Materiais Elétricos - Aula 3 - V3

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MATERIAIS ELÉTRICOS AULA 3 Professor Antonio A Pereira Jr [email protected]

FORMA DE OBTENÇÃO NA NATUREZA Metais utilizados em eng. elétrica •Daremos ênfase, nesse estudo, à obtenção dos metais utilizados em aplicações elétricas. •Na natureza, são encontrados em estado puro, apenas metais nobres, como o ouro, a platina. •Também são encontrados em estado puro, em pequenas quantidades, metais como prata e cobre. •A grande maioria dos metais é obtida a partir de minérios, que são ligações dos metais com outras substâncias químicas, como oxigênio, enxofre, sais, etc.

PROCESSOS QUÍMICOS USTULAÇÃO •Também conhecida como “queima de sulfeto”, faz separar uma substância de outra (p.ex., enxofre de um minério que pode ser chumbo, cobre, prata, zinco e mercúrio) por meio de aquecimento em mufla; •aquecimento em presença do ar de um composto para promover sua decomposição e oxidação de alguns elementos. •ATENÇÃO: Gases tóxicos, como dióxido de enxofre e trióxido de arsênio, são desprendidos do processo.

NÚMERO DE OXIDAÇÃO – Nox OXIDAÇÃO E REDUÇÃO •Nox é a carga elétrica que um elemento químico adquire quando faz uma ligação com iônica ou covalente. •Redução: ocorre quando um elemento ganha elétrons e seu Nox fica mais negativo. •Oxidação: ocorre quando um elemento perde elétrons e seu Nox fica mais positivo. Ex: 2Fe + O2 + 2H2O → 2Fe(OH)2 ou Fe2O3 . 3H2O (equação geral da formação da ferrugem) Nessa reação, o ferro sofre oxidação e o oxigênio sofre redução.

PROCESSOS QUÍMICOS ELETRÓLISE – exemplo do cobre •Dois eletrodos de cobre em uma cuba repleta de eletrólito. •Catodo (polo negativo) (Cobre puro) •Anodo (polo positivo) (cobre com impurezas) •Solução aquosa com sulfato de cobre 2(CuSO4) •Cu2+ SO42•Água H+ OH-

PROCESSOS QUÍMICOS ELETRÓLISE – exemplo do cobre •O Cu2+ será reduzido no catodo (polo negativo) (H+ permanece na solução). •Cu2+ + 2e- = Cu •No anodo ocorre a oxidação do SO42•Cu (– 2e-) = Cu2+ + 2e- (cobre perde 2 elétrons e se desprende da barra de cobre do anodo), recompondo Cu2+ na solução eletrolítica. •Dessa forma o cobre sai do anodo (impuro) e se deposita (puro) no catodo, enquanto as impurezas se precipitam no fundo da cuba (lama anódica).

FORMA DE OBTENÇÃO DO COBRE •Existem, na natureza, vários tipos de minérios com concentrações diferentes de cobre. Entre eles: CuFeS2 (principal), Cu2S, CU3FeS3, Cu20 e o CuCo3. •O percentual de cobre nesses minérios varia de 3,5% a 0,5%. •Objetivo: obter cobre com pureza de 99,9%. •Processos seco e por via úmida.

FORMA DE OBTENÇÃO DO COBRE POR VIA ÚMIDA •90% do cobre produzido no mundo por via úmida a partir de minérios pobres. •O minério é misturado com uma solução de enxofre, que reage em um processo eletrolítico, formando uma solução de sulfato de cobre, da qual o cobre é deslocado pela ação do ferro.

FORMA DE OBTENÇÃO DO COBRE PROCESSO SECO •Eliminação parcial do enxofre •Redução em fornos de fusão com carbono e aditivos ácidos que absorvem o ferro. •Reação química: 2Cu0 + Cu2S -> 6Cu + S02 •Dois líquidos com pesos específicos diferentes são gerados: •no fundo um composto com 45% de cobre •por cima um concentrado ferroso que é separado.

FORMA DE OBTENÇÃO DO COBRE PURIFICAÇÃO DO COBRE •Para uso elétrico, a pureza deve ser de 99,9% •Funde-se o cobre com certos aditivos, atingindo 99% •Processo eletrolítico, onde o cobre parte de placas anódicas e se deposita no catodo, formando cobre 99,9% •Impurezas como Fe, Ni, Co, Zn, Ag, Au e Pt ficam no eletrólito e se depositam no fundo da cuba (lama do anodo). •O cobre e fundido em lingotes para industrialização.

FORMA DE OBTENÇÃO DO COBRE PURIFICAÇÃO DO COBRE •No vídeo do link abaixo temos um dos vários processos possíveis para obtenção do cobre. •https://www.youtube.com/watch?v=Wr7zY46_jHI

FORMA DE OBTENÇÃO DO CHUMBO, ZINCO E NÍQUEL •Minérios geralmente encontrados em sulfatos na natureza (PbS, ZnS). •O processo de redução é empregado para extração dos minérios. •O níquel é o mais raro na natureza •A redução mais complexa é a do zinco que se funde a 907oC e sua redução ocorre a 1100oC, em estado de vapor, exigindo fornos fechados.

FORMA DE PURIFICAÇÃO DO NÍQUEL •O minério Ni e convertido em NiO em um processo eletrolítico. •Redução em vapor de água a 400oC. •Misturado com gás carbônico a 80oC para formar Ni(CO)4. •Decomposição do Ni do gás carbônico, leva à obtensão de Ni a 99,9%.

FORMA DE OBTENÇÃO TUNGSTÊNIO •Os principais minérios de tungstênio são o CaWO4, o PbWO4 e a wolfranita [(Mn, Fe)WO4]. •Tratando-se os minérios com soda, obtêm-se o oxido de tungstênio (WO3). •Seca-se o oxido a 300C, reduzindo-o a pó. •A redução do WO3 pode ser feita por aplicação de carbono fino ou monóxido de carbono (CO) a 1000oC, sendo CO não recomendado para aplicação em filamentos de lâmpadas. •A temperatura de fusão de até 3400oC proíbe sua fusão, sendo utilizado o processo de sinterização dos pós.

FORMA DE OBTENÇÃO ALUMÍNIO •Os principais minérios do alumínio são a bauxita (Al2O3 . H2O) ou o hidróxido de alumínio [AlO(OH)], geralmente misturado com impurezas como o ferro. •Único mineral, aqui estudado, abundante no Brasil, o alumínio está presente e 7% da crosta terrestre e representa uma alternativa técnica e econômica ao cobre, como condutor. •Entre vários processos, no da Bayer, a bauxita é aquecida e finamente moída e diluída, sob pressão em solução de sódio a aproximadamente 165oC, de forma a obter Al(OH)3 e eliminar as impurezas em uma lama

FORMA DE OBTENÇÃO ALUMÍNIO •Após filtragem, adiciona-se hidróxido de alumínio puro cristalizado, obtendo-se óxido de alumínio Al(0H)3. •O Al(0H)3 é submetido a temperaturas incandescentes e resulta em Al203 puro com temperatura de fusão de 2050oC. • O Al203 é dissolvido em fluorito de alumínio e sódio (Na3AlF6) a 950C para poder sofre eletrólise. •No processo eletrolítico, uma cuba de aço, revestida com carbono, serve como catodo, que recebe o alumínio a 99,9% ao final do processo. •O anodo é um eletrodo de carbono e a fonte de 6V utiliza correntes que variam de 10kA a 30kA.