Matérias Primas Sintéticas

MATÉRIAS PRIMAS SINTÉTICAS

Alumina

A palavra alumina apesar de ser um termo químico específico para definir o óxido de alumínio (Al2O3), na prática comercial existe uma grande variedade de tipos de alumina que recebem uma série de adjetivos, tais como calcinada, baixa soda, hidratada, gama, tabular, eletrofundida e outras. A base para a produção dessas aluminas é principalmente o processo Bayer, que consiste resumidamente:

• no tratamento do bauxito com hidróxido de sódio em tanques pressurizados e aquecidos a 145 ºC (digestores), resultando uma solução de aluminato de sódio e uma lama vermelha insolúvel, onde se concentram as impurezas.
• a lama vermelha é decantada e filtrada e a solução de aluminato de sódio é nucleada com cristais de gibbsita e resfriada, obtendo dessa forma a gibbsita (Al2O3.3H2O).
• A gibbsita é calcinada em fornos rotativos à temperatura de aproximadamente 1000 ºC.

Grande parte da alumina produzida pelo processo Bayer destinase à produção de alumínio metálico. Esta alumina é constituída de óxido de alumínio alfa, algumas fases de transição e um pouco de gibbsita; sua aplicação em cerâmica é restrita.

Alumina Calcinada para Cerâmica

Para produção de alumina para cerâmica há necessidade de se introduzir algumas modificações no processo Bayer e no tratamento térmico, (temperaturas que variam de 1250 ºC a 1500ºC), visando principalmente reduzir o teor de Na2O e controlar o tamanho e forma dos cristais que tem influência sobre as propriedades finais do produto cerâmico. Dessa forma são obtidos inúmeros tipos de óxidos de alumínio, cada um com determinadas características e campo de aplicações.

Aplicações: São empregadas para fabricação de refratários, fibras cerâmicas e de inúmeros produtos classificados como cerâmica técnica, tais como: isoladores elétricos de porcelanas, placas para revestimento de moinhos e silos, elementos moedores (esferas e cilindros), guiafios para a indústria têxtil, camisas e pistões de bombas, bicos de pulverização agrícola, tubos de proteção de termopar, selos mecânicos, parte cerâmica da vela de ignição, substratos para microeletrônica e outras. No caso de aplicações que exigem aluminas isentas de impurezas, granulometria extremamente fina, tamanho e forma de grãos rigorosamente controlados, utilizam-se outras aluminas, obtidas por processos químicos não convencionais. Exemplos de aplicações: tubos de alumina translúcida para lâmpada de vapor de sódio, peças para implantes, etc.

 

Alumina Eletrofundida Marrom (óxido de alumínio eletrofundido marrom)

A matéria-prima principal é o bauxito calcinado, que em mistura com coque de petróleo ilmenita e cavaco de ferro, sofre um processo de fusão em fornos elétricos especiais, formando após o resfriamento, blocos do produto desejado.

Durante o processo de eletrofusão, os óxidos metálicos contidos na carga, com exceção do óxido de alumínio, são reduzidos a metais elementares pelo carbono; com o ferro adicionado na carga, tais metais formam ligas que por serem mais densas que a alumina fundida vão se depositando no fundo do forno; a principal liga formada é o ferro-silício.

O bloco fundido obtido, após resfriamento adequado, é quebrado em pedras que são reduzidas a tamanho menores; as impurezas e as ferro-ligas formadas são separadas manualmente. Os pedaços de óxido de alumínio eletrofundido são encaminhados para o processo de britagem, secagem e separação eletromagnética, obtendo-se dessa forma produtos de diversas granulometrias.

Aplicações: Indústria de abrasivos e de refratários.

Alumina eletrofundida branca (oxido de alumínio eletrofundido branco)

O processo de fabricação assemelha-se ao da fabricação de óxido de alumínio eletrofundido a partir do bauxito, diferindo, somente, quanto as matérias-primas da carga e ao fato de não haver redução quando da eletrofusão. Neste caso emprega-se como matéria-prima apenas a alumina. Em alguns casos é adicionado à alumina, pequenos teores de óxido de cromo.

Aplicações: Indústria de abrasivos e de refratários e em algumas massas de porcelana em substituição ao quartzo.

Alumina Tabular

É obtida pela calcinação da alumina em temperatura próxima a de fusão do óxido de alumínio (2020 ºC).

Aplicações: Indústria de refratários.

Carbeto de Silício

O carbeto de silício (SiC), é um produto sintético, cuja preparação em escala industrial foi conseguida pela primeira vez por Acheson, em 1981, pelo aquecimento de areia e coque em forno elétrico.

O processo de fabricação do carbeto de silício é essencialmente o mesmo até o presente. Emprega-se areia silicosa, tanto quanto possível pura (o teor de SiO2 não deve ser inferior a 97%) e coque de petróleo, em proporção estequiométrica com um ligeiro excesso de carbono. Adiciona-se ainda cerca de 10% de serragem para facilitar a liberação do monóxido de carbono produzido durante a reação; e também, aproximadamente 2% de cloreto de sódio, a fim de eliminar parte das impurezas sob a forma de cloretos metálicos voláteis.

A mistura é colocada num forno de formato retangular, sendo que a mesma fica disposta ao redor de um eletrodo de grafita e em seguida, levada a uma temperatura superior a 2000 ºC durante aproximadamente 36 horas, cuja reação principal efetua-se da seguinte maneira:

1) SiO2 + 2C             Si vapor + 2CO
2) Si vapor + C             SiC

Ao redor do eletrodo origina-se o carbeto de silício na forma de grandes cristais e sobre o qual se depositam, na zona mais fria do forno (abaixo de 2000 ºC), camadas de estruturas diferentes, tais como: SiC amorfo e uma crosta constituída por materiais que não reagiram. O carbeto de silício é constituído de 96 a 99% de SiC, o restante sendo silício, sílica livre, carbono livre, assim como, óxido de cálcio, de ferro e de alumínio. Existe duas variedades de carbeto de silício:

• o carbeto de silício formado a baixas temperaturas é o SiC-Beta, que cristaliza no sistema cúbico.
• o carbeto de silício formado a altas temperaturas é o SiC-alfa, que cristaliza nos sistemas hexagonal e rômbico.

A coloração do carbeto de silício varia do verde claro, mais ou menos transparente, ao preto com reflexos metálicos. Estas colorações dependem de inclusões de sílica, de carbono e principalmente de alumínio, assim, a coloração preta do SiC é devida a um teor mais elevado em carbono livre, finamente repartido; ou a um pequeno teor de alumínio ou de silício absorvido, enquanto que a cor verde é devida a teores de ferro.

Aplicações: Em razão de sua grande dureza (9,0 a 9,5 na escala de Mohs) e de sua boa condutibilidade, térmica e elétrica, o carbeto de silício é utilizado em grande escala para a fabricação de abrasivos, de elementos de aquecimento para fornos elétricos e de produtos para indústria de refratários.

Cimento Aluminoso

Os cimentos aluminosos são ligantes hidraulicos, cujo componente principal é o aluminato de cálcio. Estes cimentos são fabricados a partir de misturas de calcários com bauxitos ou com alumina, de forma a se obter cimentos com teores de óxido de alumínio na faixa de 40% a 80%.

Estes produtos podem ser obtidos por dois processos, fusão ou sinterização:

• no processo de fusão as matérias-primas são moídas, dosadas e levadas ao forno para fusão. O material fundido é descarregado em lingoteiras e resfriado.
• no processo de sinterização as matérias-primas são secas, dosadas e moídas em moinho de bolas até uma granulometria próxima ao do cimento. Em seguida este pó é pelotizado, calcinado em fornos rotativos e resfriado, obtendo-se o clinquer.

O clinquer de ambos os processos é britado e moído até a granulometria desejada, obtendo-se dessa forma o cimento.

Aplicações: Os cimentos aluminosos são semelhantes aos cimentos Portland usados na construção civil, em cuja composição predomina o silicato de cálcio. No entanto, para suportar as condições a que são submetidas as construções refratárias nos processos industriais somente os cimentos aluminosos são adequados. Estes são sempre utilizados em mistura com agregados refratários para obtenção dos concretos.

Mulita - Zircônia

É uma matéria-prima obtida artificialmente a partir de uma mistura de alumina (Al2O3) e Zirconita (ZrO2.SiO2). Dois são os processos empregados para a sua obtenção: o de sinterização e o de fusão, sendo este o mais usual.

Aplicações: Fabricação de produtos refratários para a indústria vidreira e para a indústria siderúrgica (válvula gaveta e na produção de alguns aços especiais).

Espinélio
O termo espinélio é utilizado para .designar uma série de minerais de estrutura cúbica e de fórmula RO.R2O3. Como exemplos podem ser citados a cromita (FeO.Cr2O3), picrocromita (MgO.Cr2O3), espinélio (MgO.Al2O3), magnésioferrita (MgO.Fe2O3), magnetita (FeO.Fe2O3), etc. Entre estes, o espinélio MgO.Al2O3 constitui-se uma excelente matéria-prima para a fabricação de materiais refratários. Para este fim, ela é obtida sintéticamente por sinterização ou por fusão. Para a fabricação, são utilizadas como fonte de óxido de alumínio a alumina calcinada e bauxito e como fonte de óxido de magnésio a magnesita natural e as magnésias cáusticas ou queimadas a morte.

No processo de sinterização a mistura das matérias-primas, na forma de tortas ou briquetes, é calcinada em temperaturas superiores a 1700 ºC. Em seguida é moída e classificada granulométricamente.

No processo de fusão a mistura é fundida em fornos elétricos a arco em temperaturas superiores a 2400 ºC. A massa fundida é resfriada, moída e classificada granulométricamente.

A composição teórica do espinélio MgO.Al2O3 corresponde a 28,3% de MgO e 71,7% de Al2O3. No entanto em função da aplicação são produzidos materiais enriquecidos com Al2O3 ou MgO.

Aplicações: Os espinélios mais ricos em óxido de magnésio são empregados, principalmente para a produção de refratários para fornos de cimento e aqueles mais aluminosos para materiais refratários destinados a siderurgia.

 

Sílica Ativa
Sílica ativa é um produto resultante do processo de fabricação de ferro-silício ou de silício metálico.

Para obtenção destes utilizam-se como matérias-primas o quartzo (SiO2) e fontes de carbono. No caso do ferro-silício entra também minério de ferro como fonte de ferro. Durante o processo, que é realizado em forno elétrico à temperaturas elevadas, a sílica é reduzida e o carbono liberado na forma de CO2. No entanto, durante o processo ocorrem reações intermediárias em que parte do silício é liberado na forma de gás SiO e parte do carbono em CO. Ao resfriar o SiO se oxida, transforma-se em sílica e precipita. Para evitar a poluição este material é captado através de filtros. Graças as suas características, a sílica ativa tem aplicações na produção de concretos e argamassas, tanto para a construção civil como para construções de revestimentos refratários.

Para a produção de refratários utiliza-se preferencialmente a sílica ativa proveniente do processo de produção de silício metálico.

Aplicações:
• concretos refratários convencionais
• concretos refratários de baixo teor de cimento
• concretos refratários de ultra baixo teor de cimento
• concreto de fluência livre

 

Magnésia
É uma importante matéria-prima para a indústria de refratários, sendo usada na forma de sinter e de grãos eletrofundidos. As principais fontes para obtenção destes materiais é a magnesita natural (MgCO3) e o óxido de magnésio obtido de água do mar ou salmoura pela precipitação do hidróxido de magnésio. Estas matérias-primas para serem empregadas na fabricação de refratários, necessitam sofrer um tratamento térmico em elevadas temperaturas para minimizar o problema de hidratação do óxido de magnésio e melhorar outras características.

Quando se aquece a magnesita, a aproximadamente 700ºC, ela se decompõe com desprendimento de CO2, obtendo-se a magnésia cáustica (MgO). Esta magnésia se hidrata e se carbonata facilmente. Aquecida em temperaturas mais elevadas ela apresenta uma grande contração e sua reatividade à água e ao dióxido de carbono diminuem. A partir de 1.450º e mesmo antes, formam-se pequenos cristais submicroscópicos de magnésia cristalina, denominados de periclásio. Quanto mais elevada for a temperatura, maiores serão os cristais e, como conseqüência, maior será a resistência à hidratação. A essa magnésia dá-se o nome de magnésia calcinada a morte, cujo cristal deve apresentar um diâmetro superior a 30 m.

No caso do hidróxido de magnésio o mesmo ocorre, apenas diferindo a temperatura de decomposição.

O tratamento térmico é feito em temperaturas superiores a 1.700º C, em fornos rotativos ou verticais, por processo de monoqueima ou de dupla queima. Este é empregado para matérias-primas mais puras, que são calcinadas primeiramente em forno de 900º C, em seguida briquetadas em temperatura da ordem de 2.000º C ou mais.

A produção de grãos eletrofundidos é feita em fornos elétricos a arco a partir do sinter.

Aplicações: A magnésia na forma de sinter e grãos eletrofundidos constitui-se, também, numa importante matéria-prima para obtenção de outros materiais sintéticos, como sinter e grãos eletrofundidos de espinélia, sinter e grãos eletrofundidos de magnésia-cromita e outros.

Os produtos a base de magnésia, em suas várias formas e composições, têm inúmeras aplicações e em diversos setores, tais como siderurgia, cobre, cal, cimento e vidro.

Mulita Sintética

A mulita é um silicato de alumínio (3Al2O3.2SiO2), correspondendo a 71,8% de Al2O3 e 28,2% de SiO2. Ela existe na natureza apenas como uma raridade mineralógica (ilha de Mull, daí o nome); sendo obtida artificialmente por fusão ou pela reação no estado sólido (sinterização):

- Por fusão são fabricados dois tipos:

• a mulita escura obtida por processo semelhante ao do óxido de alumínio eletrofundido marrom, utilizando como matériasprimas o bauxito e o quartzo ou bauxito e a argila.
• a mulita branca obtida por processo semelhante ao óxido de alumínio eletrofundido branco, utilizando como matériasprimas alumina calcinada e quartzo.
- Por sinterização ou reação no estado sólido podem ser obtidos matérias-primas essencialmente mulíticas a partir de diferentes misturas constituídas predominantemente de silicatos de alumínio; (argilas cauliníticas, cianita, andalusita e silimanita) e alumina calcinada. Isto porque, estes silicatos de alumínio em temperaturas elevadas formam mulita com liberação de sílica, que irá reagir com a alumina calcinada formando mulita.

Aplicações:
• fornos de redução de ferro-ligas
• fornos de fusão de cobre
• fornos de vidro
• regeneradores de indústrias siderúrgicas
• cuba e rampa de altos fornos
• confecção de moldes para microfusão
• vagonetas de fornos cerâmicos
• mobílias de fornos cerâmicos
• tubos (rolos) para fornos a rolo.

Óxido de Zinco

Existem alguns porcessos para obtenção do Óxido de Zinco, entre os quais o que é obtido através da volatilização do Zinco metálico.
O metal Zinco (99,995% mim.) provém de sucessivos processos de beneficiamento de seus minérios (Ex: esfalerita (ZnS), smithsonita (ZnCO3), calamina (2ZnO.SiO.Si2.H2O) e willenita (2ZnO.SiO3) e hidrometalurgia (ustulação, purificação e eletrólise).

Em síntese o processo consiste na redução do Zn metálico que ocorre a altas temperaturas através da reação com o oxigênio presente na atmosfera. Este é captado por um sistema de exaustão e purificado por filtros especiais, homogeneizado e embalado.
O óxido de zinco assim obtido pode atingir a pureza da ordem de 99,9%.

Aplicações:
• em composições de esmaltes (vidrados) e pigmentos cerâmicos
• fabricação de varistores, empregados como componentes de pára-raios.

 

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