Questões

ENG06632 - Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos II-A
Nestor Cezar Heck – UFRGS / DEMET
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Status: 2004/2
Redução carbotérmica (redutor sólido)
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Questões para a fixação de conteúdo:
Além da produção de metais, qual outro objetivo (secundário) a redução carbotérmica atende?
Cite as classes químicas das substâncias minerais onde ela se aplica e onde não se aplica.
Para quais metais empregamos e para quais metais não empregamos a redução carbotérmica e por
qual motivo?
Fale da temperatura e sua implicações na separação líquido / líquido da redução carbotérmica.
Fale dos aspectos físicos e químicos na separação líquido / líquido na redução carbotérmica.
Por quais motivos, temos interesse em manter o processo abaixo da temperatura de 1800°C?
Fale sobre as duas classes de redutores da carbotermia e sobre as suas propriedades (necessárias
para o seu uso em um forno de cuba).
De onde provém o calor necessário para a fusão e para as reações endotérmicas?
Fale sobre a reação de Boudouard, considerando: as duas equações que a compõem, a entalpia
(veja em um ‘diagrama de Ellingham’ essa informação) e a pressão total do sistema.
Explique a reação de redução de um óxido metálico pelo CO(g) em termos das variáveis: logaritmo
de pCO2 / pCO versus 1/ T temperatura.
Mostre, num diagrama desse tipo, uma redução endo- e outra exotérmica. Justifique a análise.
Mostre, num diagrama desse tipo, a equação de Boudouard para a pressão de 1 atm.
Por qual motivo não podemos obter a sua entalpia nesse gráfico?
Mostre ainda, num diagrama desse tipo, a temperatura mínima termodinâmica para a redução
carbotérmica de um óxido que a apresente.
Por qual motivo alguns poucos óxidos (cite-os) não apresentam essa temperatura?
Temos que ter cuidado ao analisar a equação denominada redução direta (ela é útil, no entanto, na
produção de metais que tendem somente a produzir carbonetos). Comente este fato em termos de
entalpia e pressão total do sistema.
O que é a reação solution loss e qual a sua importância?
Questões para o desenvolvimento do tema:
Em um diagrama, que tem no eixo dos valores y o logaritmo da razão pCO2 / pCO e no eixo dos
valores x o inverso da temperatura, em Kelvin, podemos descrever os dados referentes às equações
que correspondem às reações de redução de óxidos de metais pelo CO. Como no diagrama de
Ellingham, há que se prestar atenção, contudo, na correta estequiometria. Escreva a reação
estequiométrica correspondente à redução do Cr2O3 por CO(g) dando como produtos: cromo metálico
e CO2(g).
Em um diagrama, que tem no eixo dos valores y o logaritmo da razão pCO2 / pCO e, no eixo dos
valores x, o inverso da temperatura, T, em Kelvin, há uma linha que mostra os dados da reação:
MnO + CO(g) = Mn + CO2(g) .
A equação correspondente, pode ser escrita como:
y = - 5575,2 x - 0,5234 .
a) Qual é o logaritmo da razão pCO2 / pCO da atmosfera, à temperatura de 1600°C? b) Qual é a
composição aproximada dessa atmosfera? c) Na tua opinião, é fácil manter uma atmosfera que seja
redutora para o óxido de manganês, ou ao contrário, é difícil? Justifique.
Ni está em equilíbrio com o seu óxido, NiO, em um reator cuja atmosfera é composta por CO e CO2 .
À 1300°C, o logaritmo da razão pCO2 / pCO dessa atmosfera é exatamente +1,8 . a) Diga qual é a
composição aproximada, em vol. %, dessa atmosfera no equilíbrio. b) Na tua opinião, é fácil manter
uma atmosfera que seja redutora para o óxido de níquel, ou ao contrário, é difícil? Justifique.
Calcule e construa uma tabela mostrando a razão log pCO2 / pCO em equilíbrio com o carbono
sólido, à 1 atmosfera de pressão total – reação de Boudouard –, sabendo que os valores de K
(constante de equilíbrio) para essa reação, para diferentes temperaturas, são:
ENG06632 - Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos II-A
Nestor Cezar Heck – UFRGS / DEMET
T [°C]
K
log pCO2 / pCO
1600
20813
1450
8421
1300
2831
2
1200
1201
1100
446
1000
141
Dica: considere o sistema de duas equações e duas incógnitas dado pela reação de Boudouard e
pela soma das pressões parciais:
K = p2CO / pCO2 e
pCO + pCO2 = ptotal .
Considere ax + bx + c = 0 , e a fórmula de Báskara: x =
2
− b ± b 2 − 4ac
.
2a
5) Considere que a razão pCO2 / pCO é uma linha reta entre as temperaturas 1600 e 1000°C. Calcule,
usando essa aproximação, a temperatura termodinâmica mínima para a redução do óxido de
manganês em presença de carbono sólido, com os dados das questões de números 2 e 4.
Dica: iguale as duas equações e, daí, retire a temperatura que torna isso possível!