PIROMETALURGIA. Prof. Carlos Falcão Jr.

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1 Prof. Carlos Falcão Jr.

2 2Al(OH) 3 Al 2 O 3 + 3H 2 O(vapor) 1200ºC INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 1.1) Ustulação Processo metalúrgico conduzido a altas temperaturas, mas não ocorrendo fusão parcial das fases reagentes. As variedades dos processos de ustulação são: 1.1.1) Calcinação o objetivo é alterar a composição química dos minerais contidos no minério, sendo a reação de dissociação a principal. CaCO 3 CaO + CO ºC

3 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 1.1) Ustulação 1.1.2) Ustulação oxidante de minérios e concentrados de sulfeto o objetivo é converter os sulfetos metálicos em óxidos ou sulfatos. ZnS + 1,5O 2 ZnO + SO 2 ZnS + 2O 2 ZnSO ºC ºC

4 Frequentemente, aplicado a minérios antes de serem fundidos em fornos. INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 1.1) Ustulação 1.1.3) Sinterização é a ustulação na qual um material fino é transformado em grãos. Ocorre através de recristalização do material, sem formação de fase líquida, ou através da formação de certa quantidade de fase líquida, que, na solidificação, forma aglomerados até chegar aos grãos. 2PbS + 3O 2 + SiO 2 PbO + PbO.SiO 2 + 2SO 2 ( ºC)

5 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 1.1) Ustulação 1.1.4) Ustulação redutora é subdividido nas variedades magnética e redutora. a) Ustulação magnética de minérios de ferro: 3Fe 2 O 3 + CO 2Fe 3 O 4 + CO ºC * Aplicável a minérios de ferro antes de serem sujeitos ao beneficiamento magnético. Seu objetivo é transformar minérios pobres magneticamente em altamente magnéticos. b) Ustulação redutora: UO 3 + H 2 UO 2 + H 2 O ºC

6 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 1.1) Ustulação 1.1.5) Cloração o objetivo é converter óxidos e sulfetos metálicos em cloretos. Exemplo: cloração de óxido de zircônio ZrO 2 + 2Cl 2 + C ZrCl 4 (g) + CO(CO 2 ) ºC * O cloreto de zircônio é, então, condensado, sob resfriamento, num condensador.

7 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 1.1) Ustulação 1.1.6) Fluoração o objetivo é converter óxidos metálicos em fluoretos. Exemplo: fluoração do óxido de urânio UO 2 + 4HF UF 4 + 2H 2 O ºC

8 Fusão a Mate Definição Tratamento de uma substância mineral constituída basicamente por sulfetos metálicos. Finalidade Obtenção de matéria-prima líquida, separando-a em duas fases líquidas imiscíveis (separação líquido-líquido). Fase A contem a maior parte da ganga, que será descartada. Fase B contem o metal de valor do minério.

9 Fusão a Mate Separação das fases ajuste da temperatura e composição da carga. Fase A (flutua sobre a Fase B) constitui a escória composta por óxidos. Fase B mate composta por sulfetos. Processo rota vantajosa em relação à temperatura.

10 Fusão a Mate Motivo Maioria dos sulfetos metálicos possui baixo P.F. permitindo o uso de T inferiores. Mate formada por sulfetos completamente miscíveis no estado líquido mono, bi, multiconstituída. Exemplos: mate Cu 2 S, mate Cu 2 S-Ni 3 S 2 (notação mate Cu-Ni).

11 Fusão a Mate Constituintes sulfetos de metais que não são de valor, se estão presentes em quantidades apreciáveis. Impurezas sulfetos de metais que não são de valor em pequenas quantidades. Exemplo: mate Cu-Fe sulfeto de ferro (constituinte) em grande quantidade e cobre (metal de valor).

12 Fusão a Mate Mate caráter semi-metálico e condutividade eletrônica. Pode ser formada por metais de transição, como Cu 2 S, FeS, NiS etc., e também por PbS. Os compostos não são perfeitamente estequiométricos. Sulfetos dos metais alcalinos, alcalino-terrosos e de Mn, Zn e Al não formam mates.

13 Fusão a Mate Mate mais importante para a indústria é a Fe- Cu, seguida de Cu-Ni. O calor necessário para a fusão da carga pode vir da combustão de combustíveis fósseis. A partir da década de 40 utilização do calor da combustão dos sulfetos da ganga flash smelting. Processo autógeno e muito competitivo.

14 Fusão a Mate A mate será considerada rica se tiver alto teor do metal de valor e, consequentemente, outros metais em grande quantidade na escória. Produtos líquidos do processo de fusão a mate: mate solfetos de Fe e Cu escória óxidos de ferro

15 Fusão a Mate As 2 fases, apesar de imiscíveis, formam uma emulsão, mas são separadas devido ao fato das partículas da mate serem mais densas e afundam, separando-se da escória. O ideal é que a escória seja de baixa viscosidade. Sílica (SiO 2 ) pode ser adicionada para que a viscosidade da escória se torne menor.

16 Fusão a Mate Principais reatores que atuam com a tecnologia flash smelting : Outokumpu - Finlândia Inco - Canadá C-Furnace - Japão

17 Redução Metalotérmica Tratamento químico de redução de uma substância mineral pelo emprego de um metal como agente redutor para a produção de outro metal de interesse. MeX + Me Me + Me X Me = metal redutor X = O, F ou Cl

18 Redução Metalotérmica Me X não é um gás PROBLEMA: dificulta o processo de separação física das fases após a redução significa um volume perdido no reator perigo potencial de perda do metal de valor pela dissolução no produto Me X matéria-prima na indústria cerâmica e de abrasivos.

19 Redução Metalotérmica Empregada quando o metal a ser extraído apresenta forte tendência a formar carbonetos. Trata-se de uma alternativa à redução eletrolítica de sais fundidos. Maior aplicação produção de ferro-ligas com baixo teor de carbono de metais como Ti, Nb, Cr, V. Metais usados como redutores Si, Al, Mg, C, Na, K.

20 Redução Metalotérmica É uma reação exotérmica. Quanto maior a afinidade do metal redutor pelo oxigênio, mais exotérmica será a reação.

21 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 1.2) Fusão Metalúrgica 1.2.2) Refino Seu objetivo é refinar metais das impurezas pelo uso das diferenças nas propriedades do metal principal e das impurezas Existe uma variedade de técnicas de refino

22 1.2) Fusão Metalúrgica 1.2.2) Refino INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS ) Segregação Baseia-se na formação e na separação pelas densidades das duas fases A maior quantidade, seja fase líquida ou sólida, é a do metal refinado Concentrado de impurezas é a segunda fase, insolúvel no metal principal Exemplo: Cu em Pb fundido em 350ºC

23 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 1.2) Fusão Metalúrgica 1.2.2) Refino ) Destilação Os metais são separados através das diferenças nas pressões de vapor dos metais e das impurezas Exemplo: Mg (P.E. = 1107ºC) é separado do Al (P.E. = 2500ºC) em ligas Mg-Al

24 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 1.2) Fusão Metalúrgica 1.2.2) Refino ) Oxirrefino Baseia-se nas diferenças de afinidade do metal e do contaminante pelo oxigênio Exemplo: Fe é oxidado a FeO (imiscível) em Cu fundido, na presença de ar. (Cu + Fe) (líq) + 0,5O 2 Cu (líq) + FeO (sol.)

25 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 1.2) Fusão Metalúrgica 1.2.2) Refino ) Cloro-refino Baseia-se nas diferenças de afinidade do metal e do contaminante pelo cloro Exemplo: Zn pode se removido do chumbo por causa da sua afinidade pelo cloro. ZnCl 2 é insolúvel no chumbo fundido e flutua sobre sua superfície (Pb + Zn) (líq) + Cl 2 Pb (líq) + ZnCl 2 (líq.)

26 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 1.2) Fusão Metalúrgica 1.2.2) Refino ) Enxofre-refino Baseia-se nas diferenças de afinidade de vários metais pelo enxofre Exemplo: Pb pode ser refinado do Cu com o auxílio do S 2. (Pb + Cu) (líq) + S 2 Pb (líq) + Cu 2 S (sol.)

27 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 1.2) Fusão Metalúrgica 1.2.2) Refino ) Carbonila-refino Baseia-se na capacidade de alguns metais formarem, sob condições específicas, compostos voláteis, tais como Me(CO) n. Exemplo: refino de Ni a partir do Cu. (Ni + Cu) + 4CO Ni(CO) 4 + Cu

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