8 REDUÇÃO CARBOTÉRMICA (Redutor Sólido) - Ufrgs

ENG06632-Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos II-ANestor Cezar Heck - DEMET / UFRGS26O coque ou o carvão vegetal – agentes químicos da redução, ou redutores –constituem o produto da pirólise de substâncias carbonosas: carvão mineral e madeira,respectivamente.Aos problemas técnicos da sua produção somam-se outros como, por exemplo:(i) apenas uma pequena fração dos carvões minerais pode ser utilizada para se produzircoque; (ii) os carvões minerais são recursos naturais não-renováveis; (iii) a produção decarvão vegetal requer extensas áreas cultiváveis próximas às usinas, tempo para a massavegetal crescer e apresenta manejo complexo; (iv) a demanda por carvão vegetal – é bomsalientar, um recurso natural renovável – pode provocar, como uma espécie de efeitocolateral, uma pressão para a destruição das matas nativas.Além de ser um agente redutor, o carbono também é capaz de se combinar com algunsmetais. Quando a afinidade de um metal pelo carbono é baixa, eles formam uma soluçãolíquida, e o metal líquido estará saturado com o carbono à temperatura do processo. Por estarazão obtém-se ferro gusa (com ~ 4% C) ao se reduzir o óxido de ferro por meio de carbono.Quando a afinidade é alta, o emprego da redução carbotérmica não é aconselhada (veja aTabela 8.1). No caso intermediário podem aparecer carbonetos no seio da solução.Pelo conjunto das razões mencionadas, os metais: Fe, Mn, Cr, Sn, Pb e o Zn (esteúltimo é um caso especial) são os principais metais produzidos a partir da reduçãocarbotérmica dos seus óxidos pelo carbono. Adicionam-se a eles algumas ferro-ligas, quetambém são produzidas por este processo.Na operação de redução carbotérmica, o calor necessário para a fusão e para a reduçãopode ser fornecido de forma parcial ou total pela eletricidade mas, normalmente, provém dacombustão de parte do agente redutor.Para se evitar o desperdício de redutor com a geração de calor, está sendo utilizadacada vez mais a adição – em um ponto técnicamente apropriado do reator, tipicamente aventaneira onde ar é injetado no forno – de materiais carbonosos ‘secundários’ (moinha decoque e de carvão vegetal, ou outras substâncias combustíveis) que desempenham o papel decombustível. À isso chama-se ‘injeção de carvão pulverizado’, PCI.Tabela 8.1 Grau de afinidade de diferentes metais em relação ao carbono e suasconseqüênciasAfinidade Metal ImplicaçõesNenhuma Preciosos, Cu, Zn -Muito baixa Co, Ni, Mg -Mediana a) Fe, Mn, Cr Formam soluções sólidas e líquidas com ocarbono (ou misturas com carbonetos)b) Al, Ca, Si Formam carbonetos insolúveisAltaTa, Ti, V, Hf, Nb, Zr, Be Formam somente carbonetosMuitos tipos de reatores podem ser empregados nesta operação; os mais comuns são: oforno de cuba (que, no caso da metalurgia extrativa do ferro, leva o nome de alto-forno) e oforno elétrico de redução (também denominado de baixo-forno elétrico).8.2 TERMODINÂMICA DA REDUÇÃO CARBOTÉRMICA (Redutor Sólido)Os sulfetos metálicos – matérias primas abundantes na natureza – normalmente nãopodem ser reduzidos pelo carbono pois o ∆°G de formação do CS 2 , embora negativo, é – emcomparação com o ∆°G de formação da maioria dos sulfetos metálicos – insuficiente. Mesmoquando a possibilidade existe, o carbono não é utilizado, pois a eliminação do CS 2 éproblemática.