Baixe O chumbo-final e outras Trabalhos em PDF para Engenharia Metalúrgica, somente na Docsity!
Sumário
- 1 1 - Chumbo...........................................................................................................
- 1.1 1.2 – Aplicações....................................................................................................
- 2 - Ocorrência e obtenção......................................................................................
- 2.1 – Isótopos.............................................................................................................
- 3 3 - Classes a base de chumbo e ligas a base de chumbo......................................
- 3.1 3.1 - Grades of lead Níveis de chumbo
- 3.2 Lead-Base Alloys 3.2 - Ligas a base de chumbo
- 3.3 3.3 -Proper�es of Lead Propriedades da ligação
- 4 4 - Precauções......................................................................................................
- 5 5 - Efeitos tóxicos..................................................................................................
- 6 6 - Reaproveitamento de sucatas
INTRODUÇÃO
O chumbo foi um dos primeiros metais a ser trabalhado pelo Homem, sendo conhecido desde 3500 a.C., de acordo com descobertas arqueológicas feitas no Egito. A peça de chumbo mais antiga que se conhece está no Museu Britânico e data de 3800 a.C.. O modo como os povos antigos extraíam o chumbo dos seus minerais não é bem conhecido. No entanto, existem vestígios de fornalhas muito rudimentares, feitas de pedra, onde se supõe que estes povos aqueciam os minérios de chumbo, com fogueiras que queimavam madeira e carvão, para extrair o elemento.
Existem evidências de que os Chineses já produziam chumbo metálico por volta de 3000 a.C., e de que os Fenícios tinham explorações perto de depósitos em Espanha, em 2000 a.C.. No século V a.C. os Romanos fizeram uma exploração extensiva dos depósitos de chumbo em toda a Península Ibérica.
No período de 700 d.C. a 1000 d.C. as minas alemãs de chumbo e prata, no vale do Reno e das montanhas de Hartz, eram muito importantes, tal como as da Saxónia, Silésia e Boémia no século XIII.
No século XVII, as fundições de chumbo floresceram na Grã-Bretanha, com especial realce para aquelas localizadas em Gales e Derbyshire.
O chumbo não é um elemento muito abundante, ficando aquém das taxas relativas a outros metais como o alumínio, ferro, magnésio, titânio, níquel, etc. No entanto, é mais abundante que o cobalto, estanho, cádmio ou ouro. Os minérios de chumbo mais importantes são a galena (PbS), a anglesite (PbSO4) e a cerussite (PbCO3), respectivamente com 86%, 68% e 77% de chumbo. Outros minerais que contêm chumbo são a linarite, a piromorfite, a mimetite, a vanadinite, a crocosoite e a wulfenite.
Os principais depósitos de minérios de chumbo estão localizados nos EUA, Peru, Argentina, Bolívia, Austrália, Zâmbia, África do Sul, Alemanha, Espanha, Suécia, Itália e Sérvia.
O chumbo é um dos mais utilizados metais na indústria, apenas sendo ultrapassado por outros metais como o ferro, o cobre, o zinco e o alumínio. A principal aplicação do chumbo e do seu óxido (PbO) é no fabrico de baterias elétricas para veículos automóveis. As ligas de chumbo são muito diversas e amplamente utilizadas na indústria. A adição de uma pequena percentagem de arsênico, ou antimônio, ao chumbo, aumenta a sua dureza e resistência mecânica, protegendo-o do desgaste. As ligas de cálcio-chumbo e de estanho-chumbo são utilizadas no revestimento de certos cabos elétricos.
A solda é uma liga de chumbo com estanho, em proporções variáveis de acordo com o ponto de fusão requerido. A adição de bismuto, cádmio ou mercúrio, também pode alterar o ponto de fusão da solda.
1 - Chumbo
O chumbo (do latim plumbum) é um elemento químico de símbolo Pb , número atômico 82 (82 prótons e 82 elétrons), com massa atômica igual a 207,
Durante muito tempo se tem empregado o chumbo como manta protetora para os aparelhos de raios-X. Em virtude das aplicações cada vez mais intensas da energia atômica, torna-se cada vez mais importante as aplicações do chumbo como blindagem contra a radiação.
Sua utilização como forro para cabos de telefone e de televisão segue sendo uma forma de emprego adequada para o chumbo. A ductilidadeúnica do chumbo o torna particularmente apropriado para esta aplicação, porque pode ser estirado para formar um revestimento contínuo em torno dos condutores internos.
O uso de chumbo em pigmentos tem sido muito importante, porém a sua utilização tem diminuído muito. O pigmento, que contém este elemento, é o branco de chumbo, 2PbCO 3 .Pb(OH) 2 ; outros pigmentos importantes são o sulfato básico de chumbo e os cromatos de chumbo.
Utiliza-se uma grande variedade de compostos de chumbo, como os silicatos, os carbonatos e os sais de ácidos orgânicos, como estabilizadores contra o calor e a luz para os plásticos de cloreto de polivinila (PVC). Usam-se silicatos de chumbo para a fabricação de vidrose cerâmicas. O nitreto de chumbo, Pb(N 3 ) 2 , é um detonador padrão para os explosivos. Os arseniatos de chumbo são empregados em grande quantidade como inseticidas para a proteção dos cultivos. O litargírio (óxido de chumbo) é muito empregado para melhorar as propriedades magnéticas dos imãs de cerâmica de ferrita de bário.
O chumbo forma ligas com muitos metais e, em geral, é empregado nesta forma na maior parte de suas aplicações. Todas as ligas metálicas formadas com estanho, cobre, arsênio, antimônio, bismuto, cádmio e sódio apresentam importantes aplicações industriais (soldas, fusíveis, material de tipografia , material de antifricção, revestimentos de cabos elétricos, etc.).
Uma mistura de zirconato de chumbo e de titanato de chumbo, conhecida como PZT, está sendo posta no mercado como um materialpiezoelétrico.
Produtos e Aplicações
A significativa maioria das aplicações de chumbo e ligas de chumbo-ácido são o armazenamento de baterias de chumbo (nas placas de rede, postes, e conector de alças), munições, revestimento de cabos e materiais de construção (como folha, tubulação, solda, e lã para calafetagem). Outras aplicações importantes são contrapesos, braçadeiras da bateria e produtos fundidos, tais como: rolamentos, de lastro, juntas, tipo de metal terneplate, e folhas. Chumbo em várias formas e combinações está encontrando crescente aplicação como um material para controle de vibrações mecânicas e de som. Além disso, em muitas formas, é importante como blindagem contra raios X e, na indústria nuclear raios gama. Além disso, o chumbo é utilizado como elemento de liga de aço e ligas de cobre para melhorar a usinabilidade e outras características, e é usado em fusão (ponto de fusão baixo) Ligas de sistemas de extintores de incêndio.
Bateria Grids. O maior uso do chumbo é na fabricação de baterias de armazenamento de chumbo-ácido. Estas baterias consistem de uma série de placas de rede feita de qualquer um feito de cálcio de chumbo ou chumbo fundido ou antimonial que é colado com uma mistura de óxidos de chumbo e imersas em ácido sulfúrico.
Tipo de metais, uma classe de metais utilizados na indústria de impressão, são geralmente constituídas de chumbo - antimônio e ligas de estanho. Pequenas quantidades de cobre são adicionados para aumentar a dureza de algumas aplicações.
Cabo invólucros. revestimento de chumbo extrudados em torno da energia elétrica e cabos de comunicação dá a proteção mais duradoura contra umidade e corrosão, e oferece proteção mecânica do isolamento. Levar Química, 1% antimonial levar, e levar arsenical são mais comumente empregadas para este fim.
Folha. Folha de chumbo é um material de construção de grande importância nas indústrias químicas e das indústrias conexas, pois resiste a ataque liderado por uma vasta gama de produtos químicos. folha de chumbo é usado também na construção de edifícios para coberturas e piscando, panelas chuveiro, piso, raio-x e raios-gama de proteção e amortecimento de vibrações e insonorização. Ficha para uso na indústria química e construção civil é feita a partir de qualquer chumbo puro ou antimonial levar de 6%. Cálcio-chumbo e ligas de chumbo-estanho de cálcio também são adequados para muitas dessas aplicações.
Pipe. Tubos sem costura feitos de chumbo e ligas de chumbo é facilmente fabricados por extrusão. Devido à sua resistência à corrosão e flexibilidade, canos de chumbo encontra muitas aplicações na indústria química e na canalização de água e sistema de distribuição. Tubulação para estas aplicações é feita a partir de qualquer ligação química ou 6% de chumbo antimonial.
Soldas de chumbo no sistema de lata são os mais usados de todos os materiais de ligação. A faixa de baixa temperatura de fusão de soldas de estanho-chumbo torna ideal para se juntar a maioria dos metais por métodos convenientes de aquecimento com pouco ou nenhum dano a partes sensíveis de calor. ligas de solda de chumbo-estanho pode ser obtido com temperaturas de fusão tão baixa quanto 182 ° C e tão altas como 315 ° C. Com exceção para os metais puros e da solda eutética com 63% Sn e 37% Pb, todas as ligas de solda de chumbo-estanho derreter dentro de uma escala de temperatura que varia de acordo com a composição da liga.
-Base do rolamento liga de chumbo, que são chamados de metais comuns Babbitt de chumbo, variam muito em composição, mas podem ser categorizadas em dois grupos:
As ligas de chumbo, estanho, antimónio, e, em muitos casos, o arsénio As ligas de chumbo, cálcio, estanho, e um ou mais dos metais alcalinos terrosos
Munições. Grandes quantidades de chumbo são usadas em munição para ambos e desportivas fins militares. Ligas usadas para tiro conter até 8% Sb e 2% como, aqueles utilizados para núcleos de bala conter até 2% Sb.
Revestimentos Terne. Long chapa de aço Terne é de chapa de aço carbono, que tem sido continuamente revestida por vários processos por imersão a quente de metais Terne (chumbo, com 3 a 15% Sn). Sua excelente soldabilidade e resistência à corrosão especiais tornam o produto adequado para esta aplicação.
americanos empregam o óxido de Barton. Como o chumbo precisa ser fundido neste processo, existe um custo adicional de energia e a emissão de vapores de chumbo que necessitam ser contidos em coifas. O isolamento térmico do cadinho aonde o chumbo é fundido é fundamental para uma eficiência energética do processo. Os dois processos resultam em um pó que necessita ser corretamente armazenado. Este pó possui uma fração apreciável de chumbo não oxidado, e por tanto é um material sujeito a posterior oxidação no ambiente.
Do ponto de vista ambiental, o transporte desse material aumentava o risco de exposição a chumbo. O óxido de chumbo é um pó e por tanto pode ocorrer na atmosfera na forma de partículas suspensas e de poeira espalhada pelo piso. O uso de silos de armazenagem é comum em diversas fábricas no mundo inteiro existindo diversos sistemas disponíveis no mercado. Das características físico-químicas do óxido depende toda a seqüência de processos seguintes, que irão determinar em última instância, o desempenho do produto final: a bateria.
A etapa seguinte é o processamento deste óxido. Na masseira, o óxido de chumbo é transformado em uma massa que será aplicada sobre as grades de chumbo. O óxido armazenado nos silos é pesado automaticamente e transferido para a masseira sem contato com o operário. Isto torna o processo mais confiável e minimiza os riscos de contaminação. A massa é manuseada por operadores de empastadeira e neste setor além de máscara é obrigatório o uso de luvas. As placas obtidas nesse processo são acondicionadas pelos operários em cavaletes que são transportados por empilhadeiras para estufas de cura e secagem. Em todo este setor, nos postos de trabalho existem coifas exaustoras para aspiração contínua de pó para minimizar a exposição do operário aos compostos de chumbo. Este pó é filtrado e o ar emitido é isento de chumbo. Como o transporte de placas leva inevitavelmente à dispersão de pó no piso da fábrica, a mesma é varrida e aspirada continuamente. A lavagem do piso também é um procedimento freqüente.
A produção de grades de chumbo é feita por fundição e à gravidade. Ou seja, o chumbo fundido escorre para os moldes que são resfriados. Aqui novamente, a emissão de vapores é uma fonte de contaminação, minimizada pelo resfriamento ambiente dos mesmos.
A próxima etapa, o processamento das placas, é realizada com exaustão para aspiração dos pós liberados. Existem ainda alguns pontos aonde vapores de chumbo são emitidos (fabricação de conexões e levantamento de bornes), mais uma vez controlados com exaustão e resfriamento.
Todo o pó, massa, lama produzido no interior da fábrica têm essencialmente dois destinos: filtros e tanques. Os filtros devem ser limpos periodicamente e os tanques, decantados. Todo o material sólido assim obtido é encaminhado à metalúrgica para reciclagem..
O segundo rejeito mais importante da fábrica é o ácido sulfúrico. Ele é empregado na produção de massa, na formação das baterias e no acabamento. Todo o ácido é recolhido e neutralizado antes de ser descartado como efluente. Para a produção de baterias seladas o controle de impurezas dos componentes é bastante rígido, apesar disto, a empresa conseguiu adotar um sistema de reaproveitamento de soluções de ácido sulfúrico que anteriormente era perdido como rejeito através de um monitoramento constante dos níveis de contaminação nos estoques de ácido, sem alteração das tolerâncias nas especificações de impureza. Este procedimento minimiza custos e permite que menos efluentes sejam produzidos.
A fábrica deve possuir um sistema de drenagem onde todo líquido em seu interior (incluindo águas pluviais) é direcionado para tanques de decantação e neutralização. A decantação remove partículas sólidas contendo compostos de chumbo (principalmente óxidos e sulfatos). A neutralização reduz a acidez e abaixa a solubilidade de compostos de chumbo resultando em um efluente praticamente isento de chumbo. Existem basicamente duas opções para neutralização: com sonda cáustica e com cal. No primeiro processo o subproduto é sulfato de sódio enquanto que no segundo é sulfato de cálcio. Em ambos, alguns hidróxidos também são formados, incluindo-se aí hidróxido de ferro originário dos diversos equipamentos e instalações. Todo esse efluente é jogado em lagoas de decantação. Como ainda não foi encontrado uso comercial para os subprodutos sólidos, eles são acondicionados em aterros apropriados. No caso específico, como o custo da cal é bastante inferior ao da soda cáustica, a primeira vem sendo empregada.
Os principais depósitos de minérios de chumbo estão localizados nos EUA, Austrália, Canadá, Peru, México, Bolívia, Argentina, África do Sul, Zâmbia, Espanha, Suécia, Alemanha, Itália e Sérvia, sendo os principais produtores os Estados Unidos, Austrália, Canadá, Peru e México
1.1. – Isótopos
O chumbo tem 4 isótopos naturais estáveis que, com a respectiva abundância natural, são: Pb-204 (1.4%), Pb-206 (24.1%), Pb-207 (22.1%) e Pb- (52.4%). O Pb-206, Pb-207 e o Pb-208 são os produtos finais de uma complexa cadeia de decaimento que se inicia com o U-238, U-235 e Th- 232, respectivamente. As correspondentes meias-vidadestes esquemas de decaimento são: 4.47 x 10^9 , 7.04 x 10 8 e 1.4 x 10 10 anos, respectivamente. Cada um deles é documentado em relação ao 204 Pb, o único isótopo natural radioativo, que devido a sua longa meia-vida pode ser considerado estável. As escalas de relações isotópicas para a maioria de materiais naturais são 14.0-30.0 para Pb-206/Pb-204, 15.0-17.0 para Pb-207/Pb-204 e 35.0-50.0 para Pb-208/Pb-204, embora numerosos exemplos fora destas escalas sejam relatados na literatura.
Porque o chumbo é muito macio e dúctil, é normalmente usado comercialmente como ligas de chumbo. Antimónio, estanho, arsênico e cálcio são os mais comuns elementos de liga. Antimônio é geralmente utilizada para dar maior dureza e resistência, como na bateria de redes de armazenamento, tubulação, chapas e peças fundidas. teores de antimônio ligas de antimônio, o chumbo pode variar de 0,5 a 25%, mas normalmente eles são 2 a 5%.
ligas de cálcio-chumbo têm substituído ligas de antimônio chumbo em uma série de aplicações, em particular, placas de baterias de armazenamento e aplicativos de qualidade. Estas ligas contêm 0,03-0,15% de Ca. Mais recentemente, o alumínio foi adicionado ao chumbo-cálcio-estanho e ligas de chumbo-cálcio como um estabilizador para o cálcio. lata de chumbo ou ligas de chumbo aumenta a resistência e dureza, mas o chumbo são ligas de estanho mais comumente usado para o bem deles, fusão, fundição e propriedades umectantes adição, como no tipo de metais e soldas. Tin dá a liga a capacidade de molhar e vínculo com metais, como aço e cobre, chumbo puro tem pobres características de molhagem ligas. Tin combinado com o chumbo ou cádmio e bismuto formas principal ingrediente muitos de fusão de baixa.
Arsenical chumbo (UNS L50310) é usado para revestimento de cabos. O arsênico é frequentemente utilizado para endurecer ligas de antimônio, chumbo e é essencial para a produção da rodada caiu baleado.
3.3 - Propriedades da ligação
As propriedades de chumbo que são úteis em uma ampla variedade de aplicações são a densidade, maleabilidade, lubricidade, flexibilidade, condutividade elétrica e coeficiente de dilatação térmica, que são bastante elevados, e módulo de elasticidade, limite de elasticidade, resistência, dureza, e ponto de fusão, os quais são bastante baixos. O chumbo também tem boa resistência à corrosão sob uma ampla variedade de condições. O chumbo é facilmente ligado com muitos outros metais e lança com pouca dificuldade.
A alta densidade do chumbo (11,35 g/cm3, à temperatura ambiente) faz com que seja muito eficaz na proteção contra os raios X e radiação gama. A combinação de alta densidade, flacidez alta (baixa rigidez) e capacidade de amortecimento de alta faz levar um excelente material para isolamento acústico e de isolamento de equipamentos e estruturas a partir das vibrações mecânicas.
Maleabilidade, maciez e lubricidade são três propriedades relacionadas a conta para o uso extensivo de liderança em muitas aplicações.
A resistência à tração e baixa resistência à fluência baixa de chumbo devem ser sempre considerados no projeto de componentes de chumbo. A principal limitação do uso de chumbo como material estrutural não é a sua baixa resistência à tração, mas a sua susceptibilidade à fluência. Chumbo deforma continuamente em baixas tensões e esta deformação, finalmente, resulta em fracasso na salienta muito abaixo da resistência à tração final. A baixa resistência de chumbo não exclui necessariamente a sua utilização.
Produtos de chumbo podem ser projetados para ser auto-suficientes, ou insere ou apoios de outros materiais podem ser fornecidas. Liga com outros metais, especialmente cálcio ou antimônio, é um método comum de fortalecer a
liderança para muitas aplicações. Em geral, deve sempre ser dada a apoiar as estruturas de ligação por cintas de aço cobertas de chumbo. Quando o chumbo é usado como um revestimento de uma estrutura feita de um material mais forte, o revestimento pode ser suportado pela ligação à estrutura. Com o desenvolvimento da ligação melhorada e técnicas adesivas, compostos de chumbo com outros materiais podem ser feitas. Composites melhoraram a força, mas também manter as propriedades desejáveis de chumbo.
4 - Precauções
O chumbo pode ser encontrado na água potável através da corrosão de encanamentos de chumbo. Isto é comum de ocorrer quando a água é ligeiramente ácida Este é um dos motivos para os sistemas de tratamento de águas públicas ajustarem o pH das águas para uso doméstico. O chumbo não apresenta nenhuma função essencial conhecida no corpo humano. É extremamente danoso quando absorvido pelo organismo através da comida, ar ou água.
O chumbo pode causar vários efeitos indesejáveis, tais como:
- Perturbação da biossíntese da hemoglobina e anemia;
- Aumento da pressão sanguínea;
- Danos aos rins;
- Abortos;
- Alterações no sistema nervoso;
- Danos ao cérebro;
- (^) Diminuição da fertilidade do homem através de danos ao esperma;
- Diminuição da aprendizagem em crianças;
- Modificações no comportamento das crianças, como agressão, impulsividade e hipersensibilidade. O chumbo pode atingir o feto através da placenta da mãe, podendo causar sérios danos ao sistema nervoso e ao cérebro da criança.
O seu uso durante o Império Romano em encanamentos de água (e seu sal orgânico, acetato de chumbo, conhecido como “açúcar de chumbo”, usado como adoçante em vinhos) é considerado por alguns como causa da demência que afetou muitos dos imperadores romanos.
Devido à elevada toxicidade do chumbo e dos seus compostos, ações para prevenir e reparar contaminações ambientais são comuns nos tempos atuais. Materiais e dispositivos que contém chumbo não podem ser descartados ao ambiente. Devem ser reciclados. A reciclagem por sua vez trata-se de um processo com desafios muito grandes a serem enfrentados diante dos resíduos gerados durante o processo de reciclagem. No caso da reciclagem das baterias automotivas, por exemplo, primeiro, os componentes das baterias (plástico e metal) são separados hidraulicamente. Depois, o metal é fundido.
6 - Reaproveitamento de sucatas
Este processo, que no passado era feito manualmente, atualmente é feito de forma automática. As sucatas de baterias são quebradas e passam por um processo de separação baseada na densidade: o material e flotado: os compostos de chumbo são separados da matéria plástica e o efluente líquido é neutralizado. O material plástico é reaproveitado na fábrica de caixas e tampas e o material contendo compostos de chumbo segue para o refino. Como na fábrica de baterias, todo efluente é contido no interior da planta e redirecionado para uma estação de tratamento de efluente que essencialmente faz a neutralização e decantação do mesmo. O resíduo sólido consiste em sua quase totalidade de sulfato de cálcio. Não existe processo de reciclagem com 100% de reaproveitamento.
No caso da metalúrgica, existe como subproduto a escória. Esta escória poderá ser mais ou menos rica em chumbo, dependendo da eficiência do processo. Atualmente, esforços estão sendo direcionados para a obtenção da chamada escória verde: escória com mínimo teor de chumbo e que poderia ser reaproveitada em outros processos industriais (por exemplo, pavimentação), sem a necessidade de ser contida em aterros específicos. Com a crescente conscientização por parte da sociedade de que os processos industriais necessitam ser ecologicamente corretos, as indústrias para sua própria sobrevivência, têm procurado soluções as mais diversas para seus problemas específicos. Na fabricação de baterias de chumbo-ácido que manuseia rotineiramente toneladas de um elemento tóxico, o chumbo, foram encontradas soluções que permitem colocar no mercado um produto com elevada qualidade e sem riscos ambientais.
Referências Bibliográficas
- http://www.virtual.epm.br/material/tis/curr-bio/trab2004/1ano/chumbo/ chumbo.htm
- http://www.patentesonline.com.br/chumbo-e-ligas-de-chumbo-tratadas- termomecanicamente-especialmente-para-coletores-104336.html
- http://pt.wikipedia.org/wiki/Chumbo
