1) Além da produção de metais, a redução metalotérmica - Ufrgs

ENG06632 - Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos II-A
Nestor Cezar Heck – UFRGS / DEMET
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Redução metalotérmica
Status: 2004/2
Questões para a fixação de conteúdo:
1) Além da produção de metais, a redução metalotérmica é usada em outra área importante da
engenharia; qual
2) Quando empregamos a redução metalotérmica
3) Ela compete com qual processo
4) Na redução metalotérmica de um óxido, MeO, pela oxidação do agente redutor, Me', forma-se o
óxido, Me'X, que permanece no reator. Cite três conseqüências disso.
5) Por qual razão podemos fazer uma distinção entre a escória e o produto Me'O
6) Quais são as três formas que usamos para separar os reagentes (tanto reatantes quanto produtos)
após a redução metalotérmica
7) Cite dois usos que podemos dar ao produto Me'X .
8) Todas as reações metalotérmicas são espontâneas Justifique.
9) Todas as reações metalotérmicas são exotérmicas Justifique.
10) Explique: por qual motivo uma redução metalotérmica tem ∆G° aproximadamente independente da
temperatura
11) Na redução metalotérmica de um óxido, o grau de pureza do óxido do metal de valor, MeX, e o do
óxido Me'X são importantes. a) Por qual motivo b) Desejamos que o quociente entre os seus graus
de pureza (ou atividades) seja elevado ou baixo
12) Como podemos modificar o valor de ∆G° de uma redução metalotérmica – já que ele normalmente
não tem uma dependência acentuada da temperatura
13) O uso de temperaturas altas na redução metalotérmica apresenta ao menos um aspecto positivo;
qual é ele Justifique.
14) Cite os dois problemas que podem surgir com o uso de temperaturas muito baixas na redução
metalotérmica.
15) O grau de ‘reatividade’ de uma redução metalotérmica pode ser medido por meio de um índice.
Explique como ele é calculado.
16) Como se faz para se arrefecer uma redução metalotérmica explosiva (índice > 1100 cal/g)
17) Como se faz para se ativar uma redução metalotérmica inoperante (índice < 550 cal/g)
18) O que é a ‘temperatura adiabática’ de uma reação metalotérmica
19) Qual a importância de se saber o valor da ‘temperatura adiabática’
Questões para o desenvolvimento do tema:
Informação: A variação da energia livre de Gibbs padrão, em função da temperatura, entalpia e
entropia, ∆G T ° = ∆H° - T∆S° , para a formação dos óxidos Nb 2 O 5 , Al 2 O 3 e CaO , por mol de O 2 (g),
pode ser descrita, respectivamente, pelas seguintes equações:
Óxido Equação ∆G° = f (T), com ∆G° em [J] e T em [K]
Nb 2 O 5 y = 171 x - 757 283
Al 2 O 3 y = 209 x - 1 117 130
CaO y = 212 x - 1 269 840
Observe que a inclinação dessas retas é positiva, pois ∆S° < 0 (entropia aumenta) para esses casos.
Massas atômicas: Nb= 92,9; Al= 27,0; Ca=40; O= 16,0 [u.m.a]
1) Escreva as reações de oxidação dos metais Nb, Al e Ca, por mol de O 2 (g), formando os óxidos
citados acima.
2) Escreva a reação de redução aluminotérmica de um mol do óxido Nb 2 O 5 .
3) Qual é o valor da variação da energia livre de Gibbs padrão, ∆G T °, da redução aluminotérmica do
Nb 2 O 5 , para as temperaturas de 500, 1000 e 1500 K, por mol de Nb 2 O 5
4) Quantos quilogramas de Al serão empregados na redução estequiométrica de 1 tonelada de Nb 2 O 5

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5) Qual é o calor disponível para aquecer os produtos, em Joule, na redução de 1 mol de Nb 2 O 5 à
25°C
6) Qual será a temperatura adiabática que os produtos poderão alcançar Use os seguintes dados:
Propriedade / Subst. elem.: Nb Al 2 O 3
Cp (médio) [J/mol⋅°C] sólido 30 125
líquido 33,47 192,5
Ponto de fusão [°C] 2477 2054
L f de fusão [kJ/ mol] 26,94 364,85
7) Rosenqvist mostra, no diagrama ternário CaO - Al 2 O 3 - SiO 2 (Princ. of Extr. Metall., Fig.11-1, p.326),
que a substância com a composição Ca 12 Al 14 O 33 está próxima a uma composição eutética, de menor
temperatura do ternário. Um engenheiro metalúrgico quer saber quantos quilogramas de CaO por
tonelada de Nb 2 O 5 ele deve utilizar para obter esse produto, ao invés da alumina ‘pura’
8) Qual seria o calor disponível para aquecer os produtos, se o redutor fosse o cálcio, na redução de
1 mol de Nb 2 O 5 à 25°C
9) Sabemos que o valor da constante de equilíbrio, K, influencia o grau de pureza do metal obtido. Use
uma temperatura de 1500 K como base para dizer se há uma tendência de aumento da pureza com o
uso da calciotermia em relação à aluminotermia. Calcule, para isso, os valores de K para a redução
aluminotérmica e calciotérmica de 1 mol de Nb 2 O 5 .
Algumas informações ou dados para estas questões provêm das seguintes páginas:
http://www.webelements.com
http://webbook.nist.gov
http://www.eng.fsu.edu