ZINCO

Mariana de Souza Sanchez Thais Carvalho

ZINCO

Apresentação •

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Do Alemão Zink, de significado desconhecido. Foi conhecido na China antes de 1500 AC e pelos pe los Gregos e Romanos em ligas de cobre -zinco e bronze.

Atualmente os minérios são transformados em óxido de zinco, este é reduzido com carvão e o zinco obtido é destilado para purificação. É um metal branco-azulado lustroso lustroso de baixo ponto de fusão e muito reativo com com ácidos e ao ser se r aquecido no ar queima produzindo nuvens de óxido (ZnO). Seus sais são brancos e as suas soluções são incolores. É o único metal de transição que forma sulfeto branco (ZnS)

Apresentação •

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Do Alemão Zink, de significado desconhecido. Foi conhecido na China antes de 1500 AC e pelos pe los Gregos e Romanos em ligas de cobre -zinco e bronze.

Atualmente os minérios são transformados em óxido de zinco, este é reduzido com carvão e o zinco obtido é destilado para purificação. É um metal branco-azulado lustroso lustroso de baixo ponto de fusão e muito reativo com com ácidos e ao ser se r aquecido no ar queima produzindo nuvens de óxido (ZnO). Seus sais são brancos e as suas soluções são incolores. É o único metal de transição que forma sulfeto branco (ZnS)

Propriedades

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O zinco é um elemento de símbolo Zn, número atômico 30.

químico

À temperatura ambiente, o zinco encontra-se no estado sólido. Está situado no grupo 12 (2 B) da Classificação Periódica dos Elementos.

Propriedades •

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O zinco é um metal e apresenta semelhanças com o magnésio e o berílio além dos metais do seu grupo. É pouco abundante na crosta terrestre, porém pode ser obtido com facilidade. É um metal de coloração branca azulada que arde no ar com chama verde azulada. O ar seco não o ataca, porém, na presença de umidade, forma uma capa superficial de óxido ou carbonato básico que isola o metal e o protege da corrosão.

Características •

É encontrado em todo o meio ambiente.

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Na natureza, apresenta-se sob a forma de sulfetos.

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Os principais minerais são :

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Minério

Fórmula Química

blenda ou esfalerita willemita smithsonita calamina ou hemimorfita wurtzita franklinita hidrozincita zincita

ZnS Zn2SiO4 ZnCO3 2.ZnO.SiO2.H2O (Zn,Fe)S (Z,n,Mn)Fe2O4 [2.ZnO3.3Zn(OH)2] ZnO

No caso do Brasil: calamina, willemita e blenda.

Um dos seus principais compostos é óxido de zinco (ZnO)

História •

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As ligas metálicas de zinco foram utilizadas durante séculos . Foram encontrados na Palestina , e outros objetos com até 87% de zinco foram achados na antiga região da Transilvânia.

Conhecido desde a antiguidade pelos alquimistas. Marco Polo (1254-1324) descreveu a produção de óxido de zinco na Pérsia.

História •

A fabricação do latão era conhecida pelos romanos desde 30 a.C.

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A fusão e extração de zinco impuro já era efetuda no ano 1.000 na Índia .

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Em 1597 , Andreas Libavius descreve uma peculiar classe de estanho que havia sido preparada na Índia que tinha recebido em pequenas quantidades através de um amigo; deduziu que se tratava do zinco mesmo não chegando a reconhecê-lo como o metal procedente da calamina.

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Paracelso foi o primeiro a sugerir que o zincum era um novo metal e que suas propriedades diferiam dos metais conhecidos, sem dar nenhuma indicação sobre a sua origem Em tratados posteriores são frequentes as referências ao zinco, com diferentes nomes, se referindo geralmente ao mineral e não ao metal livre, e muitas vezes confundido com o bismuto. Andreas Marggraf em 1746, publicou o trabalho Sobre o método de extração do zinco de um mineral verdadeiro, a calamina sedimentou a metalurgia do zinco e sua reputação como descobridor do metal.

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Em 1743 foi fundado em Bristol o primeiro estabelecimento para a fundição do metal em escala industrial, porém, o procedimento ficou em segredo. Setenta anos depois Daniel Dony desenvolveu um procedimento industrial para a extração do metal, construindo-se a primeira fábrica no continente Europeu. Após o desenvolvimento da técnica de flotação do sulfeto de zinco se desprezou a calamina como fonte principal de obtenção do zinco. O método de flotação, atualmente, é empregado para a obtenção de vários metais.

Pilha de Volta Volta empilhou alternadamente discos de zinco e de cobre, separando-os por pedaços de tecido embebidos em solução de ácido sulfúrico. A pilha de Volta produzia energia elétrica sempre que um fio condutor era ligado aos discos de zinco e de cobre, colocados na extremidade da pilha.

Reservas de Zinco •

O Brasil tem reservas de minério de zinco que produzem uma média de 102 toneladas e estão localizadas no estado de Minas Gerais, Rio Grande do Sul, Paraná, Pará e Bahia .

As minas de Naica, no México. Uma das maiores jazidas de zinco e prata do mundo

Fig. 1 - Zinco de alta pureza (high purity zinc), UNS Z13002 - Zn 99.99% (mín.), 0.003% Pb, 0.003% de Fe, 0.003% de Cd, como fundido. Quase livre de micro segregações. Ataque 1, Tabela 1. 100×.

Fig. 2 - Mesma liga da Fig. 1  fotografada sob luz polarizada  para mostrar a extensão do crescimento de grão a partir dos limites de grão originais. Ataque 1, Tabela 1. 100×.

Produção •

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Extração do mineral, tanto a céu aberto como em jazidas subterrâneas. Os minerais extraídos são triturados e, posteriormente, submetidos a um processo denominado flotação, para a obtenção do mineral concentrado que logo depois passará para o processo de refino, gerando o zinco metálico que irá ser comercializado .

Utilização •

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Apresenta uma grande resistência à deformação plástica a frio que diminui com o aquecimento, obrigando a laminá-lo acima dos 100 °C. É empregado na fabricação de ligas metálicas como o latão e o bronze, além de ser utilizado na produção de telhas e calhas residenciais. É, ainda, utilizado como metal de sacrifício para preservar o ferro da corrosão em algumas estruturas, na produção de pilhas secas e como pigmento em tinta de coloração branca.

Telhado de Zinco Barato, leve, facil fixaçao, montagem facil.

Usado na fabricação de medicamentos como em colírios de sulfato de zinco.

Zinco 99,99% em esferas.

Latão •

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É uma liga metálica essencialmente de cobre e zinco podendo ter outros elementos de ligas como alumínio ou cobre. A percentagem de zinco nesta liga pode variar entre 3% a 45% a depender das propriedades desejadas e da aplicação do latão. Entre as principais características do Latão está a sua alta maleabilidade, sendo mais maleável que o cobre ou o zinco. Tem um ponto de fusão relativamente baixo e as suas características em escoamento fazem do Latão um material de fácil fundição sendo por isso utilizado em vários tipos de peças.

Zamac •

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É uma liga de zinco com alumínio, cobre e magnésio que possui amplo campo de utilização devido a suas propriedades físicas, química, mecânicas e de fundição. É uma liga de fácil usinagem graças a seu baixo ponto de fusão e semelhante ao zinco puro, possui alta resistência a corrosão por agente atmosféricos, porém as peças são atacadas por ácidos e bases fortes. O alumínio, que é adicionado em maior teor, aumenta a dureza e fluidez . Já o magnésio tem influência na propriedades de fundição, e inibe a corrosão i da liga mesmo tendo abaixo teor na liga. O cobre, na liga, aumenta a resistência à corrosão e a resistência mecânica.

Zamac •

Entre as aplicações da liga zamac estão os componentes de automóveis, componentes de aparelhos eletrodomésticos, componentes de máquinas de escritório e de computação, brinquedos e ferragens de construção civil diversas.

Galvanização •

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A galvanização é o processo de revestimento de um metal por outro a fim de protegê-lo contra a corrosão ou melhorar sua aparência. Trata-se de um processo de revestimento de superfícies por meio da eletrólise onde o metal a ser revestido funciona como cátodo e o metal que irá revestir a peça funciona como o ânodo (também pode ser utilizado como ânodo algum material inerte). A solução eletrolítica deve conter um sal composto por cátions do metal que se deseja revestir a peça. O controle da espessura da camada a ser depositada pelo processo de eletrogalvanização é feito por meio de modelos matemáticos.

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O revestimento de superfícies metálicas também pode ocorrer por meio da imersão do metal que se quer revestir no metal fundido que irá revestilo. No caso do ferro, a proteção contra corrosão mais comum é feita pela deposição de zinco metálico. O zinco possui a característica de oxidar mais rápido que o ferro. Assim, se em uma placa de ferro galvanizado ocorrer uma rachadura ou desplacamento, deixando o ferro exposto, o zinco irá oxidar mais rápido que o ferro. Então, enquanto houver zinco, o ferro não será oxidado.

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A redução direta dos sulfetos pelo C ou CO só se realizaria a altas temperaturas, sendo industrialmente impraticáveis. os sulfetos não são diretamente solúveis no ácido sulfúrico ou em outro solvente usual. Resta então, para os sulfetos de zinco, iniciar-se pela ustulação.

Ustulação •

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consiste no aquecimento de um sulfeto na presença de gás oxigênio, conhecido também como "queima de sulfeto". Processo geralmente usado para obtenção de metais como: chumbo,cobre,prata,zinco e mercúrio. A ustulação do Sulfeto de Zinco pode ser feita de duas maneiras: • Parcial: ZnS + 2O2 → ZnSO4 (solúvel até na água) • Letal : ZnS + ½ O2 → ZnO + SO2 O SO2 destina-se a fabricação do H2SO4 , utilizado na lixiviação do ZnO.  –

SO2 + ½O2 → SO3;

SO3 + H2O H2SO4 A temperatura de ustulação não pode ser muito elevada pois pode ocorrer formação de filmes pastosos (migração de enxofre, fusão incipiente)que impedem ou retardam a ação ustulante do oxigênio.  –

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Controla-se a temperatura adicionando enxofre na carga para elevá-la e água para diminuí-la.

Redução ZnO •

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Opera-se em temperaturas elevadas por questões cinéticas. ZnO(s) + C(s) → Zn(g) + CO(g); ΔH° = 54 kcal Reação endotérmica com alto consumo de combustível. A temperatura de redução do ZnO é feita acima de 1000°C onde a reação ocorre em velocidades mais elevadas. Uma reação secundária altamente indesejável que tende a ocorrer é: Zn + CO2 → ZnO + CO, mas o CO pode se decompor em presença do C. 2CO → CO2 + C.

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Deve-se então: • Utilizar C em excesso para consumir o CO2 formado; • Operar em temperaturas mais elevadas, que tornam mais difícil

a reação: Zn + CO2

ZnO + CO (reação exotérmica);

• Resfriar rapidamente a mistura gasosa para diminuir o tempo de

contato do Zn com o CO2.

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Via pirometalurgia ou hidrometalurgia. a) Na pirometalurgia :deve produzir o máximo de óxidos deixando o mínimo de sulfeto pois sua é volatilização posterior na redução volatilizante do zinco, à presença suplementares de gases significa uma contra pressão a mais a ser vencida à custa de calor e combustível. b) hidrometalurgia:há de se evitar a formação de composto insolúveis de zinco como o ferrito (ZnO e Fe2O3 ), devido ao ferro está sempre presente nos minérios de zinco.

Pirometalurgia •

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Pirometaluria: Processos metalúrgicos que ocorrem em temperaturas muito elevadas. O zinco possui baixo ponto de fusão (419º) e volatiliza-se a 905ºC,enquanto que seu óxido ZnO só se reduz a temperatura da ordem de 1100ºC a 1200ºC. Por tanto, a redução do óxido produz o metal em estado de vapor que poderá ser condensado. ZnS sublima-se a cerca de 1900ºC. volatilização e condensação do metal.

Atualmente a pirometalurgia do zinco baseia-se no tratamento dos concentrados de blenda e marmatita, provenientes dos processos de concentração (flotação), transformados em óxidos por ustulação, e na redução do óxido pelo carbono.

Hidrometalurgia •

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O processo hidrometalúrgico de obtenção do zinco pode ser dividido em etapas, chamadas de operações unitárias: Preparação: são realizadas algumas modificações como granulometria, porosidade, composição, teor e natureza química Lixiviação : pode ser obtida de duas formas: a- Através de soluções ácidas, básicas ou complexantes b- Através da biolixiviação, que é uma técnica de oxidação a partir de microrganismos; Purificação : precipitação, adsorção em carvão ativado e extração por solventes para purificação da solução produzida na lixiviação através da separação de elementos indesejados e a concentração da solução do metal de interesse. Eletrólise

Lixiviação •

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A lixiviação é dada por: ZnO + H2SO4(s) → ZnSO4(s) + H2O Algumas impurezas também se solubilizam: sílica,alumina,óxidos de Fe,níquel,cádmo,chumbo,etc. Muitas impurezas são precipitadas pela neutralização da solução ácida O excesso de H2SO4 é neutralizada pelo adição de material proveniente da ustulação.

Purificação •

Uma vez neutralizada a solução, adiciona-se bióxido de manganês que transforma o Fe do sulfeto ferroso em sulfato férrico. 2 FeSO4 + H2SO4 + MnO2 → Fe2(SO4)3 + MnSO4 + 2 H2O

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O sulfato férrico formado transforma-se em hidróxido de ferro que age como floculante do As e do Sb. Fe2 (SO4) 3 + 3 ZnO + 3 H2O → 3 ZnSO 4 + 2 Fe(OH) 3 Após a filtragem iniciam-se novos estágios de purificação: • Para eliminar o Cu, Cd, Ni, parte do Co e Al, Sb, As remanescente, adiciona-se Zn em pó visando cementação;

• Para eliminar o Co remanescente adiciona-se alfa-nitroso-beta-

naftol que com ele forma um complexo que precipita em seguida; • Eliminam-se os íons Cl-, eventualmente presentes na solução, adicionando gotas de Ag2SO4, pois os mesmos iriam, dificultar a descascagem dos cátodos, após a eletrólise; Filtrada, a solução de ZnSO4, agora límpida está pronta para a eletrólise •

Eletro-obtenção

Votorantim •

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A Votorantim Metais é líder na produção de zinco metálico na América Latina e uma das maiores produtoras mundiais do metal, também se destaca como líder mundial na produção de óxido de zinco e como segunda colocada no ranking global de pó de zinco. Em 2010, foi concluída a duplicação da capacidade de produção da unidade de Cajamarquilla no Peru, passando de 160 mil para 320 mil toneladas/ano. Com essa duplicação, a unidade é considerada uma das maiores refinarias de zinco do mundo com capacidade superior a 700 mil toneladas/ano. Ainda em 2010, a Votorantim assumiu o controle da Milpo, uma das maiores mineradoras do Peru, ocupando área de 340 mil hectares, dos quais apenas 40 foram explorados até o momento. São três minas polimetálicas e duas de cobre.

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Ativos produtivos: Brasil: 2 unidades de mineração e beneficiamento (Vazante e Paracatu  – MG) e 2 metalúrgicas (Três Marias e Juiz de Fora – MG); Peru: 1 metalúrgica (Cajamarquilla) e 1 mineradora (Companhia Mineradora Milpo); Estados Unidos: 4 metalúrgicas (Houston, Clarksville, Millington e Coldwater); China: 1 metalúrgica (Changshu).

Produção sustentável •

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Morro Agudo: nossa mina atua sem geração de qualquer resíduo. Todo o processo produtivo da unidade Zinco prevê o reaproveitamento de resíduos. A aplicação do zinco no aço garante maior durabilidade e reduz investimentos com manutenção, diminuindo o consumo e o gasto com energia elétrica e água. Na agricultura, o zinco é fundamental para o aumento da produtividade e o crescimento de culturas como cana-de-açúcar e soja.

Gestão Ambiental •

O zinco é usado na natureza em diversos processos biológicos. é considerado denomina como um ‘elemento essencial’, ou seja,

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necessário a saúde de todos os organismos. É completamente reciclável sem qualquer perda das suas propriedades físicas ou químicas. 80% do zinco disponível para reciclagem é atualmente reciclado 30% da oferta mundial de zinco (2,9 milhões ton.) vêm do zinco reciclado. Os 70% restantes originam-se de minérios de zinco. Apenas a reciclagem de latão recupera mais de 600.000 ton. de zinco por ano. Estima-se que a oferta de sucata de aço revestido com zinco aumente em mais de 50% nos próximos dez anos.

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Devido à sua longa vida útil da maioria dos produtos de zinco que podem durar mais de 100 anos sem manutenção. Das operações de fabricação e processamento (‘sucata de processo’ ou ‘nova sucata’) são reciclados como folha de zinco e pedaços e

rebarbas de aço galvanizado, sucatas de usinagem de latão, reciclagem de aço,etc. Dos produtos descartados (‘resíduos pós-consumo’ ou ‘sucata velha’) : como automóveis, pneus, aparelhos domésticos, componentes eletrônicos, mobiliário de rua, peças galvanizadas de prédios, telhados e calhas de zinco desmontados, etc.