[Hidrometalurgia] Aula 10 - Metalurgia do Estanho

[Hidrometalurgia] Aula 10 - Metalurgia do Estanho

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Introdução

Um dos metais mais usuais, branco, relativamente leve e muito maleável.

Empregado em forma de bronze desde o I milênio, o estanho já era conhecido como metal no início da nossa era.

É o mais fusível dos metais comuns (ponto de fusão: 232º C) e sua densidade é 7,2.

A frio, pode tomar outra forma alotrópica, o estanho cinzento, de densidade 5,8.

À temperatura ordinária, não é oxidável pelo ar.

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Introdução

Bivalente (2+) nos compostos estanosos, como o óxido SnO e o cloreto SnCl2, ele é quadrivalmente (4+) nos compostos estânicos

(SnO2, SnCl4). Esses compostos não são tóxicos.

O estanho é extraído de seu principal minério, a cassiterita (SnO2), por tratamentos sucessivos de enriquecimento, combustão e redução pelo carbono.

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Aplicação

Em virtude de sua resistência a certos agentes corrosivos, o metal puro é utilizado em forma de revestimento para utensílios de cozinha, nas indústrias alimentícias e farmacêuticas, bem como a proteção de peças mecânicas.

A estanhagem do aço (folha de flandres) pode ser praticada à têmpera, por imersão das peças num banho de metal fundido, ou por eletrólise (estanhagem em contínuo de folhas de aço).

O estanho entra na composição de ligas como elemento base ou como aditivo, devido à sua fusibilidade (soldas, tipos de impressão), seu poder de resistência ao atrito (ligas resistentes à fricção), a facilidade com que se deixa moldar (vasilhas, objetos de arte) e a ação endurecedora que exerce (bronzes).

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Produção Mundial

Estacionária, a produção mundial oscila anualmente entre 200.0 e 250.0t, garantidas em mais da metade pelo sudeste da Ásia (a Malásia, com 1/3 da produção mundial, a Indonésia e a Tailândia).

Seguem-se, por ordem de importância, a Bolívia, a China, a Rússia e a Austrália.

A produção brasileira em 1980 foi de 13.119 toneladas.

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Principais Propriedades

•(Zn = 7,1; Fe = 7,9; Ni e Cu = 8,9; Pb = 1,3)

Peso específico: 7,3 g/cm³

•(Cd = 321ºC; Pb = 327ºC; Zn = 419ºC)

Ponto de fusão: 232ºC

•(Cd = 765ºC; Zn = 905ºC; Pb = 1740ºC)

Ponto de ebulição: 2270ºC 6

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Fases

O estanho pode apresentar-se, conforme a temperatura, em três fases alotrópicas:

•Sn - estável abaixo de 13ºC; •Sn - estável acima de 13ºC até 161ºC;

•Sn - estável acima de 161ºC até 232ºC (sua temperatura de fusão).

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Fases

13ºC161ºC
Sn Sn  Sn
cinzentobranco cinza
pulverulentomaciço pulverulento
densidade: 5,7g/cm37,3g/cm3 6,8g/cm3
se transforme

Quando uma peça de Sn ou uma peça estanhada é elevada e mantida por algum tempo abaixo de 13ºC, começam a aparecer na superfície pequenos pontos cinzentos, os quais vão aumentando com o tempo, até que todo o metal 8

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Fases

É a chamada “peste do estanho”, que não passa de uma transformação alotrópica.

A velocidade de transformação, conforme o gráfico, varia com a temperatura e passa por um máximo a - 30ºC.

v el o cid a de de cr es ci m en t o d os g er m e n s

“Peste de estanho”“Peste de estanho”

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Minério de Sn

Os minérios de estanho têm sempre o mesmo mineral, a cassiterita – SnO2, cujo nome provém de “cassus’ que quer dizer pesado, de fato sua densidade fica em torno

de 7g/cm3
minérios de estanho:

Outros minerais que com a cassiterita compõem os

•(Mn, Fe)WO4 – wolframita; •(Mn, Fe)Nb2O6 – columbita;

•(Mn, Fe)Ta2O6 – tantalita;

•PbS – galena

Geralmente o teor de Sn varia de 4% a 8%, mas em alguns casos lavra-se até com 1% de Sn.

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Metalurgia do Sn

A cassiterita pode ser reduzida pela execução das seguintes equações básicas:

SnO2 + C Sn + CO2 SnO2 + 2C Sn + 2CO

Entretanto para formação de escórias de boa fluidez, opera-se acima de 1250oC, mas aí outros óxidos são reduzidos, contaminando o estanho.

Necessita-se portanto refinar o estanho obtido.

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Metalurgia do Sn

A reação:

SnO2 + CO SnO + CO2, pode ocorrer em temperaturas mais baixas onde há predominância de CO2.

Isto é, com pouco CO, o SnO2 não se reduz a Sn, mas sim a SnO, também o SnO pode ser formado pela reação, proposta por Sevryokov:

especialmente em temperaturas mais baixas

O SnO é um óxido anfótero que tende a passar para as escórias sejam elas ácidas ou básicas, 12

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Metalurgia do Sn

Sendo assim deve-se preferir operar em temperaturas mais elevadas e com excesso de C.

estabilidade CO 2 estabilidade CO

CO2 + C 2CO

Temperatura elevada

Excesso de C Mais CO

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Metalurgia do Sn

forno

Mas a temperatura de redução elevada faz vaporizar mais Sn e arrastá-lo em gotículas junto aos gases do

Deve-se portanto usar filtros na saída dos gases e preferir fornos com menos movimentação de gases, como os elétricos.

A anfotericidade do SnO faz com que ele ataque o refratário, seja ele ácido ou básico, então deve-se preferir refratários neutros (massas carbonosas), o mesmo com relação às escórias, mas para essas é importante levar em conta outras, como fusibilidade entre 1 e 1,5.

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Metalurgia do Sn

De qualquer maneira parte do Sn (em forma de

estanho arrastado

SnO) passa à escória, portanto devemos operar com menores volumes possíveis de escória e sistematicamente tratá-las para recuperar o

Do exposto concluímos que a metalurgia extrativa do estanho deve ser executada em três fases diferentes:

•Fusão redutora •Recuperação do Sn das escórias

•Refino do metal.

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Fusão Redutora

os fornos elétricos

Os fornos mais usados para esta operação são

Eles são do tipo resistência, isto é, a corrente passa dos eletrodos, através do banho, sem formação de arco.

Os eletrodos são do tipo Soedeberg

O refratário é sílico-aluminoso ou de

carcaça de ferro

magnésia, a soleira é revestida de carbono e a 16

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Fusão Redutora

O Sn fundido é vazado numa panela tronco-

escória por liquação

cônica invertida, onde o material se separa da

se prendendo a medida que ela se solidifica

Um gancho metálico é deixado na escória e vai

Levanta-se com a ponte rolante a “broa” de escória e o metal está pronto para o refino.

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Recuperação da Escória

As escórias são granuladas e tratadas com carvão, calcário e sílica num forno menor.

2SnO + C 2Sn + CO2 FeO + SiO2 FeSiO3 (escória)

Às vezes formam-se os compostos Sn.nFe, FeSn2 (como escória secundária e como escória da

liquação do Sn da panela tronco-cônica)

Aquecendo ainda mais o forno, de 1250ºC a 1400ºC, temos:

FeSn2 + SnO 3Sn + FeO 18

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Recuperação da Escória

O Sn.nFe é a chamada “hardhead” e tem aproximadamente 80% Sn e 20% de Fe, sua redução se dá:

Sn.nFe + n/2 SnO2 (1+n/2)Sn + FeO

O FeO é escorificado como acima (com SiO2) e o calcário adicionado ajuda na retirada da sílica residual:

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Refino do Estanho

O estanho proveniente da fusão é bastante impuro chegando a apresentar apenas 95% de Sn.

As principais impurezas são Fe, Cu, Pb, As, Sb, Al, Ti

Os principais métodos de refino são:

•Liquação (ou ressudação) •Insolubilização (reação com enxofre e com alumínio)

•Oxidação

•Versão (“tossing”), •Ebulição (perchagem ou “poling”),

•insuflação (de ar ou de vapor d’água)

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Liquação

sólida, rica em impurezas

Consiste em separar do estanho líquido de uma fase

o suficiente

Para isto aquece-se o metal até uma temperatura um pouco superior ao ponto de fusão do estanho, 270ºC é

a massa de impurezas, à base de FeSn2 e As2O3

Faz-se em seguida o estanho escoar, deixando para trás

Costuma-se comprimir a “borra” contendo as impurezas para ressudar os resíduos de Sn líquido.

•A simples liquação pode levar o Sn a 9,9%
escumação

•Às vezes a separação das impurezas é feita apenas com 21

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Insolubilização

Adiciona-se inicialmente enxofre em pó, que tendo mais afinidade pelo Cu que pelo Sn vai formar Cu2S que flutua no estanho líquido, podendo ser separado por escumação.

intermetálicos com Ni, Sb e com Cu e As residuais

Adiciona-se em seguida alumínio que vai formar

Eles têm temperaturas de fusão mais elevadas que a do Sn e densidades mais baixas, podendo ser separadas por escumação.

O excesso de S pode ser removido com barrilha:

2Na2CO3 + 3S  2Na2S + SO2 + 2CO2

E o excesso de Al por oxidação na operação seguinte:

2Al + 3/2 O2 Al2O3.

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Oxidação

Zn, Fe

Infla-se no banho de Sn ar comprimido para oxidar aqueles elementos facilmente oxidáveis, como Al, Ti,

O oxigênio destinado à oxidação das impurezas, pode vir também da decomposição do vapor d’água

Da decomposição de varas de madeira verde introduzidas no estanho líquido (“perchagem” “percha” = vara ou “poling”).

Versão ou “tossing”, isto é, colheradas retiradas e vertidas continuamente no banho, também oxidam as impurezas.

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Eletrolítico

É empregado para remover

Sb, Ag, Zn,

Pb e Bi, embora eventualmente se eliminem outros elementos como: As,

Reação Catódica:

Sn++ + 2e- Sn

[Sn depositado no (-)] Reação Anódica:

(simplificadamente)

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Ligas de Baixo Ponto de Fusão

As ligas antifricção destinam-se a suavizar o atrito entre peças de maquinaria,

As ligas fusíveis -- entre elas as ligas Newton,

Rose, Darcet e Wood, que contêm proporções variáveis de bismuto, chumbo, estanho e cádmio -- são empregadas como elementos térmicos de segurança.

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Niquelândia, 2011 brenno.senai@sistemafieg.org.br 26

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