Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
31/03/2019
1
31/03/2019 10:24
Tecnologia Metalúrgica
Prof. Dr. Jorge Teófilo de Barros Lopes
Universidade Federal do Pará
Instituto de Tecnologia
Campus de Belém
Curso de Engenharia MecânicaTECNOLOGIA METALÚRGICA
31/03/2019 10:24
Capítulo I
Universidade Federal do Pará
Instituto de Tecnologia
Introdução
Campus de Belém
Curso de Engenharia MecânicaTECNOLOGIA METALÚRGICA
31/03/2019
2
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
➢ Idade da Pedra – o homem depende do uso de
ferramentas feitas de pedra para a sobrevivência -
milhares de anos.
➢ Armamentos feitos de ossos de animais, madeiras,
pedras lascadas de quartzo ou sílex configuravam os
principais avanços para auxiliar os homens na época.
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
➢ Uma das principais descobertas do homem nesse
período: manipulação do fogo para cozinhar os
alimentos, espantar animais de grande porte e iluminar
locais escuros.
31/03/2019
3
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
➢ Idade dos Metais - período que caracteriza o fim da
Idade da Pedra - marcado pelo início da fabricação de
ferramentas e armas de metal – inicia antes do 5º
milênio a.C.
➢ O ser humano começava a dominar, ainda que de
maneira rudimentar, a técnica da fundição.
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
➢ Primeiros metais usados utilizados como matéria
prima: cobre, estanho, bronze, ouro e prata, dentre
outros - metais cuja fusão é mais fácil e, talvez, porque
às vezes aparecem em forma de pepitas de metal
nativo.
31/03/2019
4
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
➢ 400 anos antes da Era Cristã - os egípcios
recuperavam ouro a partir de depósitos
aluvionares, usando processos gravíticos.
➢O ouro sempre acompanhou a civilização e era
usado, inicialmente, como adorno e decoração,
mas foi no reinado de Creso (nome original
Croesus), o último rei de Lydia (região da atual
Turquia), 560-547 a.C., que foram cunhadas as
primeiras moedas de ouro e prata.
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
Croesus, uma das
moedas mais antigas
do mundo que
circulou na Lydia
(hoje Turquia) no
século VI a.C. (~550
a.C.).
31/03/2019
5
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
➢ A partir do século XVIII - descoberta da máquina a vapor
(início da Revolução Industrial) - ocorreram inovações
significantes na área de tratamento de minérios.
➢ Metade do século XIX (1864) - o emprego do tratamento
de minérios se limitava praticamente àqueles do ouro,
cobre nativo e chumbo.
➢ Grande desenvolvimento na área de beneficiamento de
minérios - final do século XIX e início do século XX,
com a utilização industrial da flotação – técnica de
separação de misturas (Austrália, 1905), a inovação mais
importante.
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
➢Avanços significativos do ponto de vista
tecnológico (LUZ et al.) - ocorreram em função do
desenvolvimento de design de equipamentos
maiores e mais produtivos e eficientes (1940-
1970), à otimização de processos através de
automação e computação (1970-1990), e à
racionalização do uso de energia nos anos de 1970.
➢Atividades de mineração e metalurgia – são,
reconhecidamente, de elevado impacto ambiental –
necessidade de fiscalização.
31/03/2019
6
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
➢ Mineração - o enorme tamanho de algumas operações,
a quantidade de carga movimentada e os rejeitos
gerados têm representado um risco a diversas regiões e
populações, eventualmente afetadas por acidentes e
mecanismos ineficientes de deposição e
monitoramento.
➢ Casos mais recentes: rompimento da barragm de
dejetos provenientes da mineração exploradas pela
empresa Samarco (Mariana/MG); vazamento de
resíduos nas localidades próximas à mineradora Hydro
Alunorte (Barcarena/PA); e rompimento da barragem
de dejetos da mineradora da Vale (Brumadinho/MG).
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
Carros e destroços de casas em meio a lama, após o rompimento de barragem
de rejeitos da mineradora Samarco no Distrito de Bento Rodrigues, Minas
Gerais.
31/03/2019
7
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
Além de comprovado o vazamento, foi constatado também que a mineradora
fazia uso de uma tubulação clandestina, por onde despejava material tóxico
em um braço de rio de Barcarena.
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
Destroços de casas e lama, após o rompimento de barragem de rejeitos da
mineradora Vale em Brumadinho, Minas Gerais.
31/03/2019
8
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.1 Histórico
➢Depois de importantes ciclos de alta e
investimentos, os setores enfrentaram um dos
períodos mais difíceis nos últimos vinte anos, com
queda abrupta de preços e redução das margens de
rentabilidade de suas operações, mas já apresentam
recuperação.
➢Novas tecnologias estão sendo adotadas para
otimização, controle e automação de operações e
viabilização de novos empreendimentos de
Mineração e Metais, lavra e transformação mineral.
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.2 Escassez de Metais
➢Os minerais possíveis de serem utilizados pela
indústria se encontram distribuídos de maneira
escassa na crosta terrestre, formando depósitos
nem sempre exploráveis economicamente.
➢ Jazimento ou jazida mineral: depósitos de
minerais com concentrações e quantidades que
permitam um aproveitamento econômico.
➢Depósito mineral: minerais depositados em
concentrações e quantidades que não apresentam
interesse econômico.
31/03/2019
9
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.2 Escassez de Metais
➢ Conceito de aspecto circunstancial - dependendo
da conjuntura político-econômica, a exploração de
um depósito mineral pode se tornar viável →
jazida mineral.
➢ Preço de mercado de um metal - condicionado a
um grande número de variáveis: frequência da
ocorrência na crosta terrestre, complexidade na
lavra e beneficiamento, distância do mercado
consumidor, dentre outras.
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.2 Escassez de Metais
➢ Existe uma crescente influência de minerais sobre
toda e qualquer atividade de desenvolvimento de
um país - com o aumento das populações, cada dia
se necessita de maior quantidade de matéria-prima
para atender a crescentes necessidades do ser
humano.
➢ Baseados nestes fatos, é fácil concluir que
brevemente o ser humano enfrentará uma série
crise de matérias-primas, alimentação, água,
energia dentre outros.
31/03/2019
10
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.3 Relevância Tecnológica dos Metais
➢ Os metais ocupam uma posição mandatória no
desenvolvimento industrial e tecnológico da era
moderna.
➢ Constituem-se no pilar essencial de importantíssimos
segmentos produtivos: indústrias de veículos, máquinas
de bens de capital, indústria naval entre outras.
➢ Significativos desenvolvimentos nos campos dos
polímeros e cerâmicos não substituem os metais e suas
ligas numa amplíssima gama de aplicações,
particularmente como materiais de construção mecânica
e estrutural, devido a sua excelente combinação de
propriedades mecânicas, elétricas e térmicas.
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.3 Relevância Tecnológica dos Metais
➢ Propriedades como resistência mecânica,
resiliência, condutibilidades elétrica e térmica,
ferromagnetismo, elasticidade e, principalmente,
plasticidade, fazem com que esses materiais
apresentem uma alta relação desempenho/custo.
➢ Por exemplo: o aço representa em torno de 80% da
produção mundial de metais, pois possui alta
versatilidade em termos de ligas metálicas, grande
aplicações tecnológicas, além de outras vantagens
em relação aos demais materiais metálicos.
31/03/2019
11
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.4 Crosta Terrestre
➢ Com exceção dos metais nativos (Au, Ag, Cu etc.),
todos os outros metais são obtidos pela “quebra”
de compostos, geralmente óxidos e sulfetos
encontrados em minérios.
➢ Tais minérios, constituem-se em recursos naturais
não renováveis, e são quase que totalmente
extraídos da crosta terrestre, isto é, da sua quarta
parte continental (crosta continental), já que o
restante encontra-se submerso pelos oceanos
(crosta oceânica).
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.4 Crosta Terrestre
➢ Crosta terrestre: ocupa apenas 0,3% da massa do
planeta, e se caracteriza pela relativa pobreza como
fonte de suprimento metálico.
➢ Quase a metade da crosta terrestre é formada por
oxigênio, ao passo que cerca de uma quarta parte é
formada por silício.
➢ Em decorrência deste fato, aproximadamente 3/4 da
crosta terrestre são formados por diferentes
combinações químicas destes elementos, tais como
sílica e silicatos, tornando-a rica de matérias-primas
vítreas e cerâmicas.
31/03/2019
12
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.4 Crosta Terrestre
Corte Esquemático e Simplificado do Planeta Terra
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.4 Crosta Terrestre
➢Dois metais incidem significativamente na crosta
terrestre: o alumínio com 8% e o ferro com 5%.
➢ 99% da crosta terrestre são constituídos por apenas
nove elementos, pela ordem: oxigênio, silício,
alumínio, ferro, cálcio, sódio, potássio, magnésio e
titânio.
31/03/2019
13
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.4 Crosta Terrestre
Os elementos mais ocorrentes na crosta terrestre.
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.5 Exaustão metálica
➢A retirada secular de metais da crosta terrestre, em
função da necessidade de viabilizar o
desenvolvimento tecnológico e industrial,
começaram a atingir níveis predatórios a partir da
revolução industrial.
➢ Com o aumento em larga escala do consumo
mundial de metais, a escassez desses materiais
começa a atingir níveis preocupantes.
31/03/2019
14
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.5 Exaustão metálica
Consumo mundial de metais (DNPM, Sumário Mineral 2015, v.35).
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.5 Exaustão metálica
Consumo global de cobre – Tendência (Informações e Análises da Economia Mineral Brasileira – 7ª Edição).
31/03/2019
15
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.5 Exaustão metálica
Produção mundial de alguns metais em t/ano (http://minerals.er.usgs.gov/minerals/).
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.5 Exaustão metálica
Evolução da produção de aço no mundo, entre 1950 a 2010 (Instituto Aço Brasil, ABM, maio, 2011.
31/03/2019
16
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.5 Exaustão metálica
➢O setor mineral mundial movimenta bilhões de
dólares anualmente.
➢No Brasil, a balança comercial do setor mineral
obteve um saldo médio entre 2012 e 2014 superior
a 23 bilhões de dólares (tabela).
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.5 Exaustão metálica
➢No início do século passado, uma reserva com 3%
de cobre incidente era considerada antieconômica,
em função da tecnologia que era usada naquela
época.
➢Atualmente, já se começa explorar reservas com
apenas 0,5%, utilizando-se novas tecnologias,
como sofisticados processos biológicos, através da
lavagem de rochas com bactérias fixadoras do
metal.
31/03/2019
17
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.6 Prazos de Exaustão
➢Um dos sintomas da escassez de metais são os
seus altos custos.
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.6 Prazos de Exaustão
31/03/2019
18
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.6 Prazos de Exaustão
➢Valor atual do grama do ouro ≈ R$ 158,00 (03/2019).
➢ Em função dos atuais níveis de economicidade e da
tecnologia conhecida, estima-se que as reservas de
metais apresentam prazos de exaustão na faixa de
400 a 600 anos, tais como os mostrados abaixo:
Prazos a partir de 1980 (em anos)
10 a 20 20 a 50 50 a 200 200 a 400 400 a 600
Estanho
Prata
Mercúrio
Ouro
Cobre
Zinco
chumbo
Platina
Tungstênio
Molibdênio
Vanádio
Antimônio
Cromo
Níquel
Cobalto
Alumínio
Ferro
Manganês
Titânio
Nióbio
Prazos estimados para a exaustão das reservas de alguns metais (DNPM, 2006).
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.7 Fontes Alternativas
➢ Avanços tecnológicos na técnica de exploração de
matérias primas metálicas.
➢ Fontes não convencionais (oceanos e os 3/4 da crosta
terrestre por eles submerso.
➢ Nas águas oceânicas, com 6% de material sólido
dissolvido, um metal incide significativamente, que é o
magnésio, com cerca de 1.300 ppm, ficando os demais
com apenas 1 ppb.
➢ Existe uma relação significativa de material dissolvido
nas águas oceânicas, devido ao seu grande volume.
31/03/2019
19
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.7 Fontes Alternativas
Estimativas das quantidades totais de metais dissolvidas nas águas oceânicas e
contidas na crosta terrestre (DNPM, 2006).
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.7 Fontes Alternativas
➢Na crosta submersa, isto é, nos solos oceânicos, a
ocorrência metálica é mais promissora do que a
massa líquida.
➢ Jazem grandes colônias de nódulos sólidos com
riqueza metálica extraordinária, com composição
média de 25% Mn, 2% Ni, 1% Cu e 0,3% Co.
➢ Estima-se em torno de 15.000 ton/km² a
disponibilidade de tais nódulos.
31/03/2019
20
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.7 Fontes Alternativas
Nódulos de manganês são cobiçados para produção de ligas metálicas.
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.7 Fontes Alternativas
➢ Estes depósitos continuam relativamente
inacessíveis, faltando tecnologia para a sua
extração.
➢Além das colônias de nódulos, resta ainda a
mineração propriamente dita dos solos oceânicos,
locais ainda não prospectados.
31/03/2019
21
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.8 Implicações no Mercado Internacional
➢ Agravamento da crise energética e política entre
nações, possibilitando a invasão de países com
reservas de minérios estratégicos.
➢ Grandes prejuízos a países industrializados que têm
seus parques industriais, total ou parcialmente,
dependentes da importação de matéria-prima metálica
provenientes de países não industrializados ou semi-
industrializados. Exemplo: Japão quase que 100% de
todos os minérios; USA 50 a 100%, Nb, Mn, Co, Cr,
Al, Sn, Ni, Zn, Sb, W; Alemanha, França, Inglaterra e
Suíça se encontram em situação semelhante.
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.8 Implicações no Mercado Internacional
➢ Força econômica de países industrializados
perturbando o mercado internacional. Exemplo:
estoques excessivos de metais.
Excessos de estoques de metais nos Estados Unidos em meados de 1974.
31/03/2019
22
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.9 Dilatação dos Prazos de Escassez
➢Duas medidas de longo prazo para alteração dos
prazos de escassez de metais:
• Substituição paulatina de metais superutilizados
por outros subutilizados, em função de sua
ocorrência relativa na crosta terrestre (gráfico).
• Reciclagem racional de metais, em função de
suas baixas taxas atuais de recuperação e de suas
elevadas taxas atuais de consumo.
- Exemplo: reciclagem de alumínio no Brasil.
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
Consumo mundial de alguns metais em função de sua ocorrência na crosta terrestre
1.9 Dilatação dos Prazos de Escassez
31/03/2019
23
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.10 Situação no Brasil
➢ Situação cômoda se bem gerenciada.
➢O Brasil detém importantíssimas reservas de
metais mais consumidos – ferro e alumínio – e de
metais mais promissores em termos de futuro
tecnológico – nióbio e titânio.
31/03/2019 10:24 TECNOLOGIA METALÚRGICA
1.11 Referências Bibliográficas
➢ Grosh. A.; Ray, H.S. Principles of extractive metallurgy.
Elsevier, 1991.
➢ Da Luz, Adão Benvindo et al. Tratamento de minérios.
Rio de Janeiro, CETEM/CNPq, 1995.
➢ DNPM. Sumário Mineral 2015, v.35. Brasília: 2016.