Produção pirometalúrgica do estanho
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- Gilberto Campelo Paixão
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1 Produção pirometalúrgica do estanho Prof. Luiz T. F. Eleno Departamento de Engenharia de Materiais Escola de Engenharia de Lorena Universidade de São Paulo 2016 LOM3027 (EEL-USP) Pirometalurgia do estanho Prof. Luiz T. F. Eleno 1 / 13
2 Fundamentos mine rio: cassiterita, SnO2 Tf do Sn: 232 Em teoria, a reduc a o carbote rmica do o xido de Sn deve ser simples LOM3027 (EEL-USP) Pirometalurgia do estanho acima de que temperatura? Prof. Luiz T. F. Eleno 2 / 13
3 Fundamentos mine rio: cassiterita, SnO2 Tf do Sn: 232 Em teoria, a reduc a o carbote rmica do o xido de Sn deve ser simples LOM3027 (EEL-USP) Pirometalurgia do estanho acima de que temperatura? (& 600 ) Prof. Luiz T. F. Eleno 2 / 13
4 Redução carbotérmica Forno de revérbero Adição de cal (CaO) fluxante Temperatura 1200 fundir a escória aumentar cinética ( rendimento) No cadinho (hearth): minério + carvão + cal o carvão pode ser pulverizado e não há necessidade de coqueificar o carvão! Por quê? A mistura é agitada até a fusão o líquido (metal + escória) é vazado em uma panela, onde a escória é separada gravimetricamente LOM3027 (EEL-USP) Pirometalurgia do estanho Prof. Luiz T. F. Eleno 3 / 13
5 Problemas à vista Ná prática: não é tão simples! Curva do SnO 2 muito próxima à do FeO ganga de Fe 2 O 3 no minério é reduzida e vai parar no metal líquido como Fe LOM3027 (EEL-USP) Pirometalurgia do estanho Prof. Luiz T. F. Eleno 4 / 13
6 Termodinâmica da redução Redução primária do metal base: SnO 2(s) + CO (g) SnO (s) + CO 2(g) H298 o = +2,75 kcal SnO (s) + CO (g) Sn (l) + CO 2(g) H298 o = +2,44 kcal SnO 2(s) + 2 CO (g) Sn (l) + 2 CO (g)2 H298 o = +5,19 kcal a Fe 2 O 3 da carga metálica (i.e., minério + ganga) também é reduzida, inicialmente para FeO e depois: FeO (s) + CO (g) Fe + CO 2(g) para T 900 a reação de Boudouard está ativa: C (s) + CO 2(g) 2 CO (g) LOM3027 (EEL-USP) Pirometalurgia do estanho Prof. Luiz T. F. Eleno 5 / 13
7 FeO/Fe e basicidade da escória FeO é um óxido básico FeO tem afinidade maior por escórias ácidas ou básicas? LOM3027 (EEL-USP) Pirometalurgia do estanho Prof. Luiz T. F. Eleno 6 / 13
8 FeO/Fe e basicidade da escória FeO é um óxido básico FeO tem afinidade maior por escórias ácidas LOM3027 (EEL-USP) Pirometalurgia do estanho Prof. Luiz T. F. Eleno 6 / 13
9 FeO/Fe e basicidade da escória FeO é um óxido básico FeO tem afinidade maior por escórias ácidas se a escória é ácida, haverá mais tendência à presença de FeO menos Fe no metal líquido LOM3027 (EEL-USP) Pirometalurgia do estanho Prof. Luiz T. F. Eleno 6 / 13
10 FeO/Fe e basicidade da escória FeO é um óxido básico FeO tem afinidade maior por escórias ácidas se a escória é ácida, haverá mais tendência à presença de FeO menos Fe no metal líquido adição de CaO aumenta a basicidade mais Fe no metal líquido LOM3027 (EEL-USP) Pirometalurgia do estanho Prof. Luiz T. F. Eleno 6 / 13
11 Mais problemas à vista SnO 2 é anfótero (se comporta tanto como ácido quanto base) absorvido em escórias ácidas como silicato e em escórias básicas como estanato perda de Sn para a escória! a perda é maior no caso de escórias ácidas LOM3027 (EEL-USP) Pirometalurgia do estanho Prof. Luiz T. F. Eleno 7 / 13
12 Composição da escória Composição usual de uma escória após a primeira corrida (em % em peso): Sn SiO 2 FeO CuO Al 2 O O Sn perdido para a escória está principalmente na forma de SnO (cassiterita parcialmente reduzida) LOM3027 (EEL-USP) Pirometalurgia do estanho Prof. Luiz T. F. Eleno 8 / 13
13 Composição da escória Composição usual de uma escória após a primeira corrida (em % em peso): Sn SiO 2 FeO CuO Al 2 O O Sn perdido para a escória está principalmente na forma de SnO (cassiterita parcialmente reduzida) LOM3027 (EEL-USP) Pirometalurgia do estanho Prof. Luiz T. F. Eleno 8 / 13
14 Fluxograma do processo de redução primária Tratamento do minério Redução primária Refino LOM3027 (EEL-USP) Pirometalurgia do estanho Prof. Luiz T. F. Eleno 9 / 13
15 Refratário Pergunta: é melhor usar um refratário básico ou ácido? LOM3027 (EEL-USP) Pirometalurgia do estanho Prof. Luiz T. F. Eleno 10 / 13
16 Refratário Pergunta: é melhor usar um refratário básico ou ácido? A escória ácida diminui a presença de Fe no Sn líquido parte do SnO 2 vai se perder em qualquer caso (óxido anfótero) mas a perda de Sn para escórias ácidas é maior é melhor uma escória básica: mais Fe no Sn, mas o volume de escória que retorna ao forno é menor ( rendimento) tenho de usar um refratário básico Exemplo: magnesita (MgO) ou dolomita (MgO + CaO) LOM3027 (EEL-USP) Pirometalurgia do estanho Prof. Luiz T. F. Eleno 10 / 13
17 Sn primário composição do metal líquido produzido no forno de revérbero: Metal base Impurezas Sn Fe Cu As Pb Bi Sb 97 1,3 0,4 0,4 0,5 0,1 0,3 (obs.: a composição varia com o teor de Sn do concentrado de minério) Fe e Cu são as principais impurezas e tem alto ponto de fusão, comparado ao Sn LOM3027 (EEL-USP) Pirometalurgia do estanho Prof. Luiz T. F. Eleno 11 / 13
18 Refino pirometalúrgico: liquação Remoção de ferro e cobre Liquação: Forno em rampa (sloping furnace) Diferença muito grande entre pontos de fusão formação de compostos intermetálicos obriga o retorno do material fundido ao forno de revérbero para recuperação do Sn LOM3027 (EEL-USP) Pirometalurgia do estanho Prof. Luiz T. F. Eleno 12 / 13
19 Refino pirometalúrgico: liquação Remoção de ferro e cobre Liquação: Forno em rampa (sloping furnace) Diferença muito grande entre pontos de fusão formação de compostos intermetálicos obriga o retorno do material fundido ao forno de revérbero para recuperação do Sn LOM3027 (EEL-USP) Pirometalurgia do estanho Prof. Luiz T. F. Eleno 12 / 13
20 Refino pirometalúrgico: oxidação seletiva Remoção de impurezas Oxidação seletiva: sopro de ar em panela princípio: diagrama de Ellingham remoção de boa parte das impurezas, produzindo Sn 99% melhor que isso: refino eletrolítico LOM3027 (EEL-USP) Pirometalurgia do estanho Prof. Luiz T. F. Eleno 13 / 13
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