DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA Introdução à metalurgia dos não ferrosos 1
Eng. Metalúrgica Divisões da Metalurgia A metalurgia pode ser dividida nas seguintes áreas: Metalurgia física (propriedades) Metalurgia mecânica (conformação) Metalurgia extrativa (produção do metal) 2
Concentração Normalmente, o minério passa por alguma etapa de concentração antes de ser submetido aos processos de metalurgia extrativa. O conjunto de operações unitárias utilizadas para concentrar o minério no mineral de interesse são estudadas na disciplina de beneficiamento mineral. Algumas dessas operações são: - redução de tamanho. - flotação. - separação magnética. 3
Operações Unitárias e Processos Unitários Operação unitária: Etapa de uma planta industrial onde o processo envolvidos é um processo físico. Processos unitários: Etapa de uma planta industrial onde o processo envolvido é um processo químico. O beneficiamento mineral consiste na utilização de operações unitárias visando à concentração do minério no mineral de interesse. Em metalurgia extrativa utilizaremos de processos unitários para promover a produção do metal a partir de um minério concentrado fornecido pelas operações de beneficiamento mineral. 4
Ustulação Calcinação Redução Lixiviação Eletrorrefino Precipitação Fusão Refino ao fogo Eletroobtenção Extração por solvente Metalurgia Extrativa 5
Metalurgia Extrativa Metalurgia extrativa é a ciência de extração de metais de seu minérios, concentrados ou rejeitos por métodos químicos. Ela é dividida em três ramos: Hidrometalurgia: Tecnologia de extração de metais por métodos aquosos (baixas temperaturas). Pirometalurgia: Tecnologia de extração de metais por métodos térmicos a seco (altas temperaturas). Eletrometalurgia: Tecnologia de extração de metais por métodos envolvendo eletricidade. 6
Metalurgia extrativa Níquel ferrosos não ferrosos pirometalurgia pirometalurgia hidrometalurgia eletrometalurgia Latão 7
Fluxogramas Os processos ou combinações de processos que são utilizados em uma dada planta industrial são ilustrados, convenientemente, através de um fluxograma. Para a produção de um mesmo metal um fluxograma pode variar devido à: - minérios com diferentes composições. - diferentes fornecimentos de energia. - diferentes demandas para o produto final. - plantas de diferentes tamanhos. 8
Fluxograma para o processo RLE 9
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Normalmente, os minérios são encontrados como óxidos, sulfetos ou silicatos. Alguns exemplos de minerais constituintes desses minérios são: - óxidos (hematita - Fe 2 O 3 ) - sulfetos (calcocita Cu 2 S) - silicatos (Willemite Zn 2 SiO 4 ) Cuprite (CuO) Bornite (Cu 5 Fe S 4 ) Franklinit (Fe,Mn,Zn)(Fe,Mn) 2 O 4 Chalcopyrite Willemite (Zn 2 SiO 4 ) 11
Considerações Gerais O tratamento proposto para um minério é feito de acordo com a natureza química do mesmo. As tendências da metalurgia extrativa é sempre processar minérios que se tornam cada vez mais pobres e produzir metais com pureza elevada. (O que não era minério ontem pode ser hoje!!!) Para que a extração de um determinado metal seja feita, torna-se necessário conhecer a natureza do minério, isto é, se ele é óxido, sulfeto, fosfato, silicato, etc. A pureza exigida para o produto final é de extrema importância na definição do processo metalúrgico que será utilizado. 12
Hidrometalurgia & Pirometalurgia 13
Hidrometalurgia & Pirometalurgia Processos pirometalúrgicos são mais atrativos quando trabalhamos com minérios com alto teor e baixo nível de impureza (As, Pb, Hg, F-). Devido ao iminente esgotamento das reservas tradicionais de alto teor, a atenção dos metalurgistas se voltou para o tratamento de minérios com baixo teor e de mineralogia complexa. Sendo assim, os problemas associados à necessidade de várias etapas de beneficiamento mineral para que o minério seja concentrado faz com que minérios de baixo teor e/ou de mineralogia complexa sejam vistos como fortes candidatos aos processo hidrometalúrgicos. 14
Vantagens e desvantagens dos processos hidrometalúrgicos e pirometalúrgicos - Tratamento de minérios de baixo teor - Tratamento de minérios complexos - Disposição dos resíduos - Disposição de efluentes - Geração de SO 2 - Custo operacional - Plantas processuais - Cinética 15
Tratamento de minérios complexos O tratamento de minérios complexos por métodos pirometalúrgicos é inapropriado contudo, apropriado para processos hidrometalúrgicos. Tratamento de minérios de baixo teor Tratamento de minérios de baixo teor utilizando-se de rotas pirometalúrgicas é inapropriado por causa da grande quantidade de energia necessária para fundir a ganga. Por outro lado, esses minérios são especialmente apropriados para extração por processos hidrometalúrgicos (podemos utilizar agentes lixiviantes específicos!). 16
Disposição dos resíduos Resíduos de processos pirometalúrgicos são, normalmente, de maior granulometria e inertes (ex: escória). Resíduos de processos hidrometalúrgicos são sólidos finos que podem criar problemas quando secos em pilhas de rejeito e se molhados podem acabar sendo lixiviados levando à contaminação do solo (resíduos não inertes). Disposição dos efluentes Os efluentes pirometalúrgicos são gases que normalmente são tratados na exaustão dos fornos. Por outro lado, os efluentes dos processos hidrometalúrgicos são líquidos contendo grandes concentrações de cátions e ânions. Esses efluentes devem ser tratados para que a concentração desses íons estejam em conformidade com a legislação vigente e muitas vezes esse tratamento é mais difícil que o tratamento dos efluentes pirometalúrgicos. 17
Geração de SO 2 Processos pirometalúrgicos: Processos hidrometalúrgicos: Custo operacional SO 2 S 0 2 SO 4 Custos de processos pirometalúrgicos aumentam a uma maior velocidade para operações em menores escalas quando comparados com processos hidrometalúrgicos. 18
Plantas processuais A engenharia de plantas hidrometalúrgicas é mais complexa, necessitando de muitos controles químicos. (ph, Eh, [íons], etc) Cinética Os processos pirometalúrgicos mostram sempre vantagens cinéticas. 19
Escolha do processo (operações) Normalmente, um metal pode ser produzido de um minério ou concentrado por mais do que um tipo de processo. No entanto, a escolha entre os diferentes processos vai depender de vários fatores: - Natureza do minério. - Localização da mina. - Pureza necessária para o produto final. (O processo RLE é capaz de produzir Zn com pureza mais elevada que o processo Imperial Smelting.) - Recuperação de impurezas. - Reatividade dos metais presentes no minério. 20
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O tratamento extrativo para a maioria dos metais nãoferrosos possuem muitas características em comum tanto para o processamento piro como para o hidro. Para um melhor entendimento dos tratamentos específicos, os metais não-ferrosos podem ser divididos em reativos e não reativos. Metais não-reativos: Cu, Ni, Pb, Co, Au e Ag Metais reativos: Al, Ti, Mg, Zn e U 22
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