OS FUNDAMENTOS DE METALÚRGICA

Disciplina MTR 0353 – Fundamentos de Metalurgia – 2020.5
Área: Engenharia de Materiais
Docente: Prof. Mauricio M. Peres	Email: [e-mail]

Atividade 1.2

“Metalurgia extrativa e siderurgia”

Felipe Dantas dos Santos

1. Dê a definição de: minério, mineral e ganga.

Entende-se como mineral o termo é utilizado para designar a rocha da qual pode se obter uma ou mais substâncias de importância econômica ou não, ou seja, são rochas que apresentam concentrações, relativamente elevadas, de uma determinada substância, que apresente interesse industrial. Na definição de minério, é aquele que apresenta o valor econômico e que assim tem aplicação industrial e a ganga (rejeito), é que não é economicamente aproveitável, não tendo aplicações industrial, famoso rejeito.

1. Sobre as operações de Beneficiamento de minério, descreva o objetivo e como podem ser realizadas cada uma das etapas:  Fragmentação, Classificação e Concentração.

Na etapa de fragmentação se baseia na fragmentação dos grandes blocos (diâmetros de até 150cm) reduzindo-o em partículas menores em dimensões adequadas ao seu manuseio. È feita em quatro etapas (Britagem, Trituração,Moagem, Pulverização), após a fragmentação por pulverização a pr´xima etapa é a classificação, onde o minério bruto, deve ser classificado, separado de acordo com as dimensões dos fragmentos. Isso é feito por peneiramento ou por sedimentação. Na etapa final, concentração, realiza a separação dos diferentes produtos (compostos) do minério classificado baseando-se em suas diferenças de propriedades físicas. Essa separação deverá resultar em uma “concentração” do principal composto do minério primário. Operações podem seguir uma ou mais etapa, são elas: Flotação;Separação gravitacional; Separação magnética; Separação eletrostática; Espessamento e Filtragem;  Limpeza gasosa.

1. Descreva os fundamentos de cada processo: Pirometalurgia, Hidrometalurgia e Eletrometalurgia.

Designa-se como pirometalurgia como a compreensão de processos onde as transformações se dão por reações químicas a altas temperaturas, sendo aplicado a maior parte dos processos extrativos e  pré-extrativos, são fundamentais na produção de quase todo o ferro e aço e outros metais. Já na hidrometalurgia, envolve a lixiviação de matérias-primas com soluções geralmente aquosas separando em fase líquida rica em substâncias que contém o metal a ser extraído dos rejeitos, obtendo-se posteriormente o metal desejado por reações químicas ou eletroquímica. Na Eletrometalurgia, consiste dos processos com a energia elétrica é transformada em energia química pra promover e ações eletroquímica. Os processos Eletrometalúrgicos mais importantes são a obtenção de alumínio feita pela eletrólise de alumina, o refino de Eletrolítico de cobre, níquel e inúmeros outros metais. Ressalta-se que não são processos Eletrometalúrgicos aqueles em que a energia elétrica é empregada apenas para o aquecimento como é o caso do emprego de forno elétricos em processos pirometalúrgicos.

1. Sobre o Funcionamento do Alto Forno: 

Descreva o processo de obtenção do ferro gusa através do alto forno, indicando os materiais de entrada, de saída e as principais reações químicas envolvidas.

O alto-forno é um processo de redução carbotérmica através do qual se produzem diversos metais, Embora a redução do minério de ferro seja um processo endotérmico, a combustão do carvão libera energia o suficiente para desidratar e aquecer o minério (na parte superior da cuba) e derreter o ferro gusa (na parte inferior do alto-forno). O calor é excessivo, portanto o fundamento até a zona mais larga do forno (altura do anel de suporte no qual se assenta a cuba), tem que ser resfriado por água circulando. A cuba mesmo, por outro lado, é apenas resfriada por ar que posteriormente é injetado pré-aquecido, pelos bicos na altura da zona de fusão.

O carregamento do alto-forno ocorre pela extremidade superior, via um sistema de eclusa em forma de cones móveis. A carga geralmente forma camadas alternadas, carvão e [minério misturado com fundete], o choque ou carvão vegetal é queimado gerando gases redutores em alta temperatura, esses gases seguem um fluxo ascendente e entra em contato com a carga de minérios descendentes reagindo assim e reduzindo e fundindo o minério, originando o ferro-gusa e a escória. Podem ser considerados fundentes quaisquer matérias primas cujas substâncias agem separando as impurezas.

As principais reações químicas são:

C + ½ O2           CO[pic 1]

2 CO + FE2O3      2 FE+ CO+ CO2[pic 2]

S + O2       SO2[pic 3]

O processo gera um gradiente de temperatura que vai desde 1550 °C na base do forno a 300 °C no topo do mesmo, o ferro gusa ele pode ser solidificado em pequenas barras de dominadas lingotes ou encaminhado em estado líquido em panelas adequadas para os seguir processos de refino.

1. Faça um comparativo do refinamento primário do ferro gusa entre o uso de um CONVERTEDOR LD e de um FORNO ELÉTRICO À ARCO. (Descreva como é o processamento em cada caso e o produto final resultante).

A operação do refino do conversor do tipo L.D. envolve 6 etapas, o carregamento de carga sólida, carregamento da gusa líquida, sopro, medição de temperatura, retirada de Amostras, vazamento, vazamento de escória. Durante o procedimento do sopro as adições de cal e fundentes são realizadas, necessária para a escorificação da sílica formada pela oxidação do silício da carga metálica e para a remoção do fósforo e enxofre. Além disso, CaO suficiente diminui o ataque dos refratários e deve ser mantido na escória. A cal utilizada no processo deve ser de alta reatividade. Praticamente todas as reações que ocorrem no processo ele tem são exotérmicas desta forma, há uma elevação acentuada de temperatura de banho. Terminada a oxidação do silício, que corresponde à primeira etapa do sopro, o aumento da temperatura e a formação de uma emulsão metal-gás-escória criam condições em que a única reação importante é a descarburação (segunda etapa), cuja velocidade atinge valores só limitados pelo oxigênio disponível. A desfosforação é iniciada na primeira etapa, quando as condições de baixa temperatura e elevado teor de FeO na escória favorecem a reação de oxidação do fósforo. O processo L.D. é oxidante, e portanto o aço a ser vazado precisa ser desoxidado. Isto é feito durante o vazamento do conversor para a panela de aço, normalmente por meio de Alumínio e/ou Silício , que são jogados diretamente no jato de aço através de calhas direcionais. Durante o vazamento são adicionados ainda as ferroligas, que irão conferir ao aço certas características desejadas. Esse material na granulometria adequada, é jogado através da mesma calha directional. A panela de aço, após medição de temperatura, é encaminhada para as máquinas de lingotamento contínuo ou para o lingotamento convencional. O acerto no final de sopro é importante para possibilitar uma prática de desoxidação e adição de ligas em condições reprodutivas, evitando variações nos rendimentos dos diversos elementos. O acerto na panela define a composição final do aço e condiciona a qualidade do produto final. Deve-se notar que o acerto de temperatura e composição no final de sopro está intimamente ligado à produtividade, pois o ressopro de corridas ou seu resfriamento, além de prejudicarem a qualidade do aço podem consumir um tempo da ordem de até 20% do tempo total do ciclo.