Minério

Metalurgia Extrativa
dos Metais
Metalurgia do Estanho
Generalidades
O estanho, de símbolo Sn, é um elemento metálico usado
pelos humanos há eras. Estanho tem sido encontrado em
tumbas no Egito e foi exportado para a Europa em grandes
quantidades a partir de Cornwall, Inglaterra, durante o período
romano.
O principal minério de estanho é a cassiterita ou dióxido de
estanho, de fórmula SnO2.
A cassiterita é o único mineral de estanho de importância
econômica. É encontrado em abundância em Cornwall,
Inglaterra, como também na Alemanha, Malásia, Bolívia, Brasil,
Austrália, Indonésia, Nigéria, República do Congo e no Alaska.
Modo de Obtenção
Na extração do estanho, o minério é primeiro extraído e lavado
a fim de remover impurezas. Então é cozido, de modo a oxidar
os sulfetos de ferro e cobre. Após uma segunda lavagem, o
minério é reduzido por carbono em um forno reverberatório. A
reação de redução é:
SnO2(s) + 2C(s) à Sn(l) + 2CO(g)
O estanho derretido é coletado no fundo e moldado no formato
de blocos. Nesse formato, o estanho é novamente fundido sob
temperaturas mais baixas, para que as impurezas formem uma
massa insolúvel a ser extraída. O estanho pode ainda ser
purificado por eletrólise.
PRINCIPAIS LIGAS
As ligas de estanho mais comuns são o bronze (estanho e
cobre), a solda (estanho e chumbo), e estanho, chumbo e
antimônio (metal patente). Também é usado em liga com o
titânio na indústria aeroespacial.
A solda é uma liga particularmente interessante na elétrica e
eletrônica, usada para união e remendo de metais.
As soldas são comumente classificadas como macias ou
duras, dependendo dos seus pontos de fusão e resistência
mecânica.
As soldas macias, como as usadas em eletrônica, são ligas
de estanho e chumbo, algumas vezes com adição de
bismuto; as soldas duras são ligas de prata, cobre e zinco
(solda prateada) ou cobre e zinco.
Caracteristicas
- Ductilidade
- Maciez
- Resistência à corrosão
Aplicação
- Chapas, tubos e fios
- Revestimento de aço e cobre
- Preparo de folha de flandres
Metalurgia do Chumbo
Generalidades
-É um metal pesado, macio, maleável e pobre condutor de
eletricidade.
- Apresenta coloração branco-azulada quando recentemente
cortado, porém adquire coloração acinzentada quando exposto ao
ar.
- É usado na construção civil, baterias de ácido, em munição,
proteção contra raios-X , e forma parte de ligas metálicas para a
produção de soldas, fusíveis, revestimentos de cabos elétricos,
materiais antifricção, metais de tipografia, etc.
- Metal conhecido e usado desde a antiguidade. Suspeita-se que
este metal já fosse trabalhado há 7000 anos.
Histórico
O chumbo está sendo usado pelos humanos por, pelo menos, 7000
anos, porque era muito difundido na natureza e de fácil extração.
A peça mais antiga de chumbo descoberta pelos arqueólogos data de
3800 a.C. e, está guardada no Museu Britânico.
Por volta de 3000 a.C. há evidências que os Chineses já produziam
este metal.
Há indícios, também, que os fenícios exploravam o chumbo em 2000
a.C. Os alquimistas achavam que o chumbo era o mais velho dos
metais e associavam este metal ao planeta Saturno.
A partir de 700 d.C. os alemães iniciaram a exploração deste metal,
juntamente com a da prata, nas minas existentes nas montanhas de
Hartz, no vale do vale do Reno e na Boêmia a partir do século XIII.
Modo de Obtenção
Através da ustulação ( do minério de chumbo, galena, obtém-se
como produto o óxido de chumbo que, num alto forno, é reduzido
com a utilização de coque, fundente e óxido de ferro. O chumbo
bruto obtido é separado da escória por flotação. A seguir, é refinado
para a retirada das impurezas metálicas, que pode ser por destilação.
Desta forma pode-se obter chumbo com uma pureza elevada
(99,99%).
Produção do Chumbo pela ustulação da galena (PbS2)
2PbSs + 3O2g → 2PbOs + 2SO2g
O óxido de chumbo é reduzido pela queima com carvão, produzindo
o chumbo metálico.
PbO(s) + C(s)3 → Pb(l) + CO(g)
Exposição
OCUPACIONAL
 Produção
EXTRA-OCUPACIONAL
de baterias
o
 Corantes
 Ligas
Presente em tintas a base de
chumbo
metálicas
o
Descargas industriais
o
Alimento contaminado
 Petrolífera
 Cerâmica
 Tubulações
 Munições.
Precauções
Pode ser encontrado na água potável através da corrosão de
encanamentos de chumbo.
O chumbo não apresenta nenhuma função essencial conhecida no
corpo humano. É extremamente danoso quando absorvido pelo
organismo através da comida, ar ou água.
O chumbo pode causar vários efeitos indesejáveis, tais como:
- Perturbação da biosíntese da hemoglobina e anemia;
- Aumento da pressão sanguínea;
-Danos aos rins;
- Abortos;
- Alterações no sistema nervoso;
- Danos ao cérebro;
- Diminuição da fertilidade do homem através de danos ao
esperma;
Metalurgia do Manganes
Manganês
O manganês é um metal de transição de coloração branco cinzento
parecido com o ferro. É um metal duro e muito frágil, refratário e
facilmente oxidável. O manganês metálico pode ser
ferromagnético, porém somente depois de sofrer um tratamento
especial.
É usado em liga com o ferro nos aços e em outras ligas metálicas
Histórico
Foi encontrado dióxido de manganês, MnO2, em pintura rupestres
como pigmento de coloração negra. Foram utilizados ao longo da
história, por exemplo, pelos egípcios e pelos romanos , compostos de
manganês para descolorir o vidro ou dar-lhe coloração.
No século XVII , o químico alemão Johann R. Glauber produziu pela
primeira vez o permanganato , um reativo de laboratório bastante
utilizado.
Em meados do século XVIII , o dióxido de manganês foi empregado
para a produção de cloro . O químico sueco Carl Scheele foi o
primeiro a descobrir que o manganês era um elemento , porém foi J.
G. Gahn quem o isolou por redução do óxido com carbono.
No início do século XIX se começou a experimentar o uso do
manganês em ligas de aço. Em 1816 comprovou-se que o seu uso
endurecia o aço, sem torná-lo mais frágil.
Beneficiamento
Das 23,1 milhões de toneladas de minério produzidas em
2001, 40% foi de alto teor, o único tipo cujo transporte
transoceânico é viável.
Distribuição Mundial de Minério de Manganês
Ucrânia
Kasaquistão
Geórgia
Minério de alto teor
Irã
China
México
Índia
Gabão
Brasil
África do Sul *
Fonte: CVRD
Austrália
Minério de baixo teor
Maiores consumidores
de minério de alto teor
O principal cliente da cadeia produtiva do manganês é a
indústria siderúrgica.
Estrutura da Indústria de Manganês
Minério
Minério de Manganês
Baixo Teor
25 - 35%
Ferro-ligas
FeSiMn
Escória Rica
Minério de
Manganês Alto Teor
35 - 50%
Consumidores
Siderurgia
(Ferro Gusa e
Aço Bruto)
FeMn AC
FeMn MC/BC
Mn Metálico
Outras
Aplicações
A indústria siderúrgica é responsável por 91% da demanda
total do minério de manganês, na forma de ferro-ligas ou
pela adição direta do minério.
Utilização do Minério
de Manganês
Cadeia Produtiva
do Manganês
91% Minério de Manganês
Aplicações não
metalúrgicas
9%
Consumo Estimado em 2000
(milhões de toneladas)
Minério:

21,5
Ligas: 7,3
Produção de
Ligas (83%)
Siderurgia
(Ferro Gusa e Aço Bruto)
Fonte: CVRD, Análise Andersen Consulting
O consumo mundial de liga é de 7,3 milhões de toneladas
ao ano, movimentando US$ 3,6 bilhões. Republic
ASIA
of KOREA
3%
JAPAN
6%
Produção Mundial de Ligas
em 2001 = 7.551.699 Ton
(Other )+
OCEANIA
3%
EEA
14%
CIS
Countries
16%
INDIA
6%
Other
Europe
3%
CHINA
28%
Eramet
Eramet
Nikopol
Eramet
CVRD
Ferroatlántica
MIDDLE
EAST
1%
Autlán
Brazil
6%
AFRICA
Nafta 9%
4%
Other
americas
1%
Maiores Produtores de Ligas
Maiores Produtores de
Ferro Gusa e Aço Bruto
CVRD
Ore & Metal
Billiton
Billiton
Fonte: Roskill, CRU
Principais Produtores de Ligas
e Mercados Siderúrgicos
FERRO-LIGAS DE MANGANÊS




FeMnAC
FeSiMn
FeMnMC
FeMnBC
-
Ferro-Manganês Alto Carbono
Ferro-Sílico Manganês
Ferro-Manganês Médio Carbono
Ferro-Manganês Baixo Carbono
ESPECIFICAÇÕES (%)
FeMnAC
FeMnAC
FeSiMn
FeSiMn
FeSiMn
FeMnMC
FeMnMC
Mn
74 mín.
76 mín.
65 mín.
75 mín.
80 mín.
C
7,5 máx.
3,5 máx.
2,0 máx.
1,5 máx.
2,0 máx.
1,5 máx.
Si
1,2 máx.
2,0 máx.
12,0 mín.
16,0 mín.
18,0 mín.
2,0 máx.
1,2 máx.
P
0,20
0,40
0,40
0,20
0,10
0,40
0,2 máx.
S
0,02
0,03
0,03
0,02
0,02
0,03
0,02 máx.
PRODUÇÃO DE LIGAS DE
MANGANÊS
MATÉRIAS-PRIMAS
Fontes de Manganês
 Minério Granulado
 Sinter
Redutor
 Coque
 Carvão Vegetal
 Coque de petroleo
 Carvao Mineral
Fundentes
 Calcário
 Quartzo
 Dolomita
EQUIPAMENTO
 Forno Elétrico de Redução
(FER)
(Muito Usado)
 Alto Forno
(Pouco Usado,somente
FeMn AC na China e na
SFPO ,França)
FORNO ELÉTRICO DE REDUÇÃO
Aparelho metalúrgico, revestido internamente por materiais
especiais (refratários e isolantes), cuja principal característica
é a geração de energia necessária ao processo por efeito JOULE.
O triângulo formado pelos
eletrodos está inscrito num
círculo cujo diâmetro é chamado "diâmetro do círculo
primitivo" e é estabelecido
em função do ferro-liga que
se quer produzir.
TAMANHO
É expresso pela potência
instalada (ex. 15 MVA).
Existe uma relação entre a
quantidade de liga produzida e a potência do forno.
PROCESSO - UNIVERSOS TÉRMICOQUÍMICO-ELÉTRICO
CORRENTE
CALOR
CORRENTE
CORRENTE
CALOR
(GASES)
CALOR
CALOR(GASES)
ELETRODO
ELETRODO
ZONA DE
FUSÃO
ESCÓRIA
CALOR
CORRENTE
CALOR
FERRO-LIGA
PROCESSO - DESCRIÇÃO GERAL
ZONA
AGREGADA
ALTURA
ZONA DE
AMOLECIMENTO
E FUSÃO
ESCÓRIA
FERRO-LIGA
200
600
1000 1400
TEMPERATURA (oC)
Minérios de Mn da CVRD e Principais Concorrentes
Empresa
Ore
CVRD
Azul
HG
Azul
Std
Urucum
Std
Urucum
LP
Síl. Carbonatado (MG)
Licínio de Almeida (BA)
São Desidério
(BA)
Coribe (BA)
Samancor
Mamatwan
Wessels
WH
Wessels
W4
Assmang
Nchwaning
Gloria
Comilog
Moanda
BHP
Groote E.
Portman woodie W.
ICOMI *
Amapá
Mn (%) Fe (%)
SiO2
Al2O3(%) CaO(%) MgO(%) P(%)
49,00
45,00
46,50
45,00
30,70
33-38
36,50
30,00
3,00
5,00
11,00
8,50
3,20
14
6,38
1,50
2,80
3,20
2,00
6,50
21,90
8,27
18,57
24,00
6,70
8,60
1,50
1,00
4,90
4,83
4,41
10,00
38,40
50,80
43,10
4,40 4,80
10,00 4,80
15,20 5,00
13,40
0,30 5,00
0,30 5,00
51,00
38,40
10,50 4,50
5,00 5,90
0,50 3,80
0,30 13,30
0,40
3,00
0,04
0,03
0,07
0,11
50,70
2,80
3,30
6,20
48,50
46,00
46,00
4,20
9,00
7,20
6,90
4,00
3,80
3,80
1,00
5,40
0,20
0,20
0,20
0,20
5,00
0,4
0,00
0,05
0,09
0,20
0,20
0,10
0,20
4,00
0,24
0,00
0,05
K2O(%) B(ppm) Ti (%)
0,10
1,40
0,09
1,50
0,14
3,40
0,09
3,20
0,09
0,02
0,02
0,04-0,50 1,20
0,02
0,03
0,03
0,09
0,07
0,10
25
25
45
16
450
450
450
0,10
0,10
450
450
0,09
0,07
O REDUTOR E O PROCESSO
Tem a função de promover as reações de redução do sistema
coque ou
carvao vegetal
ou carvao miner
ou coque de
petroleo
Fonte de carbono
PRODUÇÃO DE FeMnAC
PROCESSO
ESCÓRIA POBRE E RICA
– Escória Pobre = Escória Básica e [Mn] < 20%
– Escória Rica = Escória Ácida e [Mn] > 26%
ESCOLHA DO PROCESSO
– Reutilização da escória gerada como matéria-prima para
fabricação de FeSiMn
– Características das matérias-primas disponíveis (relação
Mn/Fe e Mn/SiO2 dos minérios)
CARACTERÍSTICAS PROCESSO ESCÓRIA RICA
– Menor consumo de energia e redutor
– Maior custo de minérios
– Menor custo global se contabilizada a produção de FeSiMn
PRODUÇÃO DE FeMnAC
FATORES
–
–
–
–
A CONSIDERAR NA DEFINIÇÃO DA CARGA
Definição do "Blending"
 Minérios disponíveis (Análise física, química e CUSTO)
 Volume de escória a ser gerado
 % Al2O3 na escória
 Basicidade da escória
 Fósforo na liga
Rendimentos
Cinzas dos redutores
Ferro (todo ferro enfornado é incorporado à liga)
PRODUÇÃO DE FeSiMn
PROCESSO
COM E SEM ADIÇÃO DE ESCÓRIA DE
FeMnAC
CARACTERÍSTICAS DO PROCESSO SEM ESCÓRIA
– Maior consumo de redutor e fundentes
– Fósforo mais alto
FATORES A CONSIDERAR NA DEFINIÇÃO DA CARGA
– Características dos minérios de manganês
 Baixas relações Mn/Fe, Mn/SiO2, Mn/Al2O3
– Al2O3 na escória
– Basicidade da escória
A ESCÓRIA E O PROCESSO
O
controle da sua composição é fundamental para o êxito
do processo.
 Formada basicamente por MnO, SiO2, Al2O3, CaO, MgO.
(LIMITE NO CONCEITO DE MINÉRIO)
 A composição química define a distribuição dos diversos
elementos.
 CONCEITO DE BASICIDADE DA ESCÓRIA
CaO (óxido básico)
SiO2 (óxido ácido)
Basicidade = (%CaO+%MgO )/ %SiO2
B>1 (Escória básica)
B<1 (Escória ácida)
8 - NOÇÕES DE CUSTOS DE FABRICAÇÃO
DE LIGAS
Custo Variável = Consumo de (minérios + fundentes +
redutor + pasta eletrodo + materiais
auxiliares + energia + finos lingotamento) +
crédito escória
TIPO DE LIGA
Minérios + Fundentes
Energia Elétrica
Redutor
Pasta e Outros
FeMnAC
~62%
~18%
~16%
~4%
FeSiMn
~40%
~30%
~22%
~8%