UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE MARABÁ INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS E ENGENHARIAS FACULDADE DE ENGENHARIA DE MATERIAIS

UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE MARABÁ INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS E ENGENHARIAS FACULDADE DE ENGENHARIA DE MATERIAIS

DANILO SILVA LUZ HELLEN HÁGATA ARAÚJO OLIVEIRA RAELLY LAURINDA ARAÚJO DA SILVA

NÍQUEL

MARABÁ-PA 2017

DANILO SILVA LUZ HELLEN HÁGATA ARAÚJO OLIVEIRA RAELLY LAURINDA ARAÚJO DA SILVA

NÍQUEL Trabalho apresentado à Faculdade de Engenharia

de

Materiais

da

Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará, como forma de obtenção de conceito

na

Metalúrgicos.

Professor Orientador: Prof. John Bernardo Veiga

MARABÁ-PA 2017

disciplina

Processos

SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................ 6 2 DESENVOLVIMENTO................................................................................... 7 2.1

PROCESSO RKEF ............................................................................................................. 9

2.2

OUTROS PROCESSAMENTOS DE MINERAIS PARA OBTENÇÃO DO NÍQUEL . 11

3 CONCLUSÃO ............................................................................................... 13 4 BIBLIOGRAFIA ........................................................................................... 14

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1 INTRODUÇÃO Na literatura é possível encontrar informações químicas e físicas sobre o Níquel, que é um metal encontrado na natureza, normalmente, em forma de sulfetos juntamente com sulfetos de outros metais economicamente importantes, como FeS e CuS ou os denominados lateríticos, encontrados em depósitos de solos degradados por fatores do intemperismo geológico, e por depósitos sedimentares gerados pelo transporte de óxidos, hidróxidos e silicatos pelas águas correntes, além de arsenetos. O níquel depositado na forma de minerais pode ser encontrado no território de alguns países pelo mundo afora, como na Nova Caledônia, Japão, Russia, EUA, Brasil, entre outros. Esse metal possui um antigo e amplo contexto na engenharia com relações econômicas, industriais e científicas no desenvolvimento e exploração dos recursos naturais e produção de materiais em favor humano. O processo de beneficiamento do mineral de níquel depende da natureza do mineral, por exemplo, os minerais, atualmente, mais utilizados para produção de níquel provem de minerais sulfetados, e podem ser extraídos por processos denominados pirometalúrgicos, além de haver vias hidrometalúrgicas para a obtenção a partir dos minerais lateríticos. Existem vários processos hidrometalúrgicos e pirometalúrgicos para a extração do níquel, porém um dos que serão enfatizados nesse trabalho será o processo Rotary Kiln Forno Elétrico (RKEF).

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2 DESENVOLVIMENTO O Níquel é um elemento metálico com uma ampla aplicação e utilização, caracterizado pela cor branca prateada, com uma leve dureza de 3,5 escala de mohs, maleável e possui interessante magnetismo[¹]. Suas reservas minerais estão espalhadas pelo mundo, e suas formas mais comuns são sulfetos, óxidos, silicatos e arsenetos. Os sulfetos com níquel são a principal fonte de extração desse metal, inclusive, os sulfetos de níquel estão geralmente associados a sulfetos de outros metais, o que dificulta sua separação. As reversas de níquel na escala mundial estão avaliadas em toneladas, e a maior parte estão localizadas na Nova Caledônia, Indonésia, Canadá, Cuba, antiga região da união soviética e Austrália.

Esses minerais de níquel

depositados podem ser formados por segregação de líquidos sulfetados imiscíveis que quando resfriados formam rochas máficas e ultramáficas, provenientes do magma da idade proterozóica, ou pelos óxidos, formados pela laterização desses tipos de rochas da idade cenozoica devido ao excessivo intemperismo. Os principais minerais sulfetados são a Pentlandita (FeNi)S e pode se mostrar associados a calcopirita (

) e pirrotita (

), além de concentrados

de Ni e Cu. Já os principais minerais lateríticos são a Garnierita ( onde o níquel precipita como

, há também uma variação de

serpentina, onde o níquel substitui uma parte do Magnésio, basicamente, os minérios de níquel oxidados variam entre a predominância de silicatos, ou de ferro ou magnésio. No Brasil, encontram-se majoritariamente depósitos de níquel na forma laterítica distribuídos pelo território num total de

. de toneladas de minério

com teores de 1,2 a 2,2 % de Ni(Schobbenhaus et al., 1984). Também é possível encontrar reservas de minério de níquel sulfetado no estado de Minas Gerias e de Fortaleza,

com

toneladas

com

0,04%Co(Nilson et al.,1986) e

teores

de

0,62%Ni,

0,65%Cu

e

toneladas com 2,55%Ni, 0,45%Cu e

0,07%Co(Cruz et.al 1986) respectivamente. As empresas mineradoras que extraem níquel no Brasil são o grupo Votorantim Metais e Vale Mineração, Anglo American e a empresa candadense Teck Cominco que realiza trabalhos de pesquisa sobre o Ni. Atualmente em escala

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mundial o Brasil encontra-se na nona posição dos maiores produtores de níquel(Portal do Níquel, 2017). Figura 1: Níquel Laterítico no Brasil

Fonte: Universidade de São Paulo, Instituto Geociências.

Os minérios sulfetados de níquel são mais usados na indústria, em torno de 65%, de acordo com a literatura, de níquel produzido é proveniente de sulfetos, por conta dos níveis relevantes de concentração de metais, que são importantes economicamente, serem encontrados juntos, como já foi citado anteriormente, o cobre, o ferro e outros subprodutos importantes também associados, são o cobalto e platinóides, permitindo a aplicação de técnicas bem estabelecidas e mais econômicas, se comparado a produção a partir de minérios oxidados lateríticos. O processo de preparação do minério é basicamente o mesmo para todos os tipos de processos, a britagem, peneiramento, controle de granulometria. O processo de flotação permite a separação do mineral das demais rochas com auxilio de reagentes ou por métodos magnéticos. Os minérios preparados para pirometalurgia são concentrados, como por exemplo, concentrado de níquel é a pentlandita, o concentrado de cobre é a calcopirita, o concentrado de ferro é a pirrotita, ou pirita, bem como esses concentrados são associados ao níquel. Dependendo do grau de concentração do níquel no mineral, como por exemplo, quando ele se aproxima de um nível relevante de pureza, ele pode ser

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calcinado para formar óxidos de níquel, para ser posteriormente fundido em fornos revérberos com coque de petróleo em seguida o metal consequente é submetido em processo eletrolítico de refino com anodos ou em fornos mais modernos como o forno a arco. Entretanto quando o mineral é misto, com a presença outros metais, por exemplo, o concentrado passa pelo processo de fundição para obtenção de mate de níquel, cobre e ferro. Em seguida o mate é inserido num conversor com adição de sílica dessulfurizar uma parte e para eliminação de ferro, o resfriamento é lento para permitir tempo suficiente para formação de cristais de sulfeto de níquel e de cobre, obtendo-se um liga Cu-Ni. Posteriormente essa liga sulfetada de Cu-Ni é pulverizada e separada por flotação e por separação magnética, então finalmente esses metais são tratados separadamente pelo processo de fundição no forno reverbero com coque ou forno a arco e finalizados por processo eletrolítico, como foi explicado inicialmente. 2.1 Processo RKEF Rotary Kiln Forno Elétrico (RKEF) é um processo pirometalurgico que permite extrair uma liga de Ferro Niquel que posteriormente será possível obter niquel puro pelo refino. A rota RKEF conhecida também como calcinador rotativo a forno elétrico esta sendo bastante empregada em planas de siderúrgicas por apresentar baixo consumo de energia elétrica e alta recuperação de Níquel no processo. Para que ocorra a extração da liga Ferro Níquel o material tem que passar pelas etapas , de acordo com o fluxograma 1.

Fluxograma 1: Rota RKEF [ RICTHER, Douglas].

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Na lavra o minério pode ser extraído por escavação mecânica ou com o auxílio de explosivos, com o intuito de reduzir o tamanho do minério para alimentar o forno de redução. Geralmente o minério passa por duas etapas de britagem, na primeira etapa consiste em reduzir o tamanho do mineiro e na segunda etapa ocorre a geração de finos ricos em níquel, com o objetivo de aumentar o teor de níquel no minério onde é injetado ar quente para secar o minério, para passar para etapa de secagem e calcinação. O minério quando extraído e britado apresenta de 25% a 35% de umidade, ou seja, o mineiro chega bastante úmido e por isso o minério deve ser secado e calcinado para reduzir o tempo de redução no alto forno. O processo de secagem ocorre em um secador rotativo que utiliza óleo combustível e carvão . Depois da secagem, o minério entrar em um calcinador, onde o minério seco é então misturado com o pó, um aglomerado que consiste de uma fração de carvão, mineral ou vegetal e óleo, assim , dando inicio a uma pré-redução onde o níquel, ferro e cobalto serão parcialmente reduzidos a sua forma metálica a uma temperatura de 900 °C. Com a injeção do material redutor no calcinador, começa então as reações de pré-redução: eq. 1 eq. 2 eq. 3 eq. 4 Assim, a água que estava presente é removida por vaporização, sem que ocorram reações, o produto que é obtido pela calcinação é então transferido para um forno elétrico para finalizar o processo de redução. Posteriormente o material é fundido em forno elétrico a arco, iniciando a separação das massas de escoria e mate. A escoria (SiO2, MgO, FeO, Al2O3 ) sobrenada por apresentar menor densidade e o mate ( Fe, Ni, Co, Cu) desce e as impurezas são incorporadas a escoria. Assim, para que o matte apresente grande teor de níquel em sua composição vai depender do agente redutor utilizado do processo de secagem e calcinação. Logo, quando ocorre a geração do metal e da escoria o material é vazado para que ocorra uma separação onde a escoria é granulada e o metal passa para uma etapa secundaria o refino.

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Figura 2: Ilustração de funcionamento de forno a arco

Na etapa de refino, ocorre a eliminação de silício, cromo, cobalto e cobre onde ocorre um aquecimento químico ou elétrico que irá aumentar a temperatura para a formação de uma nova escória e de um novo produto.

2.2

OUTROS PROCESSAMENTOS DE MINERAIS PARA OBTENÇÃO DO NÍQUEL Muitos processos diferentes são usados para a obtenção de níquel, essa

diversidade processos pode ser associada as variações de minerais depositado na natureza e ao desenvolvimento ao decorrer do tempo na área metalúrgica. A seguir alguns: 

PROCESSO CARON: Lixiviação ácida (Amoniacal), baixo custo dos reagentes, 75-80% de recuperação de Ni e 40-50% de cobalto.



PROCESSO PAL: Lixiviação com ácido sulfúrico sob alta pressão e temperatura, mais de 90% de recuperação do Ni e 85% de cabalto.



PROCESSO MOND: Aquecimento de óxido de Ni com gás de água, forma metal puro e CO, obtém Ni metálico de elevada pureza. Gera gases altamente tóxicos.

Os processos hidrometalúrgicos são incialmente o beneficiamento do minério de origem laterítica, com lixiviação acida com que pode ser feita no processo Caron ou processo PAL, em seguida há a separação de ganga e decantação com liberação do ferro e posterior extração do níquel por solventes com liberação de cobalto e finalmente a eletrorecuperação do Níquel.

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

Processo Garnier

Existem

também

processos

que

combinam

processos

hidro

e

pirometalurgicos como o processo Garnier, que utiliza o minério de garnierita (minério sulfetado) inicialmente é submetido etapa de flotação para separação dos minerais em seguida encaminhados para a oxidação no enxofre nos fornos flashs ou retangulares formando aleatoriamente o matte, a escoria segue para forno elétrico para deposição de sulfetos. 

PROCESSO FERRO-NÍQUEL SMELTING;

Produção de Fe-Ni, matte de Ni e Ni metálico por pirometalurgia. Forno Flash, Etapa de oxidação dos sulfetos a temperatura elevada, obtenção do matte de níquel. Pode seguir para refino e eliminação de impurezas como enxofre e fósforo. Recuperação de 75-85% de Ni, não recupera Co. Reações que acontecem no forno Flash: (NiO(s) + CO(g)  Ni°(s) + CO2(g)) (CuO(s)+CO(g)  Cu°(s)+CO(g)) (Fe2O3(s)+CO(g)  2FeO(s)+CO2(g)) (Fe2O3(s)+FeO(s)  Fe3O4(s))

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3 CONCLUSÃO São diversos os métodos de obtenção do níquel, através de processos hidrometalúrgico, pirometalúrgico ou processos que envolvam as duas formas (hidro-pirometalúrgico), a escolha da rota de obtenção está diretamente associada à região de extração, a composição geológica da área de mineração e a disponibilidade de matérias primas secundárias que proporcionaram a obtenção do metal, para assim, tornar o processo economicamente viável. Na maioria dos casos se obtém o níquel juntamente com outro metal de interesse formando uma liga metálica, como exemplo do ferro-níquel, na qual foi a liga focada pelo presente trabalho.

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4 BIBLIOGRAFIA ALVARINHO, S. B. (s.d.). Metalurgia do Níquel, conjuntura atual e perspectiva futura. p. 83. Bello, S. C. (2016). Modelamiento cinético del procesiamento de minerales lateríticos de níquel por vía pirometalúrcia. Tesis de investigación presentada como requisito parcial para optar al título de:. Medelín, Colombia: Universidad Nacional de Colombia. Fernández, O. J. (dezembro de 2016). Níquel laterítico y el proceso RKEF Ejemplo de caso: mina de Onça Puma - Brasil. Lateritic nickel and RKEF process. Oruro: Universidad Técnica de Oruro,. Ferreira, A. M. (2014). Metais. Minérios.Aluminotermia. Universidade de São Paulo. RICTHER, D. (2009). Uma rota de recuperação de metal a partir de escória secundária da produção de ferroníquel. São Paulo, São Paulo, Brasil: Escola Politecnica .