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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
PROCESSOS DE METALURGIA
EXTRATIVA E SIDERURGIA
Prof Mauricio M Peres
2014
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres
2
Processos em Metalurgia Extrativa e Siderurgia
1 Introduccedilatildeo
2 Operaccedilotildees de Beneficiamento de Mineacuterios
3 Processos Preacute-Extrativos
4 Processos de Extraccedilatildeo e Refino
5 Processos Sideruacutergicos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres
1 INTRODUCcedilAtildeO
11 Relevacircncia Tecnoloacutegica dos Metais
12 Crosta Terrestre e sua Pobreza Metaacutelica
13 Fontes Alternativas de Suprimentos Metaacutelicos
14 Mercado Internacional de Metais
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres
3
1 INTRODUCcedilAtildeO
12 Crosta Terrestre e sua
Pobreza Metaacutelica
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO
12 Crosta Terrestre e sua
Pobreza Metaacutelica
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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4
1 INTRODUCcedilAtildeO
Evoluccedilatildeo do consumo dos 3
metais mais usados
Accedilo alumiacutenioe cobre
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO
13 Fontes Alternativas de Suprimentos Metaacutelicos
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO
Mercado Internacional de Metais
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1 INTRODUCcedilAtildeO
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1 INTRODUCcedilAtildeO
Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
TIPOS DE MINERACcedilAtildeO
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(EMSRizzo 2003)
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1a EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CALCAacuteRIO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1b EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CARVAtildeO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1c EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO SUBTERRAcircNEA DE CARVAtildeO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1d EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE MINEacuteRIO DE FERRO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia Prof Mauricio Peres
Fig 1e
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo
Mineacuterio de
ferro do tipo
sinter feed
Mineacuterio de
ferro do tipo
pellet feed
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo para
Reduccedilatildeo
Direta
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Objetivos
Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O
mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto
metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia
industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio
bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos
finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto
a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos
objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio
concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e
colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize
a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo
As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos
(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto
(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado
(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado
2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute
150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu
manuseio
Etapas
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo
Britagem
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Moagem (moinho de martelos)
Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)
Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)
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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo
O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser
classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos
fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo
(a) Peneiramento
(b) Sedimentaccedilatildeo
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23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo
Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado
baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute
resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio
Operaccedilotildees
(a) Flotaccedilatildeo
(b) Separaccedilatildeo gravitacional
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
31 Objetivos
Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o
metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente
pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do
composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em
outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees
de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal
Principais procesos de preparaccedilatildeo
31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))
32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)
33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)
34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)
35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p
elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos
porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
33 Calcinaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS
(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS
(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS
5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS
PIRUMETALURGIA
51 Objetivos
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52 RESUMO HISTOacuteRICO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO
A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um
composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees
quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo
M X -gt M + X
ou
M X + R -gt R X + M
ou
M X -gt M+ + X-
Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo
do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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MINEacuteRIOS DE FERRO
Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Propriedades
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
43
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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2
Processos em Metalurgia Extrativa e Siderurgia
1 Introduccedilatildeo
2 Operaccedilotildees de Beneficiamento de Mineacuterios
3 Processos Preacute-Extrativos
4 Processos de Extraccedilatildeo e Refino
5 Processos Sideruacutergicos
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1 INTRODUCcedilAtildeO
11 Relevacircncia Tecnoloacutegica dos Metais
12 Crosta Terrestre e sua Pobreza Metaacutelica
13 Fontes Alternativas de Suprimentos Metaacutelicos
14 Mercado Internacional de Metais
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3
1 INTRODUCcedilAtildeO
12 Crosta Terrestre e sua
Pobreza Metaacutelica
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1 INTRODUCcedilAtildeO
12 Crosta Terrestre e sua
Pobreza Metaacutelica
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4
1 INTRODUCcedilAtildeO
Evoluccedilatildeo do consumo dos 3
metais mais usados
Accedilo alumiacutenioe cobre
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1 INTRODUCcedilAtildeO
13 Fontes Alternativas de Suprimentos Metaacutelicos
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5
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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6
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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7
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO
Mercado Internacional de Metais
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8
1 INTRODUCcedilAtildeO
Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO
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9
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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TIPOS DE MINERACcedilAtildeO
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(EMSRizzo 2003)
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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FIG 1a EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CALCAacuteRIO
(Rizzo 2003)
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10
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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FIG 1b EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CARVAtildeO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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FIG 1c EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO SUBTERRAcircNEA DE CARVAtildeO
(Rizzo 2003)
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11
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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FIG 1d EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE MINEacuteRIO DE FERRO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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Fig 1e
12
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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13
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo
Mineacuterio de
ferro do tipo
sinter feed
Mineacuterio de
ferro do tipo
pellet feed
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo para
Reduccedilatildeo
Direta
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Objetivos
Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O
mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto
metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia
industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio
bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos
finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto
a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos
objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio
concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e
colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize
a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo
As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos
(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto
(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado
(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado
2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS
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14
21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute
150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu
manuseio
Etapas
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo
Britagem
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15
21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Moagem (moinho de martelos)
Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)
Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)
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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo
O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser
classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos
fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo
(a) Peneiramento
(b) Sedimentaccedilatildeo
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16
23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo
Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado
baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute
resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio
Operaccedilotildees
(a) Flotaccedilatildeo
(b) Separaccedilatildeo gravitacional
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
31 Objetivos
Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o
metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente
pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do
composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em
outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees
de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal
Principais procesos de preparaccedilatildeo
31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))
32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)
33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)
34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)
35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p
elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos
porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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33 Calcinaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO
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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS
(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS
(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS
5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS
PIRUMETALURGIA
51 Objetivos
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21
52 RESUMO HISTOacuteRICO
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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO
A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um
composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees
quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo
M X -gt M + X
ou
M X + R -gt R X + M
ou
M X -gt M+ + X-
Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo
do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados
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MINEacuteRIOS DE FERRO
Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita
22
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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23
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
28
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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
30
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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31
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Propriedades
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Prof Mauricio Peres
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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3
1 INTRODUCcedilAtildeO
12 Crosta Terrestre e sua
Pobreza Metaacutelica
Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO
12 Crosta Terrestre e sua
Pobreza Metaacutelica
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4
1 INTRODUCcedilAtildeO
Evoluccedilatildeo do consumo dos 3
metais mais usados
Accedilo alumiacutenioe cobre
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO
13 Fontes Alternativas de Suprimentos Metaacutelicos
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5
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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6
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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7
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO
Mercado Internacional de Metais
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8
1 INTRODUCcedilAtildeO
Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO
Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
TIPOS DE MINERACcedilAtildeO
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(EMSRizzo 2003)
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1a EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CALCAacuteRIO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1b EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CARVAtildeO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1c EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO SUBTERRAcircNEA DE CARVAtildeO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1d EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE MINEacuteRIO DE FERRO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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Fig 1e
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo
Mineacuterio de
ferro do tipo
sinter feed
Mineacuterio de
ferro do tipo
pellet feed
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo para
Reduccedilatildeo
Direta
Prof Mauricio Peres
Objetivos
Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O
mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto
metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia
industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio
bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos
finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto
a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos
objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio
concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e
colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize
a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo
As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos
(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto
(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado
(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado
2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS
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14
21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute
150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu
manuseio
Etapas
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo
Britagem
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15
21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Moagem (moinho de martelos)
Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)
Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)
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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo
O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser
classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos
fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo
(a) Peneiramento
(b) Sedimentaccedilatildeo
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16
23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo
Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado
baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute
resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio
Operaccedilotildees
(a) Flotaccedilatildeo
(b) Separaccedilatildeo gravitacional
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
31 Objetivos
Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o
metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente
pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do
composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em
outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees
de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal
Principais procesos de preparaccedilatildeo
31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))
32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)
33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)
34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)
35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p
elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos
porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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33 Calcinaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO
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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS
(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS
(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS
5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS
PIRUMETALURGIA
51 Objetivos
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21
52 RESUMO HISTOacuteRICO
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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO
A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um
composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees
quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo
M X -gt M + X
ou
M X + R -gt R X + M
ou
M X -gt M+ + X-
Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo
do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados
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MINEacuteRIOS DE FERRO
Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
Fundamentos de Metalurgia
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Propriedades
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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42
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
43
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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4
1 INTRODUCcedilAtildeO
Evoluccedilatildeo do consumo dos 3
metais mais usados
Accedilo alumiacutenioe cobre
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1 INTRODUCcedilAtildeO
13 Fontes Alternativas de Suprimentos Metaacutelicos
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5
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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6
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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7
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO
Mercado Internacional de Metais
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8
1 INTRODUCcedilAtildeO
Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO
Fundamentos de Metalurgia
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9
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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TIPOS DE MINERACcedilAtildeO
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(EMSRizzo 2003)
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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FIG 1a EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CALCAacuteRIO
(Rizzo 2003)
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10
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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FIG 1b EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CARVAtildeO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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FIG 1c EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO SUBTERRAcircNEA DE CARVAtildeO
(Rizzo 2003)
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11
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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FIG 1d EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE MINEacuteRIO DE FERRO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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Fig 1e
12
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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13
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo
Mineacuterio de
ferro do tipo
sinter feed
Mineacuterio de
ferro do tipo
pellet feed
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo para
Reduccedilatildeo
Direta
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Objetivos
Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O
mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto
metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia
industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio
bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos
finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto
a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos
objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio
concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e
colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize
a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo
As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos
(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto
(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado
(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado
2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS
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14
21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute
150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu
manuseio
Etapas
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo
Britagem
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15
21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Moagem (moinho de martelos)
Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)
Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)
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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo
O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser
classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos
fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo
(a) Peneiramento
(b) Sedimentaccedilatildeo
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16
23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo
Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado
baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute
resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio
Operaccedilotildees
(a) Flotaccedilatildeo
(b) Separaccedilatildeo gravitacional
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
31 Objetivos
Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o
metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente
pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do
composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em
outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees
de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal
Principais procesos de preparaccedilatildeo
31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))
32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)
33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)
34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)
35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p
elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos
porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)
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17
3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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33 Calcinaccedilatildeo
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18
3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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19
3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO
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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS
(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS
(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS
5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS
PIRUMETALURGIA
51 Objetivos
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21
52 RESUMO HISTOacuteRICO
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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO
A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um
composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees
quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo
M X -gt M + X
ou
M X + R -gt R X + M
ou
M X -gt M+ + X-
Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo
do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados
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MINEacuteRIOS DE FERRO
Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita
22
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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23
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
28
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
29
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
30
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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31
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Propriedades
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Prof Mauricio Peres
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
42
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
43
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO
Mercado Internacional de Metais
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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8
1 INTRODUCcedilAtildeO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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9
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
TIPOS DE MINERACcedilAtildeO
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(EMSRizzo 2003)
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1a EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CALCAacuteRIO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1b EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CARVAtildeO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1c EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO SUBTERRAcircNEA DE CARVAtildeO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1d EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE MINEacuteRIO DE FERRO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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Fig 1e
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo
Mineacuterio de
ferro do tipo
sinter feed
Mineacuterio de
ferro do tipo
pellet feed
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo para
Reduccedilatildeo
Direta
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Objetivos
Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O
mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto
metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia
industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio
bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos
finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto
a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos
objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio
concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e
colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize
a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo
As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos
(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto
(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado
(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado
2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS
Fundamentos de Metalurgia
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute
150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu
manuseio
Etapas
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo
Britagem
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Moagem (moinho de martelos)
Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)
Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)
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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo
O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser
classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos
fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo
(a) Peneiramento
(b) Sedimentaccedilatildeo
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23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo
Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado
baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute
resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio
Operaccedilotildees
(a) Flotaccedilatildeo
(b) Separaccedilatildeo gravitacional
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
31 Objetivos
Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o
metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente
pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do
composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em
outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees
de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal
Principais procesos de preparaccedilatildeo
31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))
32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)
33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)
34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)
35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p
elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos
porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
Fundamentos de Metalurgia
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
33 Calcinaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS
(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS
(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS
5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS
PIRUMETALURGIA
51 Objetivos
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21
52 RESUMO HISTOacuteRICO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO
A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um
composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees
quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo
M X -gt M + X
ou
M X + R -gt R X + M
ou
M X -gt M+ + X-
Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo
do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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MINEacuteRIOS DE FERRO
Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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23
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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25
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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TUBOS SEM COSTURA
Fundamentos de Metalurgia
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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Propriedades
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
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ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
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EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
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Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
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VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
61 MINERACcedilAtildeO
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
61 MINERACcedilAtildeO
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO
Mercado Internacional de Metais
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres
1 INTRODUCcedilAtildeO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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9
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
TIPOS DE MINERACcedilAtildeO
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(EMSRizzo 2003)
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1a EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CALCAacuteRIO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1b EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CARVAtildeO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1c EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO SUBTERRAcircNEA DE CARVAtildeO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1d EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE MINEacuteRIO DE FERRO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia Prof Mauricio Peres
Fig 1e
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo
Mineacuterio de
ferro do tipo
sinter feed
Mineacuterio de
ferro do tipo
pellet feed
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo para
Reduccedilatildeo
Direta
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Objetivos
Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O
mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto
metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia
industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio
bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos
finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto
a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos
objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio
concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e
colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize
a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo
As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos
(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto
(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado
(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado
2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute
150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu
manuseio
Etapas
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo
Britagem
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Moagem (moinho de martelos)
Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)
Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)
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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo
O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser
classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos
fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo
(a) Peneiramento
(b) Sedimentaccedilatildeo
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23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo
Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado
baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute
resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio
Operaccedilotildees
(a) Flotaccedilatildeo
(b) Separaccedilatildeo gravitacional
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
31 Objetivos
Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o
metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente
pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do
composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em
outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees
de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal
Principais procesos de preparaccedilatildeo
31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))
32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)
33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)
34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)
35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p
elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos
porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
Fundamentos de Metalurgia
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33 Calcinaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO
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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS
(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS
(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS
5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS
PIRUMETALURGIA
51 Objetivos
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21
52 RESUMO HISTOacuteRICO
Fundamentos de Metalurgia
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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO
A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um
composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees
quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo
M X -gt M + X
ou
M X + R -gt R X + M
ou
M X -gt M+ + X-
Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo
do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados
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MINEacuteRIOS DE FERRO
Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Fundamentos de Metalurgia
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3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
30
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
Fundamentos de Metalurgia
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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Propriedades
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
43
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO
Mercado Internacional de Metais
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1 INTRODUCcedilAtildeO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO
Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
TIPOS DE MINERACcedilAtildeO
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(EMSRizzo 2003)
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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FIG 1a EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CALCAacuteRIO
(Rizzo 2003)
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10
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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FIG 1b EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CARVAtildeO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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FIG 1c EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO SUBTERRAcircNEA DE CARVAtildeO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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FIG 1d EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE MINEacuteRIO DE FERRO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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Fig 1e
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo
Mineacuterio de
ferro do tipo
sinter feed
Mineacuterio de
ferro do tipo
pellet feed
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo para
Reduccedilatildeo
Direta
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Objetivos
Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O
mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto
metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia
industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio
bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos
finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto
a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos
objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio
concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e
colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize
a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo
As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos
(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto
(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado
(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado
2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS
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14
21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute
150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu
manuseio
Etapas
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo
Britagem
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15
21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Moagem (moinho de martelos)
Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)
Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)
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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo
O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser
classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos
fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo
(a) Peneiramento
(b) Sedimentaccedilatildeo
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16
23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo
Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado
baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute
resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio
Operaccedilotildees
(a) Flotaccedilatildeo
(b) Separaccedilatildeo gravitacional
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
31 Objetivos
Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o
metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente
pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do
composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em
outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees
de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal
Principais procesos de preparaccedilatildeo
31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))
32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)
33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)
34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)
35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p
elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos
porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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33 Calcinaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO
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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS
(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS
(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS
5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS
PIRUMETALURGIA
51 Objetivos
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21
52 RESUMO HISTOacuteRICO
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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO
A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um
composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees
quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo
M X -gt M + X
ou
M X + R -gt R X + M
ou
M X -gt M+ + X-
Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo
do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados
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MINEacuteRIOS DE FERRO
Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
28
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
29
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
30
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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31
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Propriedades
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
42
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
61 MINERACcedilAtildeO
43
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
62 REFINARIA
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
62 REFINARIA
(2012)
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
8
1 INTRODUCcedilAtildeO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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9
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
TIPOS DE MINERACcedilAtildeO
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(EMSRizzo 2003)
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1a EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CALCAacuteRIO
(Rizzo 2003)
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10
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1b EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CARVAtildeO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1c EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO SUBTERRAcircNEA DE CARVAtildeO
(Rizzo 2003)
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11
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1d EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE MINEacuteRIO DE FERRO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia Prof Mauricio Peres
Fig 1e
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo
Mineacuterio de
ferro do tipo
sinter feed
Mineacuterio de
ferro do tipo
pellet feed
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo para
Reduccedilatildeo
Direta
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Objetivos
Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O
mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto
metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia
industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio
bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos
finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto
a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos
objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio
concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e
colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize
a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo
As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos
(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto
(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado
(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado
2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS
Fundamentos de Metalurgia
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14
21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute
150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu
manuseio
Etapas
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo
Britagem
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15
21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Moagem (moinho de martelos)
Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)
Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)
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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo
O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser
classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos
fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo
(a) Peneiramento
(b) Sedimentaccedilatildeo
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16
23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo
Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado
baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute
resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio
Operaccedilotildees
(a) Flotaccedilatildeo
(b) Separaccedilatildeo gravitacional
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
31 Objetivos
Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o
metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente
pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do
composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em
outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees
de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal
Principais procesos de preparaccedilatildeo
31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))
32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)
33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)
34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)
35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p
elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos
porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
Fundamentos de Metalurgia
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
33 Calcinaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS
(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS
(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS
5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS
PIRUMETALURGIA
51 Objetivos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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21
52 RESUMO HISTOacuteRICO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO
A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um
composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees
quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo
M X -gt M + X
ou
M X + R -gt R X + M
ou
M X -gt M+ + X-
Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo
do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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MINEacuteRIOS DE FERRO
Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita
22
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
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- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Fundamentos de Metalurgia
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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
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30
Fundamentos de Metalurgia
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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Propriedades
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
42
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
61 MINERACcedilAtildeO
43
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
61 MINERACcedilAtildeO
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
62 REFINARIA
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
GRATO
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
TIPOS DE MINERACcedilAtildeO
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(EMSRizzo 2003)
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1a EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CALCAacuteRIO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1b EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CARVAtildeO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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FIG 1c EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO SUBTERRAcircNEA DE CARVAtildeO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1d EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE MINEacuteRIO DE FERRO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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Fig 1e
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo
Mineacuterio de
ferro do tipo
sinter feed
Mineacuterio de
ferro do tipo
pellet feed
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo para
Reduccedilatildeo
Direta
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Objetivos
Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O
mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto
metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia
industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio
bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos
finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto
a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos
objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio
concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e
colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize
a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo
As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos
(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto
(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado
(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado
2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute
150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu
manuseio
Etapas
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo
Britagem
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Moagem (moinho de martelos)
Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)
Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)
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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo
O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser
classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos
fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo
(a) Peneiramento
(b) Sedimentaccedilatildeo
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23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo
Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado
baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute
resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio
Operaccedilotildees
(a) Flotaccedilatildeo
(b) Separaccedilatildeo gravitacional
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
31 Objetivos
Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o
metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente
pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do
composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em
outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees
de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal
Principais procesos de preparaccedilatildeo
31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))
32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)
33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)
34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)
35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p
elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos
porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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33 Calcinaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO
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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS
(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS
(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS
5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS
PIRUMETALURGIA
51 Objetivos
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52 RESUMO HISTOacuteRICO
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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO
A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um
composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees
quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo
M X -gt M + X
ou
M X + R -gt R X + M
ou
M X -gt M+ + X-
Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo
do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados
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MINEacuteRIOS DE FERRO
Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
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Propriedades
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
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ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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10
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1b EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE CARVAtildeO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1c EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO SUBTERRAcircNEA DE CARVAtildeO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1d EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE MINEacuteRIO DE FERRO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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Fig 1e
12
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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13
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo
Mineacuterio de
ferro do tipo
sinter feed
Mineacuterio de
ferro do tipo
pellet feed
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo para
Reduccedilatildeo
Direta
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Objetivos
Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O
mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto
metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia
industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio
bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos
finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto
a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos
objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio
concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e
colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize
a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo
As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos
(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto
(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado
(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado
2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS
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14
21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute
150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu
manuseio
Etapas
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo
Britagem
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15
21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Moagem (moinho de martelos)
Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)
Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)
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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo
O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser
classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos
fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo
(a) Peneiramento
(b) Sedimentaccedilatildeo
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16
23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo
Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado
baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute
resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio
Operaccedilotildees
(a) Flotaccedilatildeo
(b) Separaccedilatildeo gravitacional
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
31 Objetivos
Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o
metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente
pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do
composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em
outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees
de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal
Principais procesos de preparaccedilatildeo
31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))
32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)
33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)
34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)
35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p
elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos
porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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33 Calcinaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO
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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS
(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS
(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS
5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS
PIRUMETALURGIA
51 Objetivos
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21
52 RESUMO HISTOacuteRICO
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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO
A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um
composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees
quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo
M X -gt M + X
ou
M X + R -gt R X + M
ou
M X -gt M+ + X-
Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo
do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados
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MINEacuteRIOS DE FERRO
Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita
22
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
27
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
28
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
29
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
30
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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31
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Propriedades
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
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EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
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Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
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VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
FIG 1d EXTRACcedilAtildeO POR MINERACcedilAtildeO A CEacuteU ABERTO DE MINEacuteRIO DE FERRO
(Rizzo 2003)
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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Fig 1e
12
1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo
Mineacuterio de
ferro do tipo
sinter feed
Mineacuterio de
ferro do tipo
pellet feed
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo para
Reduccedilatildeo
Direta
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Objetivos
Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O
mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto
metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia
industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio
bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos
finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto
a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos
objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio
concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e
colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize
a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo
As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos
(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto
(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado
(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado
2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute
150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu
manuseio
Etapas
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo
Britagem
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Moagem (moinho de martelos)
Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)
Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)
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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo
O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser
classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos
fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo
(a) Peneiramento
(b) Sedimentaccedilatildeo
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23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo
Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado
baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute
resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio
Operaccedilotildees
(a) Flotaccedilatildeo
(b) Separaccedilatildeo gravitacional
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
31 Objetivos
Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o
metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente
pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do
composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em
outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees
de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal
Principais procesos de preparaccedilatildeo
31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))
32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)
33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)
34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)
35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p
elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos
porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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33 Calcinaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO
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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS
(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS
(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS
5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS
PIRUMETALURGIA
51 Objetivos
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21
52 RESUMO HISTOacuteRICO
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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO
A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um
composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees
quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo
M X -gt M + X
ou
M X + R -gt R X + M
ou
M X -gt M+ + X-
Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo
do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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MINEacuteRIOS DE FERRO
Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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23
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
Fundamentos de Metalurgia
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres
25
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres
55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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26
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres
55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
Fundamentos de Metalurgia
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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Propriedades
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
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ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
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EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
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Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
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VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo
Mineacuterio de
ferro do tipo
sinter feed
Mineacuterio de
ferro do tipo
pellet feed
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo para
Reduccedilatildeo
Direta
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Objetivos
Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O
mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto
metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia
industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio
bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos
finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto
a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos
objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio
concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e
colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize
a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo
As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos
(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto
(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado
(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado
2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS
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14
21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute
150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu
manuseio
Etapas
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo
Britagem
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Moagem (moinho de martelos)
Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)
Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)
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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo
O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser
classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos
fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo
(a) Peneiramento
(b) Sedimentaccedilatildeo
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23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo
Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado
baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute
resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio
Operaccedilotildees
(a) Flotaccedilatildeo
(b) Separaccedilatildeo gravitacional
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
31 Objetivos
Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o
metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente
pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do
composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em
outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees
de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal
Principais procesos de preparaccedilatildeo
31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))
32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)
33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)
34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)
35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p
elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos
porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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33 Calcinaccedilatildeo
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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO
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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS
(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS
(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS
5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS
PIRUMETALURGIA
51 Objetivos
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21
52 RESUMO HISTOacuteRICO
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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO
A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um
composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees
quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo
M X -gt M + X
ou
M X + R -gt R X + M
ou
M X -gt M+ + X-
Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo
do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados
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MINEacuteRIOS DE FERRO
Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Propriedades
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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1 INTRODUCcedilAtildeO Fundamentos de Metalurgia
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MINEacuteRIO DE FERRO (fotos Rizzo 2003)
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo
Mineacuterio de
ferro do tipo
sinter feed
Mineacuterio de
ferro do tipo
pellet feed
Mineacuterio de
ferro
Grauacutedo para
Reduccedilatildeo
Direta
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Objetivos
Para ser submetido aos procesos de extraccedilatildeo do metal desejado O
mineacuterio primaacuterio deve ser beneficiado de forma a concentrar o composto
metaacutelico e apresentar uma morfologia que permita uma alta eficiecircncia
industrial e econocircmica do processo de extraccedilatildeo uma vez que o mineacuterio
bruto apresenta concentraccedilatildeo e morfologia inadequadas aos processos
finais de reduccedilatildeo e refino Isso torna necessaacuterio submeter o mineacuterio bruto
a uma sequecircncia de operaccedilotildees de beneficiamento preliminares cujos
objetivos fundamentais satildeo separa a ganga e o mineacuterio secundaacuterio
concentrar o mineacuterio primaacuterio que conteacutem o composto metaacutelico desejado e
colocaacute-lo numa morfologia que permita seu faacutecil manuseio e que maximize
a eficiecircncia do processo de reduccedilatildeo
As operaccedilotildees de beneficiamento satildeo de 3 tipos
(21) Fragmentaccedilatildeo do mineacuterio bruto
(22) Classificaccedilatildeo do mineacuterio fragmentado
(23) Concentraccedilatildeo do mineacuterio classificado
2 OPERACcedilOtildeES DE BENEFICIAMENTO DE MINEacuteRIOS
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14
21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute
150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu
manuseio
Etapas
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo
Britagem
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Moagem (moinho de martelos)
Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)
Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)
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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo
O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser
classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos
fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo
(a) Peneiramento
(b) Sedimentaccedilatildeo
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23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo
Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado
baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute
resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio
Operaccedilotildees
(a) Flotaccedilatildeo
(b) Separaccedilatildeo gravitacional
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
31 Objetivos
Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o
metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente
pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do
composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em
outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees
de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal
Principais procesos de preparaccedilatildeo
31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))
32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)
33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)
34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)
35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p
elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos
porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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33 Calcinaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO
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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS
(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS
(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS
5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS
PIRUMETALURGIA
51 Objetivos
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21
52 RESUMO HISTOacuteRICO
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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO
A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um
composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees
quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo
M X -gt M + X
ou
M X + R -gt R X + M
ou
M X -gt M+ + X-
Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo
do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados
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MINEacuteRIOS DE FERRO
Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
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Propriedades
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
43
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
45
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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14
21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Essa etapa se baseia na fragmentaccedilatildeo dos grandes blocos (diacircmetros de ateacute
150cm) reduzindo-o em partiacuteculas menores em dimensotildees adequadas ao seu
manuseio
Etapas
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21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo Trituraccedilatildeo
Britagem
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15
21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Moagem (moinho de martelos)
Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)
Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)
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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo
O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser
classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos
fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo
(a) Peneiramento
(b) Sedimentaccedilatildeo
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16
23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo
Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado
baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute
resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio
Operaccedilotildees
(a) Flotaccedilatildeo
(b) Separaccedilatildeo gravitacional
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
31 Objetivos
Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o
metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente
pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do
composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em
outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees
de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal
Principais procesos de preparaccedilatildeo
31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))
32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)
33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)
34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)
35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p
elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos
porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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33 Calcinaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO
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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS
(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS
(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS
5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS
PIRUMETALURGIA
51 Objetivos
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21
52 RESUMO HISTOacuteRICO
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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO
A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um
composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees
quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo
M X -gt M + X
ou
M X + R -gt R X + M
ou
M X -gt M+ + X-
Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo
do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados
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MINEacuteRIOS DE FERRO
Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
28
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
29
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
30
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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31
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Propriedades
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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15
21 Operaccedilotildees de Fragmentaccedilatildeo
Moagem (moinho de martelos)
Pulverizaccedilatildeo (moinho de bolas)
Pulverizaccedilatildeo (moinho autoacutegeno)
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22 Operaccedilotildees de Classificaccedilatildeo
O mineacuterio bruto apoacutes a fragmentaccedilatildeo por Pulverizaccedilatildeo deve ser
classificado ou seja separado de acordo com as dimensotildees dos
fragmentos Isso eacute feito por peneiramento ou por sedimentaccedilatildeo
(a) Peneiramento
(b) Sedimentaccedilatildeo
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16
23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo
Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado
baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute
resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio
Operaccedilotildees
(a) Flotaccedilatildeo
(b) Separaccedilatildeo gravitacional
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
31 Objetivos
Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o
metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente
pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do
composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em
outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees
de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal
Principais procesos de preparaccedilatildeo
31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))
32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)
33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)
34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)
35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p
elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos
porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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33 Calcinaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO
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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS
(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS
(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS
5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS
PIRUMETALURGIA
51 Objetivos
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21
52 RESUMO HISTOacuteRICO
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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO
A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um
composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees
quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo
M X -gt M + X
ou
M X + R -gt R X + M
ou
M X -gt M+ + X-
Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo
do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados
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MINEacuteRIOS DE FERRO
Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Propriedades
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
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ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
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EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
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Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
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VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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23 Operaccedilotildees de Concentraccedilatildeo
Realiza a separaccedilatildeo dos diferentes produtos (compostos) do mineacuterio classificado
baseando-se em suas diferenccedilas de propriedades fiacutesicas Essa separaccedilatildeo deveraacute
resultar em uma ldquoconcentraccedilatildeordquo do principal composto do mineacuterio primaacuterio
Operaccedilotildees
(a) Flotaccedilatildeo
(b) Separaccedilatildeo gravitacional
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
(f ) Limpeza gasosa (a) Flotaccedilatildeo
(c) Separaccedilatildeo magneacutetica
(d) Separaccedilatildeo eletrostaacutetica
(e) Espessamento e Filtragem
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
31 Objetivos
Satildeo aqueles processos que embora envolvam reaccedilotildees quiacutemicas natildeo isolam o
metal de interesse do mineacuterio beneficiado Satildeo processos essencialmente
pirometaluacutergicos que visam ao aumento e agrave otimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo do
composto metaacutelico no mineacuterio antes da extraccedilatildeo do metal propriamente dito Em
outras palavras os processos de preparaccedilatildeo satildeo o elo de ligaccedilatildeo entre as operaccedilotildees
de beneficiamento e os processos de extraccedilatildeo do metal
Principais procesos de preparaccedilatildeo
31 Secagem (evaporaccedilatildeo da aacutegua H2O(liacuteq) -gt H2O (vap))
32 Desidrataccedilatildeo (retirada da aacutegua ligada quimicamente MXH2O -gt MX + H2O)
33 Calcinaccedilatildeo (decompor carbonatos metaacutelicos CaCO3 -gt CaO +CO2)
34 Tostaccedilatildeo ou Ustulaccedilatildeo (oxidaccedilatildeo de sulfetos metaacutelicos 2MS+3O2-gt2MO+SO2)
35 Aglomeraccedilatildeo por sinterizaccedilatildeo (dar volume agraves pequenas particulas do mineacuterio p
elevar o rendimento do processo final de extraccedilatildeo (facilita o manuseio e os blocos
porosos sinterizados possibilitam boa reaccedilatildeo quiacutemica na reduccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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33 Calcinaccedilatildeo
Prof Mauricio Peres
18
3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO
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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS
(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS
(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS
5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS
PIRUMETALURGIA
51 Objetivos
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52 RESUMO HISTOacuteRICO
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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO
A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um
composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees
quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo
M X -gt M + X
ou
M X + R -gt R X + M
ou
M X -gt M+ + X-
Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo
do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados
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MINEacuteRIOS DE FERRO
Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Fundamentos de Metalurgia
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TUBOS SEM COSTURA
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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Propriedades
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
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ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
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EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
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Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
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VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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42
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
43
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
44
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
45
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
46
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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17
3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS
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33 Calcinaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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20
4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO
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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS
(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS
(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS
5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS
PIRUMETALURGIA
51 Objetivos
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21
52 RESUMO HISTOacuteRICO
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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO
A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um
composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees
quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo
M X -gt M + X
ou
M X + R -gt R X + M
ou
M X -gt M+ + X-
Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo
do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados
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MINEacuteRIOS DE FERRO
Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
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Propriedades
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
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ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
46
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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34 Tostaccedilatildeo (Ustulaccedilatildeo)
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO
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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS
(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS
(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS
5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS
PIRUMETALURGIA
51 Objetivos
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21
52 RESUMO HISTOacuteRICO
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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO
A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um
composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees
quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo
M X -gt M + X
ou
M X + R -gt R X + M
ou
M X -gt M+ + X-
Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo
do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados
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MINEacuteRIOS DE FERRO
Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
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Propriedades
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
43
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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3 PROCESSOS PREacute-EXTRATIVOS Fundamentos de Metalurgia
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35 Aglomeraccedilatildeo por Sinterizaccedilatildeo
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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO
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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS
(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS
(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS
5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS
PIRUMETALURGIA
51 Objetivos
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52 RESUMO HISTOacuteRICO
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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO
A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um
composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees
quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo
M X -gt M + X
ou
M X + R -gt R X + M
ou
M X -gt M+ + X-
Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo
do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados
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MINEacuteRIOS DE FERRO
Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
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Propriedades
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
43
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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4 PROCESSOS DE EXTRACcedilAtildeO E REFINO
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(i) PROCESSOS PIROMETALUacuteRGICOS
(ii) PROCESSOS ELETROMETALUacuteRGICOS
(iii) PROCESSOS HIDROMETALUacuteRGICOS
5 PROCESSOS SIDERUacuteRGICOS
PIRUMETALURGIA
51 Objetivos
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52 RESUMO HISTOacuteRICO
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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO
A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um
composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees
quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo
M X -gt M + X
ou
M X + R -gt R X + M
ou
M X -gt M+ + X-
Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo
do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados
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MINEacuteRIOS DE FERRO
Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
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Propriedades
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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52 RESUMO HISTOacuteRICO
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53 EXTRACcedilAtildeO E REFINO DO MINEacuteRIO DE FERRO
A extraccedilatildeo se baseia na retirada do elemento metaacutelico (M) de um
composto (MX) proveniente de um mineral Se por meio de reaccedilotildees
quiacutemicas o composto MX for reduzido obtemos a seguinte reaccedilatildeo
M X -gt M + X
ou
M X + R -gt R X + M
ou
M X -gt M+ + X-
Devido a complexidade dos compostos e dificuldade para a obtenccedilatildeo
do elemento metaacutelico diferentes processos podem ser utilizados
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MINEacuteRIOS DE FERRO
Magnetita (b) Hematita (c) Limonita (d) Siderita (e) Pirita
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Propriedades
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Propriedades
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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3 componentes baacutesicos
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa (3-4C e
6-7impurezas como
SPSiMn)
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
Entra
- Mineacuterio de Ferro
- Fundente
- Coque
Produtos Resultantes
- Ferro Gusa
- Escoacuteria (oacutexidos)
- Poeira (cinzas)
- Gases (CO2)
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
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Propriedades
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
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6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Propriedades
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
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ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
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Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
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VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
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PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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54 REDUCcedilAtildeO EM ALTO-FORNO
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
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Propriedades
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
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Fundamentos de Metalurgia
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
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ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
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EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
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Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
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55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
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Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
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Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
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Propriedades
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
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VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
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PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO CONVERTEDORES
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
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Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
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Propriedades
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
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PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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42
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
43
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
44
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
45
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
46
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63 REDUCcedilAtildeO
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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28
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 55 REFINO PRIMAacuteRIO EMPREGANDO
FORNOS ELEacuteTRICOS Agrave ARCO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO
29
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
30
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
Fundamentos de Metalurgia
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31
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Fundamentos de Metalurgia
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Propriedades
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
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Fundamentos de Metalurgia
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
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ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
GRATO
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
29
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 56 LINGOTAMENTO CONTIacuteNUO
30
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres 57 LAMINADOR MANNESMANN
TUBOS SEM COSTURA
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa e Siderurgia
Prof Mauricio Peres
31
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
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Propriedades
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Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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TUBOS SEM COSTURA
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Propriedades
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Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
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ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
42
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
61 MINERACcedilAtildeO
43
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
61 MINERACcedilAtildeO
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
62 REFINARIA
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Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
62 REFINARIA
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
62 REFINARIA
(2012)
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
63 REDUCcedilAtildeO
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
63 REDUCcedilAtildeO
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
63 REDUCcedilAtildeO
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
GRATO
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
31
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Prof Mauricio Peres
Propriedades
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Prof Mauricio Peres
Hidrometalurgia
Processos de extraccedilatildeo de metais nos quais a separaccedilatildeo metal-
ganga baseia-se na dissoluccedilatildeo seletiva do mineral-mineacuterio em
meio aquoso (aacutecido ou baacutesico)
Metais selecionados Al Au Cu Ni e Zn por exemplo
A Hidrometalurgia envolve as seguintes operaccedilotildees
Lixiviaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo propriamente dita de dissoluccedilatildeo da parte
uacutetil (de interesse o mineral-mineacuterio) A substacircncia desejada eacute
atacada pela soluccedilatildeo (geralmente aacutecida ou baacutesica)
Equipamentos Simples e Baratos (Lixiviaccedilatildeo em Pilha por
exemplo)
Precipitaccedilatildeo apoacutes a dissoluccedilatildeo da substatildencia de interesse e da
separaccedilatildeo da soluccedilatildeo dos soacutelidos indesejados (ganga) se
procederaacute a precipitaccedilatildeo desta substacircncia seja por accedilatildeo quiacutemica
seja por accedilatildeo eletroliacutetica
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Prof Mauricio Peres
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
42
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
61 MINERACcedilAtildeO
43
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
61 MINERACcedilAtildeO
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
62 REFINARIA
44
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
62 REFINARIA
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
62 REFINARIA
(2012)
45
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
63 REDUCcedilAtildeO
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
63 REDUCcedilAtildeO
46
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
63 REDUCcedilAtildeO
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
GRATO
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
32
6 Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Prof Mauricio Peres
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA ndash Fluxograma Simplificado
33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
42
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
43
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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33
ETAPAS DA
HIDROMETALURGIA
Fluxograma Tiacutepico
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- Na etapa de preparaccedilatildeo ajusta-se as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do soacutelido tais como a
granulometria composiccedilatildeo teor natureza quiacutemica e porosidade para a etapa seguinte
(lixiviaccedilatildeo)
- A preparaccedilatildeo envolve operaccedilotildees claacutessicas de tratamento de mineacuterios (cominuiccedilatildeo
classificaccedilatildeo concentraccedilatildeo e separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido)
- Em alguns casos entretanto a preparaccedilatildeo para a lixiviaccedilatildeo requer modificaccedilotildees quiacutemicas do
mineacuterio ou concentrado
- Nesses casos satildeo utilizados processos pirometaluacutergicos tais como ustulaccedilatildeo (na oxidaccedilatildeo
de ZnS em ZnO por exemplo) de reduccedilatildeo (lateritas de Ni no processo de lixiviaccedilatildeo
amoniacal) hidrometaluacutergicos (oxidaccedilatildeo sob pressatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro) e
biohidrometaluacutergicos (biooxidaccedilatildeo de mineacuterios refrataacuterios de ouro)
- Nos processos biohidrometaluacutergicos as reaccedilotildees satildeo mediadas por microrganismos
guardadas as condiccedilotildees operacionais necessaacuterias para a atuaccedilatildeo eficaz desses
microrganismos (ie potencial redox pH temperatura concentraccedilatildeo de oxigecircnio e
nutrientes)
- Nos exemplos anteriores o preacute-tratamento do mineacuterio facilitaraacute a extraccedilatildeo do metal seja por
exemplo pela obtenccedilatildeo de uma nova fase de mais pronta dissoluccedilatildeo ou pela criaccedilatildeo de
acesso (porosidade) para os reagentes na matriz soacutelida que conteacutem o metal a ser lixiviado
A seletividade em alguns casos eacute tambeacutem melhorada
34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
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EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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42
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
43
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
44
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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34
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
As operaccedilotildees de lixiviaccedilatildeo podem ser classificadas em dois grandes grupos
- Leito Estaacutetico
- Tanques Agitados
- O primeiro inclui a lixiviaccedilatildeo in situ em pilhas (de rejeito esteacuteril ou mineacuterio)
- O segundo grupo compreende a lixiviaccedilatildeo em tanques agitados - abertos ou sob pressatildeo
- Seguem-se a essa etapa as operaccedilotildees de separaccedilatildeo soacutelido-liacutequido (ciclonagem
espessamento e filtragem) para a obtenccedilatildeo da fase aquosa ou licor (contendo o metal de
interesse)
- A eficiecircncia desta etapa eacute determinante para a minimizaccedilatildeo das perdas de metal soluacutevel na
polpa que constituiraacute o rejeito e de consumo de aacutegua nova no processo
- Por outro lado as caracteriacutesticas dos soacutelidos a serem descartados tambeacutem seratildeo
determinantes nos custos de disposiccedilatildeo do rejeito e no risco potencial de impactos ambientais
- A etapa de tratamento do licor produzido na lixiviaccedilatildeo visa agrave purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo (atraveacutes
da separaccedilatildeo de elementos provenientes da dissoluccedilatildeo da ganga e que podem afetar a etapa
posterior de recuperaccedilatildeo do metal) e agrave concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo contendo o metal dissolvido
ateacute os niacuteveis adequados agrave etapa seguinte de recuperaccedilatildeo
- O tratamento do licor envolve processos tais como precipitaccedilatildeo adsorccedilatildeo em carvatildeo ativado
ou em resinas polimeacutericas de troca iocircnica e extraccedilatildeo por solventes - SX
- Eacute importante destacar que os processos utilizados nessa etapa podem ser aplicados ao
tratamento de efluentes visando agrave concentraccedilatildeo e agrave remoccedilatildeo de contaminantes
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
- A uacuteltima etapa do fluxograma hidrometaluacutergico tem como objetivo a recuperaccedilatildeo do metal
- Este pode ser obtido a partir de um sal ou de um hidroacutexido metaacutelico (como CuSO4 Al2O3nH2O
respectivamente) atraveacutes de processos de precipitaccedilatildeocristalizaccedilatildeo ou na forma metaacutelica apoacutes
processos piro ou eletrometaluacutergicos
- No segundo caso utiliza reaccedilotildees de reduccedilatildeo em fase aquosa como a cementaccedilatildeo (reduccedilatildeo
via oxidaccedilatildeo de um metal menos nobre) a reduccedilatildeo por hidrogecircnio ou a eletrorrecuperaccedilatildeo que
por sua vez eacute o principal processo utilizado na produccedilatildeo de metais de elevada pureza
diretamente de soluccedilotildees aquosas
- O processo envolve a aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial entre caacutetodos-acircnodos imersos
em soluccedilatildeo aquosa e eacute usado na obtenccedilatildeo de cobre zinco niacutequel ouro dentre outros
- Para metais de potencial redox muito negativo (muito estaacuteveis termodinamicamente) como o
alumiacutenio a eletrorrecuperaccedilatildeo eacute realizada em banho de sais fundidos
35
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
36
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
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Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
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VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
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42
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
43
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
44
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
63 REDUCcedilAtildeO
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
63 REDUCcedilAtildeO
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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Existem dois processos baacutesicos de produccedilatildeo de cobre primaacuterio
- o processo pirometaluacutergico mais utilizado para os mineacuterios sulfetados
-e o processo hidrometaluacutergico apropriado para a extraccedilatildeo de cobre de mineacuterios oxidados de
baixo teor
Processo Pirometaluacutergico
A induacutestria de transformaccedilatildeo do cobre tem iniacutecio a partir do mineacuterio cuja extraccedilatildeo se daacute a
ceacuteu aberto ou em galerias subterracircneas Com um teor metaacutelico que varia normalmente entre
07 e 25 o mineacuterio eacute submetido agrave britagem moagem flotaccedilatildeo e secagem obtendo-se o
concentrado cujo teor de cobre contido jaacute alcanccedila 30
- O concentrado eacute entatildeo submetido ao forno flash de onde sai o mate com teor de 45 a 60
e este ao forno conversor de onde obtecircm-se o blister com 985 de cobre Dependendo da
pureza desejaacutevel para o cobre tendo em vista a sua utilizaccedilatildeo final o blister pode ser
submetido apenas ao refino a fogo onde se obteacutem cobre com 997 (anodo) ou ser tambeacutem
refinado eletroliticamente atingindo um grau de pureza de 999 (catodo)
- Os catodos satildeo submetidos ao processo de refusatildeo para obtenccedilatildeo do cobre no formato de
tarugos ou placas A partir da trefilaccedilatildeo destes tarugos produz-se os semi-elaborados de
cobre nas formas de barras perfis e tubos e atraveacutes da laminaccedilatildeo das placas satildeo produzidos
semi-elaborados nos formatos de tiras chapas e arames Se entretanto ao inveacutes da simples
refusatildeo o catodo for fundido e laminado em processo contiacutenuo obtecircm-se o vergalhatildeo a
partir do qual seratildeo fabricados os fios e cabos
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
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EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
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Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
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VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
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PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
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62 REFINARIA
(2012)
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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63 REDUCcedilAtildeO
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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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GRATO
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ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo Hidrometaluacutergico
-O processo hidrometaluacutergico eacute uma rota tecnoloacutegica apropriada para a extraccedilatildeo de cobre de
mineacuterios oxidados silicatados bem como aos sulfetados de baixo teor e aos rejeitos natildeo
susceptiacuteveis de concentraccedilatildeo fiacutesica
- O processo hidrometaluacutergico consiste em linhas gerais em lixiviar o mineacuterio moiacutedo com
solventes adequados sendo o mais utilizado o aacutecido sulfuacuterico obtendo-se soluccedilotildees ricas em
Cobre
Segue-se a filtragem da soluccedilatildeo e a precipitaccedilatildeo do metal atraveacutes de concentraccedilatildeo (utilizando-
se ferro) de aquecimento ou por eletroacutelise
- A concentraccedilatildeo do cobre das soluccedilotildees da lixiviaccedilatildeo eacute realizada pelo processo de
cementaccedilatildeo com ferro com formaccedilatildeo de cobre cementado que eacute levado
posteriormente para o refino pirometaluacutergico e pelo de extraccedilatildeo de solventes
- A recuperaccedilatildeo do cobre eacute feita pela eletrodeposiccedilatildeo
- A operaccedilatildeo conjunta de extraccedilatildeo por solventes (Solvent Extraction) e eletrodeposiccedilatildeo
(Eletrowinning) para a obtenccedilatildeo do cobre refinado eletroliacutetico de pureza 999 Cu eacute conhecida
como processo SX-EW
A Biopurificaccedilatildeo ou Biolavagem (bioleaching) eacute um processo de beneficiamento bioloacutegico que
utiliza bacteacuterias para a purificaccedilatildeo do metal Transforma elementos toacutexicos em substacircncias
inofensivas tornando possiacutevel a exploraccedilatildeo de reservas de cobre contendo arsecircnico e
enxofre
Posteriormente o cobre eacute refinado por processo de eletroacutelise resultando nos caacutetodos de alta
pureza Eacute um sistema simples e de baixo custo que opera em menor escala propiciando o
aproveitamento de pequenos depoacutesitos
ETAPAS DA HIDROMETALURGIA
Processo SX-EW
O processo SX-EW ao contraacuterio do processo pirometaluacutergico que eacute utilizado haacute 6000 anos foi
desenvolvido haacute apenas cerca de 25 anos Neste periacuteodo sua utilizaccedilatildeo vem crescendo
largamente devido agraves facilidades de aproveitamento de depoacutesitos oxidados de baixo teor
partindo-se diretamente do mineacuterio e obtendo-se o catodo com teor 999 de cobre sem
necessitar de fundiccedilatildeo e refinaria
- Aleacutem do menor custo de produccedilatildeo do cobre obtido pelo processo SX-EW podem ser citadas
vantagens relativas ao meio ambiente visto que natildeo haacute emissatildeo de gases poluentes
- No processo pirometaluacutergico a etapa de fundiccedilatildeo tem como subproduto gaacutes com enxofre
sendo por este motivo necessaacuteria a existecircncia de planta acoplada para produccedilatildeo de aacutecido
sulfuacuterico a partir deste gaacutes
- Outra vantagem do processo SX-EW eacute o reaproveitamento de mineacuterios de baixo teor natildeo
aproveitados pelos processos tradicionais de concentraccedilatildeo
O investimento no processo SX-EW eacute cerca de 30 superior ao processo tradicional poreacutem a
maior desvantagem refere-se agrave dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e
prata que tambeacutem se apresentam em menores teores nos mineacuterios oxidados Neste caso satildeo
necessaacuterias instalaccedilotildees adicionais de neutralizaccedilatildeo e cianetaccedilatildeo que geralmente natildeo
apresentam viabilidade econocircmica enquanto no processo tradicional estes subprodutos satildeo
obtidos diretamente na lama anoacutedica na etapa de refino eletroliacutetico do cobre
- Em termos de escala o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade podendo-se operar
economicamente plantas de ateacute 30000 tano de cobre contido No processo pirometaluacutergico a
escala miacutenima atualmente utilizada eacute de 200000 tano
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EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
42
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
61 MINERACcedilAtildeO
43
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
61 MINERACcedilAtildeO
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
62 REFINARIA
44
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
62 REFINARIA
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
62 REFINARIA
(2012)
45
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
63 REDUCcedilAtildeO
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
63 REDUCcedilAtildeO
46
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
63 REDUCcedilAtildeO
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
GRATO
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
37
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE Eacute a transferecircncia de iacuteons especiacuteficos de uma soluccedilatildeo pouco concentrada para outra mais concentrada por
meio do fenocircmeno de um soluto se distribuir entre dois solventes imisciacuteveis em contato
- A extraccedilatildeo por solvente eacute executada para se atingir o objetivo de separaccedilatildeo ndash pois a lixiviaccedilatildeo natildeo eacute tatildeo
seletiva quanto se deseja e a presenccedila de iacuteons nocivos no procedimento extrativo demanda medidas
adicionais de purificaccedilatildeo da soluccedilatildeo aquosa
- Paralelamente esse processo abre a possibilidade de se efetuar o enriquecimento de soluccedilotildees diluiacutedas ndash fato
muito importante pois abre a possibilidade de se trabalhar com volumes reduzidos de soluccedilatildeo isso significa
(i) menores investimentos em capital (com a supressatildeo da compra de mais equipamentos ou equipamentos
maiores ou mais potentes1) e (ii) maior produtividade no procedimento extrativo
- Na extraccedilatildeo por solvente a soluccedilatildeo aquosa eacute colocada em contato com um solvente orgacircnico especiacutefico
Nesse contato o metal de valor transfere-se da soluccedilatildeo aquosa inicial (lixiacutevia) para o solvente (o solvente
lsquocarregadorsquo lsquoricorsquo leva o nome de extrato)
- Na sequumlecircncia haacute um novo contato com uma segunda soluccedilatildeo aquosa (final) para a qual ele passa Dela ele
seraacute normalmente extraiacutedo por meio de um outro processo
O liacutequido intermediaacuterio ndash uma fase orgacircnica insoluacutevel nas duas fases aquosas ndash eacute escolhido por ser uma
substacircncia onde o metal desejado possui alta solubilidade Como resultado ndash tomando-se os cuidados para
que a soluccedilatildeo aquosa final seja de pequeno volume ndash obteacutem-se uma soluccedilatildeo aquosa com uma concentraccedilatildeo
dos iacuteons do metal de valor mais elevada e livre dos iacuteons nocivos
- A transferecircncia do soluto entre a lixiacutevia e a fase orgacircnica eacute chamada de extraccedilatildeo e a sua transferecircncia dessa
para a soluccedilatildeo aquosa final chama-se esgotamento (stripping na literatura inglesa) a soluccedilatildeo aquosa inicial
torna-se o rafinado agrave medida que dela se extrai o soluto e a fase orgacircnica contendo o metal de valor o
extrato Figura 1
EXTRACcedilAtildeO POR SOLVENTE
- Os mecanismos de transferecircncia de metais da fase aquosa para a orgacircnica podem ser de
vaacuterios tipos contudo como os metais existem na soluccedilatildeo aquosa normalmente na forma iocircnica dois preacute-
requisitos baacutesicos devem ser preenchidos
(i) a neutralizaccedilatildeo da carga do iacuteon
(ii) a troca da (possiacutevel) aacutegua de solvataccedilatildeo por ligaccedilotildees do tipo covalente (mesmo espeacutecies que
consideramos ser do tipo lsquosimplesrsquo satildeo de fato por causa disso muito mais complexas o caacutetion Fe3+ por
exemplo eacute na realidade Fe(H2O)6 3+ )
- Desse modo a espeacutecie quiacutemica portadora do metal perde a semelhanccedilalsquo com a aacutegua (fator que provoca a
diminuiccedilatildeo da sua solubilidade na fase aquosa) ficando mais proacutexima do tipo de substacircncia que compotildee o
solvente orgacircnico aumentando consequumlentemente a probabilidade de nele se dissolver A dissoluccedilatildeo
propriamente dita se efetua por algum dos seguintes mecanismos
1048707 por formaccedilatildeo de um composto coordenado sem carga
1048707 por troca iocircnica ou
- um exemplo do primeiro tipo eacute a extraccedilatildeo do alumiacutenio com aminas (R eacute 8-Hidroxiquinolina)
Al(H2O)6 3+ + 3 R = Al(R)3 + 3 H+ + 6 H2O
- um exemplo do segundo caso eacute a extraccedilatildeo do Zn por meio do aacutecido versaacutetico
2 R1R2CH3COCOOH + Zn2+ = (R1R2CH3COCOO)2Zn + 2 H+
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Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
41
Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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42
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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61 MINERACcedilAtildeO
43
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
61 MINERACcedilAtildeO
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
62 REFINARIA
44
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
62 REFINARIA
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
62 REFINARIA
(2012)
45
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
63 REDUCcedilAtildeO
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
63 REDUCcedilAtildeO
46
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
63 REDUCcedilAtildeO
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
63 REDUCcedilAtildeO
47
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
Prof Mauricio Peres Fundamentos de Metalurgia
Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
GRATO
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Metalurgia Extrativa de Metais Natildeo-Ferrosos
38
Ligas de Alumiacutenio
- O Alumiacutenio eacute pouco denso (27gcm3 13 da densidade de accedilo)
- O alumiacutenio eacute o metal mais abundante na crosta terrestre
- Oacutetimo Condutor de Temperatura e Eletricidade
- Resistente agrave Corrosatildeo e agrave Oxidaccedilatildeo
- Possui Alta Ductilidade em Funccedilatildeo de sua Estrutura CFC
- A maior Limitaccedilatildeo eacute a Baixa Temperatura de Fusatildeo (660degC) Resistecircncia agrave Fluecircncia
- Resistecircncia Mecacircnica pode ser Aumentada atraveacutes de ligas com Cu Mg Si Mn e Zn
- Novas Ligas com Mg e Ti tem Aplicaccedilatildeo na Induacutestria Automobiliacutestica Reduzindo o Consumo a partir de Reduccedilatildeo do
Peso
- De 1976 a 1986 o peso meacutedio dos automoacuteveis caiu cerca de 16 devido agrave reduccedilatildeo de 29 do uso de accedilos
ao aumento de 63 no uso de ligas de Al e de 33 no uso de poliacutemeros e compoacutesitos
Tecnologia da Produccedilatildeo de Alumiacutenio
- O alumiacutenio natildeo eacute encontrado diretamente em estado metaacutelico na crosta terrestre
- O processo de obtenccedilatildeo de alumiacutenio primaacuterio divide-se em trecircs etapas
- Mineraccedilatildeo
- Refinaria (Produccedilatildeo de Alumina)
- Reduccedilatildeo por Eletroacutelise Iacutegnea
Os mineacuterios de alumiacutenio devem apresentar no miacutenimo 30 de alumina aproveitaacutevel para que a produccedilatildeo de
alumiacutenio seja economicamente viaacutevel
As Bauxitas Brasileiras estatildeo entre as mais ldquoRICASrdquo
- A Bauxita o mais importante mineacuterio de alumiacutenio conteacutem cerca de 40-60 de Al2O3
sendo o resto uma mistura de siacutelica e de vaacuterios oacutexidos de ferro e dioacutexido de titacircnio
- Essa eacute a bauxita denominada bauxita grau metaluacutergico cujas especificaccedilotildees satildeo as
seguintes miacutenimo de 55 de Al2O3 maacuteximo de 7 de SiO2 reativa 8 de Fe2O3 e 4 de
TiO2
- A alumina deve ser purificada antes de poder ser transformada em Alumiacutenio Metaacutelico
- No processo Bayer a bauxita eacute lavada com uma soluccedilatildeo a quente de NaOH a 250degC
sob Pressatildeo
- Isto converte a alumina em hidroacutexido de alumiacutenio Al(OH)3 que se dissolve na
soluccedilatildeo de acordo com a equaccedilatildeo quiacutemica
Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O rarr 2 [Al(OH)3]-
- Como os outros componentes da bauxita natildeo se dissolvem estes podem ser filtrados
como impurezas soacutelidas
- Depois a soluccedilatildeo de hidroacutexido eacute resfriada e o hidroacutexido de alumiacutenio dissolvido precipita-
se em um soacutelido branco
- Em seguida eacute aquecido agrave 1050degC (Calcinaccedilatildeo)
- o Hidroacutexido de Alumiacutenio se decompotildee em alumina liberando
vapor de aacutegua no processo
2 Al(OH)3 rarr Al2O3 + 3 H2O
39
VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
bull Al2O3(s) + AlF3(s) + 3 NaF(s)
Na3AlF6 (Criolita)
Ponto de Fusatildeo 900oC
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
obtiveram Al metaacutelico
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio primaacuterio 3 etapas MINERACcedilAtildeO REFINARIA REDUCcedilAtildeO
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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
Extrusatildeo
Perfis de Alumiacutenio
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VERSAtildeO II A refinaria eacute a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada
Resumo do Processo Bayer
1) Dissoluccedilatildeo da Alumina em Soda Caacuteustica (NaOH)
2) Filtraccedilatildeo da Alumina Dissolvida para Separar do Material Soacutelido (Oacutexidos de Fe Si e Ti)
3) O Filtrado eacute Concentrado para a Cristalizaccedilatildeo da Alumina (Resfriamento)
4) Os Cristais satildeo Secados e Calcinados para Eliminar a Aacutegua (Molecular)
5) O Poacute Branco de Alumina Pura eacute Enviado agrave Reduccedilatildeo
6) Na Reduccedilatildeo ocorre o Processo Conhecido como ldquoHall-Heacuteroultrdquo por meio da Eletroacutelise
Iacutegnea para Obtenccedilatildeo do Alumiacutenio Metaacutelico
Pode-se mostrar que a produccedilatildeo de uma tonelada de alumiacutenio primaacuterio a partir de uma Bauxita
que apresentar um teor de 40 de Al2O3 gera em torno de 40 toneladas de Rejeito (Lama
Vermelha)
- O consumo de eletricidade para a produccedilatildeo de alumiacutenio eacute altamente intensivo poreacutem vem
decrescendo sistematicamente (enquanto em 1940 a induacutestria consumia 24000 KWht as
modernas fundiccedilotildees de hoje consomem 13000 KWht)
- Em termos dos volumes utilizados na sequumlecircncia de obtenccedilatildeo do alumiacutenio satildeo necessaacuterias
aproximadamente 23 t de bauxita para a produccedilatildeo de 1 t de alumina e 195 toneladas de
alumina satildeo necessaacuterias para produzir 1 tonelada de alumiacutenio no processo de reduccedilatildeo
(Se considerarmos uma Bauxita com aproximadamente 55 de Oacutexido de Al contido)
40
PROCESSO DE REDUCcedilAtildeO (HALL - HEacuteROULT)
1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
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bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
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Produccedilatildeo do Alumiacutenio
- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
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Os produtos laminados a frio mais finos (folhas) com espessura de
ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
lubrificaccedilatildeo entre elas
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1- A alumina eacute dissolvida em um banho de sais fundido em baixa tensatildeo decompondo-se em
oxigecircnio e alumiacutenio metaacutelico liacutequido
2 - O oxigecircnio se combina com o acircnodo (+) de carbono desprendendo-se na forma de dioacutexido
de carbono
3 ndash O Alumiacutenio liacutequido se precipita no fundo da cuba eletroliacutetica (Catodo -)
3 - O metal liacutequido (Alumiacutenio Primaacuterio) eacute transferido para a refusatildeo em fornos de cadinhos para
o ajuste das composiccedilotildees
4 ndash Em satildeo produzidos os lingotes e as placas (Ligas de Al) e os tarugos (Alumiacutenio Primaacuterio)
bull Porque natildeo Reduzir o Al+3(aq)
bull Al+3(aq) + 3 e- Al(s) Eo = -166 V
bull 2 H2O(l) + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq) E
o = -083 V (A Reduccedilatildeo da Aacutegua eacute favorecida)
bull Bauxita = Al2O3(s) impuro (Ponto de Fusatildeo = 2045oC)
bull Soluccedilatildeo para Este Problema
bull 1 Abaixar o Ponto de Fusatildeo
bull 2 Realizar Eletroacutelise Iacutegnea
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- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
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3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
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ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
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PROCESSOS DE CONFORMACcedilAtildeO MECAcircNICA Laminaccedilatildeo
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- AlF63ndash + 3 endash Al + 6 Fndash Catodo (Reduccedilatildeo)
- 2 Al2OF62ndash + C(s) + 12 Fndash + 4 AlF6
3ndash + CO2 + 4 endash Anodo
- 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2 Reaccedilatildeo Global
Hall e Heroult misturaram em torno de 5 de alumina num banho formado por criolita e
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ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
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ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
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ateacute 0005 mm satildeo produzidos em laminadores especiacuteficos que
concebem o processo de laminaccedilatildeo de folhas duplas com
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