apostila princípios da tecnologia industrial

Curso: Técnico em Segurança do Trabalho Disciplina: Princípio da Tecnologia Industrial

Prof. Rosiel Sousa Bacabal / MA NOV. 2013 1

O que é Tecnologia? 

Etimologia 

τεχνολογος, formada por tekne (τεχνη, "arte, técnica ou ofício") e logos (λογος, "conjunto de

saberes"). 

É o conjunto de saberes (conhecimento) que permitem fabricar objetos e modificar o meio ambiente, incluindo plantas e animais, para satisfazer as necessidades e desejos humanos

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Atualmente há uma forte ligação da tecnologia com sistema de produção (industrial). Artefatos tecnológicos (máquinas) cuja elaboração tenham sido seguidas regras fixas ligadas às leis das ciências físico-químicas, por ex: automóveis, telefones e computadores

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O tecnológico seria o relativo à moderna condição de bens materiais que a sociedade demanda.

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Fases da evolução tecnológica

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A técnica do acaso

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Primórdios da humanidade e povos primitivos atuais

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O homem ignora que a técnica não é algo natural

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As técnicas são simples e escassas

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Todos os membros da comunidade as dominam

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Apenas divisão de tarefas entre masculino e feminino.

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O homem não sabe que pode inventar!

A técnica do artesão: 

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Grécia Clássica, Roma e Idade Média O homem vive ainda na base do que ele considera natural, e quando se dão crises técnicas, retrocede a uma vida mais primitiva Grande repertório de “atos técnicos”

Cada técnica é dominada apenas por alguns membros da comunidade que tem certas aptidões e ocupações: os artesãos (inventa, planifica e executa). Uma técnica (ou “arte”) é adquirida mediante aprendizagem dentro de uma tradição que evolui

muito lentamente, sem consciência da invenção. 

A técnica do técnico: 

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Século XX O homem compreende a técnica como algo genérico, não natural, e como peculiaridade sua.

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A técnica passa a ser “uma fonte de atividades humanas em princípio ilimitadas”. ilimitadas ”.

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União entre a ciência e a técnica

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Divisão do trabalho.

Tecnocatasfrofismo ou tecnootimismo? 

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O tecnocatastrofista tecnocatastrofista busca  busca assinalar a ameaça da autonomia da tecnologia, já que esta se encontra  fora de controle, e então o que se deve fazer é destruí-la destruí-la para voltar a uma sociedade sociedade menos tecnológica e mais humanizada.



O tecnootimista acredita tecnootimista acredita que é essa ausência de controle, seu caráter autônomo, o que assegura a eficácia da tecnologia, e, por conseguinte, sua ação benéfica frente a qualquer perturbação que ela  pode gerar.



 A idéia de uma investigação investigação científica objetiva, neutra, prévia prévia e independente de suas possíveis possíveis aplicações práticas pela tecnologia é uma ficção uma ficção ideológic ideológica a  que não tem correspondência com a atividade real dos projetos de pesquisa nos quais os componentes científicos teóricos e tecnológicos  práticos resultam quase sempre indissociáveis do contexto social.

(González García, López Cerezo e Luján, 1996, p. 133). Evolução da indústria: 

Artesanato: estágio em que o produtor (artesão) executava sozinho todas as fases da produção até a

comercialização. 

Manufatura:  estágio intermediário entre o artesanato e a maquinofatura. Consiste na divisão do trabalho ou

tarefas, mas ainda fundamentalmente manual. 

Maquinofatura:  estágio atual - fruto da RI - produção em larga escala, divisão e especialização do trabalho

(qualificação), elevado consumo de energia, dependência das novas tecnologi as (RCT), existência de logística de circulação (transportes) e o acesso às redes de informações (propaganda). Divisão Histórica das Indústrias 

Indústrias Clássicas: existente nos países desenvolvidos, início séc. XV III;

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Indústrias Planificadas: existiu nos ex-países socialistas, séc. XX;



Indústria Tardia: surgiu nos países subdesenvolvidos, após a 2ªGM.

Classificação das indústrias - I: 

Quanto a maneira de produzir: a) extrativas (minérios, pescado) b) beneficiamento/processamento (refinarias) c) construção (estradas, construção civil) d) transformação (calçados)



Quanto a energia e matéria-prima m atéria-prima empregadas: a) leves (bebidas, cigarros) b) pesadas (máquinas, navios, veículos)



Quanto ao uso da tecnologia: a) tradicionais (siderúrgica) b) dinâmicas (robótica)



Quanto ao destino dos produtos: a) bens de produção (máquinas, motores) 3

b) bens de consumo (têxtil, alimentícia) Concentração Financeira 



Concentração Horizontal: investimentos de capital em ramos que não se completam. Ex: metalurgia, cimento, tecido, etc. Concentração Vertical: investimentos em áreas que se completam, desde a fase de extração da matériamatéria prima até o produto final ao consumidor. Ex: mineração > siderurgia > construção naval.  ALTO FORNO

É um reator metalúrgico para produção de ferro gusa (matéria-prima para fabricação do aço).

Matérias-Primas do Alto Forno Minério de Ferro Fundentes –Tem a função de reagir com a ganga, baixando seu ponto de fusão e formar escória, sendo que, o mais importante é o calcário, onde este contribui com o CaO (transforma a SiO2e Al 2O3em escória fundida, separando -as do gusa). Coque –É utilizado como combustível, e redutor, r edutor, Pelota

É um aglomerado de finos de minério sob a forma esférica. Sínter

É o produto resultante da aglomeração a quente de uma mistura de finos de minérios, coque, fundentes e adições. VANTAGENS

- Redução de consumo de combustível; - Maior rendimento do Auto Forno. Com quantos elementos químicos se faz um minério de ferro? Os materiais estão reunidos em dois grandes grupos: os materiais metálicos  metálicos  e os não-metálicos. não-metálicos. No grupo dos materiais metálicos, estudou também que existem dois grupos: os materiais metálicos ferrosos e os materiais metálicos não-ferrosos. não-ferrosos. Naquela aula, você teve uma porção de informações sobre a estrutura desses materiais e suas propriedades. Só para refrescar sua memória, vamos retomar algumas informações sobre os materiais metálicos. Na natureza, o máximo que se encontra é o minério de ferro, ferro, que precisa ser processado para ser transformado em ferro fundido ou aço. Vamos ver, então, que história é essa de minério. Bem, os metais podem estar puros na natureza, como o ouro e a platina, ou sob a forma de minerais, ou seja, combinações de metais com outros elementos formando óxidos, óxidos, sulfetos, sulfetos, hidratos, hidratos, carbonatos. carbonatos.

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Óxidos são compostos constituídos por um elemento químico qualquer ligado ao oxigênio. Por exemplo: Al2O3 (alumínia), Fe 2O3 (hematita). Sulfetos são Sulfetos são compostos constituídos por um elemento químico qualquer ligado ao enxofre. Por exemplo: Cu2S. Hidratos são Hidratos são compostos que contêm água em sua estrutura: CuSO 4 - 5H2O. Carbonatos  Carbonatos  são compostos que apresentam o grupo CO 3  em sua estrutura. Por exemplo: CaCO 3 (carbonato de cálcio). Quando o mineral contém uma quantidade de metal e de impurezas que compensa a exploração econômica, ele recebe o nome de minério. minério. O lugar onde esses minérios aparecem em maior quantidade é chamado de jazida. jazida. O Brasil, por exemplo, possui grandes jazidas de minério de ferro. E, por falar em minério de ferro, o quadro a seguir resume informações sobre ele. A principal função da preparação do minério de ferro é torná-lo adequado ao uso no alto-forno. O que a gente faz durante esse processo depende da qualidade do minério de que se dispõe. Por exemplo, nas  jazidas do Brasil há grande quantidade de minério de ferro em pó. Isso significa que, cerca de 55% do minério é encontrado em pedaços que medem menos de 10 mm Como o alto-forno, equipamento onde se produz o ferro-gusa, só trabalha com pedaços entre 10 e 30 mm, isso se tornou um problema. Porém, o aumento das necessidades mundiais de aço trouxe condições econômicas para se desenvolver desenvolver processos que permitem a utilização desse tipo de minério: esses processos são a sinterização e a pelotização. pelotização. Os combustíveis são muito importantes na fabricação do ferro-gusa, pois precisam ter um alto poder calorífico. Isso quer dizer que têm de gerar muito calor e não podem contaminar o metal obtido. Dois tipos de combustíveis são usados: o carvão vegetal e vegetal  e o carvão mineral. mineral. Por suas propriedades e seu elevado grau de pureza, o carvão vegetal é considerado um combustível de alta qualidade. Na indústria siderúrgica brasileira, esse tipo de combustível participa, ainda, em cerca de 40% da produção total de ferro fundido. Suas duas grandes desvantagens são o prejuízo ao ambiente (desflorestamento) e a baixa resistência mecânica, muito importante no alto-forno, porque o combustível fica embaixo da carga e tem que aguentar todo o seu peso. O carvão mineral produz o coque, que é o outro tipo de combustível usado no alto-forno. Para que ele tenha bom rendimento, deve apresentar um elevado teor calorífico e alto teor de carbono, além de apresentar grande resistência ao esmagamento esmagamento para resistir ao peso da coluna de carga. Além de serem combustíveis, tanto o coque quanto o carvão vegetal têm mais duas funções: gerar gás redutor ou agir diretamente na redução, e assegurar a permeabilidade à coluna de carga. Isso quer dizer que eles permitem que o calor circule com facilidade através da carga. Juntando-se essas matérias-primas dentro do alto-forno, obtém-se o ferro-gusa, a partir do qual se fabrica o aço e o ferro f erro fundido.

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Para poder fabricar o ferro fundido e o aço, você precisa do ferro-gusa. É um material duro e quebradiço, formado por uma liga de ferro e carbono, com alto teor, ou seja, uma grande quantidade de carbono e um pouco de silício, manganês, fósforo e enxofre. O grande problema tecnológico que envolve a fabricação do gusa, é a obtenção das altas temperaturas que favoreçam a absorção do carbono. Um povo chamado Hitita foi o primeiro a explorar a “indústria” do ferro, mais ou menos 1.700 anos antes de

Cristo, ao sul do Cáucaso. Para obter o ferro, eles faziam um buraco no chão e, dentro dele, aqueciam uma mistura do minério e carvão vegetal.

Desse modo, formava-se uma massa pastosa que eles batiam, para eliminar as impurezas e, depois, trabalhavam por forjamento. Com esse processo, fabricavam punhais, espadas e armaduras que “exportavam” para os países vizinhos.

A próxima etapa foi o desenvolvimento de um forno semienterrado onde se colocavam camadas de minério de ferro e carvão e no qual era soprado ar, por um fole manual, que aumentava a combustão, do mesmo  jeito que as labaredas na churrasqueira aumentam, quando a gente abana as brasas de carvão. Nessas condições, a temperatura podia atingir entre 1.000ºC e 1.200ºC e se obtinha uma massa pastosa de ferro, da qual o oxigênio do minério havia sido eliminado por redução. Quando o minério de ferro, o coque e os fundentes são introduzidos na parte superior (goela) da rampa, algumas coisas acontecem: 

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Os óxidos de ferro f erro sofrem redução, ou seja, o oxigênio é eliminado do minério de ferro; A ganga se funde, isto é, as impurezas do minério se derretem; O gusa se funde, quer dizer, o ferro de primeira fusão se derrete; O ferro sofre carbonetação, quer dizer, o carbono é incorporado ao ferro líquido; Certos elementos da ganga são parcialmente reduzidos, ou seja, algumas impurezas são incorporadas ao gusa.

Tudo isso não é nenhuma mágica. São, apenas, as reações químicas provocadas pelas altas temperaturas obtidas lá dentro do forno que trabalham com o princípio da contra-corrente. Isso quer dizer que enquanto o gás redutor, resultante da combustão sobe, a carga sólida vai descendo.

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Por causa dessa movimentação, três zonas aparecem dentro do alto-forno: 

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A zona onde ocorre o pré-aquecimento da carga e a redução, ou eliminação do Oxigênio, dos óxidos de ferro; A zona de fusão dos materiais; A zona de combustão que alimenta as duas primeiras.

A redução dos óxidos de ferro acontece à medida que o minério, o agente redutor (coque ou carvão vegetal) e os fundentes (calcário ou dolomita) descem em contra-corrente, em relação aos gases. Esses são o resultado da queima do coque (basicamente, carbono) com o oxigênio do ar quente (em torno de 1.000ºC) soprado pelas ventaneiras, e que escapam da zona de combustão, principalmente para cima, e queimam os pedaços de coque que estão na abóbada (ou parte superior) da zona de combustão. A escória é escória é uma espécie de massa vítrea formada pela reação dos fundentes com algumas impurezas existentes no minério. Ela pode ser aproveitada para a fabricação de fertilizantes ou de cimentos para isolantes térmicos. Conforme o coque vai se queimando, a carga vai descendo para ocupar os espaços vazios. Esse movimento de descida vai se espalhando lateralmente pela carga, até atingir toda a largura da cuba.

As reações de redução, carbonetação e fusão que nós descrevemos anteriormente geram dois produtos líquidos: a escória e o ferro-gusa, que são empurrados para os lados, pelos gases que estão subindo e escorrem para o cadinho, de onde saem pelo furo de corrida (gusa) e pelo furo da escória. Ao sair do alto-forno, o gusa (com teor de carbono entre 3,0 e 4,5%) pode seguir um, entre dois caminhos: pode ir para a fundição, para ser usado na fabricação de peças de ferro fundido, ou pode ir para a aciaria, 7

onde pode ser misturado com sucata de aço ou, eventualmente, com outros metais, para se transformar em aço, ou seja, uma liga ferrosa com um teor de carbono de menos de 2,0%. Como você pôde perceber, realmente a única mágica que existe na fabricação do gusa é a das reações químicas e, isso, o homem da Antiguidade não conhecia. O que ele sabia era que, quanto mais altas as temperaturas, melhor era o resultado que ele obtinha. No momento em que o homem descobriu como obter as temperaturas ideais e o que acontecia dentro do forno, o progresso foi rápido e contínuo.

É hora de fabricar o aço Introdução Mesmo quando os métodos de fabricação eram bastante rudimentares os artesãos da Antiguidade, na Ásia e, mais tarde, na Europa medieval, conseguiam fabricar o aço. O aço daquela época chamava-se “aço de cementação”. Era uma liga de ferro e carbono obtida aquecendo -se o ferro em contato com um material carbonáceo durante um longo tempo. O aço de Wootz, da Índia, o aço de Damasco e os aços de Toledo, na Espanha, são exemplos desse tipo de aço. Como você deve se lembrar, o problema desses artesãos era que eles não conseguiam produzir o ferro e, consequentemente, o aço em larga escala. O grande salto da Revolução Industrial foi, exatamente, desenvolver os métodos corretos para fabricar aços de melhor qualidade e em quantidades que atendessem às novas necessidades das indústrias que surgiam.

A partir das pesquisas, foram criadas várias maneiras de se transformar o ferro gusa em aço. Na verdade, para que isso aconteça, uma série de reações e modificações químicas acontecem dentro do gusa e elas são sempre as mesmas. O que muda é o ambiente onde essas reações acontecem acontecem e a maneira como elas são provocadas. Vários tipos de fornos são usados nesses processos. Quais são esses fornos e o que acontece dentro deles é o que você vai estudar nesta lição. O ar dá a sua graça Na aula passada, você estudou que o produto que sai do alto-forno é o ferro-gusa, uma matéria-prima com grandes quantidades de carbono e impurezas normais, como o silício, o manganês, o fósforo e o enxofre. Por causa disso, o gusa é duro e quebradiço. Para transformar o gusa em aço, é necessário que ele passe por um processo de oxidação - combinação do ferro e das impurezas com o oxigênio - até que a concentração de carbono e das impurezas se reduza a valores desejados. Até que se descobrisse como fazer isso, os engenheiros deram tratos à bola. A idéia apresentada, simultaneamente, por um inglês, Henry Bessemer, e por um americano, William Kelly, em 1847, foi injetar ar sob pressão a fim de que ele atravessasse o gusa. Esse processo permitiu a produção de aço em grandes quantidades. quantidades. Os fornos que usam esse princípio, ou seja, a injeção de ar ou oxigênio diretamente no gusa líquido, são chamados “conversores” e são de vários tipos. Os mais conhecid os, nós vamos estudar juntos. Eles são: 8

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Conversor Bessemer Conversor Thomas Conversor LD (Linz Donawitz)

O primeiro conversor sobre o qual q ual vamos falar é o Bessemer. É constituído por uma carcaça de chapas de aço, soldadas e rebitadas. Essa carcaça é revestida, internamente, com uma grossa camada de material refratário, isto é, aquele que resiste a altas temperaturas. Seu fundo é substituível e é cheio de orifícios por onde entra o ar sob pressão. A grande sacada desse forno é seu formato (os livros técnicos dizem que ele se parece a uma pêra bem estilizada) que permite seu basculamento. Quer dizer, ele é montado sobre eixos que permitem colocá-lo na posição horizontal, para a carga do gusa e descarga do aço, e na posição vertical para a produção do aço. Este forno não precisa de combustível. A alta temperatura é alcançada e mantida, devido às reações químicas que acontecem quando o oxigênio do ar injetado entra em contato com o carbono do gusa líquido. Nesse processo, há a combinação do oxigênio com o ferro, formando o óxido de ferro (FeO) que, por sua vez, se combina com o silício (Si), o manganês (Mn) e o carbono (C), eliminando as impurezas sob a forma de escória e gás carbônico. Esse ciclo dura, em média, 20 minutos e o aço resultante desse processo tem a seguinte composição: 0,10% (ou menos) de carbono, 0,005% de silício, 0,50% de manganês, 0,08% de fósforo e 0,25% de enxofre.

O outro conversor é o Thomas, bastante semelhante ao Bessemer: ele também é basculante, também processa gusa líquido e também usa ar nesse processo. A diferença está no revestimento refratário desse conversor, que é feito com um material chamado dolomita, que resiste ao ataque da escória à base de cal e, por isso, esse material permite trabalhar com um gusa com alto teor de fósforo. As reações químicas que acontecem dentro desse conversor são as mesmas que acontecem no conversor Bessemer, ou seja, oxidação das impurezas, combustão do carbono e oxidação do ferro. Esse 9

processo, porém, tem duas desvantagens: não elimina o enxofre do gusa e o revestimento interno do forno é atacado pelo silício. Assim, o gusa deve ter baixo teor de silício. O conversor LD usa também o princípio da injeção do oxigênio. A diferença é que o oxigênio puro é soprado sob pressão na superfície do gusa líquido. Essa injeção é feita pela parte de cima do conversor. Como é isso? Vamos explicar. Esse tipo de conversor é constituído de uma carcaça cilíndrica de aço resistente ao calor, revestido internamente por materiais refratários de dolomita ou Magnesita. A injeção do oxigênio é feita por meio de uma lança metálica composta de vários tubos de aço. O jato de oxigênio é dirigido para a superfície do gusa líquido e essa região de contato é chamada de zona de impacto. Na zona de impacto, a reação de oxidação é muito intensa e a temperatura chega a atingir entre 2.500 e 3.000ºC. Isso provoca uma grande agitação do banho, o que acelera as reações de oxidação no gusa líquido. Nesse conversor, a contaminação do aço por nitrogênio é muito pequena porque se usa oxigênio puro. Isso é um fator importante para os aços que passarão por processo de soldagem, por exemplo, pois esse tipo de contaminação causa defeitos na solda.

O uso de conversores tem uma série de vantagens: alta capacidade de produção, dimensões relativamente pequenas, simplicidade de operação e o fato de as altas temperaturas não serem geradas pela queima de combustível, mas pelo calor que se desprende no processo de oxidação dos elementos que constituem a carga de gusa líquido.

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Por outro lado, as desvantagens são: impossibilidade de trabalhar com sucata, perda de metal por queima, dificuldade de controlar o processo com respeito à quantidade de carbono, presença de considerável quantidade de óxido de ferro e de gases, que devem ser removidos durante o vazamento. Vazamento é Vazamento  é a operação de descarga do aço do conversor. Dos conversores, saem aços usados na fabricação de chapas, tubos soldados, perfis laminados, arames. Bem, já temos bastante informações para você estudar. Dê uma parada antes da segunda parte da lição. Nela vamos estudar a transformação do aço em outros tipos de fornos. O assunto é “eletrizante”, já que

vamos falar de fornos elétricos.

Antes que as informações se acumulem demais, é melhor dar esta paradinha para estudar. Ao fazer isso, não se esqueça de fazer anotações do que você achar importante. Isso ajuda a memorizar as informações Dá para fazer aço de sucata? Essa é uma boa pergunta, já que na primeira parte da nossa aula falamos sobre como transformar o gusa em aço. Isso poderia dar a falsa impressão de que só o gusa é matéria-prima para sua fabricação. Se apenas isso fosse possível, os ferros-velhos não existiriam. E quem ainda não vendeu sua sucatazinha lá no ferro-velho do bairro, para ganhar uma grana extra? Pois é, a gente pode fabricar aço a partir de sucata, sim. Só que tem que usar outro tipo de forno. É nos fornos f ornos elétricos que se transforma sucata em aço. Por esse processo, transforma-se energia elétrica em energia térmica, por meio da qual ocorre a fusão do gusa e da sucata, sob condições controladas de temperatura e de oxidação do metal líquido. É um processo que permite, também, a adição de elementos de liga que melhoram as propriedades do aço e lhe dão características excepcionais. Por causa disso, esse é o melhor processo para a produção de aços de qualidade. Os fornos elétricos são basicamente de dois tipos: a arco elétrico e de indução. O forno a arco elétrico é constituído de uma carcaça de aço feita de chapas grossas soldadas ou rebitadas, de modo a formar um recipiente cilíndrico com fundo abaulado. Essa carcaça é revestida na parte inferior (chamada soleira) por materiais refratários, de natureza básica (dolomita ou Magnesita) ou ácida (sílica), dependendo da carga que o forno vai processar. O restante do forno é revestido com tijolos refratários silicosos. Os eletrodos responsáveis, juntamente com a carga metálica, pela formação do arco elétrico estão colocados na abóbada (parte superior) do forno. A carga de um forno a arco é constituída, basicamente, de sucata e fundente (cal). Nos fornos de revestimento ácido, a carga deve ter mínimas quantidades de fósforo e enxofre. Nos fornos de revestimento básico, a carga deve ter quantidades bem pequenas de silício.

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Durante o processo, algumas reações químicas acontecem: a oxidação, na qual oxidam-se as impurezas e o carbono, a desoxidação, ou retirada dos óxidos com a ajuda de agentes desoxidantes, e a dessulfuração, quando o enxofre é retirado. É um processo que permite o controle preciso das quantidades de carbono presentes no aço. Outro forno que usa a energia elétrica para a produção do aço é o forno de indução, que também processa sucata. O conjunto que compõe esse forno é formado de um gerador com motor de acionamento, uma bateria de condensadores e uma câmara de aquecimento. Essa câmara é basculante e tem, na parte externa, a bobina de indução. O cadinho é feito de massa refratária socada dentro dessa câmara, onde a sucata se funde por meio de calor produzido dentro da própria carga.

Para a produção do aço, liga-se o forno, e os pedaços de sucata que devem ser de boa qualidade vão sendo colocados dentro do forno, à medida que a carga vai sendo fundida. Depois que a fusão se completa e que a temperatura desejada é atingida, adiciona-se cálcio, silício ou alumínio, que são elementos desoxidantes e têm a função de retirar os óxidos do metal.

As vantagens da produção do aço nos fornos elétricos são: maior flexibilidade de operação; temperaturas mais altas; controle mais rigoroso da composição química do aço; melhor aproveitamento térmico; ausência de problemas de combustão, por não existir chama oxidante; e processamento de sucata. 12

Por outro lado, as principais desvantagens são o custo operacional (custo da energia elétrica) e a baixa capacidade de produção dos fornos. O aço produzido nos fornos elétricos pode ser transformado em chapas, tarugos, perfis laminados e peças fundidas. Para ajudar a organizar todas as informações desta aula na sua cabeça, preparamos um quadro que resume o que você leu até agora. Tipo de forno

Combustível

Tipo de carga

Capacidade de carga

Vantagens

Desvantagens

Conversor Bessemer

Injeção de ar comprimido.

Gusa líquido.

10 a 40 ton.

Ciclo curto de processamento (10 a 20 minutos).

Impossibilidade de controle do teor de carbono. Elevado teor de óxido de ferro e nitrogênio no aço. Gera poeira composta de óxido de ferro, gases e escória.

Conversor Thomas

Injeção de ar comprimido.

Gusa líquido, cal.

Em torno de 50 ton.

Alta capacidade de produção. Permite usar gusa com alto teor de fósforo.

O gusa deve ter baixo teor de silício e enxofre. Elevado teor de óxido de ferro e nitrogênio no aço. Gera poeira composta de óxido de ferro, gases e escória.

Conversor LD

Injeção de oxigênio puro sob alta pressão.

Gusa líquido, cal.

100 ton.

Mínima contaminação por nitrogênio.

Gera poeira composta de óxido de ferro, gases e escória.

Forno a arco elétrico.

Calor gerado por arco elétrico.

Sucata de aço + gusa, minério de ferro, cal.

40 a 70 ton.

Temperaturas mais altas. Rigoroso controle da composição química. Bom aproveitamento térmico.

Pequena capacidade dos fornos. Custo operacional.

Forno de indução

Calor gerado por corrente induzida dentro da própria carga.

Sucata de aço.

Em torno de 8 ton.

Fusão rápida. Exclusão de gases. Alta eficiência.

Pequena capacidade dos fornos. Custo operacional.

Fundição passo-a-passo A matéria-prima metálica para a produção de peças fundidas é constituída pelas ligas metálicas ferrosas (ligas de ferro e carbono) e não-ferrosas (ligas de cobre, alumínio, zinco e magnésio). O processo de fabricação dessas peças por meio de fundição pode ser resumido nas seguintes operações: operações: formato aproximado da peça a ser 1. Confecção do modelo – modelo – Essa etapa consiste em construir um modelo com o formato fundida. Esse modelo vai servir para a construção do molde e suas dimensões devem prever prever a contração do metal quando ele se solidificar bem como um eventual sobremetal sobremetal para posterior posterior usinagem da peça. Ele é feito de madeira, alumínio, aço, resina plástica e até isopor.

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 – O molde é o dispositivo no qual o metal fundido é colocado para que se obtenha a peça 2. Confecção do molde molde –

desejada. Ele é feito de material refratário composto de areia e aglomerante. Esse material é moldado sobre o modelo que, após retirado, deixa uma cavidade com o formato da peça a ser fundida.

feito também de areia, que tem a finalidade de formar os 3. Confecção dos machos – machos – Macho é um dispositivo, feito vazios, furos e reentrâncias da peça. Eles são colocados nos moldes antes que eles sejam fechados para receber o metal líquido.

4. Fusão – Fusão – Etapa em que acontece a fusão do metal. 5. Vazamento – Vazamento – O vazamento é o enchimento do molde com metal líquido.

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6.

Desmoldagem - Após determinado período de tempo em que a peça se solidifica dentro do molde, e que

depende do tipo de peça, do tipo ti po de molde e do metal (ou liga metálica), ela é retirada do molde (desmoldagem) manualmente ou por processos mecânicos. 7.

retirada dos canais de alimentação, massalotes e rebarbas que se formam Rebarbação – Rebarbação – A rebarbação é a retirada durante a fundição. Ela é realizada realizada quando a peça atinge temperaturas temperaturas próximas às do ambiente.

Canais de alimentação são as vias, ou condutos, por onde o metal líquido passe para chegar ao molde. Massalote é uma espécie de reserva de metal que preenche os espaços que vão se formando à medida que a

peça vai solidificando e se contraindo. apresenta uma série de incrustações da areia usada na confecção 8. Limpeza - A limpeza é necessária porque a peça apresenta do molde. Geralmente ela é feita por meio m eio de jatos abrasivos.

Essa sequência de etapas é a que normalmente é seguida no processo de fundição por gravidade em areia, que é o mais utilizado. Um exemplo bem comum de produto fabricado fabricado por esse processo é o bloco dos motores de automóveis e caminhões. O processo de fundição por gravidade com moldagem em areia apresenta apresenta variações. As principais são:  

Fundição com moldagem em areia aglomerada com argila; Fundição com moldagem em areia aglomerada com resinas. 15

ALUMÍNIO Todos os dias, fazemos uma porção de pequenas coisas, sem prestar a mínima atenção à quantidade de energia e trabalho que estão por trás de tudo o que fazemos. São gestos simples, como abrir a porta da geladeira, pegar uma latinha de cerveja bem gelada e sentar na frente da televisão para ver o nosso time favorito jogar. jogar. Pare um pouco e pense em quantas pessoas estiveram envolvidas na fabricação de uma coisa tão simples e corriqueira como uma latinha de cerveja. É uma quantidade muito maior do que você imagina e envolve uma tecnologia desconhecida até pouco tempo atrás. Essa tecnologia é a da obtenção do alumínio, com o qual se fabricam as latinhas da nossa sagrada cervejinha de domingo. Nesta aula, vamos começar a entrar no fascinante mundo dos metais não-ferrosos. E vamos começar pelo alumínio que, depois do aço, é o metal mais usado na indústria atualmente. Um pouco sobre o alumínio O alumínio é um metal com características excepcionais: excepcionais: é leve, resistente à corrosão, bom condutor de calor e eletricidade. Reflete a luz, possui coloração agradável e tem um baixo ponto de fusão: 658ºC. Por isso, a utilização mais comum que conhecemos do alumínio, além das panelas da cozinha, é como embalagem: desde o creme dental, passando pelos remédios, alimentos e bebidas, incluindo nossa sagrada cervejinha. Todos esses produtos estão protegidos contra a umidade e a luz e podem, assim, ser conservados por muito mais tempo, graças ao alumínio.

Mas, não é só como embalagem que ele é utilizado. Sem o alumínio, não poderíamos ter satélites e antenas de televisão, por exemplo. Seria impossível, também, fazer os aviões decolarem se eles não fossem construídos com esse material, que tem apenas um terço do peso do ferro. f erro. 16

Nos veículos, como ônibus e caminhões, a utilização do alumínio permite a diminuição do peso e, consequentemente, uma enorme economia de combustível.

Por ser muito resistente à corrosão, ou seja, a ataques do meio ambiente, o alumínio também é empregado na fabricação de esquadrias para prédios residenciais ou industriais, tanques para transporte e armazenamento de combustíveis e produtos químicos. Aliada a essa resistência, está a alta condutividade elétrica, que permite o uso do alumínio na fabricação de cabos aéreos para a transmissão de energia elétrica. Há, ainda, muitos outros tipos de produtos feitos com alumínio e que poderíamos citar aqui. Há, também, outras características. Mas, não vamos dizer quais são. Só para variar, vamos passar a bola para você.

Um metal jovem Quando comparamos a história do alumínio com a história do ferro ou do cobre, descobrimos que sua utilização é muito recente. Ela só se tornou realidade, com o desenvolvimento tecnológico proporcionado pela Revolução Industrial. O engraçado de tudo isso é que o alumínio é um metal retirado de um minério chamado bauxita, que existe em grande quantidade na natureza. Na verdade, cerca de 8% da crosta terrestre são constituídos pelo alumínio. Isso o torna o metal mais abundante no nosso planeta. Mas, o problema é que ninguém sabia retirar o metal do minério. Foi só em 1854 que se conseguiu obter, pela primeira vez, pequenas quantidades de alumínio. E sua utilização só se tornou economicamente viável, em 1892, quando se descobriu, finalmente, o processo para separar o alumínio da alumina, um composto de alumínio e oxigênio, que é um produto da bauxita. Acredite se quiser 17

A alumínio foi mostrado, pela primeira vez, na Exposição Universal de Paris, em 1855. Era um metal tão raro que valia muito mais que o ouro e, praticamente, não tinha preço. Conta-se que, na corte de Napoleão III, havia uma baixela de alumínio que era reservada somente para o imperador, sua esposa e alguns convidados muito especiais. Os outros convidados tinham que se contentar com as baixelas de ouro... E não é interessante descobrir como algo, que era tão valioso há pouco mais de um século, tornou-se um metal tão comum no século XX? No período da história da humanidade que chamamos de Revolução Industrial e que vai mais ou menos de 1800 a 1900, havia muitos cientistas estudando os vários fenômenos da natureza, com o objetivo de descobrir o porquê das coisas. Isso permitiu o aparecimento de ciências como a Biologia, a Física e a Química, da forma como as conhecemos hoje em dia. Toda essa curiosidade científica resultou na descoberta de uma grande quantidade de coisas novas. E a produção comercial do alumínio foi uma delas. Muitos cientistas participaram dessa descoberta. O primeiro foi um inglês chamado Sir Humphrey Davy que, entre 1808 e 1812, tentou isolar o metal. Tudo o que ele conseguiu, inicialmente, foi uma liga de ferro e alumínio. Depois de muitas tentativas sem sucesso e sem saber direito o que tinha descoberto, sugeriu que poderia ser um óxido de um metal. A esse material ele deu o nome de aluminium. O próximo grande passo foi dado por um físico e químico dinamarquês chamado Hans Christian Oersted. Em 1825, ele conseguiu separar o alumínio de seu óxido. A massa metálica obtida, por esse processo, foi um composto de alumínio impuro. Em 1854, o cientista francês Henri Saint Claire Deville substituiu o potássio pelo sódio. Com isso, ele conseguiu reduzir o óxido existente na alumina e obteve um alumínio com um nível de pureza de cerca de 97%. Mas, foi somente em 1886 que dois cientistas, um francês chamado Paul Heroult e o americano Charles Martin Hall, trabalhando cada um em seu país, descobriram o processo de decomposição eletrolítica do óxido de alumínio, dissolvido em criolita derretida. Esse processo, baseado no princípio da eletrólise, só se tornou possível por causa da invenção do dínamo elétrico. Ele é, basicamente, basicamente, o processo usado até hoje. Eletrólise é Eletrólise é a decomposição de um composto químico por meio de passagem de uma corrente elétrica por uma solução.

Fabricando o alumínio 18

Mesmo sendo abundante na crosta terrestre, já que 8% dela é constituída de bauxita o minério a partir do qual se produz o alumínio, esse metal precisa de um processo sofisticado de transformação para poder ser usado. E essa era a barreira que, durante certo tempo, fez f ez com que esse metal fosse absurdamente absurdamente caro. Hoje, ele ainda não é barato. Mas, os processos de fabricação, que eram tão misteriosos, já não se constituem em nenhum segredo. E, se o país possuir reservas minerais, energia elétrica, mão-de-obra qualificada e indústria que domine a tecnologia, como é o caso do Brasil, fica fácil.

Processo de obtenção do alumínio Depois de resolver os problemas tecnológicos relacionados à produção do alumínio, ele se tornou o metal mais usado depois do aço. Atualmente, seu volume de produção é maior do que o de todos os outros metais não-ferrosos juntos. Mas, como será que ele é obtido? Na aula anterior, dissemos algumas palavras-chaves: bauxita, alumina, óxido de alumínio, eletrólise. Vamos ver, então, como e onde elas se encaixam.

Alumina (Al Alumina (Al2O3) é um composto químico formado por dois átomos de alumínio e três átomos de oxigênio.

O processo de obtenção dos alumínio tem três etapas: 





Obtenção do minério (bauxita); Obtenção da alumina; Obtenção do alumínio.

Obtenção do minério Como já dissemos aqui, o minério do qual se obtém o alumínio se chama bauxita. bauxita . E esse minério foi formado pela decomposição, isto é, a separação em pequenas partículas, de rochas alcalinas. Essa decomposição foi causada pela chuva que se infiltrou na rocha durante milhões de anos. Como resultado disso, as rochas se transformaram em uma argila, ou seja, um tipo de terra, composta principalmente de óxido de alumínio hidratado (alumina) misturado com óxido de ferro, sílica, titânio e outras impurezas. A proporção de alumina, nessa argila, fica entre 40 e 60%. Antes do início da mineração, a terra e a vegetação acumuladas sobre o depósito de bauxita são retiradas com o auxílio de motoniveladoras. Em seguida, o minério é retirado com o auxílio de retroescavadeiras e transportado por caminhões até à área de armazenamento.

19

São necessárias quatro toneladas de bauxita para produzir uma tonelada de alumínio.

Fique por dentro O Brasil possui a terceira maior reserva de bauxita do mundo. Obtenção da alumina Na segunda etapa do processo, retiram-se as impurezas da bauxita para que sobre somente a alumina.

Para isso, a bauxita é triturada e misturada com uma solução de soda cáustica. A lama formada por essa mistura, é aquecida sob alta pressão e recebe uma nova adição de soda cáustica.

Dessa forma, a alumina é dissolvida, a sílica contida na pasta é eliminada, mas as outras impurezas não. Então, elas são separadas por processos de sedimentação e sedimentação  e filtragem.

Sedimentação  Sedimentação  é um processo no qual as partículas sólidas que estão em suspensão dentro de uma mistura líquida, vão se depositando no fundo do recipiente onde a mistura está guardada.

A solução resultante, chamada de aluminato de sódio, é colocada em um precipitador e, nesse processo, obtém-se a alumina hidratada. Nesse ponto, a alumina hidratada pode seguir um entre dois caminhos: ela pode ser usada como está ou ser levada para os calcinadores.

Se ela for f or usada como está, será matéria-prima para produtos químicos, químicos, como o sulfato de alumínio, usado no tratamento da água e na indústria de papel. Poderá ser empregada, também, na produção de vidros, corantes e cremes dentais.

Para ser matéria-prima para a produção não só de alumínio, mas também de abrasivos, refratários, isoladores térmicos, tintas, velas de ignição e cerâmicas de alta tecnologia, a alumina hidratada precisa 20

perder a água que está quimicamente combinada dentro dela. Isso acontece nos calcinadores nos quais ela é aquecida a temperaturas entre 1.000ºC e 1.300ºC.

Obtenção do alumínio Nós já vimos nesta lição que a alumina é um composto químico que contém dois átomos de alumínio e três átomos de oxigênio. Para obter o alumínio, é preciso retirar esse oxigênio que está dentro da alumina.

Como essa ligação do oxigênio com o alumínio é muito forte, é impossível separá-lo utilizando os redutores conhecidos, como o carbono, por exemplo, que é usado na redução do ferro. Esse foi o problema que impediu o uso desse metal até pouco mais de cem anos atrás. E isso foi resolvido com a utilização de fornos eletrolíticos. A ilustração a seguir mostra o fluxograma desse processo.

O processo funciona assim: a alumina é dissolvida dentro dos fornos eletrolíticos em um banho químico à base de fluoretos. fluoretos. Os fornos são ligados a um circuito elétrico, em série, que fornece corrente contínua. No momento em que a corrente elétrica passa através do banho químico, ocorre uma reação e o alumínio se separa da solução e libera o oxigênio. O alumínio líquido se deposita no fundo do forno e é aspirado a intervalos regulares por meio de sifões.

Fluoreto é Fluoreto é um composto químico à base de flúor. Ele é colocado no creme dental para proteger os dentes contra as cáries.

O calor gerado pela corrente elétrica mantém a solução em estado líquido. Isso permite a adição de mais alumina a qualquer momento, o que torna o processo contínuo. Então, o alumínio líquido é levado para 21

fornalhas onde será purificado ou receberá adições de outros metais que formarão as ligas e lhe darão características especiais.

Depois disso, ele será resfriado sob a forma de lingotes, barras ou tarugos para ser utilizado na indústria de transformação. transformação. Dica tecnológica O alumínio puro, ou seja, aquele que tem 99% ou mais de teor de alumínio, apresenta propriedades mecânicas pobres: baixa dureza, baixos limites de escoamento e baixa resistência à tração. Sua maior utilização industrial, portanto, é na forma de ligas. No estado puro, ele é usado apenas em aplicações especiais tais como: partes de motores elétricos, embalagens e condutores elétricos.

Vantagens Vantagens da utilização do alumínio Além das características já citadas, como a leveza e a resistência às condições do ambiente, o alumínio apresenta outras características extremamente vantajosas de utilização.

Ele é facilmente moldável e permite todo o tipo de processo de fabricação: pode ser laminado, forjado, prensado, repuxado, dobrado, serrado, furado, torneado, lixado e polido.

As peças de alumínio podem também ser produzidas por processos de fundição em areia, fundição em coquilhas ou fundição sob pressão.

Além disso, o alumínio é um material que pode ser unido por todos os processos usuais: soldagem, rebitagem, colagem e brasagem. Excelente condutor de calor, sua condutividade térmica é quatro vezes maior que a do aço. Sua superfície aceita os mais variado tipos de tratamento. Ele pode ser anodizado, envernizado e esmaltado.

Analisando essas características que o tornam um material extremamente versátil e aliando isso à facilidade de obtenção, é fácil perceber porque ele é tão usado na indústria do século XX. Anodização é Anodização é um processo eletrolítico de tratamento da superfície do alumínio. Ela dá a esse metal uma camada protetora contra a corrosão, dura e integrada ao material e que permite colori-lo permanentemente. O alumínio e o ambiente 22

A exploração da bauxita e a produção do alumínio são atividades extremamente agressoras ao meio ambiente. Senão, vejamos: para extrair o minério da jazida, é necessário remover toda a vegetação e a camada de terra fértil que esconde a bauxita. Para diminuir o problema, o solo fértil e a vegetação devem ser reservados para serem repostos, após a extração do minério. Para evitar a erosão, devem ser construídos terraços recobertos com o solo fértil, f értil, anteriormente retirado, e as áreas, reflorestad r eflorestadas as com espécies nativas. Outro problema são as etapas de produção que geram efluentes extremamente poluidores. Por exemplo: a moagem da bauxita, se não for feita por via úmida, gerará a emissão de poeira. No processo de obtenção da alumina, o maior problema ambiental está relacionado ao resíduo sólido - a chamada “lama vermelha” - que resulta desse processo. Para diminuir seus efeitos poluentes, o procedimento adotado é tratar os resíduos, recuperando parte da soda cáustica presente neles. Constroem-se, então, lagos artificiais selados com mantas de pvc e argila. Os resíduos se sedimentam no fundo desses reservatórios e a água pode ser reutilizada. Os gases expelidos pelas reduções, ricos em fluoretos, devem ser coletados, separados por meio de precipitadores eletrostáticos e tratados.

Mas, o alumínio não é tão “vilão” assim. O aperfeiçoamento dos processos de fabricação permite que,

atualmente, se gaste apenas 16 quilos de material, para fabricar 1.000 latinhas de refrigerante, contra os 74 quilos necessários para fabricar a mesma quantidade de latinhas no início dos anos 70.

Além dessa vantagem, o alumínio apresenta outra relacionada à conservação de energia e, consequentemente, à proteção do meio ambiente: o alumínio é um material totalmente reciclável. A refundição de sua sucata consome somente 5% da energia necessária para a obtenção do metal original. Isso traz uma enorme economia para os países que aproveitam essa sucata.

Por isso, pense duas vezes antes de jogar a latinha de cerveja no lixo. Se você juntá-las e vendê-las, estará ajudando na reciclagem do lixo, ganhando dinheiro e ajudando o país a economizar energia e proteger o ambiente.

Cerâmica De todos os materiais, a cerâmica é aquele que acompanha o homem há mais tempo. Quando o homem saiu das cavernas e se tornou agricultor há milhares de anos, essa nova atividade trouxe novas 23

necessidades. Para tomar conta de sua plantação, ele necessitava de um abrigo permanente junto à terra cultivada. Precisava também de vasilhas para guardar os alimentos colhidos e as sementes da próxima safra. Essas vasilhas tinham que ser resistentes e impermeáveis à umidade e à invasão de insetos. Essas qualidades foram encontradas na argila, que era o principal material cerâmico usado naquele tempo.

A capacidade da argila de ser moldada, quando misturada à proporção certa de água, e de endurecer após a queima, permitiu que ela fosse utilizada na construção de casas, na fabricação de vasilhames para uso doméstico e armazenamento de alimentos, vinhos, óleos e perfumes, na construção de urnas funerárias e até como suporte para a escrita. Todos esses usos são tão importantes que a Arqueologia, que é a ciência que estuda a pré-história do homem, é em grande parte baseada no estudo dos fragmentos das vasilhas cerâmicas.

Inicialmente secos ao sol, depois em fornos abertos (por volta do ano 1000 a.C.) e posteriormente em fornos fechados (cerca de 500 a.C.), os produtos cerâmicos foram evoluindo com o homem e, à medida que ele dominava a tecnologia da queima dos combustíveis e dos materiais, esses produtos foram se tornando mais e mais sofisticados para atender às necessidades da indústria elétrica, química, siderúrgica, ótica e mecânica. Desse modo, eles podem estar tanto na sua cozinha, quanto no ônibus espacial Colúmbia.

Nesta aula, você vai conhecer um pouquinho esse material e como, pouco a pouco, ele está se firmando na indústria mecânica como o material do futuro. Para isso, vamos falar sobre as matérias-primas, a estrutura, as propriedades e a utilização dos produtos cerâmicos, principalmente principalmente na indústria mecânica. Afinal, o que é a cerâmica? Existem muitas definições para explicar o que é um material cerâmico. Vamos tentar dar essa explicação sem usar muito “tecnologês”. Nos textos que a gente pesquisou, a definição mais simples encontrada foi: “Materiais cerâmicos são materiais não -metálicos,

inorgânicos, cuja estrutura, após queima em altas temperaturas, apresenta-se inteira ou parcialmente cristalizada”. cristalizada”. Isso quer dizer que, depois que o material é queimado no forno, os átomos da sua estrutura ficam arrumados de forma simétrica e repetida de tal modo que parecem pequenos cristais, uns juntos dos outros.

24

Essa característica da estrutura, ou seja, a cristalização, confere ao material cerâmico propriedades propriedades físicas como a refratariedade, a condutividade térmica, a resistência ao choque térmico, a resistência ao ataque de produtos químicos, a resistência à tração e à compressão e a dureza, que é muito importante para a utilização na Mecânica. Isso permite que os produtos de cerâmica sejam usados tanto para a louça doméstica quanto para a construção civil, como material refratário de altos-fornos e ferramentas de corte em máquinas-ferramentas. máquinas-ferramentas.

E quais são as matérias-primas que, após o processamento adequado, adquirem essas propriedades? Primeiro, é preciso esclarecer que isso depende do uso que o produto vai ter. Assim, se você quiser fabricar louça doméstica, material sanitário ou material de laboratório para a indústria química, por exemplo, terá que usar argila, caulim, quartzo e feldspato, misturados em diferentes proporções e queimados em temperaturas entre 1.000ºC e 1.300ºC, de acordo com o produto a ser fabricado.

Se for necessária a fabricação de um material refratário, você terá de usar argilas refratárias, caulim, diásporo, bauxita, cianita, silimanita, corindon, quartzito etc. nas proporções adequadas e queimados a temperaturas entre 1.400ºC e 1.700ºC. 25

Se você quiser ainda cerâmicas para usos muito especiais, chamadas de cerâmicas avançadas, terá que utilizar matérias-primas sintéticas (como o nitreto cúbico de boro, a alumina, a zircônia ou o carbeto de silício) de alta pureza obtidas sob condições controladas, para produzir, por exemplo, materiais para ferramentas de corte. O quadro a seguir foi organizado para você ter uma visão geral de algumas matérias-primas e produtos cerâmicos, bem como algumas de suas propriedades. Matéria-prima Argila

Designação

Temp. de queima

Propriedades

Louça de barro

800 a 1.000oC

Baixa/média resistência

Faiança e

900 a 1.000oC

Mecânica

Produtos Vasos, filtros, cerâmica artística

Majólica Argila,

Pó de pedra

1.100 a 1.250oC

Caulim, feldspato,

Baixa/média resistência

Louça doméstica.

Mecânica.

Material

Elevada resistência

quartzo Porcelana

1.300 a 1.400oC

mecânica. Resistência mecânica muito

p/laboratórios químicos. Material sanitário

elevada. Grês branco 1.250 a 1.300oC Argilas Refratárias,

Silício-

1.200 a 1450oC

aluminoso

caulim

Resistência a temperaturas

Tijolos ou peças

de até 1.400oC.

refratárias de uso

Baixa resistência à escória

geral.

básica. Diásporo,

Aluminoso

1.400 a 1700oC

Resistência a temperaturas

Tijolos e peças

Bauxita,

de até 1.785oC.

refratárias de uso

Cianita,

Maior resistência à escória

geral.

básica e ácida.

Silimanita, Corindon Quartzito

Sílica

1.450oC

Resistência a temperaturas

Refratários para a

entre 1.680oC e 1.700oC.

construção de

Resistência a escórias

abóbadas de fornos.

ácidas

26

As propriedades dos materiais cerâmicos dependem da quantidade e do arranjo de três fases: cristalina, vítrea e porosa.

A fase cristalina, que pode ser uma ou mais de uma, é o modo como os átomos, moléculas e íons se organizam dentro de um material de maneira fixa, regular e repetitiva. Ela é responsável pela estabilidade e pela densidade do material e está presente nos minerais naturais. Nos produtos cerâmicos, as reações ocorridas durante a queima destroem as estruturas cristalinas naturais e reagrupam essas estruturas, formando novas, que são responsáveis pelo desempenho do produto.

A fase vítrea dá certas características e propriedades ao corpo cerâmico. Ela funciona mais ou menos como o cimento na construção civil: age como ligante das fases cristalinas sólidas, da mesma f orma como o cimento une as pedras no concreto. Ela confere resistência mecânica à peça quando em temperatura ambiente. Promove também a translucidez (no caso da porcelana). E, finalmente aumenta a tendência à deformação quando o produto é exposto a altas temperaturas. Isso é extremamente indesejável nos produtos refratários, ou seja, aqueles que precisam resistir a altas temperaturas, porque a fase vítrea se torna fluida abaixo de 1.000ºC causando deformação no produto. Nas cerâmicas avançadas para ferramentas de corte, as fases vítreas causam a diminuição da dureza, que é uma propriedade fundamental para essa aplicação.

A fase porosa é o espaço vazio entre os grãos sólidos, ou dentro dos grãos sólidos, que formam o material cerâmico. Essa fase pode ser aberta ou fechada. Ela é aberta quando deixa um caminho aberto até a superfície e permite a absorção de água, gases etc. Ela é fechada quando está fechada dentro de um grão ou cercada de grãos por todos os lados. O ar fica preso lá dentro e impede a passagem do calor. Isso torna o material cerâmico um isolante térmico. Como se faz um produto cerâmico? Continuando a pesquisa em busca de informações para você sobre os materiais cerâmicos, chegamos aos processos de fabricação. Não custa lembrar que os produtos cerâmicos são obtidos pela secagem e queima de materiais argilosos. As argilas, por sua vez, compreendem o conjunto de minerais compostos, principalmente dos silicatos de alumínio hidratado, que possuem a propriedade de formarem com a água uma massa plástica, que conserva a forma moldada e endurece sob a ação do calor. Dos minerais argilosos, que são muitos, somente a caulinita e a ilita têm valor econômico para a fabricação de produtos cerâmicos.

A não ser que você deseje fabricar um produto muito especial, geralmente, esses materiais argilosos são processados nas seguintes etapas: 27

matérias- primas previamente tratadas e dosadas são homogeneizadas, ou seja, 1. Mistura, onde as matérias-primas misturadas de forma homogênea. 2. Moagem, na qual o material é moído para reduzir o tamanho dos grãos até diâmetros máximos inferiores a 0,074 mm Isso dá ao material a aparência de um pó bem fino. Para a fabricação de produtos refratários, os grãos são mais grossos. 3. Umidificação, Umidific ação, com acréscimo de água para formar a massa cerâmica. A quantidade é determinada pelo método de conformação que será empregado. 4. Conformação, Conformaçã o, onde as peças são produzidas por vários vários métodos: colagem, torneamento, extrusão, prensagem ou injeção. 5. Secagem, que pode ser natural ou artificial, artificial, na qual grande parte da água livre (umidade superficial) é evaporada. 6. Queima, cuja temperatura é definida em função da composição química da mistura e na qual o aumento de temperatura causa as seguintes reações: desidratação, calcinação (decomposição química pelo calor), oxidação (ligação de um elemento químico com o oxigênio da atmosfera do forno) e formação de silicatos. Estas reações promovem transformações que geram sólidos cristalinos e vítreos (não cristalinos) com a textura adequada para desenvolver as propriedades desejadas. O conjunto dessas modificações promovidas pelo calor, é chamado de sinterização. Todo esse processo é representado esquematicamente na ilustração a seguir. Observe.

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O que você deve observar nesse processo, é a importância do calor para que o produto cerâmico tenha garantidas as propriedades propriedades que o caracterizam. caracterizam. Isso é muito importante. Motor de cerâmica? Como pode?! Mesmo que você não tivesse lido as duas primeiras partes da aula, com certeza seria capaz de citar vários produtos feitos de cerâmica porque eles são muito comuns em nossa vida. A gente até pode construir casas sem tijolos, telhas, pisos, azulejos, sanitários, mas ela certamente não será tão confortável, nem tão bonita e muito menos tão fácil f ácil de manter limpa.

Mas se a gente disser os termos cerâmicas avançadas, avançadas , a coisa vai ficar um pouco mais complicada. Embora esse tipo de produto já tenha sido citado nesta lição, você provavelmente terá dificuldades de lembrar nomes de produtos além dos já citados.

Para acabar com o suspense, podemos dizer que essa expressão define produtos cerâmicos manufaturados a partir de matérias-primas puras, normalmente sintéticas e conformadas por processos especiais, sinterizadas em condições rigidamente controladas a fim de apresentarem propriedades superiores. A fase cristalina desses produtos se desenvolve na obtenção da matéria-prima. A fase vítrea é quase inexistente e a queima do produto tem unicamente a finalidade de aglomerar, isto é, juntar, as partículas cristalinas. Nessa fase, ocorre uma reação que solda os grãos entre si. Isso acontece por um processo de difusão dos elementos químicos que constituem o grão. Acredite se quiser O ônibus espacial Colúmbia usa 24.192 placas de cerâmica térmica como revestimento protetor contra as altas temperaturas. Estas são decorrentes do atrito da nave, em alta velocidade, com a atmosfera. Cada placa é feita individualmente e não há duas iguais em toda a nave. Para você ter uma idéia da abrangência de utilização das cerâmicas avançadas, montamos o quadro a seguir com as matérias-primas, aplicações, propriedades e produtos deste tipo de material.

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Matéria-prima

Aplicação

Óxido de ferro; carbonato de bário e de estrôncio; titanato de bário

Cerâmicas Elétricas e Magnéticas

Alumina Zircônia

Produtos

Magnetismo, dieletricidade, piezo- Capacitores; geradores de eletricidade, semi-condutividade. faísca; semicondutores; eletrólitos sólidos; ferritas; ímãs; varistores e termistores. Capacidade de adsorção; resistência à corrosão; catálise.

Suportes de catalisadores; sensores de gases; eletrólitos sólidos.

Cerâmicas óticas

Condensação ótica; translucidez; fluorescência; condução de luz.

Lâmpada de descarga elétrica de vapor de sódio; memórias óticas; cabos óticos; diodo emissor de luz; polarizadores.

Alumina Zircônia

Cerâmicas Térmicas

Condutividade térmica; isolação térmica; refratariedade; absorção de calor; resistência ao choque térmico.

Radiadores de infra-vermelho; isolantes térmicos; refratários; eletrodos de zircônia-ytria para controle de oxigênio na fabricação do aço.

Alumina

Cerâmicas Biológicas

Biocompatibilidade

Implantes para substituir dentes, ossos, juntas.

Zircônia Alumina Carbeto de boro

Cerâmicas Nucleares

Resistência à corrosão, às altas temperaturas e à radiação; refratariedade

Materiais para blindagem; revestimento de reatores

Carbeto de boro Carbeto de silício Nitreto de silício Alumina Zircônia

Cerâmicas Mecânicas e Termomecânicas

Alta resistência mecânica e à abrasão; baixa expansão térmica e alta resistência ao choque térmico; capacidade de lubrificação; elevado ponto de fusão; elevada condutividade térmica.

Ferramentas de corte; esferas e cilindros para moagem; bicos de maçaricos; acendedores para caldeiras; pás de turbina para alta velocidade; anéis de

Alta resistência à compressão, à deformação plástica e ao desgaste; alta dureza e grande estabilidade química.

Pontas de ferramentas de corte e furadeiras; pastilhas de freio.

Alumina Vidro de sílica

Zircônia Alumina Nitreto de silício

Cerâmicas Químicas e Eletroquímicas

Propriedades

Cermetes

vedação de bombas d’água;

rotores.

Esse quadro resume bem as utilizações das cerâmicas avançadas. Mas, vamos nos deter um pouco mais nas possibilidades possibilidades de aplicação que esses materiais trazem para para a indústria mecânica. mecânica. Nos últimos quinze anos houve um grande avanço no desenvolvimento de materiais cerâmicos para ferramentas. Esses materiais apresentam elevada dureza, resistência ao desgaste, à deformação plástica e alta estabilidade química. Atualmente, esses materiais representam cerca de 4 a 5% do material usado nas pontas das ferramentas para o corte de metais. São usadas na indústria automobilística, principalmente principalmente para a usinagem em alta velocidade de ferro fundido cinzento, na produção de tambores e discos de freio e volantes. São usadas também para a usinagem em alta velocidade de superligas de ferro fundido especial e aços de alta resistência.

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No que diz respeito à indústria automobilística, os materiais cerâmicos têm sido alvo de grande interesse. Muito dinheiro tem sido investido no desenvolvimento de componentes de motores feitos de materiais cerâmicos. As vantagens são inegáveis: redução de volume e peso (25% menos pesado que um motor de metal); dispensa refrigeração porque pode trabalhar a temperaturas de até 800ºC; apresenta melhor aproveitamento do combustível e maior eficiência do motor em termos de potência; não causa poluição. Essas vantagens decorrentes das excelentes propriedades das cerâmicas avançadas, abrem um amplo campo de aplicações para a fabricação de blocos de motores, virabrequins, válvulas, pistões, cilindros, cabeçotes, sistemas de exaustão, câmaras de pré-combustão, mancais, cabeças de pistões. Todavia, Todavia, parece que um dos problemas mais críticos a serem contornados é o controle da tolerância: nos componentes dos motores, elas variam entre 10 e 300 mícrons. As peças de cerâmica, por sua vez, apresentam alta dureza o que dificulta muito a usinagem. Para evitá-la, é preciso produzir peças mais próximas das medidas finais, o que significa controlar estreitamente a retração causada pela sinterização. Outro problema da cerâmica avançada é a fragilidade. Ao receber um choque, ela não se deforma como o metal. Pelo contrário, rompe-se de forma catastrófica. Você já imaginou usar um motor que corre o risco de se quebrar inteiro em um acidente de trânsito?

De qualquer modo, as pesquisas continuam e vários programas de testes com válvulas cerâmicas de nitreto de silício (Si3N4), que são mais leves e mais resistentes que o aço, estão demonstrando a alta durabilidade que esse material pode alcançar. Outra aplicação potencial em motores a gasolina é como rotor turboalimentador: a fábrica japonesa Nissan introduziu, com sucesso, os rotores de nitreto de silício em um de seus modelos do ano de 1985.

 Anéis de vedação de bombas d’água feitos de carboneto de silício apresentam maior resistência ao

desgaste, a choques e à corrosão que os materiais de vedação convencionais. Atualmente, na Europa, mais de um milhão desses anéis estão sendo usados. Uma vez superadas as dificuldades atuais de processamento (baixa tenacidade e consequente baixa resistência à fratura), os materiais cerâmicos abrem uma perspectiva muito interessante para se tornar um dos mais usados na indústria mecânica, particularmente a automobilística, no século XXI. É um casamento de futuro, ou não é? Beneficiamento de Minérios

Para efeito das Normas Reguladoras de Mineração (NRM) o beneficiamento ou tratamento de minérios visa preparar granulo metricamente, concentrar ou purificar minérios por métodos físicos ou químicos sem alteração da constituição química dos minerais. Segundo a NRM-18 - Beneficiamen Beneficiamento to todo  todo projeto de beneficiamento beneficiamento de minérios deve: *Otimizar o processo para obter o máximo aproveitamento do minério e dos insumos, observadas as condições de economicidade e de mercado; e 31

*Desenvolver a atividade com a observância dos aspectos de segurança, saúde ocupacional e proteção ao meio ambiente. Todo projeto de beneficiamento de minério deve fazer parte do Plano de Aproveitamento Econômico (PAE), documentação exigida pelo DNPM, devendo constar de pelo menos: *Caracterização do minério: I-Composição mineralógica; II-

Plano de amostragem adotado;

III-

Forma de ocorrência dos minerais úteis;

IV-

Análise granulométrica com teores do minério, antes e após a fragmentação; e

V-

Descrição detalhada dos ensaios;

*Fluxograma de processos e de equipamentos, incluindo a localização dos pontos de amostragem; *Balanços de massa e metalúrgico; *Caracterização dos produtos, subprodutos e rejeitos; *Planta de situação e arranjo geral da usina em escala adequada, incluindo áreas de estoques, depósitos de rejeitos, bacias de decantação, canais de escoamento de efluentes e outros elementos de transporte de material; e *Outros elementos notáveis do projeto.

BENEFICIAMENTO DO MINÉRIO Os minerais constituem os insumos básicos mais requeridos pela civilização moderna. São utilizados nas indústrias do aço (ferro), cerâmica (argilas, caulim, calcários, feldspatos, filitos, quartzo, talco, etc.); do vidro (quartzo, calcários, feldspatos, etc.); de cimento e cal (calcários, gipsum, etc.); química (cloretos, fosfatos, nitratos, enxofre etc.); de papel (caulim, carbonato de cálcio, talco, etc.); bem como na construção civil (areia, brita e cascalho), além das espécies consideradas insumos da indústria joalheira (gemas). Nem sempre esses minerais apresentam-se na natureza na forma em que serão consumidos pela indústria, quer seja por suas granulometrias (tamanhos) (tamanhos) quer por estarem associados a outros minerais, que não têm interesse ou são indesejáveis para o processo industrial a que se destinam. É exatamente para a adequação dos minerais aos processos industriais que se utiliza o beneficiamento dos minérios. A seguir serão apresentados alguns dos mais importantes processos do beneficiamento do minério.

FRAGMENTAÇÃO A fragmentação ou redução de tamanho é uma técnica de vital importância no processamento mineral. Um minério deve ser fragmentado até que os minerais úteis contidos sejam fisicamente liberados dos minerais indesejáveis. Às vezes, a redução de tamanho visa apenas à adequação às especificações granulométricas estabelecidas pelo mercado, como, por exemplo, a fragmentação de rochas como o granito ou calcário para a produção de brita. Em todos os casos, a fragmentação é uma operação que 32

envolve elevado consumo energético e baixa eficiência operacional, representando, normalmente, normalmente, o maior custo no tratamento de minérios. A fragmentação é quase sempre dividida em várias etapas, para minimizar seus custos e não fragmentar as partículas além do necessário. As etapas iniciais da fragmentação, quando ainda são gerados tamanhos relativamente grandes de partículas (diâmetros até aproximadamente 1 milímetro), são chamadas de britagem. Quando a fragmentação visa atingir tamanhos bem menores (por exemplo: 0,074 milímetros), dá-se o nome de moagem. Os circuitos de fragmentação podem incluir apenas etapas de britagem ou de britagem associada à moagem. Os equipamentos que fazem a britagem são chamados de britadores e os de moagem moinhos. Existem diferentes tipos de britadores e moinhos disponíveis. São exemplos de britadores mais utilizados nas operações mineiras: britadores de mandíbulas e britadores giratórios. Em relação aos moinhos tem -se: moinho de martelos, moinho de rolos, moinho de barras e moinho de bolas, entre outros. A escolha do melhor tipo de britador e moinho para a fragmentação depende de características características próprias dos minérios e dos tamanhos que têm que ser gerados. Usualmente, os fabricantes desses equipamentos disponibilizam esse tipo de informação. As Figuras 1 e 2 apresentam um britador e um moinho.

Figura 1- Britador de Mandíbulas

Figura 2- Moinho de bolas

CLASSIFICAÇÃO Classificação é o processo de separação de partículas por tamanho. A classificação opera, geralmente,  junto com as etapas etapas de fragmentação. fragmentação.

33

A classificação de partículas controla os tamanhos que são gerados no processo de fragmentação e tem como objetivos principais: •

•

Verificar se o tamanho das partículas do minério está dentro das especificações de mercado. Esse é um objetivo da classificação muito utilizado para os minerais de uso direto na indústria, como a brita e a areia para a construção civil; Verificar se a granulometria produzida nos equipamentos de fragmentação atingiu o tamanho no qual as partículas dos minerais de interesse (úteis) já se separaram fisicamente dos outros minerais que estão no minério.

Os equipamentos de classificação mais comuns são: Peneiras  –  utilizadas apenas para a classificação de partículas mais grosseiras, usualmente trabalham com os produtos da britagem. Podem operar a seco e a úmido; Classificadores mecânicos  – operam com tamanho de partículas menores que as peneiras, mas são ineficientes para trabalhar com partículas muito finas (em média menores que 0,105 milímetro). Trabalham quase sempre a úmido, Exemplo típico: classificador espiral ou parafuso sem fim; Ciclones  –  utilizados na faixa de tamanhos onde os classificadores mecânicos atuam, com a diferença que são muito eficientes para separarem partículas muito finas. Põem, também, operar a seco ou a úmido. •

•

•

Figura 3 - Peneira Vibratória

Figura 4- Classificador espiral

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Figura 5- Hidrociclone CONCENTRAÇÃO

Figura 6 - Conjunto de hidrociclones

A concentração de minérios ocorre quando é preciso separar os minerais de interesse dos que não o são. Para que essa separação ocorra, é preciso que o ou os minerais de interesse não estejam fisicamente agregado aos que não são de interesse, daí a importância das etapas de fragmentação e classificação, que realizam e monitoram essa separação, respectivamente. A razão de se dar ao processo de separação de minerais contidos em um minério o nome de CONCENTRAÇÃO pode ser bem entendido se tomarmos um exemplo prático, por exemplo a concentração de ouro aluvionar. Ao se tomar os sedimentos de um rio numa bateia, digamos 1kg, ele pode conter apenas uma partícula de ouro de 0,5 grama. Neste caso diz-se que a concentração de ouro é de 0,5g/kg. Quando numa primeira operação da bateia essa massa inicial é reduzida para, por exemplo, 100 gramas, mantendo no produto a mesma partícula de ouro de 0,5g, a relação ouro/quartzo contida na bateia passa a ser de 0,5g/100g, ou seja: houve uma concentração do ouro na bateia. A separação de minerais exige que haja uma diferença física ou físico-química entre o mineral de interesse e os demais e pode ser fácil ou muito complexa, dependendo dependendo do minério. Duas propriedades físicas são as mais utilizadas na separação ou concentração de minerais: diferença de densidade e diferença susceptibilidade magnética. Quando não existe diferença de propriedade física entre os minerais que se que separar, utiliza-se de técnicas que tomam como base propriedades físico-químicas de superfície dos minerais. A técnica mais amplamente utilizada neste caso é a flotação. Não se pode esquecer de mencionar que é possível, também, concentrar determinado bem mineral de um minério por seleção manual, comum, até hoje, em alguns garimpos. A seguir serão apresentados resumos explicativos sobre o que são os principais métodos de concentração e, posteriormente, quais são mais aplicáveis aos minerais industriais, agregados para construção civil, diamante e gemas.

Separação/concentração gravítica ou gravimétrica: método que apresenta bons resultados com baixo custo. O processo se baseia na diferença de densidade existente existente entre os minerais presentes, utilizando-se de um meio fluido (água ou ar) para efetivar a separação/concentração, os equipamentos tradicionalmente utilizados são os jigues, mesas vibratórias, espirais, cones e “sluices”. O método é adotado na produção de ouro, ilmenita, zirconita, monazita, cromita, cassiterita cassiterita etc. Separação magnética: a propriedade determinante nesse processo é a suscetibilidade magnética. Baseado nesse fato, os minerais podem ser divididos em 3 grupos, de acordo com o seu comportamento quando submetidos a um campo magnético (natural ou induzido): ferromagnéticos ferromagnéticos (forte atração), paramagnéticos (média e fraca atração) e diamagnéticos (nenhuma atração). Os processos podem ser desenvolvidos via seca ou via úmida. Os equipamentos mais utilizados são os tambores, correias, rolos, carrosséis e filtros. A separação magnética é adotada na produção de minério de ferro, areias quartzosas, feldspatos, nefelina sienitos, etc. Flotação: atualmente, a flotação é o processo dominante no tratamento de quase todos os tipos de minérios, devido à sua grande versatilidade e seletividade. Permite a obtenção de concentrados com elevados teores e expressivas recuperações. É aplicado no beneficiamento de minérios com baixo teor e 35

granulometria fina. O processo se baseia no comportamento físico-químico das superfícies das partículas minerais presentes numa suspensão aquosa. A utilização de reagentes específicos, denominados coletores, depressores e modificadores, permite a recuperação seletiva dos minerais de interesse por adsorção em bolhas de ar. Os equipamentos tradicionalmente adotados se dividem em 2 classes, mecânicos e pneumáticos, dependendo do dispositivo utilizado para efetivar a separação. A flotação é adotada na produção de areias quartzosas de elevada pureza, cloretos, feldspatos, fluorita, fosfatos, magnesita, sulfetos, talco, mica, berilo, etc. Seleção Manual: é o método mais antigo de concentração. Através de uma inspeção visual, os minerais de interesse são manualmente resgatados do restante ou, apenas os minerais contaminantes são separados para purificar o minério original. Devido ao crescente custo da mão de obra, ela vem sendo utilizada somente em casos especiais. Atualmente a seleção de minérios segue o mesmo princípio, porém de forma mecanizada e se utilizando de uma variedade de dispositivos automáticos de detecção, identificação e separação. As propriedades mais utilizadas são as óticas (reflectância, transparência, etc.), raios X (fluorescência), condutividade elétrica, magnetismo magnetismo e radioatividade. A seleção automatizada é adotada na recuperação de diamantes, pedras preciosas e minerais nobres.

As figuras apresentadas a seguir mostram exemplos de equipamentos de concentração.

Fi ura 7- Célula Célula de Flota Flota ão modelo modelo de

Fi ura 8- Mesa Mesa Vibrat Vibratória ória

Laboratório)

Figura 9- Jigue

Figura 10- Tromel 36

O BENEFICIAMENTO DE MINÉRIOS E O MEIO AMBIENTE A situação ideal para a atividade mineral é que o produto da lavra seja integralmente aproveitado, ou seja: que todos os minerais contidos no minério lavrado sejam aproveitados economicamente. Essa não é, entretanto, a realidade. Normalmente o produto da lavra é beneficiado gerando um concentrado e um rejeito. Quando os rejeitos contêm muitos minerais de interesse econômico significa que os procedimentos utilizados no beneficiamento não foram bons, caracterizando o que se chama: BAIXA RECUPERAÇÃO no beneficiamento. Essa baixa recuperação, além de significar perdas financeiras, leva a um aumento do volume de rejeitos que serão dispostos no meio ambiente, aumentando o impacto ambiental da atividade. Logo, o beneficiamento de minérios, quando bem feito, contribui para diminuir o volume de rejeitos e, consequentemente, consequentemente, para minimizar impactos ambientais. Por outro lado, a utilização de técnicas de beneficiamento pode contribuir, se mal utilizadas, para uma poluição do ar, solo e rios. São exemplos: •

•

•

Amalgamação de ouro com mercúrio; Efluentes dos processos de flotação lançados em rios contendo reagentes químicos como: amônia, sulfetos e metais pesados, entre outros; Alto teor de partículas finas lançadas no ar nos processos de britagem e moagem a seco.

Portanto, o beneficiamento de minérios tem que ser utilizado de forma adequada, com conhecimento sobre o assunto, para que ele possa contribuir para diminuir e não aumentar o impacto ambiental.

EXEMPLOS DE BENEFICIAMENTO PARA ALGUMAS SUBSTÂNCIAS MINERAIS

Feldspato: As rochas a serem lavradas para obtenção do feldspato são rochas silicáticas, compostas predominantemente, por feldspatos e quartzo. Abrangem rochas como pegmatitos, granitos, sienitos, monzonitos, charnoquitos, além de diabásios e basaltos, como também rochas gnáissicas e migmatíticas. Numa primeira etapa do beneficiamento, o minério é submetido à britagem, moagem, peneiramento e a classificação granulométrica, gerando dois produtos: grossos (-0,6mm e +0,15 mm) e finos (-0,15mm). Numa segunda etapa, os produtos são submetidos à separação magnética (via seca para grossos e via úmida para finos). O produto final da britagem, menor que 25 mm, é submeti do a uma moagem via úmida, a seguir o minério moído a úmido sofre uma deslamagem, a fim de ser eliminada a fração menor que 38 µ. Quando o minério atingir um tamanho adequado, iniciam-se as operações de flotação. A primeira flotação é feita para separar a mica, depois inicia-se a flotação dos minerais de ferro, que são encaminhados para o rejeito. A britagem, moagem, flotação da mica e flotação do ferro já produzem uma mistura de feldspato com relativa pureza, que pode ser utilizada em diversos setores cerâmicos. Para ser vendida a segmentos mais exigentes, essa mistura, após ser filtrada e seca em fornos rotativos, passa por uma separação magnética 37

de alta intensidade, a fim de diminuir os teores de ferro. Caso seja exigido um produto de alta pureza, o material, antes de ser filtrado e seco, passa por uma terceira flotação e, posteriormente, sofre as operações de filtragem, secagem e de separação magnética (Coelho, 2001). Os concentrados finais obtidos são submetidas à análises químicas e a ensaios cerâmicos básicos (“cone de

queima”), visando avaliar suas cara cterísticas e seu comportamento quanto à fusibilidade. No beneficiamento de feldspatos oriundos de rochas pegmatíticas são empregadas várias técnicas como fragmentação, flotação, separação magnética e calcinação. O feldspato beneficiado é caracterizado por meio de difração de raios X, análises químicas e ensaios físicos do mineral. Aqueles feldspatos com um desempenho satisfatório, permitirão sua participação na formulação de várias massas cerâmicas. Ressalta-se que todos os produtos obtidos são misturas homogêneas de feldspato potássico, feldspato sódico cálcico e quartzo, com baixo teor de ferro. Além disso, o processo produtivo permite recuperações significativas de concentrados com custos operacionais e de investimento, relativamente baixos. Quartzo: A partir de areias feldspáticas, feldspáticas, o minério é levado da frente de lavra direto para a usina de d e beneficiamento passando pelos processos de desagregação; deslamagem (hidrociclones); peneiramento; flotação dos óxidos de ferro para poder separar, posteriormente, o quartzo do feldspato; filtragem; secagem e moagem. No processo de flotação usa-se o ácido fluorídrico para deprimir o quartzo e amina primária para flotar o feldspato. Em lavras de pegmatito após desmonte com explosivo é feita uma catação manual e posterior fragmentação, podendo passar, também, por processo de lapidação quando possuir características gemológicas. gemológicas. Os cristais piezelétricos de quartzos naturais e sintéticos são úteis na produção de sementes para o cultivo. As lascas de quartzo têm agora maior aproveitamento, fornecendo principalmente os nutrientes necessários à produção do quartzo cultivado e obtenção de granulado de quartzo para fusão usado na fabricação de fibra ótica. A produção de quartzo está relacionada à sua utilização a exemplo do quartzo para indústrias de alta tecnologia (cristais piezelétricos e lascas de alta pureza); do quartzo industrial comum (leitoso); e do quartzo ornamental (variedades coloridas - gemas). Mica: Mica é um termo genérico aplicado ao grupo de minerais alumino-silicatos complexos, possui estrutura lamelar, compreendendo diferentes composições químicas e propriedades físicas. Na composição mineralógica dos pegmatitos predominam os feldspatos, quartzo e micas (moscovita e biotita). A moscovita, como mineral primário, origina-se em rochas como pegmatitos e alasquitos. O beneficiamento da rocha pegmatítica para caulim, feldspato, quartzo e turmalina produz um grande volume de rejeitos com elevados teores de moscovita (conhecida como mica “lixo”), que necessit a de um beneficiamento para futuras aplicações industriais, o que pode resultar numa diminuição do impacto ambiental. A moscovita tem diversas aplicações industriais, dentre elas destaca-se a sua utilização para obter pigmentos necessários às indústrias de tintas, cosméticos e plásticos. Entretanto, esse mineral precisa de moagem especial para reduzir o tamanho de partícula (fragmentação), ser submetido à concentração gravítica em mesa vibratória para retirada de areia e minerais pesados, moagem especial, deslamagem (retirada de finos) e processos químicos para diminuir o teor de ferro através de ensaios de lixiviação utilizando soluções de ácido sulfúrico em concentrações de 5, 10, 15, 20 e 25% e ácido clorídrico a 5M (molar). O método de recuperação da mica “lixo” pode ser bastante utilizado pelos mineradores por se tratar de um processo de baixo custo com tecnologia limpa, por conseguinte, ao alcance dos mesmos. Além disso, 38

essa tecnologia oferece a obtenção d e um insumo mineral adequado à produção de pigmentos, produtos com elevado valor agregado. Caulim: Sua especificação de uso é baseada no método de preparação ou purificação industrial e em características características físicas e químicas específicas das indústrias a que se destina (COMIG, 1994). A maioria dos caulins por apresentar contaminantes que comprometem sua alvura (qualidade), pode sofrer branqueamento pela adição de produtos químicos. A quantidade total de ferro presente no caulim pode variar de 0,2 a 1,0%, sem afetar significativamente a qualidade do caulim para revestimento (D' Almeida, 1991). A partir desse nível, utiliza-se hidrossulfito de zinco ou zinco metálico, para a redução do ferro trivalente (Fe³ +) a divalentes (Fe² +), tornando-o solúvel (Ampiam, 1979). O Fe³ +  na forma de hematita (Fe 2O3) provoca cor avermelhada e, na forma de goethita  –  FeO(OH)  –  a cor amarelo-creme (Jepson, 1988). As principais aplicações industriais do caulim incluem: cerâmicas, cargas para tintas, borrachas, plásticos e cobertura para papel, refratários e inseticidas, adubos químicos e outras aplicações (Petri & Fúlfaro, 1983). Talco: O beneficiamento ocorre a partir do desmonte da rocha que contém o minério, com a seleção manual do minério, que segue para usinas de beneficiamento, onde sofre uma lavagem com água em tambores giratórios, seguindo para instalações de britagem, para processamento final nas etapas de moagem, classificação, blendagens, micronização, desbacterização, embalagem e comercialização. Nas usinas de beneficiamento também é empregada a técnica da flotação. Argila: As argilas são caracterizadas como matérias-primas de baixo valor unitário, fato este que não viabiliza o seu transporte a grandes distâncias, condicionando a instalação de unidades industriais cerâmicas o mais próximo possível das jazidas. Após a lavra as argilas são beneficiadas, de acordo com o setor a que se destinam: cerâmicas branca ou vermelha diferenciadas pelas colorações apresentadas após a queima. As argilas são submetidas à análise química para verificação da sua composição e ensaios tecnológicos como perda ao fogo, retração linear, tensão de ruptura à flexão, absorção de água, porosidade aparente, massa específica e cor, posteriormente são submetidas à difratometria de raios-X para determinação quantitativa de sua composição mineralógica. Na fabricação de pavimentos e revestimentos a argila é submetida à moagem por via seca ou úmida, preparação da composição, extrusão, conformação, conformação, prensagem e queima. Dentre as diversas substâncias minerais consumidas, no setor cerâmico, destacam-se, em face ao volume de produção atingido, as argilas de queima vermelha ou argilas comuns que respondem pelo maior consumo, sendo especialmente utilizadas na cerâmica vermelha e de revestimento, às vezes constituindo a única matéria-prima da massa. Dois outros importantes setores cerâmicos, consumidores de minerais industriais são as indústrias de vidro e de cimento. Entretanto, esses dois setores constituem segmentos tratados à parte, tendo em vista os seus portes e características. Em geral, o abastecimento destes setores é feito por mineração de médio a grande porte, tradicionalmente bem conduzida, com exceção de feldspato para a indústria de vidro. Gemas e “Diamante”:

O beneficiamento começa na seleção das pedras a serem tratadas, utilizando-se a princípio o método da seleção manual, além de tratamentos térmicos, tingidura com corantes e uso de líquidos para corrigir defeitos. A radiação eletromagnética, raios gama, feixe de elétrons e nêutrons também são usados para modificação ou indução de cores em alguns minerais como topázios incolores, turmalinas, quartzo, 39

ametistas, diamantes, kunzita, berilo (esmeraldas) e pérolas, para posterior lapidação. Os reagentes utiliza dos irão compensar o exíguo tempo de exposição, catalisando e acelerando as reações físicas e químicas. Entretanto, os resultados do beneficiamento são sempre imprevisíveis, dependem do sistema cristalino, da formação e da origem da pedra, do tipo de pigmento e das inclusões na rede cristalina formadora do cristal. Agregados (areia, brita e cascalho): Insumos minerais mais consumidos mundialmente de emprego imediato na indústria da construção civil; Areia: O beneficiamento da areia para construção é um processo executado concomitantemente à lavra e se constitui de lavagem, peneiramento, classificação e desaguamento (secagem). A lavagem pode ser considerada como uma operação de beneficiamento nos métodos da lavra da cava seca e da cava submersa, com sucessiva movimentação e lavagem da areia. No método de lavra em leito de rio, pelo fato da areia ser succionada diretamente diretamente da jazida até as peneiras dos silos, não chega a se caracterizar de fato uma operação de beneficiamento. Na lavra da cava seca, a lavagem é mais intens a e feita mediante o jateamento d’água na areia armazenada nos tanques de decantação, e proveniente da caixa de acumulação, a classificação dos produtos é inicia da por um peneiramento, com a retirada do material mais grosso (concreções / pedrisco / cascalho), em grelhas ou peneiras estáticas. Brita: As operações de beneficiamento beneficiamento são puramente mecânicas e consistem em britagem primária, secundária e rebritagem em uma ou duas etapas (britagens terciária e quaternária) que pode ser realizada a seco ou a úmido. O britador primário, de mandíbulas, faz a britagem dos matacões, e neste ponto pode ou não ocorrer lavagem da pedra, para a diminuição de material pulverulento durante a fragmentação e classificação da rocha. No caso de ocorrer lavagem, as partículas menores são estritamente produzidas nas fases seguintes e são isentas de quaisquer impurezas anteriores, tais como capeamento, matéria orgânica, dentre outras. Quando não há lavagem, é comum a separação de bica corrida quando não há lavagem após a primeira britagem, quando então o material é enviado para ser comercializado sem qualquer classificação. Após a no britador primário, há a formação de pilhas-pulmão, que alimentam os britadores secundários. O britador secundário pode ser de mandíbulas ou do tipo cônico. Os britadores terciário e quaternário são cônicos ou de impacto, sendo atualmente usados na tentativa de reduzir a lamelaridade do agregado e a produção de excesso de finos. O transporte de brita entre os britadores e/ou rebritadores é feito, normalmente, por um sistema de correias transportadoras sempre procurando procurando aproveitar o desnível topográfico para economia na planta de beneficiamento. Para diminuir o pó em suspensão, gerado pela atividade de britagem, algumas das pedreiras utilizam sistemas de aspersores de água, instalados nas bocas dos britadores e nas correias transportadoras. Cascalho: O beneficiamento deste insumo ocorre com a desagregação do material rochoso friável (cascalheiras), por desmonte hidráulico ou manual utilizando-se equipamentos como escavadeira, retroescavadeira e trator 40

de lâmina para a retirada do mesmo, sem passar por qualquer tipo de tratamento químico ou como subproduto resultante do beneficiamento da areia ou nas primeiras etapas da britagem. Ouro: Em linhas gerais o processo de beneficiamento do ouro pode se restringir a uma adequação granulométrica do minério às etapas hidrometalúrgicas ou envolver, além da preparação, estágios de concentração que envolvem diferença de densidade e de hidrofobicidade (natural ou induzida) entre o ouro e minerais a ele associados e os minerais de ganga. Na etapa de preparação deve-se preservar as partículas de ouro livre e na etapa de beneficiamento deve-se priorizar a recuperação do ouro contido, ficando o teor de ouro no concentrado e as impurezas como rejeito. Etapa de Preparação: esta etapa abrange a britagem (primária, secundária e terciária), o peneiramento (peneiras vibratórias convencionais, horizontais e inclinadas), a moagem (moinhos de bolas) e a classificação (separ ação granulométrica de partículas grossas “ underflow” e finas “ overflow”). Etapa de Beneficiamento: esta etapa abrange a concentração gravítica, que envolve processos de fragmentação do minério e subsequente liberação das partículas de ouro, seguidos de uma etapa de flotação e outra subsequente de cianetização (utilização de cianeto HCN), que será antecedida de ustulação ou lixiviação à pressão ou bacteriana, previamente. A separação/concentração gravítica, propriamente dita, após o processamento inicial, é efetuada através da utilização de equipamentos como os jigues, as mesas vibratórias (osciladores) e concentradores centrífugos (Lins, 1998). Jigagem: processo de concentração gravítca mais complexo devido às suas variações hidrodinâmicas, nesse processo a separação dos minerais de d e densidades diferentes é realizada num leito dilatado por uma corrente pulsante de água, produzindo a estratificação estratificação dos minerais;

a)

Mesas vibratórias: consiste num deck de madeira revestido com material com alto coeficiente de fricção (borracha ou plástico), parcialmente coberto com ressaltos, inclinado e sujeito a um movimento assimétrico na direção dos ressaltos com aumento de velocidade no sentido da descarga do concentrado e uma reversão súbita no sentido contrário, diminuindo a velocidade no final do curso;

b)

Concentradores centrífugos: a concentração centrífuga é processo que aumenta o efeito gravitacional visando uma maior eficiência na recuperação de partículas finas;

c)

Nos garimpos, após extração o ouro é concentrado através do processo de amalgamação com a utilização de mercúrio.

Galvanoplastia

A galvanoplastia é o processo em que por meio de eletrolise, faz-se um íon se reduzir e depositar-se em uma superfície revestindo-a, é utilizado para que as peças revestidas tenham melhor aparência (caso das bijuterias, painéis cromados e etc.), para proteger de corrosão (como em cascos de navios, colunas de sustentação metálicas de pontes), recuperação de peças, alteração de dimensões originais, melhora resistência químicas e físicas.

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INTRODUÇÃO

O processo de eletrodeposição, denominado galvanoplastia, trata-se de um processo de revestimento de materiais condutores, ou não condutores, por metais a partir de uma solução contendo íons destes metais. Esse processo gera, como consequência, efluentes líquidos, resíduos sólidos e emissões gasosas, com considerável grau de toxicidade. Basicamente, o processo de galvanoplastia envolve uma sequência de banhos consistindo de etapas de prétratamento, de revestimento e de conversão de superfície. Entre estas etapas, a peça sofre um processo de lavagem. Desta forma, são originados efluentes líquidos, emissões gasosas e resíduos sólidos que necessitam de tratamento específico. Dependendo dos procedimentos adotados durante o processo, é possível obter-se uma minimização do consumo de água utilizada no processo bem como uma redução no volume de solução arrastada entre processos.

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O que é Galvanoplastia

Processo eletrolítico que consiste em revestir superfícies de peças metálicas com outros metais, mais nobres. Esse processo tem por objetivo proteger uma peça de metal da corrosão, bem como conferir melhor acabamento estético ou decorativo à mesma. De acordo com o Dicionário Rosseti de Química, podemos definir galvanoplastia como a tecnologia responsável pela transferência de íons metálicos de uma dada superfície sólida ou meio líquido denominado eletrólito, para outra superfície, seja ela metálica ou não. Este processo usa a corrente elétrica, sendo chamado de “eletrólise”.

Como surgiram a Galvanoplastia

O termo galvanização nasceu da descoberta do cientista Luigi Galvani (1757 - 1798) que consiste em aplicar uma camada de Zinco a um metal a fim de protegê-lo contra a corrosão. Trata-se de um dos mais antigos processos industriais, que surgiu com a necessidade de obterem-se características físico-químicas diferentes das dos materiais utilizados para c onfecção de diferentes tipos de peças e equipamentos.

Tipos de Galvanização

Existem diferentes tipos de galvanização, como, a frio, a fogo, eletrolítica. Sendo um dos mais antigos e eficazes a zincagem por imersão a quente, ou galvanização a fogo. O principal objetivo deste processo é impedir o contato do material base, o aço (liga Ferro Carbono), com o meio corrosivo.

Realizações da galvanoplastia

A galvanoplastia é realizada através da eletrólise aquosa de um sal do metal a ser depositado sobre a peça metálica. A peça metálica é colocada no cátodo de uma cuba eletrolítica contendo uma solução aquosa do sal.

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Figura 1 Eletrólise aquosa

Anodização Anodização é um processo no qual a superfície de um metal, usualmente alumínio, é convertida, por oxidação eletrolítica, em um revestimento protetor. A anodização pode ser entendida como o oposto da eletrodeposição, na qual uma película metálica é depositada na superfície do metal. Em virtude de ser o revestimento obtido por anodização, na realidade, uma conversão da superfície, ela possui excelente aderência, pois está integrada com o próprio metal. No processo de anodização, o alumínio funciona como ânodo, um outro metal, aço por exemplo, ou carbono, funciona como cátodo. O eletrólito dentro do qual é colocado o alumínio é geralmente ácido sulfúrico ou ácido crômico. Uma corrente elétrica é aplicada aos elementos que compõem o processo, convertendo a superfície do alumínio em um revestimento de óxido de alumínio. É possível também incorporar cores ao processo de anodização. Os revestimentos de óxido assim obtidos apresentam muito boa resistência à abrasão, excelente proteção contra corrosão e boa rigidez dielétrica. O alumínio anodizado é largamente empregado como material estrutural na indústria, na construção civil, como elemento decorativo, fabricação de autopeças, produtos para consumo em geral e ferragens para aplicação na indústria eletroeletrônica.

Galvanização a fogo

Por mais de 140 anos, a galvanização a fogo tem sido um sucesso comercial como método de proteção frente à corrosão de uma grande variedade de aplicações, por todo o mundo. Quais são as vantagens da galvanização a fogo? O principal objetivo da galvanização a Fogo é impedir o contato do material base, o aço (liga Ferro Carbono), com o meio corrosivo. Para se obter um acabamento perfeito da zincagem é necessário que as peças estejam completamente limpas, tornando-se necessário a eliminação de óleos, graxas, óxidos, cascas de cola, tintas ou qualquer outro tipo de substância do metal base. Para que isso aconteça o processo de galvanização deve consistir de uma série de banhos em soluções específicas que preparam o material para receber o banho final, que é o de zinco, que conclui o processo. 44

Como surgiu a galvanização a fogo?

A história da galvanização a fogo tem início no ano de 1741, quando um químico francês chamado Melouin descobriu que o zinco era capaz de proteger o aço da corrosão. Ele apresentou os fundamentos do método em uma reunião na Academia Real Francesa. Entretanto, o método não foi muito utilizado até que outro químico francês, Sorel, obteve a patente, em 10 de maio de 1837, introduzindo a decapagem sulfúrica (a 9%) e a fluxagem com cloreto de amônio como etapas anteriores e fundamentais do processo. A principal parte do processo patenteado por Sorel é ainda atualmente utilizada. Em um apêndice à sua patente, datado de julho de 1837, Sorel denominou o método de “galvanização”, referindo -se à cela galvânica que é criada quando o revestimento de zinco é danificado. Como visto anteriormente, o aço é protegido galvanicamente pelo revestimento de zinco. O termo foi subsequentemente adotado a outros métodos de revestimento do aço pelo zinco, e, algumas vezes, é utilizado para a deposição metálica eletrolítica em geral. Para evitar confusão, a imersão do aço em zinco líquido deve ser referida como galvanização a fogo, ou, alternativamente, galvanização a quente. Uma patente inglesa para um processo similar foi depositada em 1837. Em 1850, a indústria de galvanização inglesa já utilizava 10.000 ton. de zinco por ano na proteção do aço. A galvanização a fogo pode ser encontrada em quase que todo tipo de aplicação e indústria onde o aço é empregado. As indústrias de utilidades domésticas, processos químicos, papel e celulose, construção civil, automotiva e de transporte, para numerar algumas poucas, tem feito grande uso, histórico, da galvanização, no controle da corrosão. E elas continuam a fazer uso da técnica ainda hoje.

Como é o processo de galvanização a fogo?

O processo de galvanização a fogo consiste em limpeza de peças de aço ou ferro fundido com posterior imersão no zinco líquido, esse processo de limpeza é um meio versátil e econômico de proteger estruturas, peças e equipamentos contra a corrosão. Esse processo consiste em 7 fases (banhos) importantes para a limpeza e imersão de peças. Primeiro Banho: Desengraxante Desengraxante - O processo inicia com o material a ser galvanizado sendo fixado em uma grua

aérea, que percorre todo o comprimento da fábrica destinado ao processo. Após isso, o material preso à grua começa o processo sendo mergulhado em uma cuba repleta de soda cáustica. Isso gera vapor que é coletado pelos ventiladores para tratamento nas torres de lavagem de gases. Segundo Banho: Lavagem - O segundo banho é feito com água quente para retirada do ácido e limpeza em geral, não gerando resíduos. Terceiro Banho: Decapagem - Ácido muriático é o reagente do terceiro banho. Devido à saturação do ácido, o

líquido é encaminhado à estação de tratamento via bombeamento. Quarto Banho: Lavagem - Consiste na lavagem do material com água, para limpeza em geral. A água é enviada

para tratamento através de bombas. 45

Quinto Banho: Fluxagem - Na fluxagem são utilizados o cloreto de amônia e o cloreto de zinco. Serve para abrir

os poros do ferro para maior ancoragem do zinco. Essa etapa do processo gera vapor que é encaminhado à torre de lavagem. Sexto Banho: Banho de zinco fundido - Processo efetivo de proteção do ferro, que é mergulhado em cuba

com zinco derretido. Gera a borra de zinco na superfície e o zinco ferro no fundo. Ambos resíduos são removidos e vendidos para terceiros.

Figura 2 Processo de zincagem

Processos Galvânicos O processo da galvanoplastia consiste num metal que, ao ser submergido num substrato, transfere íons para outra superfície (metálica ou não), através da eletrólise. O objeto cuja superfície será revestida sofre a redução e deve estar ligado ao polo negativo, o cátodo, de uma fonte de energia, enquanto o metal que sofre a oxidação deve ser ligado a um polo positivo, o ânodo. No processo, as reações não são espontâneas. É necessário fornecer energia elétrica para que ocorra a deposição dos elétrons (eletrólise). Trata-se, então, de uma eletrodeposição na qual o objeto que recebe o revestimento metálico é ligado ao polo negativo de uma fonte de corrente contínua enquanto o metal que dá o revestimento é ligado ao polo positivo. Para que a película do metal se ligue a outro, além de uma perfeita limpeza e desengorduramento da superfície, é preciso conhecer suas naturezas e propriedades químicas. Os processos galvânicos comuns e modernos são: Cromagem, niquelagem, zincagem, prateação, douração, top coats (selantes), pintura, entre outros.

Cromagem

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O cromo é um metal de cor branca, é muito duro, quando obtido por eletrodeposição. É resistente ao calor e não sofre embaçamento, e por isto é muito usado como acabamento decorativo de peças. É resistente à corrosão atmosférica e só é atacado pelo ácido sulfúrico e clorídrico. É extremamente aderente quando depositado sobre aço, o que torna, juntamente com sua dureza muito empregado para fins industriais. Por outro lado, como o cromo repele óleos e meios aquosos deve ser tornado rugoso quando usado em superfícies que devem ser lubrificadas. Podem ser formados vários tipos de camadas de cromo, conforme o banho utilizado, e conforme sejam as condições de deposição. Assim temos o cromo brilhante, mais usado para fins decorativos. O cromo duro, não brilhante, que pode ser isento de fissuras ou microfissurado para fins técnicos, tendo uma espessura maior do que o cromo brilhante. Boa resistência à corrosão e acabamento decorativo é obtida quando se deposita uma camada de níquel, previamente à camada de cromo brilhante.

Niquelagem

O níquel é um metal duro, de cor cinza claro, bastante resistente ao ataque químico de vários ácidos, bases e da água. É atacado pelo ácido nítrico, clorídrico e amoníaco. O níquel depositado eletroliticamente pode ser fosco ou o u brilhante, dependendo do banho utilizado. Em contato com o ar o níquel sofre embaçamento rápido. Geralmente após a niquelação é feita uma cromagem, o que evita o embaçamento e aumenta a resistência à corrosão.

Defeitos comuns em banho de níquel:

Porosidade e Aspereza: Porosidade é produzida por inclusão de gases óleos que podem estar no depósito ou na superfície do metal a ser beneficiado. A maioria das porosidades é causada por bolhas de hidrogênio, ar dissolvido, dióxido de carbono dissolvido, ou gotas de óleos ou graxas dispersas. Um dos melhores métodos para prevenir a porosidade é a agitação da solução. Aspereza é produzida por partículas presentes na solução, as quais durante a deposição ficam encapsuladas no depósito. A prevenção de aspereza pode ser feita com a filtração que ajuda a manter a solução limpa de uma série de impurezas internas e externas. Aderência: Falta de aderência pode ser definida como a separação da camada depositada do metal-base ou separação de camadas dentro do próprio depósito. A maior parte dos problemas de aderência que ocorrem na niquelação procede de fatores externos do banho de níquel. Nestes casos, os mais diversos problemas podem causar a presença de filmes na superfície, tais como: insuficiente desengraxamento, formação de óxidos e filmes de óleo na superfície dos tanques operacionais. Baixa 47

ductilidade ou alta tensão interna no depósito pode contribuir para os problemas de aderência, quando a limpeza da superfície não for bastante cuidadosa.

Zincagem

O processo aplicação de revestimento de zinco pode ser realizado das seguintes maneiras: Zincagem por Imersão a Quente: (ou a fogo), passando a peça através de zinco fundido. Zincagem ou Galvanização Eletrolítica: (a frio) por eletrodeposição de zinco, no qual se tem uma superfície mais lisa e brilhante, porém com menor camada que pelo procedimento a fogo. Ela se denomina desta maneira porque quando o aço e o zinco entram em contato em um meio úmido é criada uma diferença de potencial elétrico entre os metais. Zincagem por Aspeção Térmica – metalização: Assim, o principal objetivo da galvanização a Fogo é impedir o contato do material base, o aço (liga Ferro Carbono), com o meio corrosivo. Como o zinco é mais anódico do que o elemento ferro na série galvânica, é ele que se corrói, originando a proteção catódica, ou seja, o zinco se sacrifica para proteger o ferro. Mesmo que uma pequena área fique exposta, o metal base não sofre os efeitos da corrosão, pois, sendo o zinco anódico ele aumentará sua taxa de corrosão protegendo catodicamente a área descoberta. Depois de realizada esta primeira etapa, inicia-se a fase de zincagem, que consiste na imersão da peça em uma cuba com zinco fundido à temperatura entre 445 e 460°C, onde o ferro vai reagir como zinco iniciando-se a formação de quatro camadas que vão formar o revestimento protetivo. Na imersão da peça em zinco fundido (zincagem), existem alguns fatores que vão influenciar na formação do revestimento: Material base que compõe a peça

Existem alguns metaloides na composição do aço que são elementos aceleradores na reação Fe-Zn. O silício é o maior ativador na geração das fazes Fe-Zn, proporcionando rapidamente cristais longos e espessos. Quando o teor deste elemento é superior a 0,12% já se observa seu efeito com o crescimento da fase Zeta até a superfície, do recobrimento acinzentado e/ou áspero. A espessura do revestimento será maior que o especificado, podendo ser 2x maior. Estado da superfície

Quanto maior rugosa a superfície, mais espessa é a camada de zinco, isto é explicado pelo fato de se ter maior superfície exposta à reação entre o Zn e o Fe, trazendo maior ancoragem mecânica da última camada que fica por arraste durante a remoção da peça. Velocidade de imersão e remoção

A imersão deve ser a mais rápida possível a fim de que a camada tenha o mesmo tempo de formação em toda a peça. A velocidade recomendada varia entre 6 e 7m/min. A remoção deve ser mais lenta e constante para proporcionar um revestimento mais uniforme. A última camada (Eta) é formada por arraste de material da superfície do banho durante a remoção. A velocidade recomendada é por volta de 1,5m/min. A temperatura do banho

A temperatura de fusão do zinco é por volta de 419°C. A temperatura de trabalho está entre 430 e 460°C. Temperatura mais elevada acelera a reação Fe-Zn, gerando cristalizações grosseiras e frágeis com uma aparência externa irregular, além de afetar seriamente a vida útil da cuba, pois acima de 470°C, a reação do zinco com as paredes da cuba se torna mais intensa. 48

Tempo de imersão

A camada cresce com o tempo de imersão. Até aproximadamente 1 minuto ela cresce rapidamente: a partir daí, ela é lenta. O tempo mínimo permitido de imersão é aquele necessário para que toda a peça esteja na mesma temperatura do zinco fundido. Composição do banho entre os elementos encontrados ou adicionados ao banho de zinco, o alumínio é o único que exerce uma ação marcante. Quantidade abaixo de 0,006% abrilhanta a superfície de liga. Quantidades acima reduzem ou suprimem a reação entre o ferro e o zinco. Estes fatores determinantes na formação da camada de zinco devem ser bem controlados, pois se verifica que o tempo de vida do revestimento depende da massa ou peso da cama de zinco. Resfriamento e passivação da camada de zinco: Com o intuito de que o revestimento de zinco adquira logo em sua superfície uma capa protetora, procede-se a passivação em soluções cromatizantes a base de ácido crômico e bi cromato. Esta passivação dá ao produto zincado um aspecto amarelado. Na prática, é importante saber onde a peça a ser zincada irá ser exposta, durante sua vida útil, para definir a espessura de camada a ser aplicada.

Prateação

A prata metal é dúctil, de baixa dureza, ótimo condutor elétrico e térmico, não oxida, porém em contato com sulfetos ela formará uma película escura na superfície. A prata é solúvel em ácido nítrico, ácido sulfúrico e em cianeto de potássio. As maiores partes dos metais precipitam prata por simples imersão das soluções normalmente usadas para prateação. A camada assim depositada não tem boa aderência no substrato. Para prevenir esse defeito recomenda-se a prateação. Os banhos de pré prateação do aço contêm baixo teor de prata e relativamente alto teor de cianeto livre. A pré-prateação do aço geralmente é feita em duas etapas: a primeira, em solução contendo, além da prata, cobre a segunda, na solução convencional de pré-prateaçãp. Além de assegurar a boa aderência da prata do metal-base, a pré-prateação melhora a penetração e a distribuição da camada. Em razão da rápida passiva do níquel eletro depositado é recomendada a sua ativação antes da pré-prateação. Na mesma forma é importante a pré-ativação das ligas de níquel e do aço inoxidável. Os banhos de prata mais usados são os cianídricos, compostos principalmente de cianeto de prata e de cianeto de potássio ou sódio. A prata está presente na forma de complexo duplo KA(CN)2 ou NaAg(CN)2. Os banhos de base de potássio são preferidos porque permitem deposição mais rápida, são mais tolerantes aos carbonatos e a camada formada tem uma cristalização mais fina. Apesar da grande variedade das formulações conhecidas, as quais trabalham em diversas condições, na prática as mesmas poderão ser divididas em apenas três tipos, como co mo segue: Banhos convencionais com baixo teor de prata Banhos rápidos com consideravelmente mais alto teor de prata; Banhos de prata brilhante.

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Tops Coats (selantes) Durante os últimos dez anos ocorreu a chegada das passivações seladas, que, de modo especial, apoiaram o desenvolvimento das aplicações industriais do zinco e, particularmente, do zinco alcalino, isento de cianeto. A definição “passivação selada” é o e feito melhorado da resistência à corrosão de peças sujeitas a condições

termodinâmicas (temperatura, umidade, etc.). Para poder responder do melhor modo a estas solicitações, os pesquisadores concentraram sua atenção sobre as propriedades dos géis e das suspensões coloidais de alguns elementos. A química dos óxidos de Si, Ti, Al mostra as possibilidades em um futuro ainda desconhecido entre o estado sólido e o líquido ou das partículas de dimensões nanométricas, oferecendo propriedades de ligações reversíveis com água e os íons. É consequência da capacidade de permuta sob o efeito da temperatura (hidratação-desidratação) ou sob o efeito da corrosão (bloqueio dos agressores, liberação dos inibidores). As passivações seladas conferem ao depósito de zinco zin co cromatizado propriedades únicas: Multiplicação do efeito inibidor; Estabilização do coeficiente de atrito; Auto cicatrização; Resistência à temperatura até 200ºC

Indústria de Galvanoplastia

Objetivo As indústrias de galvanoplastia têm por objetivo o tratamento de metais e plásticos para se obter: Proteção contra a corrosão Aumento se espessura de certas peças, Melhor resistência mecânica Embelezamento e durabilidade das peças. O processo industrial, em suma, pode ser dividido em duas etapas: Limpeza da peça (desengraxamento e decapagem), para eliminar óleos e graxas de sua superfície e remover a camada oxidada. Matérias-primas passíveis de serem usadas: solventes orgânicos, sais e detergentes, soluções alcalinas, solventes e umectantes, eletrólitos, ácidos (sulfúrico, clorídrico, nítrico, fluorídrico e fosfórico) e álcalis (hidróxido de sódio). Aplicação da camada metálica propriamente dita, com diferentes metais para diferentes propósitos. Os mais usados, sua finalidade e matéria-prima são (CETESB, 1985):

Cromo: dureza, resistência ao desgaste e embelezamento da peça, a partir de ácido sulfúrico e anidrido do ácido crômico. 50

Níquel: proteção da peça e proporcionar uma base para a cromação, a partir de sulfato de níquel e sais de amônio.

Zinco: resistência à corrosão e embelezamento da peça, a partir de sulfato de zinco, cloreto de zinco, sulfato alcalino, ácido bórico, sais de alumínio, cloretos de zinco, sódio e hidróxido de sódio.

Cadmio: resistência à corrosão e embelezamento da peça, a partir de óxidos ou cianeto de cádmio em cianeto de sódio.

Cobre: embelezamento da peça a partir de sulfato de cobre, ácido bórico, cianeto de sódio, cianeto de cobre, bissulfeto de sódio, carbonato de sódio e tártaro de sódio e potássio. Outro fator importante na indústria galvânica é o tratamento das soluções eletrolíticas para aumentar a vida útil dessas, a eficácia e a qualidade do processo, diminuindo o custo operacional (menor gasto se energia elétrica, menor consumo de água, menor geração de efluentes). A solução de banho é bombeada diretamente do tanque de processo. Figura 3. Indústria de Galvanoplastia

Meio Ambiente Poluentes gerados no processo Tratar os poluentes gerados nos diversos tipos de empresas da área de tratamento de superfície é extremamente necessário e indispensável, independente do volume do descarte.

Efluentes Líquidos Efluentes líquidos são provenientes do descarte de: Banhos químicos; Produtos auxiliares (desengraxantes, decapantes, passivadores); Águas de lavagem; Óleos solúveis ou não, para corte ou revestimento das peças. Os efluentes líquidos, geralmente, são coloridos. Alguns com temperatura superior a ambiente e emitem vapores, seus PHs geralmente atingem os extremos ácido ou alcalino. No caso dos óleos, geralmente, verificam-se manchas no solo, principalmente nos locais de acúmulo de sucatas. 51

Emissões gasosas As emissões gasosas são provenientes de: Reações eletrolíticas; Reação de decapagem; Reação de desengraxe; Reação de corrosão. As emissões gasosas podem ser coloridas ou incolores e são, geralmente, irritantes para as mucosas. Para as emissões gasosas, o limite de tolerância para produtos sob a forma de gases deverá atender à Norma Regulamentadora n° 15, da Portaria 3214 do Ministério do Trabalho, as quais recomendam as concentrações máximas dos diversos tipos de poluentes no ar. A coleta de poluentes deverá ser realizada no ponto de geração, com a utilização de exaustores e posterior tratamento desses gases em colunas lavadoras de gases apropriadas. A utilização de uma coluna lavadora de gases gera, após certo tempo de utilização, um efluente líquido, que deve ser conduzido à unidade de tratamento de efluentes líquidos. A determinação e fixação dos padrões de descarte de poluentes atmosféricos são de competência estadual, pois as condições atmosféricas são peculiares a cada um dos Estados Brasileiros. O único Estado que possui uma legislação específica a respeito é o Estado de São Paulo, mas que devido a suas características peculiares, é bastante restritiva e apresenta padrões de emissão, principalmente para material particulado em suspensão. O Instituto Ambiental do Paraná (IAP) recomenda que a carga de poluentes gerada seja reduzida em pelo menos 80 % antes de ser descartada para a atmosfera, não sendo permitida a emissão de gases/emissões coloridas.

Resíduos sólidos Os resíduos sólidos são provenientes de: Sucata de metais ferrosos e não ferrosos cavacos; Resíduos de pré-tratamentos mecânicos; Precipitação de sólidos em tanques de processo; Lodo do processo de tratamento de efluentes líquidos (ETE); Embalagens de produtos químicos; Filtros usados, sacos de ânodos e material diverso.

Os resíduos sólidos podem ser provenientes do processo produtivo ou da manipulação e transporte de insumos e reagentes necessários à manutenção do processo. Os lodos sólidos geralmente são coloridos (azul, verde, laranja tijolo, branco leitoso, marrom acinzentado) e seu PHs pode atingir valores extremos quando não tratado. Durante o pré-tratamento mecânico das peças, ainda podem ser formadas pós. Esses pós, geralmente muito finos, estão, na maioria das vezes, contaminados com metais. As etapas de pré-tratamento incluem a utilização de partículas de óxido de alumínio, cerâmicas e micro esferas de vidro. Podem ser provenientes, ainda de embalagens plásticas: normalmente retornáveis ao fornecedor do produto. 52

Destinações finais Para poder dar a devida destinação final a qualquer resíduo industrial, aconselha-se aco nselha-se seguir a seguinte sequência:

1) Caracterização e identificação do resíduo. 2) Avaliação do resíduo em função de sua viabilidade financeira e disponibilidade tecnológica. 3) Procurar uma destinação final adequada ao resíduo. Para os não recicláveis, existem três destinações oficiais: Incineração convencional Aterro químico Incineração

4) Administração interna do resíduo. Definir objetivos 5) Obter documentações 6) Administração da destinação final

11 Razões para Galvanizar

COMPATIBILIDADE COM O MEIO AMBIENTE

Custo competitivo Em diversas utilizações, a galvanização a fogo, por ser um processo industrial altamente mecanizado tem um custo inicial menor do que os outros revestimentos anticorrosivos, especialmente se considerado o longo prazo estimado de durabilidade.

Menor custo de manutenção O custo inicial baixo e a durabilidade fazem com que a galvanização a fogo seja mais versátil e econômica para se proteger o aço e o ferro fundido, por longos períodos, contra a corrosão ou ferrugem. Nos equipamentos ou nas estruturas localizadas em áreas de difícil acesso, o aumento dos intervalos de manutenção reduz os custos decorrentes desta operação e da interrupção de serviços. Por aumentar o grau de proteção do material, os ricos de falha são reduzidos drasticamente.

Durabilidade A durabilidade dos produtos galvanizados a fogo é diretamente proporcional à espessura do revestimento de zinco e inversamente à agressividade do meio ambiente.

Confiabilidade O processo de galvanização a fogo é simples, direto e totalmente controlado. A espessura do revestimento forma uma camada uniforme previsível e de simples especificação. 53

Rapidez do processo (e de utilização) Com a galvanização a fogo pode-se obter um revestimento completo sobre uma peça em alguns minutos, enquanto por outro processo seriam necessárias horas ou dias. Logo após a galvanização a peça está pronta para ser utilizada sem exigir preparação da superfície, retoques ou pintura.

Tenacidade (resistência) do revestimento O processo de imersão no zinco fundido produz um revestimento unido metalurgicamente ao aço pela formação de camadas de liga Fe-Zn e Zn. Nenhum outro processo de revestimento apresenta esta característica que confere ao produto galvanizado uma grande resistência mecânica durante a manipulação, estocagem, transporte e instalação, além disso, a dureza do revestimento faz com que ele seja particularmente adequado em aplicações onde a abrasão poderia ser um problema.

Cobertura completa A imersão da peça no zinco fundido faz com que toda a superfície da mesma seja revestida - superfícies internas, externas, cantos vivos e fendas estreitas aos quais a proteção por outros processos seria impossível. Somando-se a isto a galvanização a fogo mantém a espessura do revestimento nos cantos e bordas, o que não ocorre em outros processos.

Proteção tripla O revestimento produzido pela galvanização a fogo protege o aço de três maneiras: O revestimento de zinco sofre uma corrosão ambiental inicial mínima, sob a ação do meio ambiente o que a. proporciona uma vida longa e previsível. O revestimento é corroído preferencialmente fornecendo uma proteção catódica (de sacrifício) para as b. pequenas áreas do aço expostas ao meio ambiente devido, por exemplo, a esmerilhamento, cortes ou danos acidentais. Se o revestimento for riscado, os sulcos serão preenchidos por compostos de zinco formados pela corrosão ambiental os quais impedem que o metal base seja corroído. Quando a área danificada for extensa a proteção catódica do zinco impede que a corrosão se propague sob o c. revestimento.

Facilidade de inspeção O produto galvanizado a fogo pode ser facilmente inspecionado. A natureza do processo é tal, que se o revestimento parece contínuo e perfeito, ele realmente o é. Além disso, a espessura do revestimento pode ser facilmente verificada a qualquer momento, através de equipamento magnético ou por testes não destrutivos. (NBR 7397, 7398,7399, 7400).

Versatilidade de aplicações A resistência mecânica do aço aliada à resistência do zinco faz do produto galvanizado um meio versátil e econômico para as mais diversas aplicações.

A corrosão faz mal Ao aço - Ao meio ambiente - A seu bolso 54