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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 Mecânica TECNOLOGIA METALÚRGICA
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Capítulo I
Universidade Federal do Pará
Instituto de Tecnologia
Introdução
Campus de Belém
Curso de Engenharia Mecânica TECNOLOGIA METALÚRGICA
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1.1 Histórico
Denomina-se Era dos metais o período que caracteriza o
fim da Idade da Pedra, marcado pelo início da fabricação
de ferramentas e armas de metal.
O ser humano começava a dominar, ainda que de
maneira rudimentar, a técnica da fundição.
Dentre os primeiros metais usados que utilizou como
matéria prima estão o cobre, o estanho, o bronze, o ouro
e a prata, 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 o rei
Croesus de Lídia (região da atual Turquia), em 560 a.C.,
quem primeiro cunhou moedas de ouro, com sua
insígnia.
A partir de então, o ouro adquiriu mais uma utilidade, na
forma de dinheiro, auxiliando os comerciantes na
realização de seus negócios.
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1.1 Histórico
A partir do século XVIII, com a descoberta da máquina a
vapor (início da Revolução Industrial), ocorreram
inovações significantes na área de tratamento de
minérios.
Pela 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 (Austrália, 1905) a
inovação mais importante.
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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.
As atividades de mineração e metalurgia são,
reconhecidamente, de elevado impacto ambiental.
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1.1 Histórico
No caso da 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.
Depois de importantes ciclos de alta e investimentos, os
setores enfrentam atualmente um dos períodos mais
difíceis dos últimos vinte anos, com queda abrupta de
preços e redução das margens de rentabilidade de suas
operações.
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1.1 Histórico
As 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
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1.2 Escassez de Metais
Os minerais possíveis de serem utilizados pela indústria
se encontram distribuídos de maneira escassa na crosta
terrestre.
Jazimento ou jazida mineral: Minerais depositados em
concentrações e quantidades que permitam um
aproveitamento econômico.
Depósito mineral: minerais depositados em
concentrações e quantidades que não apresentam
interesse econômico.
Conceito de aspecto circunstancial: dependendo da
conjuntura político-econômica podem ocorrer
modificações.
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1.2 Escassez de Metais
Preço de mercado: 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.
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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.
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1.4 Crosta Terrestre
Com exceção dos metais nativos, como o ouro, a prata e
o cobre, dentre outros, 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, já
que o restante encontra-se submerso pelos oceanos.
Crosta terrestre: ocupa apenas 0,3% da massa do planeta,
é a sua única parte sólida e se caracteriza pela relativa
pobreza como fonte de suprimento metálico.
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1.4 Crosta Terrestre
Corte Esquemático e Simplificado do Planeta Terra
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1.4 Crosta Terrestre
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.
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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1.4 Crosta Terrestre
Os elementos mais ocorrentes na crosta terrestre.
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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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1.5 Exaustão metálica
Consumo mundial de metais (DNPM, Sumário Mineral 2015, v.35).
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1.5 Exaustão metálica
Consumo global de cobre – Tendência (Informações e Análises da Economia Mineral Brasileira – 7ª Edição).
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1.5 Exaustão metálica
Produção mundial de alguns metais em t/ano (http://minerals.er.usgs.gov/minerals/).
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1.5 Exaustão metálica
Evolução da produção de aço no mundo, entre 1950 a 2010 (Instituto Aço Brasil, ABM, maio, 2011.
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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).
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1.5 Exaustão metálica
No início do século passado, uma reserva com 3% de
cobre incidente era considerada antieconômica, ao passo
que hoje já se começa a explorar reservas com apenas
0,5%, utilizando-se 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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1.6 Prazos de Exaustão
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1.6 Prazos de Exaustão
Valor atual do grama do ouro R$ 135,00.
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 200 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).
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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, apenas 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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1.7 Fontes Alternativas
Estimativas das quantidades totais de metais dissolvidas nas águas oceânicas e
contidas na crosta terrestre (DNPM, 2006).
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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.
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, dependestes 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.
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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.
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.
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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.
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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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