Introdução. Tecnologia Metalúrgica. Capítulo I. Universidade Federal do Pará Instituto de Tecnologia

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1 Universidade Federal do Pará Instituto de Tecnologia Tecnologia Metalúrgica Prof. Dr. Jorge Teófilo de Barros Lopes 01/05/ :13 Campus de Belém Curso de Engenharia Mecânica TECNOLOGIA METALÚRGICA Universidade Federal do Pará Instituto de Tecnologia Capítulo I Introdução 01/05/ :13 Campus de Belém Curso de Engenharia Mecânica TECNOLOGIA METALÚRGICA 1

2 1.1 Histórico Denomina-se Era dos metais o período que caracteriza o fim da Idade da Pedra, marcado pelo início da fabricação de ferramentas e armas de metal. O ser humano começava a dominar, ainda que de maneira rudimentar, a técnica da fundição. Dentre os primeiros metais usados que utilizou como matéria prima estão o cobre, o estanho, o bronze, o ouro e a prata, metais cuja fusão é mais fácil e, talvez, porque, às vezes, aparecem em forma de pepitas de metal nativo. 1.1 Histórico 400 anos antes da Era Cristã: os egípcios recuperavam ouro a partir de depósitos aluvionares, usando processos gravíticos. O ouro sempre acompanhou a civilização e era usado, inicialmente, como adorno e decoração, mas foi o rei Croesus de Lídia (região da atual Turquia), em 560 a.c., quem primeiro cunhou moedas de ouro, com sua insígnia. A partir de então, o ouro adquiriu mais uma utilidade, na forma de dinheiro, auxiliando os comerciantes na realização de seus negócios. 2

3 1.1 Histórico A partir do século XVIII, com a descoberta da máquina a vapor (início da Revolução Industrial), ocorreram inovações significantes na área de tratamento de minérios. Pela metade do século XIX (1864), o emprego do tratamento de minérios se limitava praticamente àqueles do ouro, cobre nativo e chumbo. Grande desenvolvimento na área de beneficiamento de minérios: final do século XIX e início do século XX, com a utilização industrial da flotação (Austrália, 1905) a inovação mais importante. 1.1 Histórico Avanços significativos do ponto de vista tecnológico (LUZ et al.) ocorreram em função do desenvolvimento de design de equipamentos maiores e mais produtivos e eficientes ( ), à otimização de processos através de automação e computação ( ), e à racionalização do uso de energia nos anos de As atividades de mineração e metalurgia são, reconhecidamente, de elevado impacto ambiental. 3

4 1.1 Histórico No caso da mineração, o enorme tamanho de algumas operações, a quantidade de carga movimentada e os rejeitos gerados têm representado um risco a diversas regiões e populações, eventualmente afetadas por acidentes e mecanismos ineficientes de deposição e monitoramento. Depois de importantes ciclos de alta e investimentos, os setores enfrentam atualmente um dos períodos mais difíceis dos últimos vinte anos, com queda abrupta de preços e redução das margens de rentabilidade de suas operações. 1.1 Histórico As novas tecnologias estão sendo adotadas para otimização, controle e automação de operações e viabilização de novos empreendimentos de Mineração e Metais lavra e transformação mineral 4

5 1.2 Escassez de Metais Os minerais possíveis de serem utilizados pela indústria se encontram distribuídos de maneira escassa na crosta terrestre. Jazimento ou jazida mineral: Minerais depositados em concentrações e quantidades que permitam um aproveitamento econômico. Depósito mineral: minerais depositados em concentrações e quantidades que não apresentam interesse econômico. Conceito de aspecto circunstancial: dependendo da conjuntura político-econômica podem ocorrer modificações. 1.2 Escassez de Metais Preço de mercado: condicionado a um grande número de variáveis: frequência da ocorrência na crosta terrestre, complexidade na lavra e beneficiamento, distância do mercado consumidor, dentre outras. Existe uma crescente influência de minerais sobre toda e qualquer atividade de desenvolvimento de um país. Com o aumento das populações, cada dia se necessita de maior quantidade de matéria-prima para atender a crescentes necessidades do ser humano. Baseados nestes fatos é fácil concluir que brevemente o ser humano enfrentará uma série crise de matériasprimas, alimentação, água, energia dentre outros. 5

6 1.3 Relevância Tecnológica dos Metais Os metais ocupam uma posição mandatória no desenvolvimento industrial e tecnológico da era moderna. Constituem-se no pilar essencial de importantíssimos segmentos produtivos: indústrias de veículos, máquinas de bens de capital, indústria naval entre outras. Significativos desenvolvimentos nos campos dos polímeros e cerâmicos não substituem os metais e suas ligas numa amplíssima gama de aplicações, particularmente como materiais de construção mecânica e estrutural, devido a sua excelente combinação de propriedades mecânicas, elétricas e térmicas. 1.3 Relevância Tecnológica dos Metais Propriedades como resistência mecânica, resiliência, condutibilidades elétrica e térmica, ferromagnetismo, elasticidade e, principalmente, plasticidade, fazem com que esses materiais apresentem uma alta relação desempenho/custo. Por exemplo: o aço representa em torno de 80% da produção mundial de metais, pois possui alta versatilidade em termos de ligas metálicas, grande aplicações tecnológicas. 6

7 1.4 Crosta Terrestre Com exceção dos metais nativos, como o ouro, a prata e o cobre, dentre outros, todos os outros metais são obtidos pela quebra de compostos, geralmente óxidos e sulfetos encontrados em minérios. Tais minérios, constituem-se em recursos naturais não renováveis, e são quase que totalmente extraídos da crosta terrestre, isto é, da sua quarta parte continental, já que o restante encontra-se submerso pelos oceanos. Crosta terrestre: ocupa apenas 0,3% da massa do planeta, é a sua única parte sólida e se caracteriza pela relativa pobreza como fonte de suprimento metálico. 1.4 Crosta Terrestre Corte Esquemático e Simplificado do Planeta Terra 7

8 1.4 Crosta Terrestre Quase a metade da crosta terrestre é formada por oxigênio, ao passo que cerca de uma quarta parte é formada por silício. Em decorrência deste fato, aproximadamente 3/4 da crosta terrestre são formados por diferentes combinações químicas destes elementos, tais como sílica e silicatos, tornando-a rica de matérias-primas vítreas e cerâmicas. Dois metais incidem significativamente na crosta terrestre: o alumínio com 8% e o ferro com 5%. 99% da crosta terrestre são constituídos por apenas nove elementos, pela ordem, oxigênio, silício, alumínio, ferro, cálcio, sódio, potássio, magnésio e titânio. 1.4 Crosta Terrestre Os elementos mais ocorrentes na crosta terrestre. 8

9 1.5 Exaustão metálica A retirada secular de metais da crosta terrestre, em função da necessidade de viabilizar o desenvolvimento tecnológico e industrial, começaram a atingir níveis predatórios a partir da revolução industrial. Com o aumento em larga escala do consumo mundial de metais, a escassez desses materiais começa a atingir níveis preocupantes. 1.5 Exaustão metálica Consumo mundial de metais (DNPM, Sumário Mineral 2015, v.35). 9

10 1.5 Exaustão metálica Consumo global de cobre Tendência (Informações e Análises da Economia Mineral Brasileira 7ª Edição). 1.5 Exaustão metálica Produção mundial de alguns metais em t/ano ( 10

11 1.5 Exaustão metálica Evolução da produção de aço no mundo, entre 1950 a 2010 (Instituto Aço Brasil, ABM, maio, Exaustão metálica O setor mineral mundial movimenta bilhões de dólares anualmente. No Brasil, a balança comercial do setor mineral obteve um saldo médio entre 2012 e 2014 superior a 23 bilhões de dólares (Tabela). 11

12 1.5 Exaustão metálica No início do século passado, uma reserva com 3% de cobre incidente era considerada antieconômica, ao passo que hoje já se começa a explorar reservas com apenas 0,5%, utilizando-se sofisticados processos biológicos, através da lavagem de rochas com bactérias fixadoras do metal. 1.6 Prazos de Exaustão Um dos sintomas da escassez de metais são os seus altos custos. 12

13 1.6 Prazos de Exaustão 1.6 Prazos de Exaustão Valor atual do grama do ouro R$ 135,00. Em função dos atuais níveis de economicidade e da tecnologia conhecida, estima-se que as reservas de metais apresentam prazos de exaustão na faixa de 200 a 600 anos, tais como os mostrados abaixo: Prazos a partir de 1980 (em anos) 10 a a a a a 600 Estanho Prata Mercúrio Ouro Cobre Zinco chumbo Platina Tungstênio Molibdênio Vanádio Antimônio Cromo Níquel Cobalto Alumínio Ferro Manganês Titânio Nióbio Prazos estimados para a exaustão das reservas de alguns metais (DNPM, 2006). 13

14 1.7 Fontes Alternativas Avanços tecnológicos na técnica de exploração de matérias primas metálicas. Fontes não convencionais (oceanos e os 3/4 da crosta terrestre por eles submerso. Nas águas oceânicas, com 6% de material sólido dissolvido, apenas um metal incide significativamente, que é o magnésio com cerca de ppm, ficando os demais com apenas 1 ppb. Existe uma relação significativa de material dissolvido nas águas oceânicas, devido ao seu grande volume. 1.7 Fontes Alternativas Estimativas das quantidades totais de metais dissolvidas nas águas oceânicas e contidas na crosta terrestre (DNPM, 2006). 14

15 1.7 Fontes Alternativas Na crosta submersa, isto é, nos solos oceânicos, a ocorrência metálica é mais promissora do que a massa líquida. Jazem grandes colônias de nódulos sólidos com riqueza metálica extraordinária, com composição média de 25% Mn, 2% Ni, 1% Cu e 0,3% Co. Estima-se em torno de ton/km² a disponibilidade de tais nódulos. Estes depósitos continuam relativamente inacessíveis, faltando tecnologia para a sua extração. Além das colônias de nódulos, resta ainda a mineração propriamente dita dos solos oceânicos, locais ainda não prospectados. 1.8 Implicações no Mercado Internacional Agravamento da crise energética e política entre nações, possibilitando a invasão de países com reservas de minérios estratégicos. Grandes prejuízos a países industrializados que têm seus parques industriais, total ou parcialmente, dependestes da importação de matéria-prima metálica provenientes de países não industrializados ou semi-industrializados. Exemplo: Japão quase que 100% de todos os minérios; USA 50 a 100%, Nb, Mn, Co, Cr, Al, Sn, Ni, Zn, Sb, W; Alemanha, França, Inglaterra e Suíça se encontram em situação semelhante. 15

16 1.8 Implicações no Mercado Internacional Força econômica de países industrializados perturbando o mercado internacional. Exemplo: estoques excessivos de metais. Excessos de estoques de metais nos Estados Unidos em meados de Dilatação dos Prazos de Escassez Duas medidas de longo prazo para alteração dos prazos de escassez de metais. Substituição paulatina de metais superutilizados por outros subutilizados, em função de sua ocorrência relativa na crosta terrestre. Reciclagem racional de metais, em função de suas baixas taxas atuais de recuperação e de suas elevadas taxas atuais de consumo. Exemplo: reciclagem de alumínio no Brasil. 16

17 1.9 Dilatação dos Prazos de Escassez Consumo mundial de alguns metais em função de sua ocorrência na crosta terrestre 1.10 Situação no Brasil Situação cômoda se bem gerenciada. O Brasil detém importantíssimas reservas de metais mais consumidos ferro e alumínio e de metais mais promissores em termos de futuro tecnológico nióbio e titânio. 17

18 1.11 Referências Bibliográficas Grosh. A.; Ray, H.S. Principles of extractive metallurgy. Elsevier, Da Luz, Adão Benvindo et al. Tratamento de minérios. Rio de Janeiro, CETEM/CNPq, DNPM. Sumário Mineral 2015, v.35. Brasília: