Aluminio e Cobre

Cobre

Historia

O cobre foi o primeiro metal usado pelo homem. Acredita-se que por volta de 13.000 a.C. foi encontrado na superfície da Terra em forma de “cobre nativo”, o metal puro em seu estado metálico. Usado inicialmente, como substituto da pedra como ferramenta de trabalho, armas e objeto de decoração, o cobre tornou-se, pela sua resistência, uma descoberta fundamental na história da evolução humana.

A origem do símbolo químico “Cu” para o cobre está ligado aos antigos romanos que designavam o cobre com o nome de “Aes Cyprium”, o Metal de Cyprus, já que a Ilha de Cyprus (Chipre) foi uma das primeiras fontes do metal. Com o tempo, o nome se transformou em Cyprium e depois em Cuprum, originando o símbolo químico “Cu”.

Atualmente as minas de cobre mais importantes do mundo, estão localizadas no Chile, Estados Unidos, Canadá, Rússia e Zâmbia.

A história do cobre no Brasil começa em 1874, com a descoberta da mina Caraíba, no sertão da Bahia. Somente em 1944 é que foram iniciados os trabalhos de prospecção. Apenas no início da década de 80 começou-se a produzir cobre eletrolítico no Brasil.

Desde o início da utilização da eletricidade nas residências, comércio e indústria em larga escala, o cobre vem sendo o metal condutor mais utilizado. Ele pode ser encontrado em fios e cabos elétricos, interruptores, plugues, disjuntores, fusíveis, contatores, relés, aparelhos eletrodomésticos, nos condutores que estão no interior dos geradores e motores elétricos, nas trilhas que são gravadas nas placas de circuitos impressos dos aparelhos eletrônicos.

Os produtos e semi-elaborados de cobre e suas ligas podem ser obtidos tanto por fundição estática, semicontínua e contínua, e trabalhados por laminação a quente e a frio, extrusão e trefilação.

Características e Atributos do Cobre:

• Versatilidade

Por sua grande maleabilidade e ductibilidade permite trabalhar com diferentes formas geométricas, sejam elas retas, curvas ou angulares. Sua resistência às intempéries o qualifica como um dos materiais mais utilizados no mundo, tanto em edifícios novos como em restauração de edifícios antigos.

• Coloração Distinta

As superfícies expostas das coberturas de cobre adquirem cores que vão desde o dourado até o verde, passando por vários tons de café. Esta característica permite selecionar o tom adequado a cada obra fixando a cor adequada com a aplicação de vernizes. As cores se formam naturalmente com o passar do tempo e de acordo com a atmosfera de cada região, resultando numa pátina inerente ao cobre.

• Isolante Térmico

O cobre se caracteriza como barreira isolante contra a radiação de calor nos meses de verão e durante o inverno previne as perdas de radiação de calor através de pisos, muros e coberturas. A absorção da superfície do cobre polido é de 0,04, portanto, reflete 96% da energia que recebe.

• Resistência às Variações de Temperatura

As contínuas variações térmicas e o deterioramento dos vários materiais utilizados são as causas mais comuns de patologias que ocorrem em uma cobertura, obrigando à freqüentes e custosas reparações. Estas falhas não ocorrem em coberturas de cobre, pois este se expande e se contrai menos que os materiais convencionais. Seu coeficiente de dilatação é de 0,017mm/°C.

• Resistência à Corrosão

O cobre por sua alta resistência à corrosão atmosférica tem longa durabilidade, ainda que em ambientes marinhos ou corrosivos. O cobre com o passar do tempo adquirem em sua superfície uma película que protege o metal de uma corrosão sem alterar as suas características mecânicas. Esta película protetora, própria do cobre, é denominada “pátina”.

• Resistência ao fogo

Além de apresentar uma excelente resistência ao fogo, o cobre também não gera gases tóxicos. Por isso está oficialmente aprovado para o uso em sistemas de combate a incêndios.

• Impermeabilidade

Algumas instalações são vulneráveis à entrada de oxigênio, o que pode acarretar corrosão. Isso pode ser evitado com o uso do cobre, que é impermeável ao oxigênio.

• Custo X Benefício

O cobre é fácil de manusear e instalar,. Corretamente projetado e instalado, o cobre vai requerer um mínimo de manutenção durante toda a sua longa vida útil, um custo x benefício representativo e considerável. Se analisado o custo de uma instalação em cobre em relação a sua durabilidade e vantagens técnicas, o preço do cobre é bastante competitivo ao ser comparado ao de outros produtos. Sua instalação ainda é consideravelmente mais rápida e fácil (o que permite economia de tempo e mão-de-obra).

• Durabilidade

O cobre conserva suas características iniciais, por mais de uma centena de anos, com alto desempenho técnico, preenchendo os requisitos de longa vida útil. O cobre oferece alto nível de segurança e confiabilidade quando utilizado em instalações que necessitam suportar altas pressões, ele tem a capacidade de sofrer compressão sem ocorrer deformação permanente.

• Ecológico

O cobre é ecológico, totalmente reciclável, seguro em seu manuseio. O cobre também é conhecido como inibidor do crescimento bacteriano que afeta a qualidade da água.

Reciclagem

O cobre e suas ligas são reciclados já a alguns séculos. Na Idade Média, após o término da guerra era comum a fusão de canhões de bronze para a manufatura de objetos mais úteis, e, em tempos de combate, até os sinos das igrejas eram utilizados na manufatura de canhões. Toda a indústria do cobre e de suas ligas depende da reciclagem econômica de sucata e refugos.

Sucata de Cobre

A reciclagem da sucata de cobre pode gerar dois tipos de produtos: o cobre primário e o secundário

• O cobre primário é considerado um cobre puro e a sua utilização comercial se refere a aplicações mais delicadas, tais como a produção de fios destinados a aplicações elétricas. É essencial que a pureza seja mantida para garantir a alta condutividade, capacidade de recozimento consistente e que não haja quebras durante a produção do vergalhão e subseqüente manufatura do fio. As superfícies não podem ter falhas, conseqüentemente, o fio de cobre deve ter uma qualidade de superfície excelente.
• O cobre secundário, o qual não possui um alto grau de condutibilidade elétrica e alguns outros aspectos de qualidade não são requeridos, é utilizado na fabricação de tubos, chapas para cobertura de telhado, trocadores de calor.
  

Sucata de Latão

A reciclagem da sucata de latão é essencial para a indústria. O latão para extrusão e estampagem a quente é normalmente obtido a partir da fusão de sucata com composição similar e corrigido pela adição de cobre virgem ou zinco, conforme o caso, para atender às especificações antes de vertê-lo.

Sucata de Bronze

A sucata é primeiramente dissolvida por um fabricante de lingotes e analisada a fim de que a composição seja corrigida para os padrões da liga. Quando o cobre e sucatas de ligas de cobre estiverem muito contaminados e impróprios para a simples fusão, eles podem ser reciclados por outros meios para a recuperação do cobre, seja como metal ou para obtenção dos vários compostos essenciais para aplicações industriais e na agricultura.

Um produto de alta qualidade pode ser obtido se a sucata for de cobre puro e não estiver contaminada por nada indesejável. Da mesma forma, se a sucata for proveniente de somente uma formulação de liga, é mais fácil derretê-la e obter um produto de boa qualidade, embora possa haver necessidade de alguma correção na composição durante a fusão.

Neste processo, se a sucata for misturada, contaminada ou tiver outros elementos, como solda, será mais difícil ajustar a composição para dentro dos limites especificados. Nos casos em que o chumbo ou estanho estiverem presentes, normalmente será possível corrigir a composição com a adição de mais chumbo ou estanho para fazer bronze com chumbo. No caso de sucatas contaminadas com elementos indesejáveis, estes podem ser diluídos durante a fusão, de forma que o nível de impurezas fique dentro das especificações. Todas essas técnicas preservam bastante o valor da sucata.

Considerações Ambientais

Os metais associados às ligas de cobre não são encontrados geralmente em estados considerados perigosos. No entanto, quando ocorrer geração de fumaça, por exemplo no derretimento ou soldagem, pode ser necessária a utilização de equipamentos de extração de fumaça.

O berílio é utilizado, algumas vezes, como o elemento para se fazer uma das ligas mais resistentes que se conhece, de valor inestimável na produção de molas para usos pesados. Quando em liga com cobre e em estado sólido, ele não apresenta risco à saúde. No entanto, quando presente na atmosfera, o berílio pode ocasionar males à saúde e deve ser controlado.

A Toxidade do Cobre

O envenenamento agudo pelo cobre é um acontecimento raro, em grande parte restrito à ingestão acidental de soluções de nitrato de cobre ou de sulfato de cobre. Estes produtos, bem como os sais orgânicos de cobre, são elementos eméticos e a ingestão de doses elevadas normalmente são expelidas pelo vômito.

O envenenamento crônico pelo cobre também é muito raro e os poucos registros se referem a pacientes com doenças do fígado. A capacidade do fígado humano, em boas condições, de expelir o cobre é considerável e é, basicamente por causa disso, que os casos de envenamento crônico foram registrados.

Tendências

IBM lança servidor Web com 4 processadores e tecnologia do cobre.

Algumas Normas

NBR 6524 – Condutores de cobre para instalações aéreas, com ou sem cobertura protetora – Especificação

NBR 13249 – Cabos e cordões flexíveis para tensões até 750V – Especificação

Alumínio

A história do alumínio data das mais recentes entre as descobertas dos minerais e, em meio a várias razões, por que o alumínio não se encontra em estado nativo.

A bauxita, jazida que deu nome ao minério de alumínio, foi identificada pela primeira vez em 1821, na localidade de Les Baux, ao Sul da França, por Berthier, numa época em que o metal alumínio ainda não existia para o mundo civilizado, pois só foi isolado em 1825 pelo químico Oersted, enquanto a primeira obtenção industrial do alumínio por via química foi realizada por Sainte-Claire Deville, em 06/02/1854.

As primeiras referências sobre a bauxita no Brasil estão nos Anais de 1928, da Escola de Minas de Ouro Preto e a primeira utilização desse minério para a produção de alumina/alumínio em escala industrial foi feita pela Elquisa, – hoje Alcan – em 1944, durante a 2ª Grande Guerra.

Atualmente o Brasil é o sexto maior produtor de alumínio primário, precedido dos Estados Unidos, Rússia, Canadá, China e Austrália.

O processo químico para obtenção do alumínio sofreu algumas evoluções no decorrer do tempo. Inicialmente foi  o processo químico desenvolvido por Deville – utilizando cloreto duplo de alumínio e sódio fundido, reduzindo-o com sódio – foi substituído com sucesso pelo processo eletrolítico através de corrente elétrica descoberto por Paul Louis Toussaint Heroult (Normandia – França) e Charles Martin Hall (Ohio – Estados Unidos). Heroult e Hall, sem se conhecer, inventaram ao mesmo tempo o procedimento de produção do alumínio.

Aplicações

Devido suas excelentes propriedades – metal que apresenta elevada resistência, não sofre corrosão, é bastante leve, possui excelente aspecto estético e pode ser infinitamente reciclado – o alumínio está presente em todos os momentos de nosso dia-a-dia: nos veículos, nos carpetes e assentos de aviões, no tratamento da água das piscinas com sulfato de alumínio, nos cabos que levam energia elétrica a todos os recantos do país, nas luminárias, persianas e numa infinidade de outras aplicações.

De uma forma geral, apresentamos abaixo o consumo brasileiro de transformados de alumínio distribuído por produto e aplicações, além de uma breve descrição:

Chapas e Lâminas

• Laminação Pura – latas de alumínio, pisos e carrocerias para ônibus e caminhões, telhas, fachadas
• Laminação Artefatos – utensílios domésticos
• Laminação Impactados – tubos e bisnagas para pasta de dente, aerosóis

Folhas

• Grossas, Finas e Intermediárias – embalagens rígidas, flexíveis, descartáveis

Extrudados

• Perfis para portas, janelas, box de banheiro

Fios e Cabos Condutores

• Residenciais, de linhas de transmissão

Fundidos e Forjados

• Caixas de câmbio, carcaça de motores, rodas para automóveis

Pó

• Tintas, produtos químicos e farmacêuticos

Usos destrutivos

• Desoxidantes na indústria siderúrgica

Reciclagem

O processo tem início com a coleta das latas de alumínio, realizada pelos processadores de sucata. Estes vendem o material compactado depois de limpar suas impurezas (terra, pedaços de papel etc.).

A operação começa com a alimentação dos fardos de latas usadas em um descompactador, que quebra os blocos em pedaços. Depois o material é encaminhado para um moinho de facas, onde os pedaços de blocos são completamente desmanchados.

Em seguida, um separador eletromagnético remove metais ferrosos que possam estar misturados ao alumínio. Estas latas vão, então, alimentar o moinho de martelos, onde são picotadas gerando o material chamado cavaco. Uma nova separação magnética é feita como garantia de pureza do material que será reutilizado. Por isso também é importante a próxima etapa: uma peneira vibratória retira terra, areia e outros resíduos.

Na seqüência, o separador pneumático completa este processo através de jatos de ar que separam papéis, plásticos e outros materiais leves e pesados.

O passo seguinte é a remoção de todas as tintas e vernizes que recobrem os cavacos.

A seguir, passa-se para o forno de fusão, um sistema de agitação do metal provoca a submersão do cavaco no banho de metal líquido para que ocorra seu derretimento.

Este material líquido é colocado em cadinhos. O metal é encaminhado para a laminação de chapas que serão transformadas em latas novamente.

É importante frisar que todos estes equipamentos devem possuir sistemas de exaustão e as emissões devem ser tratadas por um sistema a frio antes de serem liberadas para a atmosfera.

Observações

O ciclo de vida de uma latinha é de cerca de 42 dias. Durante esse período ela é produzida, enchida, exposta no ponto de venda, consumida, sucateada, processada e, finalmente, reciclada para se tornar uma nova lata.

• Uma lata de alumínio vazia pesa apenas 14,5g.
• Setenta latinhas de alumínio vazias correspondem a 1kg.
• A bauxita é o minério bruto do qual se obtém o alumínio e o Brasil tem uma das três maiores reservas de bauxita do mundo.
• Cada mil kg de alumínio reciclado significa cinco mil kg de bauxita poupados.
• Para reciclar o alumínio são gastos apenas 5% da energia que seria utilizada para se produzir o alumínio primário, ou seja, uma economia de 95%, quantidade suficiente para manter iluminadas 48 residências com quatro pessoas durante um mês. O que o Brasil poupa anualmente com o consumo de energia equivale ao consumo energético da região metropolitana de Belo Horizonte.
• A reciclagem do alumínio no Brasil em sua cadeia – reciclagem, recuperação e transporte – envolve mais de duas mil empresas e proporciona uma fonte de renda alternativa e ocupação para mão-de-obra qualificada.
• O ciclo da lata de alumínio, a partir da matéria-prima até a reciclagem, passando pela coleta de latas usadas, envolve mais de 150 mil pessoas no Brasil, a grande maioria vivendo exclusivamente da coleta de latas de alumínio, bem como das coletas feitas por atividades institucionais e relativas.
• O volume da lata de alumínio mais comum no Brasil é de 350 ml.
• O Brasil tem, atualmente, quatro fabricantes de latas de alumínio: REXAN, Crown Cork, Latapack-Ball e Latasa.
• Depois de pronta, a lata de alumínio passa por um rigoroso controle de qualidade e um dos testes é feito com um feixe de luz de alta intensidade capaz de detectar qualquer defeito.

Algumas Normas

NBR 14246 – Ligas de alumínio extrudadas e/ou trefiladas para usinagem

NBR 13180 – Ligas de alumínio em lingotes para fundição

NBR 14330 – Anteligas de alumínio – Especificação

NBR 7556 – Chapa de alumínio e suas ligas – Especificação

NBR 8310 – Folhas de alumínio e suas ligas – Especificação

NBR 11870 – Alumínio laminado – Liga 2024 – Chapas para fins aeroespaciais – Requisitos

NBR 14230 – Alumínio e suas ligas – Embalagem descartável para alimentos

NBR 14331 – Alumínio e suas ligas – Chapas corrugadas (telhas)

NBR 14630 – Alumínio e suas ligas – Panelas e caçarolas – Requisitos

Referências

Cotrim, A. A. M. B. Instalações Elétricas, 3a ed. Makron Books, São Paulo, 1992

Doyle, Morris, Leach, Schrader ; Processos de Fabricação e Materiais para Engenheiros; 1978

Delcyr Barbosa Saraiva; Materiais Elétricos

Lawrence H. Van Vlack ; Princípios de Ciência e Tecnologia dos Materiais ; 4ª ed.

1. A. Higgins; Propriedades e Estruturas dos Materiais em Engenharia; 1982

Brophy, Rose, Wulff ; Ciência dos Materiais

www.alcan.com.br – Alcan Alumínio do Brasil Ltda

www.abal.org.br – Associação Brasileira de Alumínio

www.procobrebrasil.org – Instituto Brasileiro do Cobre

www.cempre.org.br – Compromisso Empresarial para Reciclagem

www.alutech.com.br – Empresa Alutech

www.ldcinformation.com – LDCi Comércio Exterior