12. refino pelo transporte por fase vapor

ENG06632-Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos II-A
Nestor Cezar Heck - DEMET / UFRGS
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12. REFINO PELO TRANSPORTE POR FASE VAPOR
12.1 INTRODUÇÃO
É o tratamento de refino em que o metal de valor, Me, pré-purificado, reage
preferencialmente com um constituinte da fase gasosa, formando um composto também no
estado gasoso. Pela sua decomposição, em um outro sítio, o metal retorna ao estado original –
uma fase condensada – sob uma forma ‘pura’. As impurezas, neste caso, permanecem como
resíduo no local original.
A passagem do metal à fase gasosa é feita através da reação seletiva com um
constituinte Y, segundo uma equação genérica do tipo:
xMe(s) + yY(g) = MexYy(g).
O produto gasoso MexYy(g) é transportado – por convecção ou difusão – até outro ponto do
reator (ou mesmo até outro reator), onde é submetido à condições termodinâmicas tais –
normalmente pelo controle da temperatura – que revertem a reação provocando a sua
decomposição. Enquanto o metal Me se deposita sob uma forma ‘pura’, a substância Y(g),
liberada pela decomposição (pode-se dizer, ‘reciclada’) está apta para ser usada mais uma vez
na reação; o ciclo se repete até que ‘toda’ a massa de metal ‘impuro’ tenha sido purificada.
Essa é a base do método ‘Van Arkel-de Boer’ para a produção de Ti, Zr, Cr, etc. de
elevado grau de pureza.
O método de purificação do alumínio por meio de sub-haleto, segundo a reação:
2Al(l) + AlCl3(g) = 3AlCl(g),
também se enquadra nessa categoria. Nesse caso, o equilíbrio se ‘desloca para a direita’ em
temperaturas elevadas. Assim, passando-se AlCl3 sobre alumínio líquido ‘impuro’, mantido à
1200oC, forma-se o sub-cloreto. Resfriando-se o sub-cloreto até aproximadamente 700oC a
reação se inverte, o alumínio ‘puro’ se condensa, enquanto que o AlCl3 ‘nascente’ é
reconduzido ao sítio inicial.
O refino pelo transporte por fase vapor, RTFV, é um processo de pequena escala, onde
a qualidade é um fator mais relevante que o custo do produto.
12.2 TERMODINÂMICA DO RTFV
O controle do processo RTFV é feito fundamentalmente com base no conhecimento
da temperatura para a qual a função ∆G° = f (T) da reação estequiométrica de formação do
composto gasoso apresenta o valor zero. Enquanto que no local (ou reator) onde se encontra o
metal ‘impuro’ o equilíbrio se desloca para a direita e a temperatura é tipicamente a menor, no
outro sítio (ou reator) o oposto disso é o verdadeiro.
O volume de gás em cada uma das correntes gasosas, entre os dois sítios, pode variar,
pois o número de mols de cada substância gasosa é diferente; além disso, como a reação se
processa em temperaturas diferentes, o volume de gás também acaba sendo influenciado em
parte por este fator.
C.B. Alcock e J.H.E. Jeffes, estudando este processo, concluíram que as condições
ótimas de operação dependem: (i) da ‘multiplicidade da reação’, isto é, do número de átomos
de cada uma das espécies, nas moléculas gasosas que são transferidas; (ii) da pressão total do
sistema; e (iii) da temperatura de operação.
Essas condições, com base na termodinâmica, devem ser tomadas apenas como um
guia útil, uma vez que o equilíbrio não provê informações a respeito da taxa de transferência
de massa entre os dois sítios onde se processam as reações.