Prévia do material em texto
1 Processo de Obtenção e Refino do Cobre Alunos: Ariadne dos Santos Evandro Oliveira Gomes Izaiana R. Melo de Assis Mauricio Miguel Mendes Petherson Cristian Martins Soares 2 • Símbolo: Cu • Número atômico: 29 • Ponto de fusão: 1085°C • Ponto de ebulição: 2562°C • Descrição: material maleável, dúctil e de coloração castanho avermelhado. Cobre (Cu) Figura 1: Cobre na Tabela Periódica. Fonte: Novais, 2023. 3 • 25º elemento em abundância na Terra Fonte: Lima, 2023. Figura 2: Amostra de cobre. 4 • Foi o primeiro metal a ser fundido (por volta de 5.000 A.C). • O primeiro metal a ser moldado (por volta de 4.000 A.C) e também o primeiro a ser ligado a outro metal, o Estanho, para criar o Bronze. 5 Utilização: • Na forma de ligas são utilizadas na confecção de jóias, moedas, peças para automóveis. • Manufatura de tubos • Condutor elétrico Fontes: • Normalmente em sulfetos como a Calcopirita (CuFeS2) e Calcocita (Cu2S). 6 Obtido através dos minerais por uma sequência de métodos de enriquecimento e purificação como a fundição e lixiviação, normalmente seguido de eletrólise. Obtenção do Cobre Fonte: Lima, 2023. Figura 3: Diversos tipos de moldagens de cobre usados em inúmeras aplicações elétricas e eletrônicas. 7 Apesar de estar presente em muitos minerais na crosta terrestre, o teor de cobre é relativamente baixo. As primeiras etapas presentes no processamento do cobre envolve a moagem, trituração e flotação, afim de elevar o teor do Cobre para cerca de 30%. Fonte: Uhlendorff, 2019. Figura 4: Amostra de Cobre. 8 Promove melhorias nas propriedades do metal. Etapas: • Fragmentação • Moagem • Classificação • Concentração Beneficiamento do Cobre 9 A fragmentação é o processo de redução de granulométrica e a separação dos minerais de minério e ganga. Pode incluir as etapas de britagem ou britagem associada à moagem. Fragmentação 10 É feita através de moinhos de bolas, alimentado por correias transportadoras. Os moinhos diminuem ainda mais a granulação do material. Moagem 11 Classificação é o processo de separação de partículas por tamanho. A classificação opera, geralmente, junto com as etapas de fragmentação. Esse processo é útil para garantir que o tamanho das partículas esteja de acordo com as especificações encontradas no mercado e contribui para a verificação da granulometria produzida durante a fragmentação. Classificação 12 A concentração de minérios ocorre quando é preciso separar os minerais de interesse dos que não o são, por meio de: • Separação/Concentração Gravítica ou Gravimétrica; • Separação Magnética; • Flotação. Concentração 13 A flotação é o principal método para essa separação, visto que é possível obter concentrados com altos teores. Ele ajuda a observar o comportamento físico e químico das partículas presentes. Concentração 14 Uma das formas de realizar a flotação é pelo processo de flotação por espuma, em que se forma uma pasta com o mineral triturado, reagentes hidrofóbicos e surfactantes dentro de um grande tanque com água e aeração. A ideia é tornar as partículas de sulfeto de cobre hidrofóbicas e separá-las por diferença de gravidade. Concentração 15 Figura 5: Flotação do cobre, uma das etapas de obtenção do cobre. Fonte: Rezvykh, 2012. 16 Na sequência, aplica-se o processo conhecido como ustulação do cobre, em que sulfetos de cobre resultantes da flotação são aquecidos na presença de gás oxigênio, gerando uma massa com teor de cobre de cerca de 60% na forma de óxido de cobre, conhecido como matte: 2 Cu2S + 3 O2 ⟶ 2 Cu2O + 2 SO2 Concentração 17 Processos de Obtenção do Cobre Metalurgia Extrativa Dependendo do tipo de minério de cobre encontrado na natureza, o beneficiamento e o seu tratamento metalúrgico terão rotas diferentes de processamento. 18 Processos de Obtenção do Cobre Figura 6: Rotas gerais de processamento e extração para minérios de cobre. Fonte: Silva, 2011. 19 De forma geral existem dois meios para extração do cobre: • O processo pirometalúrgico, aplicado para minerais sulfetados; • O processo hidrometalúrgico que pode ser utilizado para os minerais oxidados. Processos de Obtenção do Cobre 20 Processos de Obtenção do Cobre Beneficiamento -> Secagem -> Processo Pirometalúrgico Separação Sólido/Líquido O concentrado obtido na etapa de flotação é uma polpa com geralmente 25-30% de sólidos em peso e deve ser processado para facilitar o manuseio, ser estocado e transportado economicamente para posteriormente alimentar a etapa de extração metalúrgica. O objetivo é produzir um concentrado em torno de 8-10% de umidade. 21 Processo Pirometalúrgico • A pirometalurgia envolve o uso de altas temperaturas e processos de fusão para extrair e refinar o cobre dos minérios; • Os principais passos envolvidos na obtenção e refino do cobre na pirometalurgia são: mineração, britagem/moagem, flotação, ustulação, fusão, ânodo do cobre , cátodo do cobre , lingotes e reciclagem. 22 Obtenção de Minério de Cobre Mineração O processo começa com a mineração do minério de cobre. Britagem e Moagem O minério bruto é britado e moído em partículas menores para facilitar o tratamento posterior. 23 Concentração do Minério de Cobre Flotação Para separar os minerais de cobre dos minerais indesejados, como silicatos e sulfetos de ferro, utiliza-se a flotação. 24 Obtenção do concentrado de cobre Ustulação O concentrado de minério de cobre resultante da flotação é submetido à ustulação. Nesse processo, o concentrado é aquecido em um forno a temperaturas elevadas para remover o enxofre presente nos minerais de cobre na forma de dióxido de enxofre (SO2). Isso resulta em um produto intermediário chamado "matte“, que contém cobre, ferro e enxofre. 25 Fusão O matte é então fundido em fornos a alta temperatura para separar o cobre dos outros componentes. Obtenção do concentrado de cobre 26 Refino do cobre Ânodo de cobre O cobre obtido na etapa anterior contém impurezas, como ferro, enxofre e outros metais. Para purificar o cobre, ele é eletrorefinado. Cátodo de cobre As placas de cobre puro usadas como cátodos em um processo eletroquímico atraem o cobre dissolvido na solução, resultando em cátodo de cobre puro de alta qualidade. 27 Resultados finais Lingotes ou cátodos Após o refino eletrolítico, o cobre é obtido na forma de lingotes ou cátodos, que são produtos finais de alta pureza e qualidade. Reciclagem Além da produção a partir de minérios, o cobre também pode ser obtido por meio da reciclagem de materiais de cobre, como sucata de fios e componentes de cobre usados. 28 É importante observar que as condições exatas de cada etapa do processo de obtenção e refino do cobre podem variar dependendo do tipo de minério e das especificidades de cada instalação de processamento. A pirometalurgia é uma técnica amplamente utilizada para a produção de cobre, mas também existem outras técnicas, como a hidrometalurgia, que envolvem processos de extração usando soluções aquosas em vez de fusão. 29 Figura 7: Etapas do beneficiamento do minério de cobre sulfetado da mina até o produto final. Fonte: Cunha, 2019. 30 • Ressalte-se que o ritmo de difusão do processo técnico na pirometalurgia do cobre é relativamente lento, sendo esta rota tecnológica utilizada de longa data. • A principal mudança tecnológica foi a substituição dos fornos de revérbero por fornos elétricos flash na etapa de fundição a partir dos anos 50. • Pretendeu-se com tal substituição atender às exigências de conservação energética e de redução de poluição. 31 Hidrometalurgia do Cobre • Ramo da metalurgia que utiliza soluções aquosas para extração de metais. • No caso específico do cobre, a hidrometalurgia é frequentemente empregada para tratar mineraisde baixo teor ou minerais que não podem ser facilmente processados por métodos convencionais, como a metalurgia de transferência. 32 Fonte: Mendes, 2020. Figura 8: Esquema da Hidrometalurgia. 33 As etapas do processo consistem em: Fonte: Souza, 2013. Figura 9: Esquema detalhado do processo de Lixiviação. 34 Processos básicos da Lixiviação • A lixiviação de cobre é um processo amplamente utilizado em operações de cobre em larga escala. • Tem como objetivo extrair o cobre de minerais de baixo teor, ou de depósitos que não podem ser processados economicamente por métodos convencionais. • Existem várias técnicas de lixiviação do cobre, sendo a lixiviação ácida a mais comum. 35 As etapas básicas do processo de lixiviação do cobre: • Preparação do minério; • Pilha ou tanque de Lixiviação; • Extração da cobre na solução; • Recuperação do cobre; • Descarte da solução residual. Processos básicos da Lixiviação 36 O processo de lixiviação é frequentemente contínuo, com a solução lixiviante sendo reciclada para uso em novos lotes de minério. É um método eficaz, mas requer cuidados ambientais e monitoramento para evitar a contaminação do solo e da água. Processos básicos da Lixiviação 37 Assim como qualquer método de extração de metais, a hidrometalurgia possui suas vantagens e desvantagens. Sendo algumas vantagens: • Eficiência em certos minérios; • Menor impacto ambiental; • Tratamento de minérios de baixo grau; • Versatilidade. 38 Já suas desvantagens são: • Custo de operação; • Dependência de condições ambientais; • Produção de resíduos líquidos; • Tempo de processamento longo. 39 Eletrometalurgia do Cobre • A depender de sua aplicação, o cobre obtido nos processos de pirometalurgia e hidrometalurgia já pode ser aplicado industrialmente. • Contudo, para aplicações mais específicas, como em fios elétricos e componentes eletrônicos, é preciso que o cobre tenha um alto grau de pureza. 40 Eletrometalurgia do Cobre • Outro uso importante do cobre é na proteção e revestimento de outros metais, pois suas propriedades são de extrema utilidade e podem ser estendidas a esses metais. • Nessas aplicações, a eletrometalurgia entra como um novo processo. 41 Eletrometalurgia do Cobre Em relação ao cobre, os principais processos utilizados são: • Refino Eletrolítico • Galvanoplastia/Eletrodeposição 42 Refino Eletrolítico O Refino Eletrolítico é um processo de eletrólise que nos permite retirar as impurezas contidas no cobre e elevar seu grau de pureza consideravelmente. 43 Refino Eletrolítico + 𝐶𝐶𝐶𝐶0 → 𝐶𝐶𝐶𝐶2+ + 2𝑒𝑒− − 𝐶𝐶𝐶𝐶2+ + 2𝑒𝑒− → 𝐶𝐶𝐶𝐶0 Fonte: SILBERBERG, 2009. Figura 10: Esquema do processo de refino do Cobre. 44 Refino Eletrolítico Figura 11: Representação do processo de refino do Cobre em escala industrial. Fonte: White, 2005. 45 Galvanoplastia/Eletrodeposição de Cobre • Nesse processo eletroquímico, um banho eletrolítico de cobre é aplicado a uma superfície condutora, resultando em uma fina camada deste metal sobre esta superfície. • Com isso, conferimos ao material protegido resistência à corrosão, condutividade e outros benefícios do cobre sem alterar a resistência do material. 46 Galvanoplastia/Eletrodeposição de Cobre Figura 12: Representação do processo de Galvanoplastia com Cobre. Fonte: Rapid Direct, 2022. 47 Galvanoplastia/Eletrodeposição de Cobre Os principais benefícios da galvanoplastia com cobre são: • Aumento da Flexibilidade e Durabilidade; • Proteção contra a Corrosão; • Aumento da Condutividade; • Custo-benefício. 48 Galvanoplastia/Eletrodeposição de Cobre Principais aplicações industriais: • Fiações Elétricas; • Eletrônica; • Setor Automotivo; • Energia Renovável. 49 Referências Bibliográficas ANDRADE, M. L. A. VIEIRA, J. R. M. CUNHA, L. M. S. KELLER, M. C. FULDA, R. S. INDÚSTRIA DO COBRE: ÁREA DE OPERAÇÕES INDUSTRIAIS 2 – AO2. Disponível em: https://web.bndes.gov.br/bib/jspui/bitstream/1408/15688/1/Indústria%20do%20cobre_P _BD.pdf. Acesso em: 08 nov. 2023. Beneficiamento de cobre: saiba tudo sobre o processo. Coppermetal, 16 mar. 2023. Disponível em: https://www.coppermetal.com.br/blog/beneficiamento-de-cobre/. Acesso em: 08 nov. 2023 Beneficiamento. Disponível em: https://ge902cobre.wordpress.com/tratamento-e- beneficiamento/. Acesso em: 08 nov. 2023. https://web.bndes.gov.br/bib/jspui/bitstream/1408/15688/1/Ind%C3%BAstria%20do%20cobre_P_BD.pdf https://web.bndes.gov.br/bib/jspui/bitstream/1408/15688/1/Ind%C3%BAstria%20do%20cobre_P_BD.pdf https://www.coppermetal.com.br/blog/beneficiamento-de-cobre/ https://ge902cobre.wordpress.com/tratamento-e-beneficiamento/ https://ge902cobre.wordpress.com/tratamento-e-beneficiamento/ 50 Referências Bibliográficas BLAINE-ARNOLD. Metalurgia Extrativa dos Metais. Disponível em: https://www.slideserve.com/blaine-arnold/metalurgia-extrativa-dos-metais. Acesso em: 08 nov. 2023. DA SILVA, A. A. G. G. Cadeia Produtiva do Cobre. Disponível em: https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/BUOS- 9C9GJ8/1/monografia_benef_min_cu_abel_risia_ufmg.pdf. Acesso em: 10 nov. 2023. FOGAÇA, J. R. V. Galvanoplastia ou Eletrodeposição. Disponível em: https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/galvanoplastia-ou-eletrodeposicao.htm. Acesso em: 08 nov. 2023. https://www.slideserve.com/blaine-arnold/metalurgia-extrativa-dos-metais https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/BUOS-9C9GJ8/1/monografia_benef_min_cu_abel_risia_ufmg.pdf https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/BUOS-9C9GJ8/1/monografia_benef_min_cu_abel_risia_ufmg.pdf https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/galvanoplastia-ou-eletrodeposicao.htm 51 Referências Bibliográficas GEOSCAN, P. Minério de Cobre: Entenda mais sobre e saiba como encontrar. Disponível em: https://www.geoscan.com.br/blog/minerio-de-cobre/. Acesso em: 08 nov. 2023. INTEGRAL, Q. O cobre. Disponível em: <https://www.youtube.com/shorts/y3iqtsXIVbE>. Acesso em: 08 nov. 2023. Khromtau Aktobe Province Kazakhstan May 06 Foto stock 1857057505. Disponível em: https://www.shutterstock.com/pt/image-photo/khromtau-aktobe- province-kazakhstan-may-06-1857057505. Acesso em: 08 nov. 2023. https://www.geoscan.com.br/blog/minerio-de-cobre/ https://www.shutterstock.com/pt/image-photo/khromtau-aktobe-province-kazakhstan-may-06-1857057505 https://www.shutterstock.com/pt/image-photo/khromtau-aktobe-province-kazakhstan-may-06-1857057505 52 Referências Bibliográficas LANGA, F. Trabalho-Cobre. Disponível em: https://www.passeidireto.com/arquivo/87170107/trabalho-cobre. Acesso em: 08 nov. 2023. LIMA, A. L. L. Cobre (Cu). Disponível em: https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/metal-cobre.htm. Acesso em: 08 nov. 2023. LUZ, G. Ponto de Ebulição do Cobre (Cu) + Cor, Massa, Usos ... 2022. Disponível em: https://www.materiais.gelsonluz.com/2019/08/ponto-de-ebulicao-do-cobre-cu-cor- massa.html?m=1. Acesso em: 08 nov. 2023. Minérios de Cobre. Disponível em: https://www.danafloat.com/pt/mining_ores/copper. Acesso em: 08 nov. 2023. https://www.passeidireto.com/arquivo/87170107/trabalho-cobre https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/metal-cobre.htm https://www.materiais.gelsonluz.com/2019/08/ponto-de-ebulicao-do-cobre-cu-cor-massa.html?m=1 https://www.materiais.gelsonluz.com/2019/08/ponto-de-ebulicao-do-cobre-cu-cor-massa.html?m=1 https://www.danafloat.com/pt/mining_ores/copper 53 Referências Bibliográficas NOVAIS, S. A. Cobre (Cu). Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/cobre.htm. Acesso em: 08 nov. 2023. POHL, G. T. Refino eletrolítico do cobre. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=_Gh6RQ0EXRo. Acesso em: 08 nov. 2023. PRODUÇÃO E FUNDIÇÃO DO COBRE. Disponível em: http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM233/Arquivos%20FTP%202020/Aula%20Fundição%20A lumínio,%20Cobre,%20Inox/Produção%20de%20Cobre.pdf. Acesso em: 08 nov. 2023. RAPIDDIRECT. Galvanoplastia de cobre: como funciona e suas aplicações comuns.Disponível em: https://www.rapiddirect.com/pt/blog/galvanoplastia-de-cobre/. Acesso em 09 nov. 2023. https://brasilescola.uol.com.br/quimica/cobre.htm https://www.youtube.com/watch?v=_Gh6RQ0EXRo http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM233/Arquivos%20FTP%202020/Aula%20Fundi%C3%A7%C3%A3o%20Alum%C3%ADnio,%20Cobre,%20Inox/Produ%C3%A7%C3%A3o%20de%20Cobre.pdf http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM233/Arquivos%20FTP%202020/Aula%20Fundi%C3%A7%C3%A3o%20Alum%C3%ADnio,%20Cobre,%20Inox/Produ%C3%A7%C3%A3o%20de%20Cobre.pdf https://www.rapiddirect.com/pt/blog/galvanoplastia-de-cobre/ 54 Referências Bibliográficas SILBERBERG, M. S. Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change. 5. ed. New York: McGraw-Hill, 2009. p. 1003. Disponível em: https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&ved=2ahUKEwi n4_fhqcGCAxWjsJUCHc2YDCUQFnoECBgQAQ&url=https%3A%2F%2Fbatch.libretext s.org%2Fprint%2FLetter%2FFinished%2Fchem- 83739%2FFull.pdf&usg=AOvVaw3g1xm1JHik06vrMN1NiLdp&opi=89978449. Acesso em: 08 nov. 2023. SILVA, L. et al. COBRE: PRODUÇÃO INDUSTRIAL E APLICAÇÕES. Quimica nova, 2019. Disponível em: https://www.scielo.br/j/qn/a/bbmWKK9cHSLRrnnrJ3BX3sr/?lang=pt&format=pdf. Acesso em: 09 nov. 2023. https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&ved=2ahUKEwin4_fhqcGCAxWjsJUCHc2YDCUQFnoECBgQAQ&url=https%3A%2F%2Fbatch.libretexts.org%2Fprint%2FLetter%2FFinished%2Fchem-83739%2FFull.pdf&usg=AOvVaw3g1xm1JHik06vrMN1NiLdp&opi=89978449 https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&ved=2ahUKEwin4_fhqcGCAxWjsJUCHc2YDCUQFnoECBgQAQ&url=https%3A%2F%2Fbatch.libretexts.org%2Fprint%2FLetter%2FFinished%2Fchem-83739%2FFull.pdf&usg=AOvVaw3g1xm1JHik06vrMN1NiLdp&opi=89978449 https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&ved=2ahUKEwin4_fhqcGCAxWjsJUCHc2YDCUQFnoECBgQAQ&url=https%3A%2F%2Fbatch.libretexts.org%2Fprint%2FLetter%2FFinished%2Fchem-83739%2FFull.pdf&usg=AOvVaw3g1xm1JHik06vrMN1NiLdp&opi=89978449 https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&ved=2ahUKEwin4_fhqcGCAxWjsJUCHc2YDCUQFnoECBgQAQ&url=https%3A%2F%2Fbatch.libretexts.org%2Fprint%2FLetter%2FFinished%2Fchem-83739%2FFull.pdf&usg=AOvVaw3g1xm1JHik06vrMN1NiLdp&opi=89978449 https://www.scielo.br/j/qn/a/bbmWKK9cHSLRrnnrJ3BX3sr/?lang=pt&format=pdf 55 Referências Bibliográficas SIMINERAL. Extração de Cobre. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=Wr7zY46_jHI. Acesso em: 08 nov. 2023. SOUZA, José Inácio de. INTRODUÇÃO A HIDROMETALURGIA. Disponível em: https://www.seduc.ce.gov.br/wp- content/uploads/sites/37/2012/06/mineracao_introducao_a_hidrometalurgia.pdf. Acesso em: 08 nov. 2023. UHLENDORFF, A. Mineração e produção de cobre. Disponível em: https://pt.institut- seltene-erden.de/kupfergewinnung-und-produktion/. Acesso em: 08 nov. 2023. https://www.youtube.com/watch?v=Wr7zY46_jHI https://www.seduc.ce.gov.br/wp-content/uploads/sites/37/2012/06/mineracao_introducao_a_hidrometalurgia.pdf https://www.seduc.ce.gov.br/wp-content/uploads/sites/37/2012/06/mineracao_introducao_a_hidrometalurgia.pdf https://pt.institut-seltene-erden.de/kupfergewinnung-und-produktion/ https://pt.institut-seltene-erden.de/kupfergewinnung-und-produktion/ 56 Referências Bibliográficas WHITE, D. P. QUÍMICA: A Ciência Central. 9a Edição, Capítulo 23 - Metais e metalurgia. Disponível em: https://www.feis.unesp.br/Home/departamentos/fisicaequimica/relacaodedocentes973/ metais_e_metalurgia.pdf. Acesso em: 08 nov. 2023. https://www.feis.unesp.br/Home/departamentos/fisicaequimica/relacaodedocentes973/metais_e_metalurgia.pdf https://www.feis.unesp.br/Home/departamentos/fisicaequimica/relacaodedocentes973/metais_e_metalurgia.pdf Número do slide 1 Número do slide 2 Número do slide 3 Número do slide 4 Número do slide 5 Número do slide 6 Número do slide 7 Número do slide 8 Número do slide 9 Número do slide 10 Número do slide 11 Número do slide 12 Número do slide 13 Número do slide 14 Número do slide 15 Número do slide 16 Número do slide 17 Número do slide 18 Número do slide 19 Número do slide 20 Número do slide 21 Número do slide 22 Número do slide 23 Número do slide 24 Número do slide 25 Número do slide 26 Número do slide 27 Número do slide 28 Número do slide 29 Número do slide 30 Número do slide 31 Número do slide 32 Número do slide 33 Número do slide 34 Número do slide 35 Número do slide 36 Número do slide 37 Número do slide 38 Número do slide 39 Número do slide 40 Número do slide 41 Número do slide 42 Número do slide 43 Número do slide 44 Número do slide 45 Número do slide 46 Número do slide 47 Número do slide 48 Número do slide 49 Número do slide 50 Número do slide 51 Número do slide 52 Número do slide 53 Número do slide 54 Número do slide 55 Número do slide 56