eletrolíticas e Eletrotérmicas
Discente: Brenda Soares Assunção Curso: Engenharia Química Disciplina: Processos Químicos Docente: Iara Terezinha Semestre letivo:

2 Indústria Eletrolítica
Grande importância para geração de produtos manufaturados; Energia elétrica é o bem precioso nessa indústria; Eletrolíticas e/ou Eletroquímicas Soda caustica, Hidrogênio, Magnésio, Alumínio Indústria produtora de Hidrogênio (Air Liquide)

3 Qual a vantagem da Indústria Eletrolítica ?
Segundo Landis, “o processo eletroquímico revolucionou completamente a produção de certos produtos primários e, por isso, abaixou o custo, de forma a possibilitar o desenvolvimento de novas indústrias secundárias utilizando estas matérias-primas mais baratas”. O baixo custo da energia elétrica fez com que fosse mais viável produzir produtos primários Possibilitou o desenvolvimento de indústrias secundárias, que utilizam a matéria-prima obtida eletroliticamente

4 Energia elétrica: fator importante
A energia elétrica é usada para: Operar motores elétricos; Provocar temperaturas elevadas (um dos objetivos); Realizar modificações de natureza química (como as reações químicas). Atenção! Um fator determinante na implantação dessas indústrias é o custo da energia elétrica no local. Cataratas do Niagara (fonte de energia hidrelétrica)

5 Substâncias e seus processos eletroquímicos
Alumínio Redução eletrolítica da alumina Carbeto de Cálcio Redução eletrotérmica Cobre Eletro-recuperação Ferro Redução no Forno Elétrico Hidrogênio e Oxigênio Eletrólise de água alcalinizada Magnésio Metálico Eletrólise do cloreto de magnésio Ouro Eletro-refinação Sódio Metálico Eletrólise de cloreto de sódio fundido Zinco Precipitação eletrolítica A maior parte dos processos eletrolíticos nas indústrias foram desenvolvidos após a Primeira Guerra Mundial Fonte: Shreve, 1997

6 Princípios Importantes
Tipos Eletrólise ígnea do NaCl

7 Reações na Eletrólise Ânodo: pólo positivo Cátodo: pólo negativo
Ocorrem reações de oxidação e redução Reações químicas que não ocorrem naturalmente são forçadas por correntes elétricas

8 Conceitos Eletrólise Aquosa: é um processo em que a corrente elétrica passa através de uma solução aquosa, onde existem íons que produzem reações, gerando energia química. Processo não é espontâneo. Na solução aquosa, a substância diluída se dissocia ou ioniza, liberando íons para o meio. Ionização da água: H2O → H+ + OH- Apenas um cátion e um ânion sofrerão a descarga nos eletrodos. Para sabermos quais serão eles, se são os íons da água ou os íons da substância diluída, temos que considerar uma ordem de prioridade, observe as tabelas. NaCl em meio aquoso

9 Conceitos Observe que os cátions de metais alcalinos, de metais alcalino terrosos e do alumínio não se descarregam em solução aquosa. Se quisermos produzir esses metais alcalinos, alcalino terrosos e o alumínio, terá que ser por eletrólise ígnea, que ocorre sem a presença de água, com o material fundido.

10 Conceitos Eletrólise Ígnea: quando um composto iônico encontra-se fundido e a corrente elétrica atua separando os átomos. Ausência de água. É preciso aquecer a substância a altas temperaturas para que ela se funda; A substância fundida é colocada numa cuba eletrolítica com dois eletrodos submersos nela. Os eletrodos são conectados a uma fonte geradora de corrente elétrica, que pode ser uma pilha ou bateria; O NaCl é aquecido a 800,4 º C, se funde e seus íons ficam livres: NaCl → Na+ + Cl- Na+ + e- → Na  (redução) 2 Cl- → Cl2 + 2e-____(oxidação)  2 Na+ + 2 Cl- → 2 Na + Cl2

11 Obtenção do Magnésio metálico

12 Obtenção do Magnésio metálico
Principal aplicação: formação de ligas, largamente utilizadas na indústria aeronáutica em componentes de motores, na fuselagem e em trens de aterrisagem, por exemplo, na indústria automobilística (caixas de engrenagem, rodas, colunas de direção), indústria bélica (mísseis) e em alguns componentes eletro-eletrônicos. Ligas: AZ91B: Al 6,5%, Mn 0,2%, Zn 3,0% e restante Mg – p/ fundição a pressão AZ31: Mn 1,5% e restante Mg – para produtos forjados

13 Obtenção do Magnésio metálico
Principal produtor: Dow Chemical Co., em Freeport, Texas (Shreve, 1997) toneladas anuais No Brasil: Grupo RIMA Também é a única produtora de magnésio primário do Hemisfério Sul. Fabricação: Eletrólise do Cloreto de Magnésio, proveniente da água do mar, usando conchas de ostras como fonte de cal. Como obter o cloreto de magnésio: Salinas; Poços de Salmoura; Reação de Hidróxido de Magnésio (MgCl) com Ácido Clorídrico (HCl)

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15 Espessador – usado na operação de separação sólido líquido baseada na sedimentação, para: recuperação de água de polpas contendo rejeitos para descarte, preparação de polpas com densidades mais adequadas para operações subsequentes (filtragem, moagem, flotação).

16 III. I. II.

17 Floculador - equipamento de agitação utilizado em estações de tratamento de água e esgoto para a coagulação dos sólidos em suspensão, dispersos na massa líquida, para posterior separação em decantadores.

18 Filtro Moore – equipamento para sepação mecânica de partículas sólidas de uma suspensão líquida com o auxílio de um leito poroso. Evaporador a fogo direto – equipamento utilizado para promover um processo de isolamento e purificação de um produto desejado por meio de evaporação. IV. V.

19 Secador de tabuleiros ou prateleiras - Utilizados para substâncias granulares; Secagem pela circulação de ar sobre o material; Secadores rotativos -  funcionam com um tambor rotativo do tipo com eixo horizontal. Dentro dele estão montados vários tipos de pás que favorecem a troca térmica entre os gases quentes e o material a ser submetido à secagem.

20 Cubas Eletrolíticas Medidas: 1,52m de largura X 3,35m de comprimento X 1,83m de altura Temperatura de operação: 710ºC Ponto de fusão do magnésio: 651ºC Operação: cerca de 6V e – A Eficiência de corrente: acima de 80% Energia necessária: aprox 17,6kWh/kg de Mg produzido

21 Cubas eletrolíticas Revestimento:
Usa-se uma camada de isolante térmico – tijolos refratários, blocos de amianto ou outro material semelhante Validade: 2-4 anos A renovação do revestimento constitui parte apreciável das despesas de produção, incluindo: Mão de obra; Materiais de revestimento e isolante térmico; E também perda do eletrólito em casos de revestimento danificado

22 Cubas Eletrolíticas Saindo da cuba, o Mg fundido é libertado no cátodo e sobe à superfície do banho, sendo conduzido para poços em frente à cuba. O magnésio metálico a 99,9% é vazado várias vezes ao dia, contendo cada corrida a quantidade para encher um molde de 20kg.

23 Impactos ambientais na produção do Magnésio
Conchas do mar De acordo com o Ministério do Meio Ambiente, conchas e outras carapaças servem de abrigo ou substrato para outros organismos. Quando coletadas no mar afetam a vida marinha. Mineração Remoção da vegetação em todas as áreas de extração; Contaminação dos solos por elementos tóxicos; Proliferação de processos erosivos; Evasão forçada de animais silvestres; Poluição sonora gerada em ambientes e cidades localizados no entorno das instalações; Contaminação de águas superficiais (doce e salgada) pelo vazamento direto dos minerais extraídos ou seus componentes.

24 Indústria Eletrotérmica
Ramo: fabricação de produtos a partir de elevadas temperaturas, utilizando fornos elétricos. Tipos de fornos elétricos: Forno a arco Forno de indução Forno de resistência Forno a arco

25 Produtos Obtidos

26 Fornos Elétricos Forno a Arco : o calor é gerado por um arco elétrico entre dois ou mais eletrodos. Usa uma corrente elétrica alternada para produzir calor. Fabricado, geralmente, em grafita ou carvão, ou entre eletrodos e a carga Formato cilíndrico Forno de indução : aquecimento por indução: metais, substâncias condutoras Forno de resistência: aquecimento direto ou indireto

27 Vantagens do Forno Elétrico
Forno elétrico vs Forno de combustão ºC vs 1.700ºC Altas temperaturas: maior velocidade reacional, novas condições de equilíbrio (geração de novos produtos, como carbeto de silício e carbeto de cálcio). Facilidade de uso; Gradiente de temperatura; Limpo

28 Abrasivo O que é ? Material bastante rígido, utilizado para moagem, polimento, corte, perfuração e polimento de superfícies. Os materiais utilizados são minerais duros – acima de 7 na escala Mohs – pedras sintéticas, algumas com características físico-químicas idênticas às naturais. Categoriza os minerais pela dureza relativa Diamante  Corindor  Topázio ...

29 Carbeto de Silício

30 Carbeto de Silício Adição de serragem ao forno: aumenta a porosidade, facilitando a circulação de vapores, liberando o gás monóxido de carbono (CO); Forno com núcleo de grafite conectados ao fundo, para aquecimento; Temperatura alcançada = 2.200ºC; Temperatura muito alta decompõe o SiC (silício volatiliza e forma-se grafita) Duração da reação (aprox.): 36h - aquecimento 24h - arrefecimento

31 Processamento Corrente inicial entre os eletrodos é de 6.000A a 230V e final A a 75V, devido à diminuição da resistência da carga Temperatura: 2.200ºC Eficiência energética: 50% Conversão química: 70-80% A areia e o carvão são misturados na razão molar de 1 para 3 e são enfornados Adiciona a serragem O coque é um combustível fóssil sólido, derivado do petróleo, de cor negra que se obtém como subproduto quando feita a destilação do petróleo(no fundo da coluna de destilação), num processo designado "cracking" térmico.

32 O Forno A carga no forno fica em torno de um núcleo de aquecimento, de carvão granular; O núcleo está no centro de um forno com uns 9-15m e faz a ligação entre os eletrodos; As paredes do forno são de tijolos refratários soltos, suportados por armação de ferro, e desmanteladas no final de uma carga, para facilitar a retirada dos produtos; Não há grande perda da carga, pois a camada externa que não reage, serve de isolamento.

33 Processamento Faz o SiC suportar 1.000ºC, resistir à corrosão e à erosão. 4) Depois de frios, os cristais de SiC são removidos do forno 5) As grandes pedras de SiC são quebradas (separador magnético), lavadas e limpas mediante tratamento químico; 6) No classificador os cristais são peneirados e classificados. O produto final tem granulometria que vai da peneira 6 até um pó fino.

34 Questão ambiental O que fazer com o carbeto de silício que não pode mais ser aproveitado na indústria ? “Carbeto de silício tem grande resistencia à ação de ácidos e álcalis, não perdem suas propriedades físicas depois de passar por nosso processo de fabricação, sendo assim, possivel ser empregado novamente na confecção de rebolos, discos e no polimento de lentes oftálmicas, mármores, granitos ardosias e outros materiais não metálicos.”

35 Aplicações do Carbeto de Silício
Elevada dureza Boa durabilidade Baixo custo Moagem, amolar materiais, polimento, corte com jato de água Matéria-prima para lixa e aderente em skateboards Aterragem de descargas elétricas (raios)

36 Produtoras de Abrasivos
Lixas Industriais: abrasivos revestidos Discos de corte Pedras de afiar Pontas montadas

37 Referências Bibliográficas
SHREVE, N.R. ; JUNIOR, B.A.J. Indústrias de Processos Químicos. Rio de Janeiro: Ed. Guanabara Koogan. S.A., 1997 Braga, Sidney L. S. Análise do comportamento térmico do forno Acheson e da sua camada de mistura isolante, 2011, São João Del Rei, Centro Federal de educação tecnológico de Minas Gerais. FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Obtenção de alumínio por meio de eletrólise"; Brasil Escola. Disponível em < Acesso em 14 de janeiro de 2018