Aluminotermia

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PMT2401 – Laboratório de processos metalúrgicos.

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Redução Aluminotérmica de Óxido de Ferro

Trabalho realizado pelos alunos:

Denny Serejo

Diego de Moura Pinheiro

Stuart Tyler BlackabyOswaldo Maestro S dos S Guimaraes

Conrado Bentivoglio Setti

Introdução

O elevado custo do alumínio inviabiliza grande parte de suas aplicações como redutor, mesmo sendo este excelente redutor de óxidos metálicos. Só se torna economicamente vantajoso a obtenção de metais de alto valoragregado e difíceis de serem obtidos por outros processos.

Em qualquer processo de redução, o objetivo da produção é obter a maior quantidade de metal com o consumo da menor quantidade de redutor possível. Para atingir esse resultado, o estudo é concentrado na termodinâmica e na cinética da reação.

Uma reação aluminotérmica pode ser representada genericamente segundo a equaçãoquímica:

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Onde MxOy é um óxido genérico do metal M. Como mencionado, essa reação é, normalmente, fortemente exotérmica, tornando a redução do óxido do metal M autógena do ponto de vista térmico.

A Figura 1 mostra o diagrama de Ellingham. Este fornece as energias livres de formação para diferentes óxidos e é possível prever a espontaneidade da reação acima

[pic]Figura 1 – Diagrama de Ellingham.

A reação aluminotérmica da hematita (Fe2O3) não é utilizada comercialmente para obtenção de ferro metálico por motivos óbvios: a hematita pode ser reduzida a Fe por C e monóxido de carbono – redução carbotérmica. Entretanto, tal reação é de vital importância para a compreensão dos processos de obtenção de ferro-ligas e, num caso mais específico, para a soldagemaluminotérmica, extensivamente utilizada em trilhos de trem (3).

Da análise das curvas de energia livre de formação de Al2O3 e Fe2O3, temos:

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em que ΔG0(T) = ΔH0(T) – T.ΔS0(T), sendo ΔH0 a entalpia da reação padrão. Para a temperatura de 298 K, esse valor é de 104850 cal/mol, ou seja, a reação é fortemente exotérmica. E os pontos de fusão do Fe – 1535 °C –, do óxido dealumínio – 2045 °C – e a máxima temperatura teórica que o sistema pode atingir – 3253 °C –, que é maior que os pontos de fusão citados, garante que a reação ocorre mediante uma ignição. Sendo assim, o início da reação se dá com um ‘estopim’ que será responsável pelo aumento de temperatura em uma dada reação do material. Como essa reação é altamente exotérmica, ela dá conseqüência a um processo emcadeia que dará energia para que o resto da mistura continue reagindo.

Objetivos
Estudar a redução do Minério de Ferro tendo como redutor o Alumínio. Comparar os resultados obtidos com as quantidades propostas e verificar o rendimento da reação com e sem adição de fundente. Também será discutida a eficácia do pirômetro ótico.

Procedimento Experimental

Inicialmente, foiverificada a massa de três cargas de Fe2O3, 2 contendo 100g e uma contendo 300g. Na sequência, calculou-se a quantidade necessária de redutor (Al) com 10% de excesso em relação ao estequiométrico para ocorrer a reação:

½Fe2O3 + Al ↔ Fe + ½Al2O3.

Consideramos iniciamente que a pureza de Fe2O3 no minério é de 97%. Tendo 97g de Fe2O3 e massa molar do Fe2O3 igual a 160g/mol calculou-se que número demols de Fe2O3 é de 0,60625 mols. Então, estequiometricamente o número de mols de Al é de 1,2125 mols. A massa necessária de alumínio de 33,34g.

Para garantir que todo o Fe2O3 reaja, foi adicionado excesso de 10% de Al. A massa de Al utilizada então foi de 33,34g * 1,1 = 36,67g.

A seguir, os cadinhos foram numerados e misturou-se o minério de ferro com a quantidade correspondente de...
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