Disciplina: Mineralogia e Tratamento de Minérios. Prof. Gustavo Baldi de Carvalho

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1 Disciplina: Mineralogia e Tratamento de Minérios Prof. Gustavo Baldi de Carvalho

2 Indústrias: Plásticos Cerâmica Metalúrgica

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4 Amplamente utilizado nas indústrias de plásticos, tintas, papel e cosméticos, como pigmento branco. O titânio metálico (Ti) não é encontrado livre na natureza, porém é o nono elemento químico em abundância na crosta terrestre. Está presente na maioria das rochas ígneas e em rochas sedimentares provenientes do intemperismo sobre as rochas ígneas portadoras de minerais de titânio.

5 Dos diversos minerais portadores do metal, somente a ilmenita, leucoxeno e rutilo são utilizados comercialmente para a obtenção de titânio. Dentre os compostos de titânio, o de maior uso (95%) é o dióxido de titânio, TiO 2.

6 A ilmenita (FeTiO 2 ) é o mineral de titânio de ocorrência mais comum e abundante. Apresenta-se na cor preta do ferro, cristalização hexagonal, romboédrica. Teoricamente possui 53% de TiO 2 e 47% de Fe; pode conter pequenas quantidades de magnésio e manganês e, em muitos casos, até 6% em peso de Fe 2 O 3. É um mineral opaco, de brilho metálico, dureza entre 5 e 6, e possui densidade entre 4,10 e 4,80 g/cm 3.

7 Outros minerais de TiO 2 : Rutilo (TiO 2 ) é um mineral escasso, apresenta-se na cor vermelha e castanha avermelhado a preta, cristaliza-se no sistema tetragonal, tem brilho adamantino a metálico, dureza 6 a 6,5, densidade 4,18 a 4,25 g/cm 3. Anatase (TiO 2 ) é um produto de alteração do rutilo, cristaliza-se no sistema tetragonal, apresenta-se na coloração castanha no estado natural, contém de 98,4 a 99,8% de TiO 2. A densidade do anatase é de 3,9 g/cm 3, sua dureza varia de 5,5 a 6, tem brilho adamantino. Leucoxênio é um rutilo ou anatase em granulometria muito fina. Perovskita (CaTiO 3 ) é um mineral que apresenta-se nas cores preta, vermelha ou amarela, contendo de 38 a 58% de TiO 2, com densidade 4,01 g/cm 3, cristaliza-se no sistema ortorrômbico ou monoclínico.

8 Processos de obtenção do TiO 2 à partir da ilmenita: Rota de sulfato FeTiO 3 + 2H 2 SO 4 TiOSO 4 + FeSO 4 + 2H 2 O TiOSO 4 + H 2 O TiO 2 + H 2 SO 4 Rota de cloreto (Processo Kroll) 2FeTiO 3 +7Cl 2 + 3C 2TiCl 4 + 2FeCl 3 + 3CO 2 TiCl 4 + O 2 TiO 2 + 2Cl 2

9 Rota de sulfato Rota de cloreto

10 Acabamento

11 Na indústria de plásticos, o TiO 2 é o pigmento branco de maior importância. É amplamente utilizado porque é eficiente na dispersão da luz visível, conferindo alvura, brilho e opacidade quando incorporado a um produto plástico. É quimicamente inerte, insolúvel em polímeros, e estável ao calor sob as mais adversas condições de processamento.

12 O dióxido de titânio está comercialmente disponível em duas formas do cristal rutilo e anatase. Os pigmentos de rutilo são preferidos em relação aos de anatase porque dispersam luz de forma mais eficiente.

13 Índice de refração: rutilo X anatase

14 Índice de refração: rutilo X anatase opaco opaco opaco translúcido

15 Amplamente utilizado na indústria de plásticos.

16 O talco é explorado de rochas metamórficas, formadas em condições favoráveis à síntese de talco de alta pureza. Reação de talcificação (processo natural): 3 MgCO SiO 2 + H 2 O 3MgO.4SiO 2.H 2 O+ 3 CO 2 (magnesita) (talco)

17 Estrutura cristalina composta de tetraedros de Si e octaedros de Mg.

18 Estrutura Propriedades Aplicações

19 Talco na indústria de plásticos Painéis, pára-choques, laterais de portas, carcaças de eletrodomésticos, cestos de máquinas de lavar, etc.

20 Função do talco em compósitos: 1. Aumento da rigidez (módulo de flexão) 2. Reforço planar ou lamelar das partículas de talco alinhadas no compósito evita que a resistência à tração seja sacrificada, como acontece com as demais cargas minerais não fibrosas 3. O talco reduz o coeficiente de expansão térmica e a contração de moldados 4. Redução da anisotropia mecânica 5. Aumento da temperatura de distorção térmica (HDT) 6. Aumento da estabilidade dimensional 7. A aderência de tintas de impressão é aprimorada 8. Melhora da resistência ao risco 9. Aumento da capacidade de cristalização (nucleante): redução do ciclo de moldagem/injeção

21 Materiais usados nos carros:

22 Aplicações automotivas: Pára-choque Zero Gap Altíssima estabilidade dimensional Redução do CLTE Baixa contração Alta resistência ao choque, mesmo a baixas temperaturas Aumento de tamanho da peça Integração perfeita com a carroceria

23 Materiais usados nos carros: Painéis de Instrumentos Alto custo benefício Redução de peso da peças Alta resistência ao risco Excelente balanço rigidez / impacto Componente estrutural Sistema reciclável

24 Nova geração de veículos de baixo peso: Reduzindo o peso do veículo em 30% leva à redução da emissão de CO 2 em 20%, o grande responsável pelo aquecimento global.

25

26 É o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre. Atualmente, Estados Unidos e Canadá são os maiores produtores mundiais de alumínio. Entretanto, nenhum deles possui jazidas de bauxita em seu território, dependendo exclusivamente da importação.

27 O Brasil tem a terceira maior reserva do minério no mundo, localizada na região amazônica, perdendo apenas para Austrália e Guiné. Além da Amazônia, o alumínio pode ser encontrado no sudeste do Brasil, na região de Poços de Caldas (MG) e Cataguases (MG). A bauxita é o minério mais importante para a produção de alumínio, contendo de 35% a 55% de óxido de alumínio.

28 Obtenção do alumínio primário: A obtenção do alumínio é feita a partir da bauxita. A produção mundial de bauxita em 2004 foi de 157,4 milhões de toneladas, sendo os principais países produtores Austrália, Brasil, Guiné e Jamaica. A bauxita deve apresentar no mínimo 30% de alumina aproveitável para que a produção de alumínio seja economicamente viável.

29 Bauxita A bauxita é uma mistura natural de óxidos de alumínio (portanto, não é um mineral). Seu principal componente é o Al 2 O 3. A bauxita contém também sílica, óxido de ferro, dióxido de titânio, silicato de alumínio e outras impurezas em quantidades menores.

30 Obtenção do alumínio primário: O processo de obtenção de alumínio primário divide-se em três etapas: Mineração, Refinaria e Redução.

31 Mineração: O alumínio não é encontrado diretamente em estado metálico na crosta terrestre. Sua obtenção depende de etapas de processamento até chegar ao estado em que o vemos normalmente. O processo da mineração da bauxita, que origina o alumínio, pode ser exemplificado da seguinte maneira:

32 Refinaria: A refinaria é a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada. O procedimento mais utilizado é o Bayer. Esta é primeira etapa até se chegar ao alumínio metálico.

33 Redução: Redução é o processo de transformação da alumina em alumínio metálico.

34 Aplicações: Bens de consumo

35 Aplicações: Automotivo e transporte

36 Aplicações: Construção civil

37 Aplicações: Embalagens

38 Aplicações: Indústria elétrica

39 Aplicações: Máquinas e equipamentos

40

41 Estes três silicatos de alumínio têm a mesma fórmula química Al 2 O 3.SiO 2, correspondendo a um teor teórico em óxido de alumínio de 62,7% e em sílica de 37,3%. Os três minerais diferem pela estrutura cristalina e pelo comportamento térmico. Aplicações: fabricação de refratários aluminosos e também para a produção de alguns tipos de porcelana.

42 É um material natural, de textura terrosa, de granulação fina, constituída essencialmente de argilominerais. Pode conter outros minerais que não são argilominerais, tais como quartzo, mica, pirita, hematita, etc, matéria orgânica e outras impurezas. Os argilominerais são os minerais característicos das argilas; quimicamente são silicatos de alumínio ou magnésio hidratados, contendo em certos tipos outros elementos como ferro, potássio, lítio e outros.

43 Graças aos argilominerais, as argilas na presença de água desenvolvem uma série de propriedades que explicam sua grande variedade de aplicações tecnológicas, tais como: Plasticidade Resistência mecânica a úmido Compactação Tixotropia Viscosidade em suspensão aquosa

44 Os principais grupos de argilominerais são caulinita, ilita e esmectitas ou montmorilonita. O que diferencia estes argilominerais é basicamente o tipo de estrutura e as substituições que podem ocorrer dentro da estrutura: Do alumínio por magnésio ou ferro. Do silício por alumínio ou ferro. Com conseqüente neutralização das cargas elétricas dos íons por alguns cátions.

45 Exemplos: Na caulinita, praticamente não ocorre substituição. Na ilita ocorre substituição, e o cátion neutralizante é o potássio (K). Na montmorilonita também ocorrem substituições, e os cátions neutralizantes podem ser sódio (Na), cálcio (Ca), potássio (K) e outros. Isto implica em diferenças nas características de interesse para as diversas aplicações tecnológicas.

46 Exemplos: Argilas constituídas essencialmente pelo argilomineral caulinita são as mais refratárias, pois são constituídas essencialmente de sílica (SiO2) e alumina (Al2O3). Os outros, devido à presença de potássio (K), ferro (Fe) e outros elementos, têm a refratariedade sensivelmente reduzida. A presença de outros minerais, muitas vezes considerados como impurezas, pode afetar substancialmente as características de uma argila para uma dada aplicação. Daí então, a razão de se eliminar por processos físicos os minerais indesejáveis (processo de beneficiamento).

47 Aplicações: Cerâmica vermelha: argilas apresentam em sua constituição os argilominerais ilita, de camadas mistas ilita-montmorilonita e cloritamontmorilonita, além de caulinita, pequenos teores de montmorilonita e compostos de ferro. As argilas para materiais refratários são essencialmente cauliníticas, devendo apresentar baixos teores de compostos alcalinos, alcalinosterrosos e de ferro. As argilas para cerâmica branca são semelhantes às empregadas na indústria de refratários; sendo que para algumas aplicações a maior restrição é a presença de ferro. No caso de materiais de revestimento são empregadas argilas semelhantes àquelas utilizadas para a produção de cerâmica vermelha ou as empregadas para cerâmica branca e materiais refratários.

48 A calcita é um carbonato de cálcio (CaCO 3 ), correspondendo a um teor teórico de 54,5% de CaO e 45,5% de CO 2. Aplicações: Massas calcárias em teores de até 30%. Apesar de proporcionar corpos de elevada porosidade e portanto baixa resistência mecânica, tem a vantagem de apresentar baixa contração linear na queima, o que é conveniente para muitas aplicações. Em pequenas quantidades (até 3%), como fundente auxiliar em massas para produção de corpos vítreos. Na composição de fritas e esmaltes (vidrados).

49 São alumino-silicatos alcalinos ou alcalinos terrosos. Constituem-se normalmente de uma mistura, em diversas proporções, de alumino-silicatos de potássio (K), de sódio (Na), de cálcio (Ca), de lítio (Li) e ocasionalmente de bário (Ba) e de césio (Cs). Para a indústria cerâmica, os feldspatos de maior importância são o de potássio (K 2 O.Al 2 O 3.6SiO 2 ) e o de sódio (Na 2 O.Al 2 O 3.6SiO 2 ), por terem temperatura de fusão relativamente baixa, sendo empregados como geradores de massa vítrea (fundentes) nas massas cerâmicas e nos vidros.

50 Aplicações: Fabricação de vidro Fritas Esmaltes (vidrados) Placas cerâmicas Isoladores elétricos de porcelana Louça de mesa Louça sanitária

51 O quartzo é uma das formas cristalinas da sílica (SiO 2 ), sendo as outras duas a cristobalita e a tridimita. Cristaliza-se no sistema hexagonal, apresenta densidade 2,65 g/cm 3, dureza 7 e ponto de fusão da ordem de ºC.

52 Aplicações: Massas de cerâmica branca e de materiais de revestimento, sendo um dos componentes fundamentais para controle da dilatação e para ajuste da viscosidade da fase líquida formada durante a queima. Fabricação de isolantes térmicos Composições de vidro e esmaltes (vidrados) Fabricação de materiais refratários

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