Prof.Moysés Batista de Araújo Júnior METALURGIA Introdução Os metais têm tido um papel importante no desenvolvimento da civilização, sendo utilizados na fabricação de máquinas, ferramentas e outros itens. Fábrica Volkswagen METALURGIA Ocorrência e Distribuição dos Metais • Muitos dos metais mais úteis não são especialmente abundantes na porção da litosfera na qual temos fácil acesso; • A distribuição dos metais geralmente ocorre em depósitos concentrados (jazidas); METALURGIA • Com exceção do ouro e dos metais do grupo da platina (Ru. Calcopirita Rutilo Magnetita . a maioria dos elementos metálicos é encontrada na natureza em compostos inorgânicos sólidos chamados minerais. Pd. Os. Rh. Ir e Pt). METALURGIA Minerais Metal Alumínio Cobre Mineral Bauxita Calcopirita Calcocita Malaquita Hematita Magnetita Rutilo Esfalerita Composição Al₂O₃ CuFeS₂ Cu2S Cu2CO3(OH)2 Fe₂O₃ Fe3O4 TiO₂ ZnS Ferro Titânio Zinco . METALURGIA Metalurgia • É a ciência e a tecnologia de extração de metais a partir de suas fontes naturais e preparação delas para uso. • Existem vários tipos de processos metalúrgicas sendo que cada um é específico para cada tipo de mineral. Região de exploração de minério de ferro da Vale no Pará . METALURGIA Etapas da Metalurgia Mineração Concentração do minério Redução do minério Refinamento Mistura do metal com outros elementos . ustulação e fusão. reduzindo-o ao metal livre.Pirometalurgia • Processo metalúrgico que consiste na utilização de altas temperaturas para alterar o mineral quimicamente. • A pirometalurgia é dividida em 3 operações: calcinação. ICAL .Indústria de Calcinação .METALURGIA Processos metalúrgicos . como CO₂ ou H₂O. Por exemplo: 𝑃𝑏𝐶𝑂3 𝑠 ∆ 𝑃𝑏𝑂 𝑠 + 𝐶𝑂2 (𝑔) .METALURGIA Operações da Pirometalurgia Calcinação: É o aquecimento de um minério para realizar sua decomposição e a eliminação de um produto volátil. METALURGIA Operações da Pirometalurgia Ustulação: É um tratamento térmico que provoca reações químicas entre os minérios e a atmosfera dos fornos. Por Exemplo: 2𝑍𝑛𝑆 𝑠 + 3𝑂2 𝑔 2𝑍𝑛𝑂 𝑠 + 2𝑆𝑂2 (𝑔) . METALURGIA Operações da Pirometalurgia Fusão: é o processo em que os materiais formados durante as reações químicas são separados em duas ou mais camadas. . • A redução dos óxidos de ferro pode ser realizada em um alto-forno.METALURGIA Pirometalurgia do Ferro • As fontes mais utilizadas de ferro são os minerais de magnetita (Fe₃O₄) e hematita (Fe₂O₃). . que é basicamente um reator químico. 5 kg de ar . 0. 1Kg de coque.METALURGIA • Para 1Kg de Fe2 Kg de minério.3 Kg de calcário e 1. METALURGIA Pirometalurgia do Ferro • Um dos produtos da pirometalurgia é a escória. . que consiste principalmente em minerais de silicato fundido com aluminatos. fosfatos e outros compostos iônicos. • O outro produto é o próprio metal. METALURGIA Pirometalurgia do Ferro Reações no alto forno: . quantidades menores de fósforo e enxofre e uma quantidade considerável de C dissolvido.4% a 2. • A produção de ferro a partir de seu minério é um processo de redução química que resulta em um ferro bruto contendo muitas impurezas indesejáveis.2% de Si. .METALURGIA Formação do Aço • O aço é uma liga de ferro.0% de Manganês. • O ferro gusa contém cerca de 0.6% a 1. 0. METALURGIA Formação do Aço • Na produção do aço. essas impurezas são removidas através da oxidação em um recipiente chamado conversor. Conversor de Refinamento de Ferro . é o processo de Bayer. por exemplo o ouro. do seu minério.METALURGIA Hidrometalurgia • O metal é extraído do minério através de reações aquosas. É utilizado para extrair um metal. que é bastante utilizado para extração do alumínio da bauxita. • Outro método. • A lixiviação é o processo hidrometalúrgico mais importante. Bauxita Pepita de Ouro . • A lixiviação é realizada com água e o ouro puro é obtido pela redução com zinco em pó: 2𝐴𝑢 𝐶𝑁 − 2 𝑎𝑞 + 𝑍𝑛 𝑠 𝑍𝑛 𝐶𝑁 2− 4 𝑎𝑞 + 4𝑂𝐻− (𝑎𝑞) .METALURGIA Lixiviação do ouro • O minério contendo ouro é colocado em lajes de concreto e é borrifado com NaCN. 4𝐴𝑢 𝑠 + 8𝐶𝑁 − 𝑎𝑞 + 𝑂2 𝑔 + 2𝐻2 𝑂 𝑙 − (𝑎𝑞) 4𝐴𝑢 𝐶𝑁 − 𝑎𝑞 + 4𝑂𝐻 2 • 𝐴𝑢 𝐶𝑁 − 2 é um íon estável solúvel em água. METALURGIA Processo Bayer de obtenção do alumínio Na[Al(OH)4] . cerâmicas. tintas. cremes dentais e retardantes de chamas. mas o hidróxido de alumínio também tem aplicação direta nas indústrias de papel. . produtos farmacêuticos.METALURGIA Processo Bayer de obtenção do alumínio • Mais de 90% do hidróxido de alumínio produzido no mundo usando processo bayer é convertido em alumina e usado na indústria do alumínio metálico. vidros. magnésio e alumínio. • Importante para obtenção de metais mais ativos como sódio. • Os metais obtidos a partir da eletrometalurgia não podem ser obtidos a partir de soluções aquosas pois a água se reduz mais facilmente que os íons metálicos. Charles M. Hall (1863-1914) . • Para obter tais metais pela eletroquímica. usa-se como meio uma solução adequada que depende do metal que se deseja. que é baseado na eletrólise.METALURGIA Eletrometalurgia • Processo utilizado para reduzir minerais metálicos ou metais refinados. 83 𝑉 𝑁𝑎+ 𝑎𝑞 + 𝑒 − 𝑀𝑔2+ 𝑎𝑞 + 2𝑒 − 𝑜 𝐸𝑟𝑒𝑑 = −2. 𝑜 𝐸𝑟𝑒𝑑 = −0. 𝑁𝑎 𝑠 .71 𝑉 𝑜 𝐸𝑟𝑒𝑑 = −1.METALURGIA Eletrometalurgia do Sódio 2𝐻2 𝑂 𝑙 + 2𝑒 − 𝐻2 𝑔 + 2𝑂𝐻− 𝑎𝑞 . 𝑀𝑔 𝑠 .66 𝑉 . METALURGIA Eletrometalurgia do Sódio Célula de Downs . METALURGIA Eletrometalurgia do Alumínio • Al2O3 funde a temperaturas acima de 2000ºC o que impossibilita a utilização da célula de Downs • É necessário outro processo para obter o alumínio metalíco . METALURGIA Eletrometalurgia do Alumínio Célula de eletrolise do processo de Hall . METALURGIA Eletrometalurgia do Alumínio . METALURGIA Eletrorefinamento do Cobre Célula eletrolítica para refinamento do cobre . O que significa os seguintes termos: (a) calcinação. (d) água? Escreva as reações químicas balanceadas para ilustras suas respostas . (b) lixiviação. Dois dos metais mais utilizados são o alumínio e o ferro. (c) coque.METALURGIA Exercícios 1. (b) calcário. (c) fusão. Qual é o papel de cada um dos materiais no processo químico q eu ocorre em alto-forno: (a) ar. Quais são as fontes naturais mais miportantes desses elementos? Em qual estado de oxidação cada um desses metais é encontrado na natureza? 2. (d) escória? 3. Defina hidrometalurgia e eletrometalurgia .METALURGIA Exercícios 1. Leopoldo et al .METALURGIA Referências Bibliográficas • CONSTANTINO. Quím. 25. n. 2002 . Preparação de compostos de alumínio a partir da bauxita: considerações sobre alguns aspectos envolvidos em um experimento didático. 3. v. Vera R. • Brown . São Paulo. Nova.