Metalurgia Extrativados Metais
Metalurgia do Cobre
CobreA palavra cobre é derivada cuprum, que significa metal da ilha de Chipre, onde foi descoberto em estado natural durante a Antigüidade. Atualmente, é obtido apartir de minérios, sendo os mais divulgados os minérios sulfurados.
Dois destes minérios destacaram-se em primeiro plano:- A calcopirita (Cu2S + Fe2S3) cujo teor em cobre é de 34,5 %,- A calcosita (Cu2S) contendo cerca de 80 % de cobre.Os minérios oxidados e carbonatados também são encontrados freqüentemente:- A cuprita (Cu2O), óxido de cobre,- A azurita (2 CuCo3), carbonato de cobre.
HISTÓRICO
O cobre foi o primeiro metal usado pelo homem. Acredita-se que por O cobre foi o primeiro metal usado pelo homem. Acredita-se que por volta de 13.000 a.C. ele foi encontrado na superfície da Terra em volta de 13.000 a.C. ele foi encontrado na superfície da Terra em forma de cobre nativo, um metal puro em seu estado metálico. Usado forma de cobre nativo, um metal puro em seu estado metálico. Usado inicialmente para substituir a pedra como ferramenta de trabalho e na inicialmente para substituir a pedra como ferramenta de trabalho e na confecção de armas e objeto de decoração, o cobre foi uma confecção de armas e objeto de decoração, o cobre foi uma descoberta fundamental na história da evolução humana. descoberta fundamental na história da evolução humana.
•O fato de se ter encontrado objetos de cobre tão antigos em diversos O fato de se ter encontrado objetos de cobre tão antigos em diversos lugares do mundo é prova da importância das propriedades do metal: lugares do mundo é prova da importância das propriedades do metal: durabilidade, resistência à corrosão, maleabilidade, ductibilidade e durabilidade, resistência à corrosão, maleabilidade, ductibilidade e facilidade de manejo. facilidade de manejo.
São classificadas de acordo com o sistema de exploração:
- Céu aberto: mineral se encontra próximo da superfície - Subterrâneas: mineral se encontra em profundidade, necessitando de
explosivos para sua extração.
MINERAÇÃO E METALURGIA
Hidrometalurgia do cobre: contexto tecnológico
MinaMina
BritagemBritagem
MoagemMoagem
FlotaçãoFlotação
SecagemSecagem
Concentrado30% Cu
Concentrado30% Cu
Con
cen
tração
Con
cen
tração
Fusão etrefilaçãoFusão etrefilação
VergalhãoVergalhão
Fabricaçãoe uso
Fabricaçãoe uso
Produtosde cobreProdutosde cobre
FabricaçãoFabricação
Minério oxidado
Min
ério
sulfe
tado
EletróliseEletróliseMinérioprimário
Solo
MinaMina BritagemBritagem Aglome-ração
Aglome-ração
Lixiviação em pilhasLixiviação em pilhas
Eletrólito40-60 g/l Cu
Eletrólito40-60 g/l Cu
Extração por solventes
Extração por solventes
PLS1-10 g/l Cu
PLS1-10 g/l Cu
SeparaçãoSólido-Líquido
SeparaçãoSólido-Líquido
Lixiviação de concentrado
Lixiviação de concentrado
Tratamentodo rejeito
Tratamentodo rejeito
HidrometalurgiaHidrometalurgia
Fornode fusãoForno
de fusão
Matte45-60% Cu
Matte45-60% Cu
blister98,5% Cu
blister98,5% Cu
ConversorConversor
Refinodo anodo
Refinodo anodo
EletrorrefinoEletrorrefino
anodo99,7% Cu
anodo99,7% Cu
Au, AgAu, Ag
PirometalurgiaPirometalurgia
H2SO4 orS elem.
H2SO4 orS elem.
Catodode cobreCatodo
de cobre
Fonte: Vanessa Torres, CVRD
MINERAÇÃO E METALURGIADa mina sai o minério contendo de 1% a 2% de cobre. Depois Da mina sai o minério contendo de 1% a 2% de cobre. Depois de extraído, britado e moído. Este concentrado é fundido em um de extraído, britado e moído. Este concentrado é fundido em um forno onde ocorre a oxidação do ferro e do enxofre, chegando-forno onde ocorre a oxidação do ferro e do enxofre, chegando-se a um produto intermediário chamado matte, com 60% de se a um produto intermediário chamado matte, com 60% de cobre. cobre.
Processamento do minério: Passa por células de flotação que Processamento do minério: Passa por células de flotação que separam a sua parte rica em cobre do material inerte e separam a sua parte rica em cobre do material inerte e converte-se num concentrado, cujo teor médio de cobre é de converte-se num concentrado, cujo teor médio de cobre é de 30%.30%.
Produção Primária: O concentrado é fundido em um forno Produção Primária: O concentrado é fundido em um forno onde ocorre a oxidação do ferro e do enxofre, chegando-se a onde ocorre a oxidação do ferro e do enxofre, chegando-se a um produto intermediário chamado matte, com 60% de cobre. um produto intermediário chamado matte, com 60% de cobre.
Refino: O matte líquido passa por um conversor e, por meio Refino: O matte líquido passa por um conversor e, por meio de um processo de oxidação (insufla oxigênio para a de um processo de oxidação (insufla oxigênio para a purificação do metal), é transformado em cobre blister, com purificação do metal), é transformado em cobre blister, com 98,5% de cobre, que contém ainda impurezas (como resíduos 98,5% de cobre, que contém ainda impurezas (como resíduos de enxofre, ferro e metais preciosos). O cobre blister, ainda no de enxofre, ferro e metais preciosos). O cobre blister, ainda no estado líquido, passa por processo de refino e é moldado, estado líquido, passa por processo de refino e é moldado, chegando ao ânodo com 99,5% de cobre. chegando ao ânodo com 99,5% de cobre.
Depois é feita a eletrolise, onde se tem a pureza de 99,99%Depois é feita a eletrolise, onde se tem a pureza de 99,99%
PRODUÇÃO ELETROLÍTICA
Eletrorrefinamento do cobre
• Placas de Cu impuro são usadas como anodos, chapas finas de Cupuro são os catodos.• O sulfato de cobre ácido é usado como o eletrólito.• A voltagem através dos eletrodos é planejada para produzir cobreno catodo.• As impurezas metálicas não se depositam no catodo.• Os íons metálicos são coletados no sedimento no fundo da célula.
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
Boa resistência a corrosãoBoa condutividade elétricaBoa condutividade térmicaA cor e fácil fabricação são os principais motivos no qual o cobre é preferencial junto a outros metais. Tenacidade, resistência a fadiga e bom acabamento são também critérios para a seleção do cobre porém menos importantes.
LIGAS DE COBRECu + Al: Utilizada em peças para Cu + Al: Utilizada em peças para embarcações, trocadoresde calor, embarcações, trocadoresde calor, evaporadores e soluções ácidas ou evaporadores e soluções ácidas ou salinas.salinas.
Latão:Utilizada em moedas, medalhas, Latão:Utilizada em moedas, medalhas, bijuterias, radiadores de automóvel, bijuterias, radiadores de automóvel, ferragens, cartuchos, diversos ferragens, cartuchos, diversos componentes estampados e conformados, componentes estampados e conformados, entre outras aplicações. entre outras aplicações.
Bronze:É utilizada em tubos flexíveis, Bronze:É utilizada em tubos flexíveis, torneiras, varetas de soldagem, válvulas, torneiras, varetas de soldagem, válvulas, buchas e engrenagens, entre outras buchas e engrenagens, entre outras aplicações.aplicações.
Cu+ Ni: Suas principais aplicações são Cu+ Ni: Suas principais aplicações são cultivos marinhos, moedas, bijuterias e cultivos marinhos, moedas, bijuterias e
armações de lentes e trocadores de calorarmações de lentes e trocadores de calor. . Cu+Ni+Zn: São utilizadas em chaves, equipamentos de telecomunicações, decoração, relojoaria e componentes de aparelhos óticos e fotográficos, entre outras aplicações
Metalurgia do Ouro
História
3050-3400 AC
Adornos / Valor Monetário (Egito)
1300 AC
Separação gravítica / Adsorção em óleo
1100 AC
Amalgamação
700 AC
Cunhagem de moedas (Turquia)
Panorama histórico no Brasil
O Brasil é um importante produtor de ouro, onde podemos destacar:
-No séc. XVIII foi considerado o maior produtor mundial (ciclo do ouro)
- No final do séc. XVIII houve forte declínio na produção
- No início do séc.XIX encerrou a era denominada “ciclo do Ouro”
- A partir de 1992 a produção empresarial assumiu a liderança da produção
Processo
A definição da rota tecnológica para o tratamento dos minérios visando a extração de ouro inclui fatores econômicos e técnicos.
Destacam-se, entre estes, as características mineralógicas da matriz e algumas propriedades física e química do metal, em última instância, delimitam o conjunto de operações passíveis de serem utilizadas no processamento.
FLUXOGRAMA SIMPLIFICADO
O garimpo faz uso do processo de amalgamação do mercúrio
Principais aplicações
- Joalheria => 79,2%
- Eletrônica , Odontologia e outros =>11,2%
- Barras => 6,2%
- Moedas => 3,4%
Principais regiões produtoras de OuroProdutores %
África do Sul 27
EUA 17
Austrália 13
Canadá 8
Rússia 7.5
Outros 27.5
* Brasil em torno e 2,0%
Metalurgia do Zinco
Produção do Zinco
É obtido a partir da esfarelita – principal minério (sulfeto de Zinco)
O maior emprego do Zinco é para melhorar e corrigir as propriedades dos
outros metais;
30% do Zn destina-se à galvanização
20% com o Cu produzindo o latão e outras ligas
9 % para peças fundidas
Outras aplicações. Chapas lisas ou onduladas para coberturas e
revestimentos, calhas, dutos, entra na composição das tintas
Propriedades
Aplicações- Automóveis: Grades, armações de lanternas. Fechaduras corpos
de bombas etc...- Aparelhos eletrodomésticos: Corpos de liquidificadores,
batedeiras, aspiradores ventiladores maçanetas e dobradiças de geladeiras, grades de rádio e televisores
- Brinquedos- Componentes de equipamentos elétricos
- Baixo ponto de fusão 419 C-Baixa dutilidade (mas maleável entre 100 e 150 C)- Alta resistência a corrosão
Beneficiamento de minério Sulfetados de Zinco
Processo eletrolíticoA ustulação produz um óxido solúvel em meio levemente ácido. A solução, após purificação, é enviada para a eletrólise.Os produtos da eletrólise são: o zinco metálico de alta pureza e o ácido sulfúrico reutilizado como lixiviante.Responsável por ~85% da produção mundial.
Preparação do Minerio- Britagem e Moagem- Ciclonagem e espessamento- Flotação ( 30 a 40% de Zn)- Filtragem- Ustulação
Metalurgia do Niquel
Generalidades
- Metal dútil e tenaz devido à sua estrutura CFC;
- Temperatura de fusão de 1453C, densidade 8902 kg/m3, módulo de elasticidade 204000 MPa;
- Pode ser encontrado sob diversas formas: barra, chapa, tubo, ou produtos de fundição;
- Usado principalmente como elemento de liga em aços, apenas 13% são usado em ligas baseadas em níquel;
- Ligas de níquel possuem a capacidade de suportar condições muito severas em termos de corrosão, temperatura elevada, elevadas tensões de serviço, ou uma combinação destes fatores.
Características:
– Resistência a quente; – Resistência à corrosão;
– Reduzida variação dimensional; – Ligas com efeito de memória (Ni-Ti);
– Ligas com elevada resistência elétrica (para aquecimento).
Exemplos de aplicação:
– Turbinas de aviões;
– Turbinas de vapor;
– Centrais nucleares;
– Instalações químicas e petroquímicas.
O níquel é ligado para melhorar as suas já boas propriedades de:
– Resistência à corrosão – Resistência à temperaturas elevadas.
- Mantém as propriedades de ductilidade e tenacidade inerentes à sua matriz austenítica (C.F.C.)
Normalmente, dividem-se as ligas de níquel em 5 grandes grupos:
– Níquel comercialmente puro – Ligas bináias;
– Ligas ternárias – Ligas complexas;
– Super ligas.
Particularidades
Nome UNS Composição Condição Rot. (MPa) Ced.(MPa) Ext.Rot(%) Aplicações/CaracterísticasNi puro N02200 99.9Ni Recozido 350
665112 560
45 4
Revestimentos ou componentes para resistência a corrosão
Monel 400
N04400 31.5Cu Recozido 546 273 37 Válvulas, bombas e permutadores de calor
Monel K500
N05500 29.5Cu,2.7Al,1.0Fe,0.6Ti
Envelhecido 1050 770 30 Veios, molas e pás de turbina
Inconel 600
N06600 15.5Cr, 8Fe Carbonetos dispersos
560 203 49 Equipamentos para tratamento térmico
Inconel 625
N06625 21.5Cr,2.5Fe, 9Mo, 3.6Nb
Deformado a frio
896 483 50
Inconel X750
N07750 15.5Cr, 7Fe, 2.5Ti
Envelhecido 1241 827 25
Hastelloy B-2
N10665 28Mo Carbonetos dispersos
950 520 55 Componentes estruturais resistentes à corrosão e
Hastelloy C276
N10276 16Cr, 16Mo, 6Fe, 4W
792 531 60 processamento químico
Incoloy 800
N08800 46Fe, 21Cr Carbonetos dispersos
623 287 37 Permutadores de calor
Incoloy 825
N08825 21.5Cr,30Fe, 3Mo, 2.2Cu
690 310 45
Propriedades mecânicas
Propriedades mecânicas
Separação S/L ePrecipitação
Mina, Britagem e peneiramento
Lixiviação ácida sob pressão
Ferroniquel (22 a 40% Ni)
Secagem parcial
Calcinação
Fusão e Escorificação
Refino Pirometalúrgico
Óxido de níquel ou Níquel Metálico
Sulfeto, hidróxido ou carbonato de Níquel
Refino Hidro ou Pirometalúrgico
Óxido de níquel ou Níquel Metálico
Lixiviação com Amônia e Stripping
Secagemde todo o minério
Redução
Carbonato de Níquel
Refino Hidro ou Pirometalúrgico
Óxido de níquel ou Níquel Metálico
Pirometalurgia(Garnierita)
Processo HPALProcesso Caron
Tecnologias disponíveis processamento de minérios lateríticos
Cobalto (subproduto) Cobalto (subproduto)
Mina, Britagempeneiramento
Mina Britagem
Tecnologias disponíveis para processamento
Forno de Redução
Óleo
ÓleoAr
Temperagem
Lixiviação
Ar
Decantadores
12345678
Recuperação de NH3
Água
Britador
Moinho
Gerador de Calor
ÓleoAr
FiltroEletrostático
FiltroEletrostático
FiltroEletrostático
Teleférico
Pátio de Estocagem
Ciclone
Silo
Purificação
Na2S
MAP
CuS
Filtroà vácuo
FiltroPrensa
Filtro Larox
Gerador de Calor
OilAr
CondensaçãoAbsorção
CO2
NH3
Água
Vapor
Vapor
atm
atm
Entrada
Usina NorteUsina Sul
Usina Leste
Correia Transportadora
Transporte Pneumático
SiloIntermediário
Resfriador
Precipitaçãode CbNi
Vaporizaçãoda Lama
Recuperaçãode NH3
Rejeito
Transporte Pneumático
Secador
Chaminé
Silo
Seção 160
Chaminé
Decantador M 31
Seção 200
Seção 300
Seção 400
Seção 500
Seção 600
Seção 900
Seção 800
Seção 700
Seção 900
Seção 900
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