Ligas metálicas – Silício Metálico
Hoje vamos falar de um importante produto do setor de ferroligas e que está presente em nosso dia a dia. Em 2014 a pesquisadora Crismeire Isbaex desenvolveu um estudo que objetivou avaliar e quantificar a influência da densidade do carvão vegetal na produção de silício.
O silício metálico (Si-met) é um semimetal, usualmente classificado no grupo de ferroligas pela semelhança no processamento industrial e aplicações. O silício é obtido a partir da sílica presente no quartzo, considerado o segundo mineral mais abundante da Terra, constituindo mais de 25% da crosta. Na natureza o quartzo é encontrado, principalmente, como areia, que recebe pré-tratamentos antes de ser destinado à metalurgia.
Após a chegada do quartzo (fonte de silício) na usina metalúrgica, o mesmo passa por um processo de lavagem e classificação granulométrica em torno de 10 cm. Devido ao tipo de redução do quartzo ser através de processo carbotérmico, o agente redutor geralmente utilizado é o carvão vegetal, que se destaca pela baixa concentração de impurezas e preferencialmente possua homogeneidade das características físicas e químicas. Uma das classificações realizadas no carvão vegetal destinado ao processo metalúrgico é a granulométrica, com faixa de variação entre 10 e 15 centímetros. Outra matéria-prima utilizada é o cavaco de madeira, que tem por finalidade aumentar a porosidade da carga no forno elétrico e com isso maior fluidez dos gases de redução.
Representação esquemática da produção de silício metálico. Adaptado de ISBAEX (2014).
Posterior a preparação das matérias-primas, as mesmas são direcionadas ao forno elétrico a arco (FEA) por meio de um sistema de alimentação que faz a dosagem das proporções de cada material para melhor eficiência do processo. Os FEA destinados à produção de Si-met são usualmente compostos por três eletrodos Soderberg que, ligados a uma fonte de energia elétrica, geram uma descarga elétrica formando o arco elétrico que é convertido em calor (FEAM, 2010).
O ponto de fusão (temperatura que uma substância do estado sólido para o estado líquido) do silício é de 1414 °C, no entanto, no FEA a temperatura na zona de reação varia entre 1800 – 2000 °C por envolver reações intermediárias. Ao final do processo, o Si-met líquido é escoado do FEA e transferido por panelas de refino até as lingotadeiras para resfriamento e solidificação. Por fim os Si-met é britado, embalado e destinado às indústrias consumidoras.
O Si-met produzido no Brasil é considerado um dos melhores do mundo devido ao alto grau de pureza das matérias-primas utilizadas (quartzo e carvão vegetal). Segundo o MME (2019) a produção de Si-met em 2018 demonstrou aumento de 72,7% em relação à 2017, totalizando 190.000 toneladas. Este mesmo relatório cita que toda a produção nacional foi destinada à exportação, e destacou como principais países consumidores o Reino Unido, Estados Unidos e Alemanha.
Devido à excelente qualidade do Si-met brasileiro, este é destinado a diversos usos, por exemplo, como elemento de liga nas indústrias siderúrgicas e metalúrgicas. O principal tipo utilizado por indústrias deste segmento é o Si-met grau metalúrgico (Si-GM); para usos com maior valor agregado, o Si-GM passa por processos de refinamento e purificação para obtenção do Si-met grau químico (Si-GQ), Si-met grau solar (Si-GS) e o Si-met grau eletrônico (Si-GE) (ISBAEX, 2014).
O Si-GM apresenta 98,5% de silício em sua composição e é amplamente utilizado na produção de ligas de alumínio destinadas à produção de componentes para indústria automobilística, aeronáutica, naval, bélica e construção civil, bem como para indústrias de refratários, confeccionando componentes abrasivos.
O Si-GQ é composto por 99% de silício e destinado à produção de lubrificantes a base de silicone, borrachas, produtos farmacêuticos, próteses, fibra óticas, dentre outros.
O Si-GS detém elevada pureza, variando entre 99-99,5% de silício, sendo o principal componente de células solares que compõem os painéis de captação de energia solar, possibilitando a captação e conversão da energia solar em energia elétrica.
O Si-GE é o tipo que detém maior pureza, sendo composto por 99,9% de silício e destinado a produção de chips e equipamentos eletrônicos.
No grupo temático de ferroligas (SIF/UFV), basicamente todas empresas parceiras atuam na produção de ligas metálicas contendo silício, seja na forma de silício metálico, ferro silício standard 75% e outras ligas de ferro silício e demais compostos. O GT Ferroligas atua no desenvolvimento de tecnologias que aprimore a produção e qualidade do carvão vegetal para tal finalidade e obtenção de produtos com elevada pureza.
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Referências
FEAM – FUNDAÇÃO ESTADUAL DO MEIO AMBIENTE. Levantamento da situação ambiental e energética do setor de ferroligas e Silício Metálico no Estado de Minas Gerais, com prospecção de ações para o desenvolvimento sustentável da atividade. Relatório de requisitos legais. Belo Horizonte. 2010. 62p.
ISBAEX, C.; Influência da densidade do carvão vegetal na produção de silício metálico. 2014. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de Viçosa, Viçosa-MG; 48p., 2014.
MME – MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA; Anuário estatístico: Setor Metalúrgico. Brasília – DF, 2019. 73p.
Humberto Fauller de Siqueira
Engenheiro Florestal
Coordenador Operacional do GT Ferroligas – SIF
