Descreva as caracteristicas principais das matérias primas, processamento e produto obtido, para a seguinte operação:
ustulação;

Passo 1

O enunciado pede para descrever as características principais das matérias-primas, do processamento e do produto obtido na operação de ustulação (roasting). Esse conteúdo pertence à área de pirometalurgia e química de processo, em que transformamos sulfetos metálicos em óxidos por oxidação térmica.

Passo 2

As matérias-primas em ustulação são tipicamente minerais ou concentrados de sulfetos metálicos. São caracterizadas por
  • composição química: teor de sulfeto (por ex. \text{ZnS}, \text{FeS}_2, \text{CuFeS}_2), impurezas (Si O_{2}, CaO, A l_{2} O_{3}) e umidade;
  • granulometria: geralmente finos (10–100 µm) para otimizar a cinética gás-sólido;
  • propriedades físicas: densidade aparente, porosidade inicial e resistência mecânica, que influenciam o comportamento no leito de ustulação.

Passo 3

O processamento de ustulação consiste em aquecer o sulfeto em presença de oxigênio, promovendo reações de oxidação a temperaturas típicas de 600\circC a 900\circC. Os principais pontos são:
  • Reator: leito fixo, leito fluidizado ou forno rotativo para garantir bom contato gás-sólido;
  • Reagente: ar ou oxigênio enriquecido, controlado para evitar fusão excessiva;
  • Reações principais (exemplo de sulfeto de zinco):
2\,\text{ZnS} + 3\,\text{O}_2 \to 2\,\text{ZnO} + 2\,\text{SO}_2
  • Controle: temperatura, vazão de ar, tempo de residência e remoção de gases para maximizar conversão e minimizar escalação e aglomeração.

Passo 4

O produto sólido obtido, chamado calcina ou óxido calcinado, tem as seguintes características:
  • composição: óxidos metálicos (ZnO, F e_{2} O_{3}, CuO etc.) com teor de enxofre residual muito baixo;
  • estrutura física: alta porosidade e área de superfície aumentada, favorecendo etapas posteriores (lixiviação, redução);
  • subproduto gasoso: \text{SO}_2 concentrado, geralmente capturado para produzir ácido sulfúrico ou convertido em \text{SO}_3.

Resposta

  • Matérias-primas: sulfetos metálicos (ZnS, Fe S_{2}, CuFe S_{2}) com teor de enxofre, granulometria fina e controle de impurezas e umidade.
  • Processamento: aquecimento a 600– 900\circC em leito fixo, fluidizado ou forno rotativo, reagindo sulfeto com O_{2} e gerando \text{SO}_2; controle de temperatura, vazão de ar e cinética gás-sólido.
  • Produto: calcina rica em óxidos metálicos porosos, baixa residualidade de enxofre, e gás \text{SO}_2 como subproduto para síntese de ácido sulfúrico.

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