Química Aplicada
QAP0001
Licenciatura em Química
Profa. Dra. Carla Dalmolin
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Siderurgia
Siderurgia
Proc. Siderúrgicos
(redução do cátion metálico)
- Eletrólise
- Redução em alto forno
Minerais
(Fe3+ ou Fe2+)
Metais
(Fe)
Corrosão
(processo espontâneo)
Matéria-Prima
Minerais: Substâncias inorgânicas. Muitos minerais contêm elementos
metálicos na sua composição química.
Minério: rochas que contêm grande quantidade de um elemento
químico (livre ou combinado) de importância econômica
Minério de Ferro
Maiores jazidas:
Austrália
Brasil
Hematita (50 – 70% de Fe na composição)
Estados Unidos
Minas Gerais
Rússia
Mato Grosso do Sul
França
Pará
Inglaterra
Amapá
Bahia
Preparação das Matérias-Primas
Minério de ferro
Obtenção do elemento Fe
Passa pelo processo de aglomeração: criação de porosidade para
permitir a passagem dos gases redutores
Carvão mineral
Passa pela etapa de coqueificação: coque metalúrgico
Na produção do ferro, o carbono é usado como combustível, reagindo
com o oxigênio numa reação de combustão para fornecer calor e CO
ou CO2 que agem como agentes redutores do minério de ferro
Combustível
Redutor do minério de ferro
Obtenção de C para o aço (liga Fe-C)
Calcário
Material fundente
Gerador da escória (subproduto)
Processo Siderúrgico
Redução do Fe
Refino
Conformação
FenOm mCO nFe mCO2
Durante a reação, o gás redutor (CO) se difunde através da superfície
porosa do minério para o seu interior, enquanto o gás oxidado (CO2) segue
o caminho inverso.
Na superfície do minério ocorre a reação química. Os gases redutores são
adsorvidos, o oxigênio é retirado da estrutura cristalina dos minérios,
ocorrendo a nucleação e o crescimento do produto da reação: ferro-gusa
Alto-Forno
Reator metalúrgico de contra-corrente, onde o minério de ferro é
fundido para se transformar em ferro-gusa
Tem forma semelhante a uma chaminé, numa estrutura alta feita com
tijolos refratários
Combustão do coque
C O2 CO CO2
Reações do Alto-Forno
FenOm
Fe + CO2
CO
C O2 CO CO2
Reações de Alto-Forno
800
oC
Redução parcial dos óxidos
Redução completa dos óxidos
Redução do CO2
Redução da H2O
Calcinação dos fundentes
1000 oC
Redução de óxidos de Mn, Si e P
1200 oC
1300 oC
Fusão
Ventanas (1500 oC)
(queima do combustível)
Cadinho
(recolhimento dos produtos)
Reações de Alto-Forno
Para otimizar o processo de fusão do minério, utiliza-se o fundente:
substância que reage com as impurezas do minério, produzindo
compostos de fácil separação (escória) e reduzindo o ponto de
fusão da mistura (hematita: 1560oC com o fundente: 1200–1300oC)
Fundente: calcário dolomítico
Até 800 oC:
CaCO3
CaO CO2
MgCO3
MgO CO2
1200 oC: formação da escória
Os carbonatos reagem com as impurezas do minério e as
cinzas do carvão
CaO SiO2 CaSiO3
Metassilicato de cálcio
As demais impurezas incorporam na escória, que é usada para
fabricação de adubos, cimentos ou tijolos
Reações de Alto-Forno
Até 800: Redução parcial dos óxidos
Fe2O3 + CO
2 Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO
3 FeO + CO2
800 oC – 1000 oC:
Redução completa dos óxidos
FeO + CO
Redução de CO2
CO2 + C
2 CO
Redução da H2O
H2O + C
CO + H2
Calcinação
CaCO3
MgCO3
CaO + CO2
MgO + CO2
Fe + CO2
Reações de Alto-Forno
1000 oC – 1200 oC: Redução de impurezas e formação do ferro gusa
MnO + C
SiO2 + 2 C
P2O5 + 5 C
Mn + CO
Si + 2 CO
2 P + 5 CO
3Fe C Fe3C
3Fe 2CO Fe3C CO2
Teor de C entre 2 – 5%
Acima de 1500 oC: zona de combustão
C + O2
CO2 + C
CO2
CO
Refino: Produção do aço
com teor de C entre 0,5 –
1,7%
Refino do Ferro-Gusa
Processo de oxidação parcial até que as concentrações de carbono
e impurezas se reduza aos valores desejados
Combinação do O com o Fe (FeO), que oxida o Si, Mn e o C
As impurezas são eliminadas na forma de escória e CO2
2 Fe O2 2 FeO
2 FeO Si SiO2 2 Fe
FeO Mn MnO Fe
FeO C Fe CO
Ligas Metálicas
Mistura resultante da união de dois ou mais elementos em que pelo menos
um é metálico
Ligas ferrosas: Fe como constituinte principal
Aço com baixo (< 25%), médio (0,25 – 0,6 %) e alto (0,6 – 1,4%) teor de
carbono
Versáteis, mas susceptíveis à corrosão
Não-ferrosas
Alumínio
Cobre: latão, bronze, prata alemã, monel
Níquel: monel, nicrom
Ouro
Obtidas pela fusão dos metais ou por compressão
