Produção de um filme de cobre por
eletrodeposição
Realizado no âmbito da disciplina de Projecto FEUP Realizado pelo grupo 1LCEEMG01_02
André Regado António Correia Artur Silva Beatriz Maques Raquel Sobral Ricardo Santos
Resumo
Ao longo destas 4 semanas a nossa equipa do projeto FEUP realizou um trabalho sobre a eletrodeposição do Cobre. Este projeto requereu duas vertentes, uma mais focalizada na pesquisa de informação na qual fomos auxiliados por técnicas adquiridas no decorrer da semana de receção ao aluno e, outra mais prática que consistiu na elaboração de um relatório, um poster, uma apresentação powerpoint e uma experiência laboratorial.
Agradecimentos
A equipa agradece toda a formação recebida pelos palestrantes durante a semana de receção e como não poderia deixar de ser, um especial apreço à nossa orientadora de projeto, Professora Filomena Viana, e ao nosso monitor, Ricardo Sousa.
Índice
Resumo ... 2
Agradecimentos ... 2
Introdução ... 4
Importância do cobre: propriedades e aplicações ... 5
Minérios de cobre ...6
Tipos de exploração de Cobre ... 7
Reservas Mundiais de Cobre ... 8
Reservas de Cobre em Portugal...8
As 10 maiores produtoras de Cobre do Mundo ...9
Extração e produção de cobre ... 10
Electrodeposição – Trabalho prático ... 13
Objectivo ... 13
Processo experimental ... 13
Resultados ... 15
Conclusão ... 13
Introdução
Este trabalho tem como objetivo demonstrar a importância do cobre e as suas aplicações e, também, como ocorre a sua extração e produção. Iremos referir igualmente o tipo de minas e suas localizações.
Realizou-se uma experiência em que o seu objetivo era a produção de um filme de cobre por eletrodeposição, processo esse que é comum à produção do mesmo
.
Importância do cobre: propriedades e aplicações
Atualmente o cobre (Cu) tem uma grande importância na nossa sociedade. Ao longo dos tempos, foram feitas novas descobertas em relação a este metal, o que o tornou essencial para a nossa comunidade.
O cobre tem diversas propriedades que o tornam tão característico e único, tais como o facto de ser um material extremamente dúctil e apresentar uma coloração avermelhada, ou seja, pode ser facilmente trabalhado e usado na arquitetura; depois da prata é o melhor condutor da eletricidade e do calor, tornando-se esta uma propriedade fundamental e básica do cobre; aparece na constituição de várias enzimas do corpo humano, ou seja, é um nutriente essencial na dieta humana principalmente para facilitar a absorção do ferro pelo nosso organismo. Para além disso, o cobre é também resistente ao fogo, às trocas de temperatura e aos agentes biológicos, é um material reciclável e não é magnético. Duas outras propriedades extremamente importantes, na nossa opinião: o facto de o cobre ser resistente à corrosão, devido à sua baixa reatividade, em alguns meios, o que permite também que o cobre seja o material ideal para certos tipos de tubagens, etc, e que permite que este apresente uma vida útil de aproximadamente 100 anos. O cobre é combinado com outros metais com a finalidade de produzir várias ligas metálicas. Cada elemento adicionado ao cobre permite obter ligas com diferentes características, como por exemplo, maior dureza, resistência a corrosão, resistência mecânica ou, até, para obter uma cor especial.
Fig. 1- Relação das ligas de cobre (Arquivado no curso de Eng. Mecânica na UniFOA)
Latões – Cobre e zinco Bronze – Cobre e estanho Cobre e Alumínio
Cuproníquel – Cobre e níquel
Alpacas – Cuproníquel constituído por zinco
Minérios de cobre
O Cobre é um elemento metálico que se encontra disperso na crosta terrestre, em concentrações relativamente pequenas, geralmente expressas em gramas por toneladas (g/t). Nos locais onde a concentração decerto mineral ultrapassa razoavelmente a média de distribuição na crosta, considera-se a existência de um jazigo mineral. O minério é um mineral metalífero com valor económico para permitir a extração do metal de forma rentável e o material rochoso que não tem interesse económico, e que é rejeitado ao longo do processo de mineração, é designado por ganga.
Salvo raras exceções (ouro, prata, cobre, etc.) os metais não se encontram sempre na Natureza como elementos livres. Ocorrem frequentemente como sulfuretos, óxidos, carbonatos, etc. Assim, existem vários tipos de minérios aos quais são possíveis extrair cobre, sendo os mais utilizados os sulfuretos e os óxidos. Os sulfuretos são mais encontrados em zonas mais profundas da crosta terrestre com maior teor em cobre enquanto, os óxidos são de origem mais superficial e menor teor em cobre. Dentro do grupo dos sulfuretos os minérios com mais importância económica são a calcopirite (CuFeS2, com 34,6 % de Cu), a calcocite (Cu2S, com 79,9 %
de Cu), a bornite (Cu5FeS4, com 63, 3 % de Cu), a covellite (CuS, com 66,4% de Cu) e a
enargite (Cu3AsS4, com 48,3% de Cu). Os óxidos mais importantes são cuprite (Cu2O,
Tipos de exploração de Cobre
A exploração mineira do cobre pode ser feita de duas maneiras; em minas de céu aberto e em galerias subterrâneas ou poços.
É mais frequente a nível mundial, utilização de minas a céu aberto para a exploração do minério de cobre pois, permite o aproveitamento de depósitos de cobre de baixo teor, até 0.5%. Estas minas tem uma estrutura desenvolvida de acordo com as condições topográficas e geológicas da jazida.
As minas subterrâneas são utilizadas quando o minério se encontra em grandes profundidades e há uma limitação económica na remoção do volume de ganga que é inevitável nas minas a céu aberto, pois é necessário remover grandes quantidades de materiais rochosos sem qualquer tipo de interesse económico. As estruturas deste tipo de exploração mineira são formadas por um sistema de galerias, câmaras ou poços, alimentados por uma rede de energia, ventilação e de água, montado de acordo com as técnicas da geologia, engenharia e economia. Sendo assim este é um sistema mais dispendioso que o sistema anterior.
Reservas Mundiais de Cobre
Existem reservas de cobre espalhadas por todo mundo, porém as oito principais reservas a nível mundial estão representadas nos gráficos da fig.3 e fig.4. A partir dos gráficos, pode-se observar que, aproximadamente, um quarto das reservas a nível mundial estão localizados no Chile, seguindo-se os Estados Unidos da América com 13.9% das reservas. Desta forma, conclui-se, que dos oito referidos, estes dois países possuem as principais reservas mundiais de cobre.
A nível nacional existem minas localizadas na região do Alentejo, sendo elas a mina de Aljustrel e a mina de Neves Corvo. A mina de Neves Corvo constitui a maior reserva de cobre da União Europeia.
Fig. 3 - Reservas Mundiais de Cobre (Dicionário de mineralogia – Pércio de Moraes Branco) 24,6 13,9 6,2 5,7 5,5 5,2 4,6 1,8 32,5
Reservas Mundiais de Cobre (em %)
Chile E.U.A. Perú China Polónia Zâmbia Rússia Brasil Outros
Fig. 4 - Reservas Mundiais de Cobre (Dicionário de mineralogia – Pércio de Moraes Branco)
As 10 maiores produtoras de Cobre do Mundo
Os 10 maiores produtores de cobre representam cerca de 50 por cento da produção total de cobre em todo o mundo.
A Codelco (Corporação Nacional de Cobre do Chile) é a maior produtora de cobre de todo o mundo, possuindo quase 10% das reservas mundiais de cobre. A atividade principal é a exploração de cobre, e o processamento deste até que se torne cobre refinado para comercialização. [www.codelco.com]
A Freeport-McMoRan Copper & Gold é uma empresa americana que produz cerca de 9% do total mundial estimado de cobre extraído. [www.fcx.com]
A BHP Billiton é uma organização australiana, distribuída por todo mundo, que explora uma das maiores minas do mundo de cobre, localizado no deserto chileno de Atacama. [www.bhpbilliton.com]
A Xstrata Plc é uma empresa suiça, produtora de cobre e de outros metais, que tem instalações de cobre localizados na Austrália, Chile, Peru, Argentina e Canadá. [www.xstrata.com]
No caso da Rio Tinto Group, as suas fontes de exploração de cobre incluem Kennecott Utah Copper, que está em operação, há mais de 100 anos, e também o Bingham Canyon, mina perto de Salt Lake City, além disso tem uma participação de 40% da produção da mina Grasberg na Indonésia e de 30% na mina de cobre Minera
0 50 000 100 000 150 000 200 000 250 000
Reservas Mundiais de Cobre
Reservas (em mil toneladas)
O Grupo México é a maior empresa de mineração do México, opera em 13 minas nos EUA, México e Peru. Os locais de exploração mais importantes da empresa incluem o complexo Cananea, no México, bem como as minas Toquepala Cuajone no Peru. [www.gmexico.com]
A Glencore International é uma empresa suiça produtora de cobre que incide as sua exploraçã na Mineração Katanga, na República Democrática do Congo, na mina Mopani, na Zâmbia, na propriedade da mina Cobar na Austrália e na propriedade na Philippine Associated Smelting and Refining Corporation (PASAR), nas Filipinas. [www.glencore.com]
A Southern Copper Corporation é uma produtora de cobre americana com grandes operações no México e Peru. O Grupo México atualmente possui 75,1% da empresa. As principais explorações incluem o Cuajone e minas Toquepala, no Peru, e Cananea, no México. [www.southernperu.com]
A KGHM Polska Miedz SA é uma das maiores empresas da Polónia. A KGHM opera três minas: Lubin, Rudna e Polkowice-Sierszowice, que produzem cobre juntamente com quantidades significativas de prata.
[www.kghm.pl/index.dhtml?lang=en]
Extração e produção de cobre
Há dois tipos de minérios sulfurosos, mais comuns onde o cobre se encontra. O mais viável economicamente é a calcopirite, que é constituída, para além do cobre, por enxofre e ferro. Existe também a calcosite que é constituída, apenas por cobre e enxofre.
É pelo calor que são geralmente tratados estes minérios, mas também existe um processo de extração eletrolítico. Antes de se submeter aos diversos tratamentos,
espuma concentrada na superfície do tanque, a qual é recolhida e desidratada (secagem). Deste modo obtemos um concentrado com 15 a 30 % de cobre.
Fig. 5 – Processo de flutuação em que o cobre fica retido na espuma e os outros metais migram para o fundo da tina (Revista escola de minas – Escola politécnica da Universidae de São Paulo, Brasil)
A próxima etapa é o aquecimento do composto num forno de revérbero, na presença de oxigénio. Boa parte do enxofre e das impurezas do concentrado são eliminadas. O material obtido nesta etapa tem entre 35 a 55 % de cobre, sendo ele designado de mate.
Posteriormente o mate irá para um conversor. Este forno tem a forma de um cilindro onde acontece a oxidação do mate para que o enxofre e o ferro sejam eliminados por completo. Deste modo, obtém-se o cobre bruto, ou cobre blister, com 98 a 99 % de pureza que está pronto para ser refinado.
Nesta última etapa, dispõem-se de dois tipos de refinação: A térmica e a eletrolítica. Na térmica, o cobre em bruto é fundido para que as impurezas restantes sejam eliminadas. O cobre purificado, assim obtido, contém um nível de pureza superior a 99%, sendo o mais utilizado comercialmente;
Na eletrolítica, o cobre é vazado em placas que constituem os ânodos e que mergulham num banho de sulfato de cobre e sulfato de ferro. O cátodo é formado por uma folha fina de cobre puro. Durante a passagem de uma corrente contínua no banho, o ánodo (Cu) oxida-se e os iões de Cu²+ depositam-se sobre o cátodo enquanto que os iões SO42- combinam-se com os metais dos ânodos e originam sulfatos que
regeneram o eletrólito. Obtém-se, assim, uma filtragem seletiva do cobre por eletrodeposição, em que a sua pureza é de 99,98%.
Eletrodeposição – Trabalho prático
Objetivo
A componente prática deste trabalho teve como principal meta o estudo de um procedimento do processo de eletrodeposição, isto é, a determinação das condições de eletrodeposição e a sua implementação em laboratório. No final foi calculado rendimento do nosso protocolo experimental.
Procedimento experimental
Duração da experiência (preparação): 30 min
Material:
-Químicos:
-Eletrólito (solução de 40 g CuSO4• 5H2O + 5.0 mL de solução concentrada de H2SO4 em água destilada para perfazer uma solução de 200 mL)
- cátodo -ânodo - Vinagre -NaCl -Equipamento: -Fonte de alimentação -Crocodilos
Procedimento
1- Verter 200 mL da solução de eletrólito para o gobelé 2- Ligar os fios condutores aos da fonte de alimentação
3- Limpar a moeda com uma mistura de 3 g de NaCl e 15 mL de vinagre; enxaguar e secar.
4- Medir as dimensões da moeda com um paquímetro e determinar a sua área. 5- Pesar moeda.
6- Enrolar firmemente a uma extremidade do fio de cobre à volta da moeda, deixando 5-6 cm de fio livre.
7- Ligue os fios de cobre à fonte de alimentação através dos crocodilos
8- Regular a intensidade da corrente para 1 A. 9- Deixar a célula eletrolítica atuar entre 30-60 min. (Registar o tempo exato de trabalho da célula)
10- Registar a intensidade da corrente 11- Retirar a moeda do banho, secar, com devida precaução para não perder nenhum do
cobre electro depositado, e medir a massa registando-a. 12- Calcular:
Resultados
Sendo
(massa teórica depositada ) e
(massa real formada)
vamos calcular o rendimento (
):
I= 1A t=30 min=30×60=1800 s M=63.546
Conclusão
Com a realização deste trabalho concluímos que o cobre tem um grande impacto na nossa sociedade e que existe em grande quantidade a nível mundial. Na parte prática deste trabalho pudemos concluir que a eletrolise poderia ser um processo comum à produção de cobre mas, pouco viável quando realizado a pequenas dimensões, visto que o rendimento da experiência foi muito baixo. Porém, este processo é utilizado em grande escala, o que significa que é rentável e que as condições em que se realizam em nada se podem comparar às condições em que foi realizada a nossa experiência laboratorial.
Referências Bibliográficas
Masterton, W.L., Slowinski, E.J., and Stanitski, C.L., Chemical Principles, Saunders College Publishing, 1985, p. 701.
Extração do cobre disponível em http://www.youtube.com/watch?v=lJlFwX5iNF4; acedido a 12/10/2012
Masterton, W.L., Slowinski, E.J., and Stanitski, C.L., Chemical Principles, O cobre brasileiro em ascenção no cenário mundial, Maria Lúcia Amarante de
Andrade, Luiz Maurício da Silva Cunha, Guilherme Tavares Gandra disponível em http://www.bndespar.gov.br/SiteBNDES/export/sites/default/bndes_pt/Galerias/A rquivos/conhecimento/bnset/set1302.pdf; acedido a 12/10/2012
Cobre, José Admário Santos Ribeiro disponível em
http://www.dnpm.gov.br/assets/galeriadocumento/balancomineral2001/cobre.pd f; acedido a 11/10/2012
Dicionário de Mineralogia - Pércio de Moraes Branco
Codelco - Corporación Nacional del Cobre de Chile disponível em
http://www.codelco.com;acedido a 12/10/2012
Free-Port McMoran Copper abd Gold disponível em www.fcx.com; acedido a 12/10/2012
( BHP Biliton) disponível em www.bhpbilliton.com; acedido a 12/10/2012 Glencore international plc disponível em www.glencore.com; acedido a
12/10/2012
Grupo México disponível em www.gmexico.com; www.southernperu.com; acedido a 12/10/2012
KGHM Polska Miedź S.A. disponível emwww.kghm.pl/index.dhtml?lang=en;
