consumo: crescimento e limites

ENG06631-Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos I A
Nestor Cezar Heck / DEMET - UFRGS
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1 - A INDÚSTRIA EXTRATIVA E A METALURGIA
1-1 Ciclo simplificado dos materiais
A produção, utilização e a obsolescência dos bens materiais – inclusive a sua reciclagem – na
nossa sociedade de consumo podem ser encadeadas simplificadamente na forma de um semi-círculo
(Figura 1-1) que vai desde os recursos naturais, até o descarte dos restos finais (imprestáveis) dos
produtos já utilizados. Na parte inicial do ciclo está a indústria extrativa. É importante ressaltar, neste
ponto, que há diferenças significativas entre uma indústria de cunho extrativo e uma atividade
(meramente) extrativista.
Fig. 1-1. Ciclo simplificado dos materiais
Se de um lado do ciclo está caracterizada principalmente a idéia da produção de bens
materiais, do outro está clara a sua utilização. Em função do tempo, os bens materiais têm uma
duração que pode ser entendida como ‘rápida’ ou ‘lenta’ – dependendo do propósito. Aos bens
duráveis pode ser associada uma característica muito importante para a reciclagem: o tempo de vida
médio.
Após a utilização, pode-se dar dois destinos principais aos bens obsoletos: ou (i) desprezá-los
ou, ao contrário, (ii) reciclar seus materiais, peças ou até mesmo a eles próprios (reutilização), de
acordo com critérios que vão desde os econômicos até os ambientais. É interessante observar que os
dois fatores estão relacionados; assim, um alto valor comercial dos restos do bem já utilizado (ou dele
próprio) tende a aumentar o ímpeto natural para a sua reciclagem – observa-se que esse fator cresce
no sentido do ‘material’ ao ‘produto’. Ao mesmo tempo, a ‘pressão’ ambiental pela reciclagem diminui
correspondentemente nesta mesma direção.
1-2 A metalurgia extrativa – uma etapa entre tantas
Os metais – que constituem parcialmente ou mesmo integralmente certos bens materiais – não
fogem do esquema mostrado na Fig. 1-1. Do minério até os restos metálicos dos bens materiais
obsoletos da nossa sociedade de consumo (denominados tecnicamente sucata pós-consumidor e,
vulgarmente, ferro-velho), um longo caminho é percorrido. Uma forma interessante de estudá-lo é
imaginar que ele se constitui de uma sucessão de etapas de processamento ligadas entre si,
Figura 1-2.
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Fig. 1-2. Etapas de processamento e a posição da metalurgia extrativa
Em cada uma das etapas mencionadas, entre os recursos naturais e os bens materiais, podem
ser identificadas importantes indústrias e classes de profissões. A etapa denominada metalurgia
extrativa constitui o tema principal deste texto.
1-3 Ciclo detalhado dos materiais metálicos
Por força das ações tomadas em cada uma das etapas de processamento, o fluxo de massa
que passa por elas acaba sendo dividido em dois. Desta forma, três classes de matéria podem ser
distinguidas: a matéria-prima, o produto e a matéria residual, Figura 1-3. Nessa concepção, devido ao
encadeamento entre as etapas, aquilo que é o produto de uma ação, será, na seqüência, a matériaprima da etapa seguinte – o que denota a relatividade dos conceitos ‘matéria-prima’ e ‘produto’!
Fig. 1-3. Esquema de interligações entre a matéria-prima, o produto e a matéria residual
Vista desta maneira, a metalurgia extrativa tem como matéria-prima o minério beneficiado ou o
concentrado, como produto os metais e ligas e, como matéria residual, a escória.
Essa análise, na verdade, ainda é uma simplificação. Um exame um pouco mais detalhado de
parte do ciclo mostra que a metalurgia extrativa mencionada corresponde àquela denominada primária
e o esquema de interligações forma uma rede que abrange até mesmo a parte final do ciclo, Figura 1-4.
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Fig. 1-4. Ciclo detalhado (vista parcial) mostrando a metalurgia extrativa primária e as secundárias
Dentre as sucatas, se pode diferenciar aquela que é aproveitada na própria instalação
industrial onde é gerada – a sucata interna – daquela que é comercializada para terceiros.
Nota-se que, embora não estejam apresentados no fluxograma, os processos utilizados na
metalurgia extrativa secundária, infelizmente, também produzem materiais residuais. Todo o resíduo
industrial perigoso, para o qual não existe reciclagem ou processo de tratamento, deve ser armazenado
ou enviado a um aterro. Em qualquer dos casos, ele deverá ser mantido em instalações especiais,
construídas segundo normas técnicas específicas. Ele fará parte do ‘passivo ambiental’ que as futuras
gerações herdarão como contrapartida ao progresso material – do qual elas também se beneficiarão.
1-4 Diretrizes básicas empregadas na obtenção dos metais
Conforme foi visto, a função da metalurgia extrativa é, basicamente, a produção de metais e
ligas com um grau de pureza adequado para que estes materiais possam cumprir com suas funções.
Com o passar do tempo se estabeleceram, na obtenção dos metais, duas diretrizes básicas,
que são empregadas até hoje: (i) a produção do metal ‘impuro’ seguida da sua purificação; e, (ii) a
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purificação da matéria prima seguida da produção do metal já ‘puro’1.
A última alternativa é normalmente reservada aos metais reativos. Sua aplicação justifica-se,
pois esses metais, uma vez obtidos, não suportariam os processo de purificação química – já que
reagiriam preferencialmente com os agentes do refino.
1-5 Classes de produtos da metalurgia extrativa
Analisando-se os produtos, pode-se dizer que a metalurgia extrativa produz muito mais do que
‘metais e ligas’. Na verdade, pode-se enumerar até quatro diferentes classes de produtos. Contudo,
dependendo da matéria-prima empregada, nem sempre todas elas podem ser obtidas, Tabela 1-1.
Matéria-prima
Classe do produto
Metal ‘puro’
Minério e
concentrado
Liga (material de engenharia)
Liga-‘mãe’ 2
Composto químico
Sucata (principalmente)
pós-consumidor
(Metal. secundária, tipo I)
Resíduos
(Metal. secundária, tipo II)
Metal ‘puro’
Liga (material de engenharia)
Metal ‘puro’ (idêntico ou não ao
metal ‘principal’)
Composto químico
Tab. 1-1. Classes de produtos obtidos com a metalurgia extrativa, em função da matéria-prima
Os compostos químicos podem ser vistos como uma exceção – pois não são materiais
metálicos e são produzidos com objetivos (ou motivações) diferentes daquelas dos outros produtos.
Especialmente para a obtenção de produtos das classes denominadas ligas (material de
engenharia) e ligas-‘mãe’ há muitas alternativas quanto às matérias-primas, Tabela 1-2.
Matéria-prima
Minério composto de um único mineral
Mistura de minerais
Mistura de minério e metal
Mistura de metais ‘puros’
Mistura de metal base e liga (ou liga-‘mãe’)
Sucata da própria liga
Tab. 1-2. Matérias-primas que podem ser utilizadas para a obtenção de ligas e ligas-‘mãe’
1-6 Denominações comuns dadas aos grupos de metais
Todos os metais caem em uma das duas categorias: ferrosos e não-ferrosos. O principal
elemento de um metal ferroso é, naturalmente, o ferro; mas um metal é classificado como ferroso
Os termos puro e impuro aparecem entre aspas ao longo do texto para salientar a relatividade que deve cercar a avaliação
do grau de pureza de um material.
2 O termo ferroliga designa uma liga-‘mãe’ utilizada na produção de aços.
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mesmo se ele contém menos do que 50 [%, massa] em ferro – desde que o seu conteúdo em ferro seja
maior do que o de qualquer outro metal sozinho.
Embora não haja definições estritas, nem seu uso seja recomendado, é usual referir-se aos
metais utilizando alguns termos genéricos que se consagraram pelo uso. Assim, pode-se encontrar em
jornais, revistas, páginas da internet, expressões do tipo: metais pesados, leves, básicos, etc. Nos
parágrafos seguintes serão dadas algumas informações a esse respeito.
Metais leves são geralmente aqueles com densidades menores que 5 [g/cm3]. Entre os metais
leves de maior significado econômico estão: alumínio, magnésio, titânio, lítio e berílio.
O grupo dos metais pesados inclui os elementos entre o cobre e o chumbo na tabela periódica,
com pesos atômicos entre 63 e 200 [u.m.a.] e densidades maiores do que 4 [g/cm3]. Exemplos de
metais pesados são: cobalto, cobre, manganês, molibdênio, vanádio, estrôncio, zinco, mercúrio,
chumbo e cádmio.
Metais básicos ou comuns são aqueles importantes economicamente, mas ‘comuns’ ou de
menor valor agregado. Entre eles podem ser citados: ferro, níquel, cobre, estanho, chumbo e zinco.
Metais preciosos, por outro lado, são os que possuem valor econômico elevado. Os exemplos
mais notáveis são o ouro e a prata – embora também possam ser incluídos nessa categoria os metais
do grupo da platina: rutênio, ródio, paládio, ósmio, irídio e ela própria.
Na categoria dos metais refratários estão aqueles que têm uma resistência extraordinária às
temperaturas elevadas. Cinco metais são considerados refratários: tungstênio, molibdênio, nióbio,
tântalo e o rênio.
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Q1 – QUESTÕES & EXERCÍCIOS:
Q1-1. Ciclo simplificado dos materiais
Exerc. 1-1.1
Procure o significado das palavras escritas em itálico no primeiro parágrafo.
Questão 1-1.1 O arco, na Fig. 1-1, não se fecha formando um círculo. Por quais motivos?
Questão 1-1.2 O que se está querendo diferenciar, na Fig. 1-1, com as caixas de texto com formato
elíptico e com formato retangular?
Questão 1-1.3 Uma lata para bebidas pode ‘durar’ muito tempo numa prateleira de um supermercado,
mas não se parece em nada com um bem durável. Como explicar esse paradoxo?
Questão 1-1.4 Que exemplos da reciclagem de materiais, peças e produtos tu poderias citar?
Q1-2. A metalurgia extrativa – uma etapa entre tantas
Questão 1-2.1 Quando se usa as expressões usina e fábrica no contexto da metalurgia?
Exerc. 1-2.1
Reflita sobre a superposição de atividades, considerando profissionais de diferentes
formações.
Q1-3. Ciclo detalhado dos materiais metálicos
Exerc. 1-3.1
A Figura Q1-1 reproduz, com um maior grau de detalhamento (sem considerar a
reciclagem), as informações da Fig. 1-1 para os metais. Desenhe, sobre ela, o fluxo de
massa, ligando matéria-prima e produto em cada uma das etapas de processamento.
Exerc. 1-3.2
Analise o resultado do exercício anterior e preencha a coluna matéria-prima / produto
da Tabela Q1-1, associando-a com uma propriedade (coluna da direita) que melhor a
caracterize.
Matéria-prima / produto
Propriedade característica
Forma e composição padronizadas
Matéria mineral bruta
Sucata não-industrial
Material de engenharia
Matéria mineral beneficiada
Produto para o consumidor
Matéria-prima natural
Tab. Q1-1. Matérias-primas / produtos e suas características básicas
Exerc. 1-3.3
A Figura Q1-1 também apresenta as matérias residuais. Complete-a, desenhando
sobre ela o fluxo de massa que liga cada uma das etapas de processamento à sua
matéria residual mais característica.
Exerc. 1-3.4
Analise e preencha a coluna matéria residual da Tabela Q1-2, de acordo com uma
propriedade (coluna da direita) que a melhor a caracterize.
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Matéria residual
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Propriedade característica
Restos metálicos de semi-acabados
‘Parte principal’ da ganga
Restos inúteis
‘Restante’ da ganga
Restos metálicos industriais
Rocha adjacente ao jazimento
Tab. Q1-2. matérias residuais e suas características básicas
Fig. Q1-1. Ciclo ampliado dos minerais e materiais metálicos (sem a reciclagem)
Questão 1-3.1 Além da escória, que outra matéria residual (da metalurgia extrativa) tu conheces?
Questão 1-3.2 Como podemos ressaltar – de uma forma simples – as diferenças e semelhanças
entre: sucata, matéria residual e lixo?
Questão 1-3.3 A Figura 1-4 mostra que há dois tipos principais de metalurgia. Quais são elas, como
as denominamos e o que as caracteriza?
Questão 1-3.4 Pode-se ver, também, que há três tipos de sucata. Quais são elas, o que as caracteriza
e onde elas exibem semelhanças e diferenças?
Exerc. 1-3.5
Reflita sobre a importância da metalurgia extrativa secundária (veja os aspectos
econômicos e de preservação ambiental)?
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Q1-4. Diretrizes básicas empregadas na obtenção dos metais
Questão 1-4.1 Na primeira das diretrizes, o metal ‘impuro’ pode receber uma denominação específica
para diferenciá-lo do purificado; quais são os nomes empregados para o cobre, ferro e
o chumbo ‘impuros’?
Exerc. 1-4.1
Reflita sobre a idéia da purificação da matéria-prima, comparando-a com a purificação
do metal.
Exerc. 1-4.2
Cite dois exemplos de metais reativos.
Q1-5. Classes de produtos da metalurgia extrativa
Exerc. 1-5.1
Complete a Tabela Q1-3 com exemplos.
Matéria prima
Classe do produto
Exemplo(s)
Metal ‘puro’
Liga (material de engenharia)
Minério e
concentrado
Liga-‘mãe’
Composto químico
Sucata (principalmente)
pós-consumidor
(Metal. secundária, tipo I)
Resíduos
(Metal. secundária, tipo II)
Metal ‘puro’
Liga (material de engenharia)
Metal ‘puro’ (idêntico ou não ao
metal ‘principal’)
Idêntico:
Distinto:
Composto químico
Tab. Q1-3. Exemplos de classes dos produtos em função da matéria-prima
Questão 1-5.2 Compare, em poucas palavras, ligas com metais ‘puros’ quanto à (i) gama de possíveis
aplicações e ao (ii) custo do procedimento de extração.
Questão 1-5.3 Que fatos poderiam ser ressaltados a respeito dos objetivos (ou motivações) da
produção de compostos químicos, considerando-se a matéria prima?
Matéria-prima
Representação Exemplo
Minério composto de um único mineral
Mistura de minerais
Fe2O3 + MnO2
Mistura de minério e metal
Mistura de metais ‘puros’
Mistura de metal e liga (ou liga-‘mãe’)
Cu, Sn
Sucata da própria liga
Cu-Zn
Ferroliga Fe-Cr
Natural:
Artificial:
Ferroliga Fe-Si
Liga:
Liga-‘mãe’: Aço inoxidável
Tab. Q1-4. Classes dos produtos em função da matéria-prima
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Exerc. 1-5.2
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Complete a Tabela Q1-4, onde necessário.
Questão 1-5.4 Por quais motivos produzimos Fe-Cr – ao invés do Cr ‘puro’ – para ser utilizado na
produção de ‘aço inoxidável’?
1-6. Denominações comuns dadas aos grupos de metais
Questão 1-6.1 Que comentários poderiam ser feitos a respeito da ‘classificação dos metais’?
Que metais podem ser ‘extraídos’ desta sopa de letras?1
Abaixo está um ‘terreno’ fértil para a extração de alguns metais. Quais são eles?
Observe que os nomes de todos os metais estão escritos sem acentuação. Além disso, as
palavras tanto podem estar escritas na vertical, horizontal ou diagonal, como também podem estar
escritas no sentido ‘de-trás-para-diante’.
Boa sorte!
Resposta:
alumínio
chumbo
cobre
ferro
1
lítio
magnésio
molibdênio
níquel
ouro
prata
titânio
tungstênio
Construído com o auxílio de: http://puzzlemaker.school.discovery.com/
zinco