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Tecnologia Metalúrgica

Prof. Dr. Jorge Teófilo de Barros Lopes

Universidade Federal do Pará

Instituto de Tecnologia

Campus de Belém

Curso de Engenharia MecânicaTECNOLOGIA METALÚRGICA

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Capítulo I

Universidade Federal do Pará

Instituto de Tecnologia

Introdução

Campus de Belém

Curso de Engenharia MecânicaTECNOLOGIA METALÚRGICA

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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.


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.

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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.


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.

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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.


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.).

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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.


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.

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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).


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.

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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.


1.1 Histórico

Destroços de casas e lama, após o rompimento de barragem de rejeitos da

mineradora Vale em Brumadinho, Minas Gerais.

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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.


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.

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➢ 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.



➢ 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.

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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.


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.

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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).



➢ 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.

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Corte Esquemático e Simplificado do Planeta Terra



➢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.

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Os elementos mais ocorrentes na crosta terrestre.


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.

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Consumo mundial de metais (DNPM, Sumário Mineral 2015, v.35).



Consumo global de cobre – Tendência (Informações e Análises da Economia Mineral Brasileira – 7ª Edição).

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Produção mundial de alguns metais em t/ano (http://minerals.er.usgs.gov/minerals/).



Evolução da produção de aço no mundo, entre 1950 a 2010 (Instituto Aço Brasil, ABM, maio, 2011.

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➢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).



➢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.

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1.6 Prazos de Exaustão

➢Um dos sintomas da escassez de metais são os

seus altos custos.



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➢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).


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.

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Estimativas das quantidades totais de metais dissolvidas nas águas oceânicas e

contidas na crosta terrestre (DNPM, 2006).



➢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.

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Nódulos de manganês são cobiçados para produção de ligas metálicas.



➢ 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.

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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.


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.

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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.


Consumo mundial de alguns metais em função de sua ocorrência na crosta terrestre

1.9 Dilatação dos Prazos de Escassez

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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.


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.

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