1 - A INDÚSTRIA EXTRATIVA E A METALURGIA

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1 1 1 - A INDÚSTRIA EXTRATIVA E A METALURGIA 1-1 Ciclo simplificado dos materiais A produção, utilização e a obsolescência dos bens materiais inclusive a sua reciclagem na nossa sociedade de consumo podem ser encadeadas simplificadamente na forma de um semi-círculo (Figura 1-1) que vai desde os recursos naturais, até o descarte dos restos finais (imprestáveis) dos produtos já utilizados. Na parte inicial do ciclo está a indústria extrativa. É importante ressaltar, neste ponto, que há diferenças significativas entre uma indústria de cunho extrativo e uma atividade (meramente) extrativista. Fig Ciclo simplificado dos materiais Se de um lado do ciclo está caracterizada principalmente a idéia da produção de bens materiais, do outro está clara a sua utilização. Em função do tempo, os bens materiais têm uma duração que pode ser entendida como rápida ou lenta dependendo do propósito. Aos bens duráveis pode ser associada uma característica muito importante para a reciclagem: o tempo de vida médio. Após a utilização, pode-se dar dois destinos principais aos bens obsoletos: ou (i) desprezá-los ou, ao contrário, (ii) reciclar seus materiais, peças ou até mesmo a eles próprios (reutilização), de acordo com critérios que vão desde os econômicos até os ambientais. É interessante observar que os dois fatores estão relacionados; assim, um alto valor comercial dos restos do bem já utilizado (ou dele próprio) tende a aumentar o ímpeto natural para a sua reciclagem observa-se que esse fator cresce no sentido do material ao produto. Ao mesmo tempo, a pressão ambiental pela reciclagem diminui correspondentemente nesta mesma direção. 1-2 A metalurgia extrativa uma etapa entre tantas Os metais que constituem parcialmente ou mesmo integralmente certos bens materiais não fogem do esquema mostrado na Fig Do minério até os restos metálicos dos bens materiais obsoletos da nossa sociedade de consumo (denominados tecnicamente sucata pós-consumidor e, vulgarmente, ferro-velho), um longo caminho é percorrido. Uma forma interessante de estudá-lo é imaginar que ele se constitui de uma sucessão de etapas de processamento ligadas entre si, Figura 1-2.

2 2 Fig Etapas de processamento e a posição da metalurgia extrativa Em cada uma das etapas mencionadas, entre os recursos naturais e os bens materiais, podem ser identificadas importantes indústrias e classes de profissões. A etapa denominada metalurgia extrativa constitui o tema principal deste texto. 1-3 Ciclo detalhado dos materiais metálicos Por força das ações tomadas em cada uma das etapas de processamento, o fluxo de massa que passa por elas acaba sendo dividido em dois. Desta forma, três classes de matéria podem ser distinguidas: a matéria-prima, o produto e a matéria residual, Figura 1-3. Nessa concepção, devido ao encadeamento entre as etapas, aquilo que é o produto de uma ação, será, na seqüência, a matériaprima da etapa seguinte o que denota a relatividade dos conceitos matéria-prima e produto! Fig Esquema de interligações entre a matéria-prima, o produto e a matéria residual Vista desta maneira, a metalurgia extrativa tem como matéria-prima o minério beneficiado ou o concentrado, como produto os metais e ligas e, como matéria residual, a escória. Essa análise, na verdade, ainda é uma simplificação. Um exame um pouco mais detalhado de parte do ciclo mostra que a metalurgia extrativa mencionada corresponde àquela denominada primária e o esquema de interligações forma uma rede que abrange até mesmo a parte final do ciclo, Figura 1-4.

3 3 Fig Ciclo detalhado (vista parcial) mostrando a metalurgia extrativa primária e as secundárias Dentre as sucatas, se pode diferenciar aquela que é aproveitada na própria instalação industrial onde é gerada a sucata interna daquela que é comercializada para terceiros. Nota-se que, embora não estejam apresentados no fluxograma, os processos utilizados na metalurgia extrativa secundária, infelizmente, também produzem materiais residuais. Todo o resíduo industrial perigoso, para o qual não existe reciclagem ou processo de tratamento, deve ser armazenado ou enviado a um aterro. Em qualquer dos casos, ele deverá ser mantido em instalações especiais, construídas segundo normas técnicas específicas. Ele fará parte do passivo ambiental que as futuras gerações herdarão como contrapartida ao progresso material do qual elas também se beneficiarão. 1-4 Diretrizes básicas empregadas na obtenção dos metais Conforme foi visto, a função da metalurgia extrativa é, basicamente, a produção de metais e ligas com um grau de pureza adequado para que estes materiais possam cumprir com suas funções. Com o passar do tempo se estabeleceram, na obtenção dos metais, duas diretrizes básicas, que são empregadas até hoje: (i) a produção do metal impuro seguida da sua purificação; e, (ii) a

4 4 purificação da matéria prima seguida da produção do metal já puro 1. A última alternativa é normalmente reservada aos metais reativos. Sua aplicação justifica-se, pois esses metais, uma vez obtidos, não suportariam os processo de purificação química já que reagiriam preferencialmente com os agentes do refino. 1-5 Classes de produtos da metalurgia extrativa Analisando-se os produtos, pode-se dizer que a metalurgia extrativa produz muito mais do que metais e ligas. Na verdade, pode-se enumerar até quatro diferentes classes de produtos. Contudo, dependendo da matéria-prima empregada, nem sempre todas elas podem ser obtidas, Tabela 1-1. Matéria-prima Minério e concentrado Sucata (principalmente) pós-consumidor (Metal. secundária, tipo I) Resíduos (Metal. secundária, tipo II) Classe do produto Metal puro Liga (material de engenharia) Liga- mãe 2 Composto químico Metal puro Liga (material de engenharia) Metal puro (idêntico ou não ao metal principal ) Composto químico Tab Classes de produtos obtidos com a metalurgia extrativa, em função da matéria-prima Os compostos químicos podem ser vistos como uma exceção pois não são materiais metálicos e são produzidos com objetivos (ou motivações) diferentes daquelas dos outros produtos. Especialmente para a obtenção de produtos das classes denominadas ligas (material de engenharia) e ligas- mãe há muitas alternativas quanto às matérias-primas, Tabela 1-2. Matéria-prima Minério composto de um único mineral Mistura de minerais Mistura de minério e metal Mistura de metais puros Mistura de metal base e liga (ou liga- mãe ) Sucata da própria liga Tab Matérias-primas que podem ser utilizadas para a obtenção de ligas e ligas- mãe 1-6 Denominações comuns dadas aos grupos de metais Todos os metais caem em uma das duas categorias: ferrosos e não-ferrosos. O principal elemento de um metal ferroso é, naturalmente, o ferro; mas um metal é classificado como ferroso 1 Os termos puro e impuro aparecem entre aspas ao longo do texto para salientar a relatividade que deve cercar a avaliação do grau de pureza de um material. 2 O termo ferroliga designa uma liga- mãe utilizada na produção de aços.

5 5 mesmo se ele contém menos do que 50 [%, massa] em ferro desde que o seu conteúdo em ferro seja maior do que o de qualquer outro metal sozinho. Embora não haja definições estritas, nem seu uso seja recomendado, é usual referir-se aos metais utilizando alguns termos genéricos que se consagraram pelo uso. Assim, pode-se encontrar em jornais, revistas, páginas da internet, expressões do tipo: metais pesados, leves, básicos, etc. Nos parágrafos seguintes serão dadas algumas informações a esse respeito. Metais leves são geralmente aqueles com densidades menores que 5 [g/cm 3 ]. Entre os metais leves de maior significado econômico estão: alumínio, magnésio, titânio, lítio e berílio. O grupo dos metais pesados inclui os elementos entre o cobre e o chumbo na tabela periódica, com pesos atômicos entre 63 e 200 [u.m.a.] e densidades maiores do que 4 [g/cm 3 ]. Exemplos de metais pesados são: cobalto, cobre, manganês, molibdênio, vanádio, estrôncio, zinco, mercúrio, chumbo e cádmio. Metais básicos ou comuns são aqueles importantes economicamente, mas comuns ou de menor valor agregado. Entre eles podem ser citados: ferro, níquel, cobre, estanho, chumbo e zinco. Metais preciosos, por outro lado, são os que possuem valor econômico elevado. Os exemplos mais notáveis são o ouro e a prata embora também possam ser incluídos nessa categoria os metais do grupo da platina: rutênio, ródio, paládio, ósmio, irídio e ela própria. Na categoria dos metais refratários estão aqueles que têm uma resistência extraordinária às temperaturas elevadas. Cinco metais são considerados refratários: tungstênio, molibdênio, nióbio, tântalo e o rênio.

6 6 Q1 QUESTÕES & EXERCÍCIOS: Q1-1. Ciclo simplificado dos materiais Exerc Procure o significado das palavras escritas em itálico no primeiro parágrafo. Questão O arco, na Fig. 1-1, não se fecha formando um círculo. Por quais motivos? Questão O que se está querendo diferenciar, na Fig. 1-1, com as caixas de texto com formato elíptico e com formato retangular? Questão Uma lata para bebidas pode durar muito tempo numa prateleira de um supermercado, mas não se parece em nada com um bem durável. Como explicar esse paradoxo? Questão Que exemplos da reciclagem de materiais, peças e produtos tu poderias citar? Q1-2. A metalurgia extrativa uma etapa entre tantas Questão Quando se usa as expressões usina e fábrica no contexto da metalurgia? Exerc Reflita sobre a superposição de atividades, considerando profissionais de diferentes formações. Q1-3. Ciclo detalhado dos materiais metálicos Exerc Exerc A Figura Q1-1 reproduz, com um maior grau de detalhamento (sem considerar a reciclagem), as informações da Fig. 1-1 para os metais. Desenhe, sobre ela, o fluxo de massa, ligando matéria-prima e produto em cada uma das etapas de processamento. Analise o resultado do exercício anterior e preencha a coluna matéria-prima / produto da Tabela Q1-1, associando-a com uma propriedade (coluna da direita) que melhor a caracterize. Matéria-prima / produto Propriedade característica Forma e composição padronizadas Matéria mineral bruta Sucata não-industrial Material de engenharia Matéria mineral beneficiada Produto para o consumidor Matéria-prima natural Tab. Q1-1. Matérias-primas / produtos e suas características básicas Exerc Exerc A Figura Q1-1 também apresenta as matérias residuais. Complete-a, desenhando sobre ela o fluxo de massa que liga cada uma das etapas de processamento à sua matéria residual mais característica. Analise e preencha a coluna matéria residual da Tabela Q1-2, de acordo com uma propriedade (coluna da direita) que a melhor a caracterize.

7 7 Matéria residual Propriedade característica Restos metálicos de semi-acabados Parte principal da ganga Restos inúteis Restante da ganga Restos metálicos industriais Rocha adjacente ao jazimento Tab. Q1-2. matérias residuais e suas características básicas Fig. Q1-1. Ciclo ampliado dos minerais e materiais metálicos (sem a reciclagem) Questão Além da escória, que outra matéria residual (da metalurgia extrativa) tu conheces? Questão Como podemos ressaltar de uma forma simples as diferenças e semelhanças entre: sucata, matéria residual e lixo? Questão A Figura 1-4 mostra que há dois tipos principais de metalurgia. Quais são elas, como as denominamos e o que as caracteriza? Questão Pode-se ver, também, que há três tipos de sucata. Quais são elas, o que as caracteriza e onde elas exibem semelhanças e diferenças? Exerc Reflita sobre a importância da metalurgia extrativa secundária (veja os aspectos econômicos e de preservação ambiental)?

8 8 Q1-4. Diretrizes básicas empregadas na obtenção dos metais Questão Na primeira das diretrizes, o metal impuro pode receber uma denominação específica para diferenciá-lo do purificado; quais são os nomes empregados para o cobre, ferro e o chumbo impuros? Exerc Exerc Reflita sobre a idéia da purificação da matéria-prima, comparando-a com a purificação do metal. Cite dois exemplos de metais reativos. Q1-5. Classes de produtos da metalurgia extrativa Exerc Complete a Tabela Q1-3 com exemplos. Matéria prima Classe do produto Exemplo(s) Metal puro Minério e concentrado Liga (material de engenharia) Liga- mãe Sucata (principalmente) pós-consumidor (Metal. secundária, tipo I) Resíduos (Metal. secundária, tipo II) Composto químico Metal puro Liga (material de engenharia) Metal puro (idêntico ou não ao metal principal ) Composto químico Idêntico: Distinto: Tab. Q1-3. Exemplos de classes dos produtos em função da matéria-prima Questão Compare, em poucas palavras, ligas com metais puros quanto à (i) gama de possíveis aplicações e ao (ii) custo do procedimento de extração. Questão Que fatos poderiam ser ressaltados a respeito dos objetivos (ou motivações) da produção de compostos químicos, considerando-se a matéria prima? Matéria-prima Representação Exemplo Minério composto de um único mineral Ferroliga Fe-Cr Mistura de minerais Fe 2 O 3 + MnO 2 Natural: Artificial: Mistura de minério e metal Ferroliga Fe-Si Mistura de metais puros Cu, Sn Mistura de metal e liga (ou liga- mãe ) Liga: Liga- mãe : Aço inoxidável Sucata da própria liga Cu-Zn Tab. Q1-4. Classes dos produtos em função da matéria-prima

9 9 Exerc Complete a Tabela Q1-4, onde necessário. Questão Por quais motivos produzimos Fe-Cr ao invés do Cr puro para ser utilizado na produção de aço inoxidável? 1-6. Denominações comuns dadas aos grupos de metais Questão Que comentários poderiam ser feitos a respeito da classificação dos metais? Que metais podem ser extraídos desta sopa de letras? 1 Abaixo está um terreno fértil para a extração de alguns metais. Quais são eles? Observe que os nomes de todos os metais estão escritos sem acentuação. Além disso, as palavras tanto podem estar escritas na vertical, horizontal ou diagonal, como também podem estar escritas no sentido de-trás-para-diante. Boa sorte! Resposta: alumínio lítio ouro zinco chumbo magnésio prata cobre molibdênio titânio ferro níquel tungstênio 1 Construído com o auxílio de: