UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

Disciplina: Tecnologia Metalúrgica – TE04175

Professor: Jorge Teófilo de Barros Lopes

1ª Avaliação - Data: 23/05/2017

QUESTÃO 1 (Tipo A) - Marque no quadro de respostas a devida correlação entre as tabelas 01 e 02:

TABELA 01

A Fonte alternativa de metais H Flotação O Moagem/Pulverização

B Processos metalúrgicos de conformação I Fragmentação P Reciclagem de metais

C Peneiramento J Jazida mineral Q Concentração

D Filtragem K Limpeza gasosa R Metalurgia física

E Separação gravitacional L Processos mecânicos de conformação S Espessamento

F Depósito mineral M Sedimentação T Metalurgia extrativa

G Separação magnética N Separação eletrostática TABELA 02

1 Operação de concentração que se baseia na diferença de densidade dos minérios e compostos metálicos. 2 Baseia-se na maior ou menor habilidade que a superfície do produto apresenta em deixar-se molhar pela água. 3 Utilizam tensões para as transformações de forma necessárias à obtenção de um determinado produto.

4 Operação que permite a separação dos fragmentos sólidos concentrados em suspensão na água, deixando o minério com um teor de umidade abaixo de 5%.

5 Operação onde a concentração do minério é baseada na diferença de propriedades magnéticas dos seus componentes. 6 Objetiva separar os diferentes produtos do minério classificado, baseando-se em suas diferenças de propriedades físicas. 7 Trata da obtenção de metais a partir das fontes naturais e também pela sucata.

8 Operação que retira preliminarmente certa quantidade de água da polpa de minério, de modo a deixá-la com pelo menos 50% da polpa.

9 Operação de concentração que se baseia na variação dos minérios quanto a sua condutividade elétrica.

10 Objetiva reduzir paulatinamente o tamanho médio dos blocos iniciais, sem ainda separar significativamente a ganga ou concentrar o minério primário.

11 Estuda os fundamentos dos fenômenos metalúrgicos. 12 Operação de separação de partículas em suspensão no ar.

13 Minerais depositados em concentrações e quantidades que permitam um aproveitamento econômico.

14 Consiste na separação dos fragmentos segundo o seu tamanho, através da diferença de velocidade com que eles decantam. 15 Minerais depositados na crosta terrestre sob o oceano.

16 Estágio da fragmentação onde as partículas são reduzidas a um tamanho adequado à liberação do mineral que se vai tratar ou concentrar nas operações subsequentes.

17 Minerais depositados em concentrações e quantidades que não apresentam interesse econômico. 18 Operação de classificação por separação mecânica dos fragmentos de acordo com o seu tamanho. 19 Medida de longo prazo para a alteração da escassez dos metais.

20 Utilizam calor para as transformações de estado físico e de forma necessárias à obtenção de um determinado produto. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 13 14 15 16 17 18 19 20 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T

QUESTÃO 1 (Tipo B) - Marque no quadro de respostas a devida correlação entre as tabelas 01 e 02:

TABELA 01

A Fonte alternativa de metais H Flotação O Moagem/Pulverização

B Processos metalúrgicos de conformação I Fragmentação P Reciclagem de metais

C Peneiramento J Jazida mineral Q Concentração

D Filtragem K Limpeza gasosa R Metalurgia física

E Separação gravitacional L Processos mecânicos de conformação S Espessamento

F Depósito mineral M Sedimentação T Metalurgia extrativa

G Separação magnética N Separação eletrostática TABELA 02

1 Operação de concentração que se baseia na diferença de densidade dos minérios e compostos metálicos. 2 Baseia-se na maior ou menor habilidade que a superfície do produto apresenta em deixar-se molhar pela água. 3 Utilizam tensões para as transformações de forma necessárias à obtenção de um determinado produto.

4 Operação que permite a separação dos fragmentos sólidos concentrados em suspensão na água, deixando o minério com um teor de umidade abaixo de 5%.

5 Operação onde a concentração do minério é baseada na diferença de propriedades magnéticas dos seus componentes. 6 Objetiva separar os diferentes produtos do minério classificado, baseando-se em suas diferenças de propriedades físicas. 7 Trata da obtenção de metais a partir das fontes naturais e também pela sucata.

8 Operação que retira preliminarmente certa quantidade de água da polpa de minério, de modo a deixá-la com pelo menos 50% da polpa.

9 Operação de concentração que se baseia na variação dos minérios quanto a sua condutividade elétrica.

10 Objetiva reduzir paulatinamente o tamanho médio dos blocos iniciais, sem ainda separar significativamente a ganga ou concentrar o minério primário.

11 Estuda os fundamentos dos fenômenos metalúrgicos. 12 Operação de separação de partículas em suspensão no ar.

13 Minerais depositados em concentrações e quantidades que permitam um aproveitamento econômico.

14 Consiste na separação dos fragmentos segundo o seu tamanho, através da diferença de velocidade com que eles decantam. 15 Minerais depositados na crosta terrestre sob o oceano.

16 Estágio da fragmentação onde as partículas são reduzidas a um tamanho adequado à liberação do mineral que se vai tratar ou concentrar nas operações subsequentes.

17 Minerais depositados em concentrações e quantidades que não apresentam interesse econômico. 18 Operação de classificação por separação mecânica dos fragmentos de acordo com o seu tamanho. 19 Medida de longo prazo para a alteração da escassez dos metais.

20 Utilizam calor para as transformações de estado físico e de forma necessárias à obtenção de um determinado produto. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 13 14 15 16 17 18 19 20 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T

QUESTÃO 2 (Tipos A e B) - Na redução de 53,2 kg de Cr

O

(s) por 10,2 kg de carbono (coque)

obtém-se 18,2 kg de cromo. Os outros compostos que aparecem nos produtos são: Cr

O

(s), C(s) e

CO(g). Pede-se:

a) o reagente limitante da reação;

b) o rendimento da transformação Cr

O

para Cr;

c) a composição dos produtos;

d) o volume de CO nas CNTP.

e) o calor de reação para a carga completa do forno, justificando se a reação é exotérmica ou

endotérmica;

f) a variação de energia livre da reação a 800°C.

g) caso a reação não seja viável a 800°C, a partir de qual temperatura ela seria?

Reação: Cr

O

+ 3C → 2Cr + 3CO

∆h (kcal/mol): Cr

O

= − 270,0; C (coque) = − 3,0; CO = − 26,4

Massa atômica: Cr = 52; O = 16; C = 12

SOLUÇÃO:

• Base de cálculo: 63,4 kg de material inicial (Cr

O

+ C).

• Quantidades molares:

Cr

O

: 53,2/152 = 0,35 mol-kg

C: 10,2/12 = 0,85 at-kg

Cr:18,2/52 = 0,35 at-kg

• Esquema:

• Balanço de material:

Cr: 2.0,35 = 0,35 + 2x → x = 0,175

O: 3.0,35 = 3x + y → y = 0,525

C: 0,85 = z + y → z = 0,325

• RESPOSTAS:

(a) Reagente limitante:

Reação completa: para 1 mol de Cr

O

são necessários 3 mols de C, então para 0,35 mol de

Cr

O

seriam necessários 3.0,35 = 1,05 mol de C, como tem-se somente 0,85 mol de C, este

elemento é o reagente limitante.

C, pois (3.0,35) > 0,85, visto que Cr

O

:C::1:3

ou

Cr

O

0,35

Cr = 2.0,35

O = 3.0,35

C

0,85

Cr

0,35

CO

y

C

z

Cr

O

x

Cr = 2x

O = 3x

C = y

O = y

Cr

O

+ 3C → 2Cr + 3CO

152 36

53,2 kg x = 12,6 kg

Para consumir 53,2 kg de Cr

O

seriam necessários 12,6 kg de C, como tem-se somente 10,2

kg, então o carbono é o reagente limitante

(b) Rendimento do processo: Cr

O

reagente → Cr produto:

(mols de Cr no produto/mols de Cr no reagente)100 = (0,35/2.0,35)100 = 50 %

(c) Composição dos produtos: total = 53,2 + 10,2 = 63,4 kg

Cr: (18,2/63,4)100 = 28,7 %

Cr

O

: (0,175.152/63,4)100 = 42,0 %

C: (0,325.12/63,4)100 = 6,2 %

CO: (0,525.28/63,4)100 = 23,2 %

(d) Volume de CO nas CNTP:

1 mol-kg = 22,4 m³

0,525(22,4) = 11,8 m³

(e) O calor de reação para a carga completa do forno, justificando se a reação é exotérmica ou

endotérmica:

• Calor de formação – Reagentes

Cr

O

= (−270000 cal/mol) [(0,350 – 0,175) mol-kg] = − 47250 kcal

C (coque) = − 3000 (0,85 – 0,325) = − 1575 kcal

SOMA = − 48825 kcal

• Calor de formação – Produtos

Cr = 0

CO = (− 26400) 0,525 = − 13860 kcal

SOMA = − 13860 kcal

• CALOR DE REAÇÃO = − 13860 − (− 48825) = + 34965 kcal → ENDOTÉRMICA

ou

Cr

O

+ 3C → 2Cr + 3CO

∆H

(Fornecidos)

PRODUTOS

2Cr

3CO

0

3(− 26,4)

REAGENTES Cr

O

3C

− 270,0

3(− 3,0)

∆H

= Σ ∆H

– Σ ∆H

∆H

= (0 − 79,2) − (− 270,0 – 9,0) = + 199,8 kcal/mol Cr

O

= + 199800 cal/mol Cr

O

Entalpia para a massa de Cr

O

que reagiu:

ou

Cr

O

+ 3C → 2Cr + 3CO

152 36 104 84

26,6 kg 6,3 kg 18,2 kg 14,7 kg

0,175 0,525 2 3

(f) Variação de energia livre da reação a 800°C.

Cr

O

+ 3C → 2Cr + 3CO = 2/3Cr

O

+ 2C → 4/3Cr + 2CO

∆G

(Diagrama)

PRODUTOS

4/3Cr

2CO

0

− 100

REAGENTES 2/3Cr

O

2C

− 134

0

∆G

= (0 – 100,0) − (− 134 + 0) = + 34 cal/mol O

=

= + 34 cal/2/3 mol Cr

O

= + 51 cal/mol Cr

O

(g) Caso a reação não seja viável a 800°C, a partir de qual temperatura ela seria?

T = 1200 °C (Diagrama).

• Diagrama de Ellingham:

2HgO 2PdO 2AgO2

2CuO 2CdO 2Cu2O 2NiO 2ZnO SnO2 WO2 2H2O 2/3V2O5 2/3Cr2O3

0 500 1000 1500 2000

TEMPERATURA (°C)

0

- 50

- 100

- 150

ΔG

(k

ca

l/m

o

l O

)