CONSUMO: CRESCIMENTO E LIMITES - Ufrgs

ENG06631-Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos I ANestor Cezar Heck / DEMET - UFRGS11 - A INDÚSTRIA EXTRATIVA E A METALURGIA1-1 Ciclo simplificado dos materiaisA produção, utilização e a obsolescência dos bens materiais – inclusive a sua reciclagem – nanossa 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) dosprodutos já utilizados. Na parte inicial do ciclo está a indústria extrativa. É importante ressaltar, nesteponto, que há diferenças significativas entre uma indústria de cunho extrativo e uma atividade(meramente) extrativista.Fig. 1-1. Ciclo simplificado dos materiaisSe de um lado do ciclo está caracterizada principalmente a idéia da produção de bensmateriais, do outro está clara a sua utilização. Em função do tempo, os bens materiais têm umaduração que pode ser entendida como ‘rápida’ ou ‘lenta’ – dependendo do propósito. Aos bensduráveis pode ser associada uma característica muito importante para a reciclagem: o tempo de vidamédio.Após a utilização, pode-se dar dois destinos principais aos bens obsoletos: ou (i) desprezá-losou, ao contrário, (ii) reciclar seus materiais, peças ou até mesmo a eles próprios (reutilização), deacordo com critérios que vão desde os econômicos até os ambientais. É interessante observar que osdois fatores estão relacionados; assim, um alto valor comercial dos restos do bem já utilizado (ou delepróprio) tende a aumentar o ímpeto natural para a sua reciclagem – observa-se que esse fator cresceno sentido do ‘material’ ao ‘produto’. Ao mesmo tempo, a ‘pressão’ ambiental pela reciclagem diminuicorrespondentemente nesta mesma direção.1-2 A metalurgia extrativa – uma etapa entre tantasOs metais – que constituem parcialmente ou mesmo integralmente certos bens materiais – nãofogem do esquema mostrado na Fig. 1-1. Do minério até os restos metálicos dos bens materiaisobsoletos 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 éimaginar que ele se constitui de uma sucessão de etapas de processamento ligadas entre si,Figura 1-2.

ENG06631-Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos I ANestor Cezar Heck / DEMET - UFRGS2Fig. 1-2. Etapas de processamento e a posição da metalurgia extrativaEm cada uma das etapas mencionadas, entre os recursos naturais e os bens materiais, podemser identificadas importantes indústrias e classes de profissões. A etapa denominada metalurgiaextrativa constitui o tema principal deste texto.1-3 Ciclo detalhado dos materiais metálicosPor força das ações tomadas em cada uma das etapas de processamento, o fluxo de massaque passa por elas acaba sendo dividido em dois. Desta forma, três classes de matéria podem serdistinguidas: a matéria-prima, o produto e a matéria residual, Figura 1-3. Nessa concepção, devido aoencadeamento entre as etapas, aquilo que é o produto de uma ação, será, na seqüência, a matériaprimada 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 residualVista desta maneira, a metalurgia extrativa tem como matéria-prima o minério beneficiado ou oconcentrado, 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 departe do ciclo mostra que a metalurgia extrativa mencionada corresponde àquela denominada primáriae o esquema de interligações forma uma rede que abrange até mesmo a parte final do ciclo, Figura 1-4.

ENG06631-Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos I ANestor Cezar Heck / DEMET - UFRGS3Fig. 1-4. Ciclo detalhado (vista parcial) mostrando a metalurgia extrativa primária e as secundáriasDentre as sucatas, se pode diferenciar aquela que é aproveitada na própria instalaçãoindustrial onde é gerada – a sucata interna – daquela que é comercializada para terceiros.Nota-se que, embora não estejam apresentados no fluxograma, os processos utilizados nametalurgia extrativa secundária, infelizmente, também produzem materiais residuais. Todo o resíduoindustrial perigoso, para o qual não existe reciclagem ou processo de tratamento, deve ser armazenadoou 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 futurasgerações herdarão como contrapartida ao progresso material – do qual elas também se beneficiarão.1-4 Diretrizes básicas empregadas na obtenção dos metaisConforme foi visto, a função da metalurgia extrativa é, basicamente, a produção de metais eligas 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

ENG06631-Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos I ANestor Cezar Heck / DEMET - UFRGS4purificação 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 quereagiriam preferencialmente com os agentes do refino.1-5 Classes de produtos da metalurgia extrativaAnalisando-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-primaMinério econcentradoSucata (principalmente)pós-consumidor(Metal. secundária, tipo I)Resíduos(Metal. secundária, tipo II)Classe do produtoMetal ‘puro’Liga (material de engenharia)Liga-‘mãe’ 2Composto químicoMetal ‘puro’Liga (material de engenharia)Metal ‘puro’ (idêntico ou não aometal ‘principal’)Composto químicoTab. 1-1. Classes de produtos obtidos com a metalurgia extrativa, em função da matéria-primaOs compostos químicos podem ser vistos como uma exceção – pois não são materiaismetálicos e são produzidos com objetivos (ou motivações) diferentes daquelas dos outros produtos.Especialmente para a obtenção de produtos das classes denominadas ligas (material deengenharia) e ligas-‘mãe’ há muitas alternativas quanto às matérias-primas, Tabela 1-2.Matéria-primaMinério composto de um único mineralMistura de mineraisMistura de minério e metalMistura de metais ‘puros’Mistura de metal base e liga (ou liga-‘mãe’)Sucata da própria ligaTab. 1-2. Matérias-primas que podem ser utilizadas para a obtenção de ligas e ligas-‘mãe’1-6 Denominações comuns dadas aos grupos de metaisTodos os metais caem em uma das duas categorias: ferrosos e não-ferrosos. O principalelemento de um metal ferroso é, naturalmente, o ferro; mas um metal é classificado como ferroso1 Os termos puro e impuro aparecem entre aspas ao longo do texto para salientar a relatividade que deve cercar a avaliaçãodo grau de pureza de um material.2 O termo ferroliga designa uma liga-‘mãe’ utilizada na produção de aços.

ENG06631-Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos I ANestor Cezar Heck / DEMET - UFRGS5mesmo se ele contém menos do que 50 [%, massa] em ferro – desde que o seu conteúdo em ferro sejamaior do que o de qualquer outro metal sozinho.Embora não haja definições estritas, nem seu uso seja recomendado, é usual referir-se aosmetais utilizando alguns termos genéricos que se consagraram pelo uso. Assim, pode-se encontrar emjornais, revistas, páginas da internet, expressões do tipo: metais pesados, leves, básicos, etc. Nosparágrafos seguintes serão dadas algumas informações a esse respeito.Metais leves são geralmente aqueles com densidades menores que 5 [g/cm 3 ]. Entre os metaisleves 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/cm 3 ]. Exemplos demetais pesados são: cobalto, cobre, manganês, molibdênio, vanádio, estrôncio, zinco, mercúrio,chumbo e cádmio.Metais básicos ou comuns são aqueles importantes economicamente, mas ‘comuns’ ou demenor 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 exemplosmais notáveis são o ouro e a prata – embora também possam ser incluídos nessa categoria os metaisdo grupo da platina: rutênio, ródio, paládio, ósmio, irídio e ela própria.Na categoria dos metais refratários estão aqueles que têm uma resistência extraordinária àstemperaturas elevadas. Cinco metais são considerados refratários: tungstênio, molibdênio, nióbio,tântalo e o rênio.

ENG06631-Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos I ANestor Cezar Heck / DEMET - UFRGS6Q1 – QUESTÕES & EXERCÍCIOS:Q1-1. Ciclo simplificado dos materiaisExerc. 1-1.1Procure 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 formatoelíptico 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 tantasQuestão 1-2.1 Quando se usa as expressões usina e fábrica no contexto da metalurgia?Exerc. 1-2.1Reflita sobre a superposição de atividades, considerando profissionais de diferentesformações.Q1-3. Ciclo detalhado dos materiais metálicosExerc. 1-3.1Exerc. 1-3.2A Figura Q1-1 reproduz, com um maior grau de detalhamento (sem considerar areciclagem), as informações da Fig. 1-1 para os metais. Desenhe, sobre ela, o fluxo demassa, ligando matéria-prima e produto em cada uma das etapas de processamento.Analise o resultado do exercício anterior e preencha a coluna matéria-prima / produtoda Tabela Q1-1, associando-a com uma propriedade (coluna da direita) que melhor acaracterize.Matéria-prima / produtoPropriedade característicaForma e composição padronizadasMatéria mineral brutaSucata não-industrialMaterial de engenhariaMatéria mineral beneficiadaProduto para o consumidorMatéria-prima naturalTab. Q1-1. Matérias-primas / produtos e suas características básicasExerc. 1-3.3Exerc. 1-3.4A Figura Q1-1 também apresenta as matérias residuais. Complete-a, desenhandosobre ela o fluxo de massa que liga cada uma das etapas de processamento à suamatéria residual mais característica.Analise e preencha a coluna matéria residual da Tabela Q1-2, de acordo com umapropriedade (coluna da direita) que a melhor a caracterize.

ENG06631-Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos I ANestor Cezar Heck / DEMET - UFRGS7Matéria residualPropriedade característicaRestos metálicos de semi-acabados‘Parte principal’ da gangaRestos inúteis‘Restante’ da gangaRestos metálicos industriaisRocha adjacente ao jazimentoTab. Q1-2. matérias residuais e suas características básicasFig. 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 semelhançasentre: sucata, matéria residual e lixo?Questão 1-3.3 A Figura 1-4 mostra que há dois tipos principais de metalurgia. Quais são elas, comoas 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 caracterizae onde elas exibem semelhanças e diferenças?Exerc. 1-3.5Reflita sobre a importância da metalurgia extrativa secundária (veja os aspectoseconômicos e de preservação ambiental)?

ENG06631-Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos I ANestor Cezar Heck / DEMET - UFRGS8Q1-4. Diretrizes básicas empregadas na obtenção dos metaisQuestão 1-4.1 Na primeira das diretrizes, o metal ‘impuro’ pode receber uma denominação específicapara diferenciá-lo do purificado; quais são os nomes empregados para o cobre, ferro eo chumbo ‘impuros’?Exerc. 1-4.1Exerc. 1-4.2Reflita sobre a idéia da purificação da matéria-prima, comparando-a com a purificaçãodo metal.Cite dois exemplos de metais reativos.Q1-5. Classes de produtos da metalurgia extrativaExerc. 1-5.1Complete a Tabela Q1-3 com exemplos.Matéria prima Classe do produto Exemplo(s)Metal ‘puro’Minério econcentradoLiga (material de engenharia)Liga-‘mãe’Sucata (principalmente)pós-consumidor(Metal. secundária, tipo I)Resíduos(Metal. secundária, tipo II)Composto químicoMetal ‘puro’Liga (material de engenharia)Metal ‘puro’ (idêntico ou não aometal ‘principal’)Composto químicoIdêntico:Distinto:Tab. Q1-3. Exemplos de classes dos produtos em função da matéria-primaQuestão 1-5.2 Compare, em poucas palavras, ligas com metais ‘puros’ quanto à (i) gama de possíveisaplicações e ao (ii) custo do procedimento de extração.Questão 1-5.3 Que fatos poderiam ser ressaltados a respeito dos objetivos (ou motivações) daprodução de compostos químicos, considerando-se a matéria prima?Matéria-primaRepresentação ExemploMinério composto de um único mineralFerroliga Fe-CrMistura de minerais Fe 2 O 3 + MnO 2 Natural:Artificial:Mistura de minério e metalFerroliga Fe-SiMistura de metais ‘puros’Cu, SnMistura de metal e liga (ou liga-‘mãe’)Liga:Liga-‘mãe’: Aço inoxidávelSucata da própria ligaCu-ZnTab. Q1-4. Classes dos produtos em função da matéria-prima

ENG06631-Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos I ANestor Cezar Heck / DEMET - UFRGS9Exerc. 1-5.2Complete a Tabela Q1-4, onde necessário.Questão 1-5.4 Por quais motivos produzimos Fe-Cr – ao invés do Cr ‘puro’ – para ser utilizado naprodução de ‘aço inoxidável’?1-6. Denominações comuns dadas aos grupos de metaisQuestão 1-6.1 Que comentários poderiam ser feitos a respeito da ‘classificação dos metais’?Que metais podem ser ‘extraídos’ desta sopa de letras? 1Abaixo 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, aspalavras tanto podem estar escritas na vertical, horizontal ou diagonal, como também podem estarescritas no sentido ‘de-trás-para-diante’.Boa sorte!Resposta:alumínio lítio ouro zincochumbo magnésio pratacobre molibdênio titânioferro níquel tungstênio1 Construído com o auxílio de: http://puzzlemaker.school.discovery.com/