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COBRE

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LIGAS DE COBRE

Eduardo Manuel Silva Domingues – 21170432

João Pedro Raimundo – 21170477

Instituto Superior de Engenharia de Coimbra

Departamento de Engenharia Mecânica

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Origem do cobre

O Cobre foi o primeiro metal a ser usado pelohomem. Acredita-se que por volta do ano 13.000A.C. tenha sido encontrado à superfície da Terra emforma de "cobre nativo", o metal puro em seuestado metálico.

Por volta do ano 6000 A. C. deu-se odescobrimento do Cobre e seu uso foi-seestendendo ao longo do tempo, onde a suautilização passou a ser bem mais amplavariando desde os utensílios domésticos atéas armas de guerras. Segundo oshistoriadores, a primeira idade do Cobreteve seu maior desenvolvimento no Egipto.

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O Cobre alcançou sua real dimensão de metal imprescindívelpara o desenvolvimento industrial do mundo em 1831,quando Faraday descobriu o gerador eléctrico, e desde essemomento este metal cresceu de uma forma notável.

Origem do cobre

Durante grande parte do século XIX a Grã-Bretanha foi o maior produtor deCobre do mundo, mas a importância que o metal vermelho foi adquirindo acada dia motivou a abertura de novas minas em outros países, tais como,os Estados Unidos, o Chile, o Brasil e posteriormente em África.

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Origem do cobre

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Os minerais de cobre podem dividir-se em três grupos distintos.

O 1º grupo depositados a grande profundidade de origem ígnea ou magma,que são a bornite (Cu5FeS4), calcopirite (CuFeS2), enargite (Cu3As5S4).

O 2º grupo é composto por minerais de cobre oxidado resultante da erosãode sulfuretos de cobre. Neste grupo destacam-se os minerais cuprite (Cu2O),malaquite (CuCO3Cu(OH)2), azurite (2CuCO3Cu(OH)2) e crisocola(CuSiO32H2O).

O 3º grupo é constituído por minerais resultantes da erosão de sulfuretos decobre, tais como a calcocite (Cu2S) e a covelite (CuS).

Os minerais com maior interesse comercial são a calcocite (Cu2S), que possui79,8 % de cobre, e a calcopirite (CuFeS2) com 34,5 % de cobre.

A Exploração de cobre em profundidade é menos comum, devido aos seuselevados encargos.

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Actualmente em Portugal temos a maior mina decobre da Comunidade Europeia localizada nocomplexo mineiro de Neves Corvo que começou aoperar em 1988 e produz, anualmente, cerca de340 mil toneladas de concentrado de cobre e 2mil toneladas de concentrado de estanho,empregando mais de 800 pessoas.

Origem do cobre

Os principais minerais metálicos na mina de Neves Corvo.

Pirite (FeS2)Dureza - 6,0 a 6,5Densidade - 5,0 a 5,2Brilho - metálicoCor - amarela de latão, pálida Risca - negra verdosa a acastanhadaHábito - cúbico com faces estriadasFractura - irregular a conchoidalUso - É usado no fabrico de ácido sulfúrico. Pequenos cristais são usados em joalharia, sob a designação de marcassites.

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Calcopirite (CuFeS2) Dureza - 3,5 a 4,0Densidade - 4,1 a 4,3Brilho - metálicoCor - amarela de latão a amarelo-dourada Risca - negra, verdosaHábito - esfenoédrico; frequentemente maciça.Uso - principal minério de cobre.

É o mais comum dos minérios de chumbo.Cristaliza no sistema cúbico, quase sempre emoctaedros. Tem cor de chumbo, com um lustrometálico e densidade 7,5. É geralmenteencontrada em companhia de quartzo blenda efluorita. Serve para extracção da prata, pois deuma forma geral acompanha este metal.

Galena ou sulfeto de chumbo (PbS)

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Origem do cobre

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Processo de Extracção

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VÍDEO

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A produção do cobre começa com a extracção do mineral. Esta pode serrealizada a céu aberto ou em galerias subterrâneas; este últimoprocedimento, minoritário, consiste em filtrar ácido sulfúrico na mina decobre bombeando, posteriormente, para a superfície as soluções ácidasricas em cobre.O mineral extraído por métodos mecânicos, óxidos e sulfetos, é trituradoobtendo-se um pó que contém usualmente menos de 1% de cobre. Estedeverá ser enriquecido ou concentrado obtendo-se uma pasta comaproximadamente 15% de cobre que, posteriormente, é secado. A partirdeste ponto pode-se utilizar outros métodos.

Processo de Extracção

O mineral é transladado a um tanque de lixiviado no qual se filtra ácidosulfúrico diluído obtendo-se uma solução fraca de sulfato de cobre, do qualse obtém o cobre cátodo, por electrólise, procedimento denominadoSX/EW (Solution Extraction/Electrowinning). Com o mineral enriquecido seprepara um misto, adicionado os fundentes necessários de base sílica parasulfetos e sulfetos para óxidos, que fundido produz o cobre blister. Este érefinado através de procedimentos térmicos obtendo-se ânodos de cobreque, por sua vez, se refinam por electrólise usando-os junto a lâminas mãede cobre como cátodo em meio ácido.

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Os tipos de cobre puro usualmente obtidos são os seguintes:

Cobre tenaz (Tough-Pitch, TP) - com conteúdo de oxigénio controlado,destinado para aplicações eléctricas, já que é um cobre de altacondutibilidade (>100% IACS).

Cobre desoxidado (Desoxided Phospor, DP) - normalmente não são cobresde alta condutibilidade, sendo utilizado onde a propriedade eléctrica não éimportante como por exemplo as caldeiras.

Cobre isento de oxigénio (Oxigen Free, OF) - é o de maior qualidade, o maiscaro e o menos utilizado. É de alta condutibilidade eléctrica.

O Cobre cátodo obtido pelo processo de electrólise apresenta uma purezaentre superior a 99,99% e é usado na fabricação de diferentes tipos decobre comercial.

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Processo de Extracção

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Número atómico Z = 29Massa atómica M = 63.546Massa volúmica ρ = 8940 kg/m3

Ponto de fusão 1083 º CPonto de ebulição 2595 º CCondutibilidade eléctrica (20ºC) 620000 S/cm³Condutibilidade térmica (20ºC) λ = 400 W/m.KResistividade eléctrica (20ºC) ρ = 1.7241 μΩ.cmCapacidade térmica molar (25ºC) c = 24,47 J/mol.KElectronegatividade 1.90Estrutura electrónica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4d10 4s1

PROPRIEDADES

FÍSICAS

O cobre tem como principais propriedades, uma baixa dureza, altaductilidade, tenaz com alta condutibilidade térmica e eléctrica, boaresistência à corrosão, ou seja é um material que tem uma boa resistênciamecânica e bastante maleável.

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Estado de Fornecimento

Resistência à Tracção (MPa)

Alongamento(%)

Dureza(HB)

Recozido 70 45 40

½ Duro 250 14 80

Duro 320 6 190

MECÂNICAS

PROPRIEDADES

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QUÍMICAS

PROPRIEDADES

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• A água não exerce qualquer acção sobre o cobre, qualquer que seja a temperatura.

• O Ar provoca a oxidação do cobre, sendo conhecido como “verdete”.

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Recozimento - resulta em recristalização, e, em casos de tempoprolongado e/ou temperatura elevada, crescimento de grão.

Tratamento térmico de alívio de tensões - para evitar corrosão sobtensão acarretada por tensões residuais. É realizado em temperaturasinferiores à temperatura de recristalização.

Homogeneização - para dissolver segregação de elementos emdeterminados locais e promover, por difusão, distribuição uniforme portodo o material. As ligas que exigem esse tipo de tratamento contêmníquel e estanho.

Tratamento de solubilização e endurecimento por precipitação - aplica-se a um determinado grupo de ligas de cobre, nomeadamente (Cu-Be).Estas ligas contêm até 2 % de berílio e podem apresentar tambémpequenos teores de níquel, cobalto ou crómio.

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TIPOS DE TRATAMENTOS TÉRMICOS

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Perfis disponíveis

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APLICAÇÕES

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Engenharia

Electrónica

Energias

Meios de Transporte

Saúde

Cultura

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LIGAS DE COBRE

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cobre

O cobre é normalmente usado sobe a forma pura, mas também pode sercombinado com outros metais, para produzir uma enorme variedade deligas. Cada elemento adicionado ao cobre permite obter ligas comdiferentes características tais como: maior dureza, resistência a corrosão,resistência mecânica, maquinação ou até para obter uma cor especial paracombinar com certas aplicações.

LIGAS DE COBRE

Latões → Ligas de Cu-Zn

Bronze → Ligas de Cu-Sn

Cuproníquel → Ligas de Cu-Ni

Cuproaluminio → ligas de Cu-Al

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cobre

LIGAS DE COBRE

LATÃO (Cu-Zn)

O Zinco:

• Aumenta a resistência mecânica, a dureza e a ductilidade

• Diminui a resistência à corrosão, a condutibilidade, e a densidade o seu custo é menor

Zinco varia de 5% a 45%

Esta liga é utilizada em moedas, medalhas, radiadores de automóvel, ferragens.

As ligas de cobre mais utilizadas na indústria e em aplicações comerciais sãoos chamados latões, denominação tradicionalmente aplicada às ligas dosistema cobre-zinco

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LATÃO (Cu-Zn)

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LIGAS DE COBRE

LATÃO (Cu-Zn)

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LIGAS DE COBRE

Esta liga é utilizada em chumaceiras tubos flexíveis, torneiras, válvulas, buchas, engrenagens, etc.

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Bronze (Cu-Sn)

As ligas cobre-estanho, são as ligas metálicas utilizadas há mais tempo pela humanidade, pois a chamada Idade do Bronze antecede a Idade do Ferro.

À medida que aumenta o teor de estanho,aumenta a dureza e as propriedadesrelacionadas com a resistência mecânica,sem perda da ductilidade. Estas ligas emgeral podem, ser trabalhadas a frio, o quemelhora a dureza e os limites deresistência à tracção. As propriedades sãomelhoradas quando adicionadas até 0,40%de fósforo, tendo como funçãodesoxidante.

Estanho pode chegar até 20%

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DESIGNAÇÃO

COMERCIAL

COMPOSIÇÃO QUÍMICA PROPRIEDADES

CB1 Cu (83%) - Sn (7%)

Pb (7%) - Zn (3%)

Material semi-duro, resistente

à corrosão e à água salgada.

CB3 Cu (88%) - Sn (12%)

CB4

Cu (80%)

Sn (10%)

Pb (10%)

Material com alto teor de

chumbo, resistente à maior

parte dos ácidos e abrasivos e

com excelentes qualidades

anti-fricção.

CB5 Cu (88.3%)

Sn (11%) - P (0,7%)

Material muito duro e com

alto teor de fósforo

CB63 Cu (80%) - Al (10%)

Fe (5%) - Ni (5%)

Material extremamente duro e

tenaz com alta resistência

estática e dinâmica.

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Bronze (Cu-Sn)

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Bronze (Cu-Sn)

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cobre

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Esta liga é utilizada: na indústria química, na indústria naval e fabricaçãode moedas.

Cuproníquel (Cu-Ni)

A denominação de cuproníquel aplica-se às ligas constituídas essencialmente porcobre e níquel. Estas ligas caracterizam-se por apresentarem, em qualquertemperatura solubilidade sólida total, ou seja, em qualquer temperatura o níquel écompletamente solúvel no cobre.Apresenta elevada resistência à corrosão, elevada rigidez.

Níquel pode variar

de 2 a 44%

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Cuproníquel (Cu-Ni)

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cobre

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Esta liga é utilizada: em engrenagens, órgãos de máquinas, arquitectura e decoração

Cuproaluminio (Cu-Al)

O diagrama de fases Cu-Al de ummodo geral apresenta muitassemelhanças com o diagrama Cu-Zn. A solubilidade do alumínio nocobre é relativamente alta e parateores mais elevados de alumínioformam-se diversos tipos decompostos intermetálicos.

O alumínio não excede

os 12%

Os cuproaluminios são caracterizados por uma elevada resistência asdiferentes formas de corrosão marítima, erosão, cavitação, aliada ascaracterísticas mecânicas que se aproximam aos de alguns aços de construção.

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Cuproaluminio (Cu-Al)

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www.procobrebrasil.org

http://pt.wikipedia.org/wiki/Cobre

http://cuivre.org/

www.contibronzes.com

Bibliografia Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais William F. Smith

Mc. GrawHill

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