MATERIAIS METÁLICOS AULA 3

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1 UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I E (TEC 156) MATERIAIS METÁLICOS AULA 3 Profª. Cintia Maria Ariani Fontes 1

2 MATERIAIS METÁLICOS DEFINIÇÃO Substâncias inorgânicas que contêm um ou mais elementos metálicos (Fe, Cu, Al, Pb) e que também podem conter alguns elementos nãometálicos (C, N, O) Consistem de combinações de elementos metálicos. Ligas metálicas: bronze (cobre + estanho), latão (cobre + zinco) e aço (ferro + carbono) Possuem grande número de elétrons não-localizados Elétrons que não estão ligados a qualquer átomo em particular Os elétrons são responsáveis por muitas das propriedades dos metais CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS Condutores de eletricidade e calor Opacos Muito resistentes e deformáveis 2

3 CLASSIFICAÇÃO Os metais e suas ligas podem ser divididos em duas grandes classes: materiais metálicos ferrosos e não- ferrosos Metais ferrosos contêm um percentual elevada de ferro em sua composição química, sendo este elemento o seu principal constituinte Aços e ferros fundidos Metais não-ferrosos não contêm ferro ou contêm o ferro apenas em pequena quantidade Alumínio, o cobre, o níquel, o chumbo, assim como as suas respectivas ligas 3

4 CLASSIFICAÇÃO Alumínio Cobre Zinco 4

5 METAIS NÃO FERROSOS - Alumínio Obtido a partir da extração e beneficiamento da bauxita Bauxita argila contendo óxido de alumínio Constituída de óxido hidratado Al 2 O 3.H 2 O Possui óxido de ferro, óxido de titânio e outros compostos em menores proporções Deve apresentar no mínimo 30% de alumina (Al 2 O 3 ) aproveitável Processo de produção Mineração Obtenção de alumina Eletrólise da alumina 5

6 METAIS NÃO FERROSOS - Alumínio Processo de produção Mineração Locais Itamarati e Poços (MG) Trombeta e Parangominas (PA) Projetos em Juriti Velho (PA) e Pitinga (AM) Etapas Remoção da vegetação Retirada da camada superficial de solo Britagem, lavagem e secagem do minério 6

7 METAIS NÃO FERROSOS - Alumínio Produção Obtenção da alumina 1) Dissolução da alumina em soda cáustica (NaOH) 2) Filtração da alumina para separar o material sólido 3) O filtrado é concentrado para a cristalização da alumina 4) Os cristais são secos e calcinados para eliminar a água 7

8 METAIS NÃO FERROSOS - Alumínio Produção Obtenção da alumina Insumos para produção de 1 tonelada de alumina 8

9 METAIS NÃO FERROSOS - Alumínio Produção Eletrólise da alumina 1) O pó branco de alumina pura é enviado à redução 2) Na redução, ocorre o processo conhecido como Hall-Héroult, por meio da eletrólise, para obtenção do alumínio 3) A alumina é dissolvida em um banho de criolita fundida e fluoreto de alumínio em baixa tensão, decompondo-se em oxigênio 4) O oxigênio se combina com o ânodo de carbono, desprendendo-se na forma de dióxido de carbono, e em alumínio líquido, que se precipita no fundo da cuba eletrolítica 5) O metal líquido (já alumínio primário) é transferido para a refusão através de cadinhos. Alumínio de alta pureza (99,99%) 6) São produzidos os lingotes, as placas e os tarugos (alumínio primário) 9

10 METAIS NÃO FERROSOS - Alumínio Produção Eletrólise da alumina Insumos para produção de 1 tonelada de alumínio Cuba eletrolítica 10

11 11 Albrás - Barcarena (PA) Maior fundição de alumínio do Brasil

12 METAIS NÃO FERROSOS - Alumínio Laminação Processo de transformação mecânica que consiste na redução da seção transversal por compressão do metal, por meio da passagem entre dois cilindros de aço ou ferro fundido com eixos paralelos que giram em torno de si mesmos A seção transversal é retangular Produtos laminados planos de alumínio e suas ligas Chapas grossas espessuras de 150 mm o Uso em usinas atômicas Folhas espessura de 0,005 mm, o Uso em condensadores Processos tradicionais de laminação de alumínio laminação a quente e laminação a frio Laminação contínua usado atualmente 12

13 METAIS NÃO FERROSOS - Alumínio Laminação Tipos de laminadores 13

14 METAIS NÃO FERROSOS - Alumínio Laminação A frio A quente 14

15 METAIS NÃO FERROSOS - Alumínio Laminação

16 METAIS NÃO FERROSOS Cobre É um metal de transição, cujo minério deve apresentar entre 0,7 e 2,5% de cobre na sua composição Possui coloração marrom avermelhada Principais propriedades: boa ductilidade maleabilidade alta condutibilidade térmica e elétrica excelente resistência a corrosão Formação de ligas metálicas latão (Cu/Zn) bronze (Cu/Sn) 16

17 METAIS NÃO FERROSOS Cobre Principais tipos de ocorrência Minério sulfetado CuFeS 2 (calcopirita) Minério oxidado Mistos minério com presença de sulfetos, óxidos, hidróxidos e carbonetos Indústria de cobre primário Obtenção de quatro tipos de produtos Etapa de Extração 1) Minério de cobre: corresponde ao mineral extraído da mina, cujo conteúdo oscila entre 0,7% e 2,5% de cobre 17

18 METAIS NÃO FERROSOS Cobre Indústria de cobre primário Obtenção de quatro tipos de produtos Etapa de fundição 2) Concentrado de cobre corresponde ao minério de cobre que, através de um processo de moagem das rochas e mistura com água e reagentes, passa a apresentar entre 30% e 38% de cobre fino 3) Cobre fundido corresponde aos concentrados que, por meio de processos pirometalúrgicos, se transformam no chamado cobre blister (98,5%) e, posteriormente, no ânodo de cobre, cujo teor é de 99,7% de cobre Etapa de refino 4) Cobre refinado corresponde aos anodos e às soluções (no caso da lixiviação) que são refinados por processo de eletrólise, resultando nos catodos, com pureza de 99,9% de cobre 18

19 METAIS NÃO FERROSOS Cobre Cobre secundário sucata para refino é a sucata industrial de processo, assim como a sucata comprada de terceiros no mercado, necessitando processamento de refino sucata para uso direto - direcionada aos transformadores, sem necessidade de refino Uso do cobre Indústrias de fios e cabos elétricos mais de 50% desse metal Restante ligas especiais, tubos, laminados e extrudados Processos de produção Pirometalúrgico Mais usado para minérios sulfetados Hidrometalúrgico Usado para extração do cobre de minérios oxidados de baixo teor de cobre 19

20 METAIS NÃO FERROSOS Cobre Processo Pirometalúrgico 20

21 21 METAIS NÃO FERROSOS Cobre

22 METAIS NÃO FERROSOS Cobre Processo hidrometalúrgico Lixiviação do minério moído em ácido sulfúrico (solvente mais usado) Precipitação do metal Concentração e aquecimento Eletrólise Nesse caso, há eletrodeposição do Cobre (99,9% - cátodo) Processo SX-EW Solvent Extraction and Eletrowinning o Não necessita de fundição e refino o Não gera gás com enxofre o Aproveita o minério de baixo teor de Cu o Baixo aproveitamento de ouro e prata 22

23 METAIS NÃO FERROSOS Zinco Matéria prima Minério sulfetado Sulfeto de zinco (esfaelita), que se apresenta muitas vezes associado a sulfeto de chumbo, cobre e ferro é o minério de maior ocorrência Possuem teor médio de 5%de Zn Correspondem a 90% da produção mundial, obtidos por lavra subterrânea Minério oxidado Representam ocorrências secundárias de zinco, em depósitos superficiais Silicato hidratado de zinco (calamina) associado a carbonato de zinco Silicato de zinco (willemita) associado a carbonato de zinco Tem concentração de zinco variando entre 15 e 40% 23

24 METAIS NÃO FERROSOS Zinco Após a lavra, o minério é beneficiado por meio de britagem e moagem, passando, posteriormente, pelo processo de flotação para separação do zinco dos outros minerais com valor econômico (cobre, chumbo e prata) O concentrado de sulfeto de zinco obtido contém entre 30% e 56% de Zn Processos básicos de produção de zinco primário Pirometalúrgico Hidrometalúrgico mais utilizado O zinco também pode ser reciclado principalmente do latão e do bronze, de peças fundidas e do aço galvanizado (incluindo tubos, eletrodomésticos e componentes elétricos) 24

25 METAIS NÃO FERROSOS Características ALUMÍNIO COBRE ZINCO Baixa densidade 2,7g/cm³ Alta condutividade elétrica 62% da do cobre Resistência à corrosão estabilidade do Al 2 O 3 que se forma na superfície do metal Fácil conformação Estrutura cristalina CFC ductil a baixas temperaturas Baixa temperatura de fusão 660ºC Módulo de elasticidade 70GPa 25 Alta densidade 8,96 g/cm³ Alta condutividade elétrica e térmica Boa resistência à corrosão Fácil conformação Estrutura cristalina CFC Temperatura de fusão 1083 C Módulo de elasticidade 110 Gpa Possui várias ligas Alta densidade 7,14 g/cm³ Condutividade térmica razoável Boa resistência à corrosão em ambientes atmosféricos e alta reatividade com ácidos Fácil conformação Estrutura cristalina hexagonal compacta HC Temperatura de fusão 420 C Módulo de elasticidade 95 GPa Muito usado para revestir aço

26 METAIS NÃO FERROSOS Aplicações ALUMÍNIO COBRE ZINCO Esquadrias de alumínio Telhas de alumínio Acessórios Tubos e conexões Fios e cabos elétricos Galvanização a quente ou eletrolítica Pigmento de tinta Ferragens de portas e esquadrias Componente de outras ligas, como o latão 26