A INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE ARGÔNIO SOBRE A REDUÇÃO A PLASMA DA HEMATITA

INSTITUTO FEDERAL DO ESPIRITO SANTO

CURSO DE ENGENHARIA METALÚRGICA

ANNA PAULA LITTIG BERGER

INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE ARGÔNIO SOBRE A REDUÇÃO A PLASMA DA HEMATITA.

Vitória

2014

ANNA PAULA LITTIG BERGER

INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE ARGÔNIO SOBRE A REDUÇÃO A PLASMA DA HEMATITA.

Projeto de Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Coordenadoria do Curso de Engenharia Metalúrgica do Instituto Federal do Espirito Santo, como requisito parcial para aprovação na disciplina de Metodologia de Pesquisa.

Orientador: Dr. Adonias Ribeiro Franco Júnior

Vitória

2014

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Diferentes espécies produzidas no plasma.        8

Figura 2 - Curva tensão x intensidade de corrente destacando-se a região de descarga luminescente anormal.        10

Figura 3 - Representação esquemática do funcionamento de uma fonte de potência de tensão pulsada.        11

Figura 4 - Aspecto do plasma na região de descarga luminosa anormal.        12

Figura 5 - Principais eventos na superfície do substrato durante o bombardeio iônico.        13

Figura 6 - Diagrama de Elligham.        14

SUMÁRIO

1        INTRODUÇÃO        4

2        OBJETIVOS        6

2.1        OBJETIVO GERAL        6

2.2        OBJETIVOS ESPECÍFICOS        6

3        REVISÃO DA LITERATURA        7

3.1        O PLASMA        7

3.1.1        Tipos de plasma        7

3.1.2        Mecanismo da descarga luminescente (“glow discharge”)        8

3.2        INTERAÇÃO DO PLASMA COM A SUPERFÍCIE DOS ÓXIDOS        12

3.3        O PLASMA COMO AGENTE REDUTOR        13

3.4        REAÇÕES DE REDUÇÃO DIRETA DA HEMATITA        15

4        METODOLOGIA        17

4.1        LEVANTAMENTO BIBLIOGRÁFICO        17

4.2        MATERIAL DE PARTIDA        17

4.3        EQUIPAMENTO DE REDUÇÃO        17

4.4        PROCEDIMENTO DE AQUECIMENTO E REDUÇÃO        18

4.5        CONDIÇÕES DE REDUÇÃO        18

4.6        GRAVIMETRIA        19

4.7        DIFRAÇÃO DE RAIOS X        19

4.8        MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV) E MICROSCOPIA ÓPTICA (MO)        19

5        RECURSOS        21

5.1        RECURSOS HUMANOS        21

5.2        RECURSOS FÍSICOS        21

5.3        RECURSOS FINANCEIROS        21

6        CRONOGRAMA        22

REFERÊNCIAS        23

1. INTRODUÇÃO

Nos últimos anos, novas rotas de obtenção de metais vêm sendo pesquisadas e desenvolvidas em decorrência das legislações ambientais cada vez mais rígidas e com uma crescente preocupação em minimizar as emissões de gases de efeito estufa e de resíduos sólidos.

Os processos de redução carbotérmica a vácuo, redução eletroquímica direta de óxidos refratários (processo CFF Cambridge), redução metalotérmica, moagem de alta energia (mechanical alloying) e redução direta de óxidos usando como agente redutor o hidrogênio são alguns exemplos de novos métodos menos agressivos ao meio ambiente (CHEN et al., 2000; HALMANN et al., 2011; KUBASKI; CINTHO, 2010; SURYANARAYANA, 2001).

A redução de óxidos, na qual o agente redutor é o hidrogênio gasoso, se constitui em uma alternativa bem atraente, já que não há a geração de gases de efeito estufa e tendo como subproduto resultante o vapor d’água. Já no início da década de 1970, Turkdogan e coautores, numa série de artigos publicados, afirmam que, dada a alta cinética do processo de redução em baixas temperaturas, o hidrogênio num futuro próximo poderia ser utilizado na produção em larga escala de ferro esponja (TURKDOGAN; VINTERS, 1971; TIEN; TURKDOGAN, 1972). No entanto, até os dias de hoje o alto custo de produção do hidrogênio, obtido pela reforma de hidrocarbonetos ou pela eletrólise da água ainda inviabiliza o desenvolvimento industrial de processos baseados no seu uso (PEÑA et al., 1996).

Na literatura existem alguns trabalhos mostrando que o plasma frio de hidrogênio, em baixas temperaturas, é um poderoso agente redutor dos óxidos de ferro e de cobre. Zhang et al. (2004) verificaram que na temperatura de 200ºC, após 60 minutos, é possível a obtenção de cerca de 100% de cobre metálico a partir do CuO, ao passo que nas mesmas condições, a redução do CuO não ocorre se utilizado como agente redutor o gás de hidrogênio. Mais recentemente, Rajput et al. (2012) mostram que em temperaturas tão baixas como 300ºC é possível a obtenção do ferro metálico quando se utiliza como agente redutor o plasma frio de hidrogênio. Os experimentos de Rajput et al. (2012) indicam que a redução a gás é cineticamente comparável à redução a plasma somente a partir de temperaturas acima de 800ºC.

...