Tecnologia Metalúrgica - jorgeteofilo.files.wordpress.com · reconhecidamente, de elevado impacto...
Transcript of Tecnologia Metalúrgica - jorgeteofilo.files.wordpress.com · reconhecidamente, de elevado impacto...
28/03/2018
1
28/03/2018 08:07
Tecnologia Metalúrgica
Prof. Dr. Jorge Teófilo de Barros Lopes
Universidade Federal do Pará
Instituto de Tecnologia
Campus de Belém
Curso de Engenharia MecânicaTECNOLOGIA METALÚRGICA
28/03/2018 08:07
Capítulo I
Universidade Federal do Pará
Instituto de Tecnologia
Introdução
Campus de Belém
Curso de Engenharia MecânicaTECNOLOGIA METALÚRGICA
28/03/2018
2
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
➢ Idade da Pedra – o homem depende do uso de
ferramentas feitas de pedra para a sobrevivência -
milhares de anos.
➢ Armamentos feitos de ossos de animais, madeiras,
pedras lascadas de quartzo ou sílex configuravam os
principais avanços para auxiliar os homens na época.
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
➢ Uma dos principais descobertas do homem nesse
período: manipulação do fogo para cozinhar os
alimentos, espantar animais de grande porte e iluminar
locais escuros.
28/03/2018
3
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
➢ Idade dos Metais - período que caracteriza o fim da
Idade da Pedra - marcado pelo início da fabricação de
ferramentas e armas de metal – inicia antes do 5º
milênio a.C.
➢ O ser humano começava a dominar, ainda que de
maneira rudimentar, a técnica da fundição.
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
➢ Primeiros metais usados utilizados como matéria
prima: cobre, estanho, bronze, ouro e prata, dentre
outros - metais cuja fusão é mais fácil e, talvez, porque
às vezes aparecem em forma de pepitas de metal
nativo.
28/03/2018
4
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
➢ 400 anos antes da Era Cristã - os egípcios recuperavam
ouro a partir de depósitos aluvionares, usando
processos gravíticos.
➢ O ouro sempre acompanhou a civilização e era usado,
inicialmente, como adorno e decoração, mas foi o rei
Croesus de Lídia (região da atual Turquia), em 541
a.C., quem primeiro cunhou moedas de ouro.
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
➢ A partir do século XVIII - descoberta da máquina a
vapor (início da Revolução Industrial) - ocorreram
inovações significantes na área de tratamento de
minérios.
➢ Metade do século XIX (1864) - o emprego do
tratamento de minérios se limitava praticamente
àqueles do ouro, cobre nativo e chumbo.
➢ Grande desenvolvimento na área de beneficiamento de
minérios - final do século XIX e início do século XX,
com a utilização industrial da flotação (Austrália,
1905), a inovação mais importante.
28/03/2018
5
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
➢ Avanços significativos do ponto de vista tecnológico
(LUZ et al.) - ocorreram em função do
desenvolvimento de design de equipamentos maiores e
mais produtivos e eficientes (1940-1970), à otimização
de processos através de automação e computação
(1970-1990), e à racionalização do uso de energia nos
anos de 1970.
➢ Atividades de mineração e metalurgia – são,
reconhecidamente, de elevado impacto ambiental –
necessidade de fiscalização.
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
➢ Mineração - o enorme tamanho de algumas operações,
a quantidade de carga movimentada e os rejeitos
gerados têm representado um risco a diversas regiões e
populações, eventualmente afetadas por acidentes e
mecanismos ineficientes de deposição e
monitoramento.
➢ Casos mais recentes: rompimento das barragens de
dejetos provenientes da mineração exploradas pela
empresa Samarco (Mariana/MG); vazamento de
resíduos nas localidades próximas à mineradora Hydro
Alunorte (Barcarena/PA).
28/03/2018
6
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
Carros e destroços de casas em meio a lama, após o rompimento de barragem
de rejeitos da mineradora Samarco no Distrito de Bento Rodrigues, Minas
Gerais.
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
Além de comprovado o vazamento, foi constatado também que a mineradora
fazia uso de uma tubulação clandestina, onde despejava material tóxico em
um braço de rio de Barcarena.
28/03/2018
7
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
➢ Depois de importantes ciclos de alta e investimentos,
os setores enfrentam atualmente um dos períodos mais
difíceis dos últimos vinte anos, com queda abrupta de
preços e redução das margens de rentabilidade de suas
operações.
➢ As novas tecnologias estão sendo adotadas para
otimização, controle e automação de operações e
viabilização de novos empreendimentos de Mineração
e Metais, lavra e transformação mineral
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.2 Escassez de Metais
➢ Os minerais possíveis de serem utilizados pela
indústria se encontram distribuídos de maneira escassa
na crosta terrestre, formando depósitos nem sempre
exploráveis economicamente.
➢ Jazimento ou jazida mineral: depósitos de minerais
com concentrações e quantidades que permitam um
aproveitamento econômico.
➢ Depósito mineral: minerais depositados em
concentrações e quantidades que não apresentam
interesse econômico.
28/03/2018
8
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.2 Escassez de Metais
➢ Conceito de aspecto circunstancial - dependendo da
conjuntura político-econômica, a exploração de um
depósito mineral pode se tornar viável → jazida
mineral.
➢ Preço de mercado de um metal - condicionado a um
grande número de variáveis: frequência da ocorrência
na crosta terrestre, complexidade na lavra e
beneficiamento, distância do mercado consumidor,
dentre outras.
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.2 Escassez de Metais
➢ Existe uma crescente influência de minerais sobre toda
e qualquer atividade de desenvolvimento de um país -
com o aumento das populações, cada dia se necessita
de maior quantidade de matéria-prima para atender a
crescentes necessidades do ser humano.
➢ Baseados nestes fatos é fácil concluir que brevemente
o ser humano enfrentará uma série crise de matérias-
primas, alimentação, água, energia dentre outros.
28/03/2018
9
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.3 Relevância Tecnológica dos Metais
➢ Os metais ocupam uma posição mandatória no
desenvolvimento industrial e tecnológico da era
moderna.
➢ Constituem-se no pilar essencial de importantíssimos
segmentos produtivos: indústrias de veículos, máquinas
de bens de capital, indústria naval entre outras.
➢ Significativos desenvolvimentos nos campos dos
polímeros e cerâmicos não substituem os metais e suas
ligas numa amplíssima gama de aplicações,
particularmente como materiais de construção mecânica
e estrutural, devido a sua excelente combinação de
propriedades mecânicas, elétricas e térmicas.
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.3 Relevância Tecnológica dos Metais
➢ Propriedades como resistência mecânica, resiliência,
condutibilidades elétrica e térmica, ferromagnetismo,
elasticidade e, principalmente, plasticidade, fazem com
que esses materiais apresentem uma alta relação
desempenho/custo.
➢ Por exemplo: o aço representa em torno de 80% da
produção mundial de metais, pois possui alta
versatilidade em termos de ligas metálicas, grande
aplicações tecnológicas.
28/03/2018
10
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.4 Crosta Terrestre
➢ Com exceção dos metais nativos, como o ouro, a prata e
o cobre, dentre outros, todos os outros metais são obtidos
pela “quebra” de compostos, geralmente óxidos e
sulfetos encontrados em minérios.
➢ Tais minérios, constituem-se em recursos naturais não
renováveis, e são quase que totalmente extraídos da
crosta terrestre, isto é, da sua quarta parte continental, já
que o restante encontra-se submerso pelos oceanos.
➢ Crosta terrestre: ocupa apenas 0,3% da massa do planeta,
é a sua única parte sólida e se caracteriza pela relativa
pobreza como fonte de suprimento metálico.
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.4 Crosta Terrestre
Corte Esquemático e Simplificado do Planeta Terra
28/03/2018
11
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.4 Crosta Terrestre
➢ Quase a metade da crosta terrestre é formada por
oxigênio, ao passo que cerca de uma quarta parte é
formada por silício.
➢ Em decorrência deste fato, aproximadamente 3/4 da
crosta terrestre são formados por diferentes combinações
químicas destes elementos, tais como sílica e silicatos,
tornando-a rica de matérias-primas vítreas e cerâmicas.
➢ Dois metais incidem significativamente na crosta
terrestre: o alumínio com 8% e o ferro com 5%.
➢ 99% da crosta terrestre são constituídos por apenas nove
elementos, pela ordem: oxigênio, silício, alumínio, ferro,
cálcio, sódio, potássio, magnésio e titânio.
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.4 Crosta Terrestre
Os elementos mais ocorrentes na crosta terrestre.
28/03/2018
12
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.5 Exaustão metálica
➢ A retirada secular de metais da crosta terrestre, em
função da necessidade de viabilizar o desenvolvimento
tecnológico e industrial, começaram a atingir níveis
predatórios a partir da revolução industrial.
➢ Com o aumento em larga escala do consumo mundial de
metais, a escassez desses materiais começa a atingir
níveis preocupantes.
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.5 Exaustão metálica
Consumo mundial de metais (DNPM, Sumário Mineral 2015, v.35).
28/03/2018
13
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.5 Exaustão metálica
Consumo global de cobre – Tendência (Informações e Análises da Economia Mineral Brasileira – 7ª Edição).
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.5 Exaustão metálica
Produção mundial de alguns metais em t/ano (http://minerals.er.usgs.gov/minerals/).
28/03/2018
14
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.5 Exaustão metálica
Evolução da produção de aço no mundo, entre 1950 a 2010 (Instituto Aço Brasil, ABM, maio, 2011.
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.5 Exaustão metálica
➢ O setor mineral mundial movimenta bilhões de dólares
anualmente. No Brasil, a balança comercial do setor
mineral obteve um saldo médio entre 2012 e 2014
superior a 23 bilhões de dólares (Tabela).
28/03/2018
15
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.5 Exaustão metálica
➢ No início do século passado, uma reserva com 3% de
cobre incidente era considerada antieconômica, ao passo
que hoje já se começa a explorar reservas com apenas
0,5%, utilizando-se sofisticados processos biológicos,
através da lavagem de rochas com bactérias fixadoras do
metal.
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.6 Prazos de Exaustão
➢ Um dos sintomas da escassez de metais são os seus altos
custos.
28/03/2018
16
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.6 Prazos de Exaustão
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.6 Prazos de Exaustão
➢ Valor atual do grama do ouro ≈ R$ 136,00.
➢ Em função dos atuais níveis de economicidade e da
tecnologia conhecida, estima-se que as reservas de metais
apresentam prazos de exaustão na faixa de 200 a 600
anos, tais como os mostrados abaixo:
Prazos a partir de 1980 (em anos)
10 a 20 20 a 50 50 a 200 200 a 400 400 a 600
Estanho
Prata
Mercúrio
Ouro
Cobre
Zinco
chumbo
Platina
Tungstênio
Molibdênio
Vanádio
Antimônio
Cromo
Níquel
Cobalto
Alumínio
Ferro
Manganês
Titânio
Nióbio
Prazos estimados para a exaustão das reservas de alguns metais (DNPM, 2006).
28/03/2018
17
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.7 Fontes Alternativas
➢ Avanços tecnológicos na técnica de exploração de
matérias primas metálicas.
➢ Fontes não convencionais (oceanos e os 3/4 da crosta
terrestre por eles submerso.
➢ Nas águas oceânicas, com 6% de material sólido
dissolvido, apenas um metal incide significativamente,
que é o magnésio com cerca de 1.300 ppm, ficando os
demais com apenas 1 ppb.
➢ Existe uma relação significativa de material dissolvido
nas águas oceânicas, devido ao seu grande volume.
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.7 Fontes Alternativas
Estimativas das quantidades totais de metais dissolvidas nas águas oceânicas e
contidas na crosta terrestre (DNPM, 2006).
28/03/2018
18
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.7 Fontes Alternativas
➢ Na crosta submersa, isto é, nos solos oceânicos, a ocorrência
metálica é mais promissora do que a massa líquida.
➢ Jazem grandes colônias de nódulos sólidos com riqueza
metálica extraordinária, com composição média de 25% Mn,
2% Ni, 1% Cu e 0,3% Co.
➢ Estima-se em torno de 15.000 ton/km² a disponibilidade de
tais nódulos.
➢ Estes depósitos continuam relativamente inacessíveis, faltando
tecnologia para a sua extração.
➢ Além das colônias de nódulos, resta ainda a mineração
propriamente dita dos solos oceânicos, locais ainda não
prospectados.
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.8 Implicações no Mercado Internacional
➢ Agravamento da crise energética e política entre nações,
possibilitando a invasão de países com reservas de
minérios estratégicos.
➢ Grandes prejuízos a países industrializados que têm seus
parques industriais, total ou parcialmente, dependentes da
importação de matéria-prima metálica provenientes de
países não industrializados ou semi-industrializados.
Exemplo: Japão quase que 100% de todos os minérios;
USA 50 a 100%, Nb, Mn, Co, Cr, Al, Sn, Ni, Zn, Sb, W;
Alemanha, França, Inglaterra e Suíça se encontram em
situação semelhante.
28/03/2018
19
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.8 Implicações no Mercado Internacional
➢ Força econômica de países industrializados perturbando
o mercado internacional. Exemplo: estoques excessivos
de metais.
Excessos de estoques de metais nos Estados Unidos em meados de 1974.
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.9 Dilatação dos Prazos de Escassez
➢ Duas medidas de longo prazo para alteração dos
prazos de escassez de metais.
➢ Substituição paulatina de metais superutilizados por
outros subutilizados, em função de sua ocorrência
relativa na crosta terrestre.
➢ Reciclagem racional de metais, em função de suas
baixas taxas atuais de recuperação e de suas elevadas
taxas atuais de consumo. Exemplo: reciclagem de
alumínio no Brasil.
28/03/2018
20
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
Consumo mundial de alguns metais em função de sua ocorrência na crosta terrestre
1.9 Dilatação dos Prazos de Escassez
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.10 Situação no Brasil
➢ Situação cômoda se bem gerenciada.
➢ O Brasil detém importantíssimas reservas de metais mais
consumidos – ferro e alumínio – e de metais mais
promissores em termos de futuro tecnológico – nióbio e
titânio.
28/03/2018
21
28/03/2018 08:07 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.11 Referências Bibliográficas
➢ Grosh. A.; Ray, H.S. Principles of extractive metallurgy.
Elsevier, 1991.
➢ Da Luz, Adão Benvindo et al. Tratamento de minérios.
Rio de Janeiro, CETEM/CNPq, 1995.
➢ DNPM. Sumário Mineral 2015, v.35. Brasília: 2016.