Metais e Metalurgia

Metais e Metalurgia
Eric Alexsander Poscidônio de Souza 18701
Cléderson Vinícios Rosa
18696
Sumário
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Ocorrência e distribuição dos metais
Pirometalurgia
Hidrometalurgia
Eletrometalurgia
Ligação metálica
Ligas
Metais de transição
Química de alguns metais de transição
Ocorrência de Distribuição dos Metais
• Litosfera, é a região
correspondente à
superfície da terra.
• Geralmente os metais
mais úteis não estão
disponíveis em
abundância na
Listosfera.
Ocorrência de Distribuição dos Metais
• A maioria dos metais
são encontrados
Hematita
como componentes
de matéria
inorgânica,
especificamente
chamados minerais.
• Minério, que contêm metal suficiente para
ser extraído economicamente.
• São encontrados sob a superfície terrestre
Metalurgia
• Metalurgia: ciência e tecnologia de extração
de metais a partir de suas fontes naturais e de
sua preparação para o uso prático.
• Pode ser dividida em cinco processos:
• Mineração;
• Concentração;
• Redução (obtenção do metal livre no estado de oxidação
zero);
• Refino;
• Mistura com outros metais (liga).
Pirometalurgia
• É um processo metalúrgico que utiliza altas
temperaturas para alterar o metal
quimicamente para que no final se reduza a
um metal livre.
• Tipos:
– Calcinação;
– Ustulação ;
– Fusão;
Calcinação
• Alguns minérios se
decompõem durante o
aquecimento e acabam
eliminando na maior parte das
vezes H2O ou CO2.
• A calcinação serve para
eliminar o CO2, formando óxido
metálico.
• Exemplo: PbCO3(s)  PbO(s) + CO2(g)
Ustulação
• Consiste em aquecer um mineral de sulfeto
na presença de gás oxigênio, convertendo o
metal a óxido. A ustulação é conhecida
também como "queima de sulfeto".
• Exemplo: 2 ZnS(s) + 3 O2(g)  2 ZnO(s) + 2 SO2(g)
• Geralmente usado para obtenção de metais
como: chumbo, cobre, prata, zinco e mercúrio.
Fusão
• É um processo em que os materiais formados
durante as reações químicas são separados
em duas ou mais camadas. Dois tipos de
camadas importantes são formadas na
fundição: metais e escória (resíduo silicoso).
• Exemplo: CaO(l) + SiO2(l)  CaSiO3(l)
Hidrometalurgia
• Processo metalúrgico que utiliza a água para
extração de metais de seus minérios.
• Lixiviação
Hidrometalurgia do alumínio
• Fonte: bauxita
• Principais impurezas da bauxita: SiO2 e Fe2O3
• Processo para purificar a bauxita: Processo de
Bayer.
• Al2O3, ele se dissolve nessa solução, formando
o íon complexo aluminato, Al(OH)4• Óxidos de ferro (III) não se dissolvem na
solução fortemente básica;
• Al2O3+ 2OH- + 3H2O → 2[Al(OH)4]• 2Al(OH)3 → Al2O3+ 3H2O
Eletrometalurgia
• Muitos processos usados para reduzir
minerais metálicos ou metais refinados são
baseados na eletrólise. Coletivamente
denominamos de eletrometalurgia, são úteis
na produção do sódio, magnésio e alumínio.
• Importante para obtenção de metais mais
ativos.
Ligação metálica
• Mar de elétrons:
• Características mostradas no modelo:
– Vantagens:
• Uma rede de cátions metálicos num “mar” de elétrons
de valência;
• Elétrons confinados ao metal por atração eletrostática
aos cátions;
• Elétrons fluem livremente através do metal, pois
nenhum elétron é localizado entre dois átomos de
metal;
• Não possui ligações definidas e mostra facilidade de
deformação (maleabilidade e ductilidade).
Ligação metálica
– Desvantagens:
• Com o aumento do número de elétrons de valência, a
força de ligação deveria aumentar, junto com o ponto
de fusão;
• No entanto os metais do grupo 6B (Cr, Mo, W), que
estão no centro dos metais de transição, possuem os
maiores pontos de fusão.
– Propriedades físicas dos metais:
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Alta condutividade térmica;
Alta condutividade elétrica;
Maleáveis ;
Dúcteis ;
Estruturas sólidas.
Ligas
• Material que contêm mais de um elemento e
têm as propriedades características dos
metais.
• Podem ser classificadas em:
– Ligas de solução;
– Ligas heterogêneas;
– Compostos intermetálicos.
Metais de transição
• Propriedades físicas:
• Ocupam o bloco d da tabela periódica;
• Crescente importância dos metais de transição
antes desconhecidos, devido à sua utilização
na tecnologia moderna (exemplo motor de
jato).
Química de alguns metais de transição
• Ferro (Fe)
- Em solução aquosa existem os estados de
oxidação +2 (ferroso) e +3 (férrico);
- Geralmente aparece em solução aquosa devido
ao contato com depósitos de FeCO3, com ajuda
do CO2 dissolvido na água:
FeCO3(s) + CO2(aq) + H2O(l)  Fe2+(aq) + 2 HCO3-(aq)
- Na presença de ar, o Fe2+ é oxidado a Fe3+:
4 Fe2+(aq) + O2(g) + 4 H+(aq)  4 Fe3+(aq) + 2 H2O(l) E°=+0,46 V
Conclusão
• A metalurgia visa o entendimento das
propriedades dos metais para desenvolvimento
de novos materiais úteis.
• Principais processos: pirometalurgia,
hidrometalurgia e eletrometalurgia.
• As ligas metálicas são muito empregadas na
tecnologia moderna.
• A metalurgia atual está desenvolvendo novos
métodos que buscam minimizar os impactos
sobre o meio ambiente.
Referências Bibliográficas
Livros:
Brown, Lemay, Bursten. “Química a Ciência Central”. 9ª Edição
Mahan Meyers “Química um Curso Universitário” 4ª Edição