METALURGIA EXTRATIVA DOS NÃO FERROSOS

Transcrição

1 METALURGIA EXTRATIVA DOS NÃO FERROSOS PMT 2509 PMT 3409 Flávio Beneduce

2 COQUEIFICAÇÃO

3 COQUEIFICAÇÃO Pirólise de carvão: aquecimento na ausência de ar O carvão coqueificável é o betuminoso O ciclo pode durar mais de 1 dia (12-36h) Etapas C: evaporação da umidade e início da desvolatilização C: fase plástica; decomposição em alcatrão e gases na forma de uma pasta que envolvem as partículas C: perda de material volátil; endurecimento e trincamento do semi-coque e do coque

4 COQUEIFICAÇÃO

5 COQUEIFICAÇÃO

6 COQUEIFICAÇÃO

7 COQUEIFICAÇÃO

8 COQUEIFICAÇÃO

9 COQUEIFICAÇÃO

10 COQUEIFICAÇÃO

11 COQUEIFICAÇÃO Usina produzindo 4,3 milhões de toneladas de aço por ano t de coque m 3 de gás de coqueria t de alcatrão t de óleos leves

12 COQUEIFICAÇÃO

13 COQUEIFICAÇÃO

14 COQUEIFICAÇÃO

15 USTULAÇÃO Transformação de um sulfeto em um óxido Reação básica: xmes + (x+0,5y)o 2 = Me x O y + xso 2 Características: Reação gás-sólido Produto gasoso reaproveitável ou perigoso

16 USTULAÇÃO

17 USTULAÇÃO TERMODINÂMICA PbS + O 2 = PbO + SO 2 (700 C) - galena ΔH 973K -130 kcal/mol PbS ΔG 973K - 80 kcal/mol PbS ZnS + 3/2 O 2 = ZnO + SO 2 (800 C) - esfarelita ΔH 1073K -110 kcal/mol ZnS ΔG 1073K - 90 kcal/mol ZnS CuS + 3/2 O 2 = Cu 2 O + SO 2 (900 C) - calcocita ΔH 1173K -70 kcal/mol Cu 2 S ΔG 1173K - 60 kcal/mol Cu 2 S

18 Diagrama de área de predominância (Kellogg) USTULAÇÃO

19 USTULAÇÃO

20 USTULAÇÃO

21 USTULAÇÃO Reação gás-sólido: deve-se maximizar a área de contato do reagentes Produção de sulfatos: quando há uma etapa de lixiviação posterior O SO 2 gerado deve ser aproveitado: H 2 SO 4, gesso,

22 USTULAÇÃO

23 USTULAÇÃO

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25 FLUXO COMPLEXO DE FLUIDOS

26 FLUXO COMPLEXO DE FLUIDOS LEITO FIXO P proporcional a: Comprimento do leito Velocidade do fluido Viscosidade do fluido P L. k 1 v s Equação de Darcy (Re ) k 1 = constante de permeabilidade viscosa ou Darciana (m 2 )

27 FLUXO COMPLEXO DE FLUIDOS LEITO FIXO P L k 1.v s k 2.v 2 s Equação de Forchheimer k 1 atrito k 2 turbulência e tortuosidade P L ( ) 3 2. d 2 p.v s (1 ) 1, d p.v 2 s Equação de Ergun Características estruturais

28 FLUXO COMPLEXO DE FLUIDOS LEITO FIXO A sinterização de um minério de Fe de diâmetro médio de 0,5mm utiliza um leito de 30 cm de altura e uma % de vazios de 39%. A velocidade de insuflação de ar é de 25 cm/s. A densidade do ar é de 1,23x10-3 g/cm 3 e a viscosidade é de 178x10-6 P. Determinar a perda de carga total do sistema. (5,85x10 4 dy/cm 2 )

29 FLUXO COMPLEXO DE FLUIDOS ELUTRIAÇÃO E(empuxo) a=0 P=E+A v r A(arraste) v lim 2.g.r 2.( partíc ula 9. fluido fluido ) P(peso) LEI DE STOKES

30 FLUXO COMPLEXO DE FLUIDOS LEITO FLUIDIZADO P Re mf v mf. f p. f P mf V mf w=1 V Ga 3 p.( p ).. g 2 f (nº de Galileu) f f Re mf 1135,69 0,0408.Ga 33,7 w 4,7 f.ga 18.Re 2,7.Re 1,687

31 FLUXO COMPLEXO DE FLUIDOS LEITO FLUIDIZADO Uma das fases da produção de Ti é a cloretação do óxido (TiO 2 ) com cloro gasoso. Calcular a vazão mínima de Cl 2 para a fluidização sabendo que a análise granulométrica do TiO 2 : #:10,0%, #:13,0%, #:67,0% #: 10,0; TiO2 =4,53 g/cm 3 ; reator =120cm; Cl2 =0,00073 g/cm 3; (950 C) Cl2 =0,05 cp (950 C)

32 INTRODUÇÃO Boa parte dos metais são produzidos através de matérias-primas óxidas Poucos metais podem ser convertidos pela simples decomposição térmica (Ag, Pt, Pd,...) Há a necessidade de um agente redutor x /y R + 1/yM x O y = x/ym + 1/yR x O y R = redutor (sólido, liquido ou gasoso) R x O y = produto de redução (sólido, liquido ou gasoso)

33 TERMODINÂMICA DA REDUÇÃO A possibilidade da utilização de um redutor dependerá sempre das condições termodinâmicas do sistema estabilidade relativa dos óxidos (1): 2x/yM + (O 2 ) = 2/yM x O y (2): 2x /y R + (O 2 ) = 2/y R x O y (Total): x /y R + 1/yM x O y = x/ym +1/yR x O y Se G 1 > G 2 R x O y é mais estável que M x O y e R é redutor de M x O y

34 TERMODINÂMICA DA REDUÇÃO Graficamente: Diagrama de Ellingham 1. Equilíbrio 2. p O2 = 1 atm

35 TERMODINÂMICA DA REDUÇÃO Estabilidade

36 TERMODINÂMICA DA REDUÇÃO Estabilidade

37 TERMODINÂMICA DA REDUÇÃO Estabilidade

38 TERMODINÂMICA DA REDUÇÃO Estabilidade

39 TERMODINÂMICA DA REDUÇÃO Estabilidade

40 TERMODINÂMICA DA REDUÇÃO Outras condições: x /y R + 1/yM x O y = x/ym +1/yR x O y A redução é facilitada: Se as atividades de M e de R x O y forem inferiores a 1 Com a diminuição da pressão se M e R x O y forem gasosos A redução é dificultada: Se as atividades de R e M x O y forem inferiores a 1

41 REDUÇÃO COM C Definição: redução de óxidos por um produto carbonoso redução carbotérmica Carvão Coque Grafite Gás natural Resíduos (pneus, madeira,...) outros

42 REDUÇÃO COM C Carbono 1/yM x O y + C = x/ym + CO É considerado o redutor universal ( S>0) Perde o contato físico: reação cessaria t=0 t>0

43 REDUÇÃO COM C 1/yM x O y + CO = x/ym + CO 2 Para que a reação de redução tenha continuidade: reação de Boudouard deve ocorrer: 1 K = p(co 2) p 2 (CO) C + CO 2 = 2CO A continuidade da redução dependerá da relação CO/CO 2 da reação de Boudouard Conclusão: reação prossegue através de intermediários gasosos K = p CO2 p CO

44 REDUÇÃO COM C Quanto menos estável o óxido Menor a temperatura Menor a relação CO/CO 2 A diluição no minério afeta as condições de redução

45 REDUÇÃO COM C

46 REDUÇÃO COM C