Ferro e Aço - Obtenção e Reciclagem

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Ferro

Ferro e

e Aço

Aço

Anna Lou

Camila Flávia

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Introdução

Minério de Ferro Minério de Ferro Processos Processos

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Histórico

•• Idade do FerroIdade do Ferro •• 2500 a.C.2500 a.C.

•• PovosPovos

•• Ferramentas e utensíliosFerramentas e utensílios •• Técnicas de tratamentoTécnicas de tratamento

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Minérios de Ferro

Hematita - Fe Hematita - Fe₂₂OO₃₃ 69,96% de Fe 69,96% de Fe Magnetita - Fe Magnetita - Fe₃₃OO₄₄ 72,4 % de Fe 72,4 % de Fe

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Minérios de Ferro

Goethita - Fe₂O₃·H₂O 62,9% de Fe

Limonita - Fe₂O₃·3H₂O 60% de Fe

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Extração do Metal

Purificação do metal

Redução do minério

Purificação do minério

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O Ferro

• Pureza do minério

• Partes do minério:

- Útil: parte que contém o ferro

- Ganga: impurezas sem valor direto

TIPO TEOR DE

FERRO (%)

Rico 60-70 Médio 50-60 Pobre <50

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O Ferro

• Obtido principalmente da Hematita;

• Brasil:

- detentor de 8,3% das reservas mundiais de melhor qualidade

- 2º maior produtor do minério;

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Beneficiamento do Ferro

• Operações que têm como objetivo tornar o minério

mais adequado para a utilização nos altos-fornos:

• Britamento, peneiramento, mistura, moagem,

concentração, classificação e aglomeração (principal).

• Aglomeração: melhorar a permeabilidade da carga do

alto-forno, reduzir o consumo de carvão e acelerar o processo de redução. Os processos mais importantes

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Beneficiamento do Ferro

Sinterização:

• Aglomerar-se finos de minério de ferro numa mistura

com aproximadamente 5% de um carvão finamente dividido ou coque.

• Aquecimento: queimadores e com o auxílio de fluxo

de ar

• 1.300 a 1500oC (promover a ligação das partículas

finas do minério, resultando num produto uniforme e poroso chamado sínter)

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Beneficiamento do Ferro

Pelotização:

• Novo processo: produção de “bolas” ou “pelotas”

cruas de finos de minério de alto teor ou de minério concentrado

• Adição de ~ 10% de água + aglomerante de natureza

inorgânica. Uma vez obtidas as pelotas cruas, estas são secas, pré-aquecidas e então queimadas.

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Beneficiamento do Ferro

5mm < Pelotas < 18mm 5mm < Sínter < 50mm _{6mm< Minério}

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MP’s da Produção do Ferro

• Combustível: utilizado no alto-forno é o carvão, coque ou de madeira, cuja ação se faz sentir em três sentidos:

- fornecedor de calor para a combustão;

- fornecedor do carbono para a redução de óxido de ferro;

- indiretamente, fornecedor de carbono como principal elemento de liga do ferro gusa.

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MP’s da Produção do Ferro

Carvão coque:

• Coqueificação: aquecimento a altas temperaturas, em câmaras

hermeticamente (exceto para saída de gases) fechadas, do carvão mineral

• Altas temperaturas e ausência de ar moléculas orgânicas

complexas que constituem o carvão mineral se dividem, produzindo gases e compostos orgânicos sólidos e líquidos de baixo peso molecular e um resíduo carbonáceo relativamente não volátil (coque);

• Substância porosa, celular, heterogênea, sob os pontos de

vista químico e físico.

• A qualidade depende muito do carvão mineral e o teor de

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MP’s da Produção do Ferro

Carvão vegetal:

Pirólise: quebra das moléculas complexas que constituem a madeira, em moléculas mais simples

Fornos rudimentares: perda de produtos

O calor é aplicado à madeira, com ausência de oxigênio, resultando em gases (CO₂, CO, H₂, etc...), líquidos (alcatrões, ácido acético, álcool metílico) e o resíduo sólido que é o carvão vegetal.

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MP’s da Produção do Ferro

Fundente

• Fundente + impurezas + cinzas do carvão = escórias • O principal fundente é o calcário, de fórmula CaCO₃.

Outras matérias-primas da indús tria siderúrgica

• Minério de manganês

• “ferro-ligas” de silício, cromo, vanádio, molibdênio,

níquel, tungstênio, titânio, etc

• sucata de aço (subprodutos da fabricação de aço e

itens ou componentes de aço desgastados, quebrados ou descartados).

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Produtos do Ferro

• Ferro Gusa (ferro bruto ou ferro de 1ª fusão)

• Ferro Fundido (Fofo)

• Aço Comum( Aço Carbono)

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Ferro Gusa

•

É um produto de primeira fusão obtido a

partir da redução do minério em alto-forno.

•

Características:

 Duro

 Quebradiço

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Alto Forno

• Topo do forno: coque, calcário, e o material portador de ferro (sínter, pelotas e minério granulado).

• A carga sólida, desce por gravidade, reagindo com o gás que sobe.

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Alto Forno

• A matéria-prima requer de 6 a 8 horas para alcançar o fundo do forno na forma do produto final de metal fundido (gusa) e escória líquida (mistura de óxidos não reduzidos).

• Os produtos do alto forno são o gusa (que segue para o processo de refino do aço), a escória (matéria-prima para a indústria de cimento).

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Reações Químicas

C + O₂ → CO₂ CO₂ + C → 2 CO 2 Fe₂O₃ + CO → 3 Fe₃O₄ + CO₂ Fe₃O₄ + CO → 3 FeO + CO₂ FeO + CO → Fe + CO₂ 2 MnO₂ + C → 2 MnO + CO₂ 2 MnO + C → 2 Mn + CO₂ SiO₂ + 2 C → Si + 2 CO P₂O₅ + 5 C → 2 P + 5 CO CaCO₃ → CaO + CO₂

CaO + SiO CaSiO

Queima do carvão

Redução do Ferro

Redução do Mn, Si e P

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Ferro Fundido

 É uma liga de ferro carbono cujo teor de

carbono se situa acima de 2%

aproximadamente.

 Tipos de ferros fundidos:

 cinzento  branco

 mesclado  maleável

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Refino

O refino do aço normalmente é realizado em batelada pelos seguintes processos:

- Processo Pneumático

Conversor LD, Bessemer, Siemens-Martin (carga

predominantemente líquida). - Processo elétrico

Forno elétrico a arco – FEA (carga predominantemente sólida).

Ambos tem como objetivo a remoção das impurezas do Ferro Gusa através da oxidação dos elementos

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Refino

- Processo Pneumático

Ocorre em fornos: Gusa líquido + 10 – 30% de sucata ou gusa sólido

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Refino

- Processo Elétrico

Gusa sólido ou sucata de aço

Fusão ocorre devido ao calor gerado no arco voltaico

Fusão da carga ocorre devido a injeção de O₂ no banho líquido)

Migração das impurezas do Ferro para a escória

Nem toda impureza é removida; inclusões não metálicas (em geral óxidos)

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Refino

- Vantagens – Fornos Elétricos

- Menor agressão ao meio ambiente - Menor investimento de instalação - Flexibilidade na utilização das MP’s - Indústrias compactas

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Refino

- Processo de redução direta Substâncias redutoras;

950 a 1050ºC

Produto: massa escura e porosa – Ferro Esponja

Aço produzido diretamente do minério (a) Redutores sólidos ou (b) gasosos Minério + coque + calcário (moídos) Forno rotativo (1000 – 1076ºC)

Fe separado  Separador magnético

Coque não utilizado (volta para o processo) 0,02 -0,05% de S

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Produção de Aço

• Aço é uma liga ferrosa com teor de carbono até 2,0%.

• Para se obter o aço à partir do ferro gusa é necessário:

• Tirar o carbono do gusa;

• Tirar as impurezas do gusa;

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Lingotamento

• O aço líquido é transferido para moldes onde se solidificará.

• Após resfriado é transformado em placas rústicas através do corte com maçarico.

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Extrusão

• Após o aço ser

aquecido e estar em estado pastoso, ele é colocado em uma

prensa que o

pressiona por uma matriz, dando forma ao aço.

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Forjamento

• Processo de transformação de metais por prensagem ou martelamento (é a mais antiga forma de conformação existente).

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Aço especial

• São aços que contêm outros metais que lhe foram adicionados intencionalmente com a finalidade de dar certas propriedades aos aços. • Co, Cr, Ni, Mn, Mo, Vn, W...

• As propriedades dos aços dependem, basicamente, de dois fatores:

 Composição química  Estrutura.

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Aço especial

Quanto a estrutura, por sua vez, é influenciada pelos seguintes fatores:

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Aço inox

• Resistem à corrosão atmosférica.

• Os mais importantes são o cromo e o níquel e, em menor grau, cobre, silício, molibdênio e alumínio.

• Aplicações: Cutelaria, indústria de bebidas e alimentos, arquitetura e construção civil, indústria química, hospitais, móveis, etc.

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Reciclagem

• Aumento da reciclagem

• Recicladoras = antigos sucateiros

• As empresas de sucata surgiram na déc. de 40 • Especialmente na região Sudeste (49% em SP)

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Reciclagem

• carcaças de eletrodomésticos, chassis de automóveis, autopeças, latinhas de produtos alimentícios (latas de aço), latas de outros produtos como tintas, grades, esquadrias, vigas de alicerces de construções

• Elevado lucro; elevado grau de informalidade

• Instalações precárias. Baixo nível de capacitação.

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Reciclagem

• Sucata: mais de 25% da produção total das siderúrgicas

• 2006: sucata = 26,7% do novo aço produzido

• 1t de aço reciclado = economia de 1140 kg de minério/ 154 kg de carvão e 18 kg de cal

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Reciclagem

• Dois processos de reciclagem:

1. Reaproveitamento das latas de aço 2. Utilização em siderúrgicas

• Catadores recebem menos pelo kg de aço do que de alumínio

• Processo de beneficiamento semelhante ao do alumínio

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Reciclagem

Catadores de lixo recicladoras deEmpresas sucata

Verificar se não há Material

Radioativo

Separação de partes com muita

sujeira (tintas, colas, plástico) Material pode ser

cortado, prensado ou até mesmo refundido Prensagem em fardos/ transporte as usinas (Fundição)

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Reciclagem

Vídeo: O Segredo das Coisas – Aço. Disponível em: