ENG06632 - Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos II-A
Nestor Cezar Heck – UFRGS / DEMET
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Status: 2004/2
Redução metalotérmica
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8)
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Questões para a fixação de conteúdo:
Além da produção de metais, a redução metalotérmica é usada em outra área importante da
engenharia; qual?
Quando empregamos a redução metalotérmica?
Ela compete com qual processo?
Na redução metalotérmica de um óxido, MeO, pela oxidação do agente redutor, Me', forma-se o
óxido, Me'X, que permanece no reator. Cite três conseqüências disso.
Por qual razão podemos fazer uma distinção entre a escória e o produto Me'O?
Quais são as três formas que usamos para separar os reagentes (tanto reatantes quanto produtos)
após a redução metalotérmica?
Cite dois usos que podemos dar ao produto Me'X .
Todas as reações metalotérmicas são espontâneas? Justifique.
Todas as reações metalotérmicas são exotérmicas? Justifique.
10) Explique: por qual motivo uma redução metalotérmica tem ∆G° aproximadamente independente da
temperatura?
11) Na redução metalotérmica de um óxido, o grau de pureza do óxido do metal de valor, MeX, e o do
óxido Me'X são importantes. a) Por qual motivo? b) Desejamos que o quociente entre os seus graus
de pureza (ou atividades) seja elevado ou baixo?
12) Como podemos modificar o valor de ∆G° de uma redução metalotérmica – já que ele normalmente
não tem uma dependência acentuada da temperatura?
13) O uso de temperaturas altas na redução metalotérmica apresenta ao menos um aspecto positivo;
qual é ele? Justifique.
14) Cite os dois problemas que podem surgir com o uso de temperaturas muito baixas na redução
metalotérmica.
15) O grau de ‘reatividade’ de uma redução metalotérmica pode ser medido por meio de um índice.
Explique como ele é calculado.
16) Como se faz para se arrefecer uma redução metalotérmica explosiva (índice > 1100 cal/g)
17) Como se faz para se ativar uma redução metalotérmica inoperante (índice < 550 cal/g)?
18) O que é a ‘temperatura adiabática’ de uma reação metalotérmica?
19) Qual a importância de se saber o valor da ‘temperatura adiabática’?
Questões para o desenvolvimento do tema:
Informação: A variação da energia livre de Gibbs padrão, em função da temperatura, entalpia e
entropia, ∆GT° = ∆H° - T∆S° , para a formação dos óxidos Nb2O5 , Al2O3 e CaO , por mol de O2(g),
pode ser descrita, respectivamente, pelas seguintes equações:
Óxido
Equação ∆G° = f (T), com ∆G° em [J] e T em [K]
Nb2O5
y = 171 x - 757 283
Al2O3
y = 209 x - 1 117 130
y = 212 x - 1 269 840
CaO
Observe que a inclinação dessas retas é positiva, pois ∆S° < 0 (entropia aumenta) para esses casos.
Massas atômicas: Nb= 92,9; Al= 27,0; Ca=40; O= 16,0 [u.m.a]
1) Escreva as reações de oxidação dos metais Nb, Al e Ca, por mol de O2(g), formando os óxidos
citados acima.
2) Escreva a reação de redução aluminotérmica de um mol do óxido Nb2O5 .
3) Qual é o valor da variação da energia livre de Gibbs padrão, ∆GT°, da redução aluminotérmica do
Nb2O5 , para as temperaturas de 500, 1000 e 1500 K, por mol de Nb2O5 ?
4) Quantos quilogramas de Al serão empregados na redução estequiométrica de 1 tonelada de Nb2O5 ?
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Nestor Cezar Heck – UFRGS / DEMET
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5) Qual é o calor disponível para aquecer os produtos, em Joule, na redução de 1 mol de Nb2O5 à
25°C?
6) Qual será a temperatura adiabática que os produtos poderão alcançar? Use os seguintes dados:
Propriedade
/
Subst. elem.:
Cp (médio) [J/mol⋅°C]
Ponto de fusão [°C]
Lf de fusão [kJ/ mol]
sólido
líquido
Nb
30
33,47
2477
26,94
Al2O3
125
192,5
2054
364,85
7) Rosenqvist mostra, no diagrama ternário CaO - Al2O3 - SiO2 (Princ. of Extr. Metall., Fig.11-1, p.326),
que a substância com a composição Ca12Al14O33 está próxima a uma composição eutética, de menor
temperatura do ternário. Um engenheiro metalúrgico quer saber quantos quilogramas de CaO por
tonelada de Nb2O5 ele deve utilizar para obter esse produto, ao invés da alumina ‘pura’?
8) Qual seria o calor disponível para aquecer os produtos, se o redutor fosse o cálcio, na redução de
1 mol de Nb2O5 à 25°C?
9) Sabemos que o valor da constante de equilíbrio, K, influencia o grau de pureza do metal obtido. Use
uma temperatura de 1500 K como base para dizer se há uma tendência de aumento da pureza com o
uso da calciotermia em relação à aluminotermia. Calcule, para isso, os valores de K para a redução
aluminotérmica e calciotérmica de 1 mol de Nb2O5.
Algumas informações ou dados para estas questões provêm das seguintes páginas:
http://www.webelements.com
http://webbook.nist.gov
http://www.eng.fsu.edu