1. Introdução:
A preparação de metais e seus pós compostos desenvolveu numerosos métodos, e diversas classificações para estes métodos foram estabelecidas.
Dependendo do estado da matéria-prima, os métodos podem ser divididos em métodos sólidos, líquidos e gasosos; com base no estado dos reagentes, eles podem ser categorizados como métodos úmidos e secos; e de acordo com o princípio de produção, podem ser divididos em métodos físico-químicos e mecânicos.
Geralmente, nos métodos físico-químicos, os mais importantes são a redução, a combinação de redução e a eletrólise, enquanto nos métodos mecânicos, a atomização e a moagem mecânica são mais proeminentes.
A escolha do método de produção de pó metálico depende da matéria-prima, do tipo de pó, dos requisitos de desempenho do material em pó e da eficiência da produção de pó.
À medida que a aplicação de produtos de metalurgia do pó se torna cada vez mais difundida, os requisitos para o tamanho, forma e desempenho das partículas de pó estão se tornando cada vez mais elevados.
Portanto, a tecnologia de preparação de pó está continuamente evoluindo e inovando para atender aos requisitos de tamanho e desempenho de partículas.
2. Métodos de preparação de pó metálico:
2.1 Métodos Físico-Químicos
2.1.1 Método de Redução
A redução de óxidos e sais metálicos é um método amplamente utilizado para preparação de pós. O carbono sólido pode ser usado para reduzir o pó de ferro e tungstênio, enquanto o hidrogênio ou amônia decomposta é usado para produzir pós de tungstênio, molibdênio, ferro, cobre, cobalto e níquel.
O pó de ferro também pode ser produzido usando gás natural convertido e gás de carvão. Sódio, cálcio, magnésio e outros metais podem atuar como agentes redutores para produzir tântalo, nióbio, titânio, zircônio, tório, urânio e outros pós metálicos raros.
O princípio básico deste método de redução é que a afinidade do agente redutor utilizado pelo oxigênio é maior que a do metal no óxido ou sal, permitindo assim a redução do metal pela captura do oxigênio no óxido ou sal metálico.
Como diferentes elementos metálicos reagem de maneira diferente com o oxigênio, a estabilidade dos óxidos resultantes também varia. O grau de estabilidade do óxido pode ser caracterizado pelo tamanho de ΔG durante o processo de oxidação. Quanto menor o valor de ΔG durante a reação, maior será a estabilidade do óxido, indicando maior afinidade pelo oxigênio.
As vantagens deste método incluem sua simplicidade, fácil controle dos parâmetros do processo, alta eficiência de produção e baixo custo, tornando-o adequado para produção industrial.
No entanto, só é aplicável a materiais metálicos que reagem prontamente com o hidrogênio e se tornam quebradiços e propensos à fratura após a absorção do hidrogênio.
2.1.2 Redução Térmica de Metal e Método de Combinação de Redução
A redução térmica do metal envolve a redução de matérias-primas que podem ser sais sólidos, gasosos ou mesmo fundidos, sendo que os dois últimos possuem as características de redução da fase gasosa e precipitação da fase líquida.
As aplicações industriais comuns do método de redução térmica de metal incluem o uso de cálcio para reduzir TiO2, ThO2, UO2 e outros; magnésio para reduzir TiCl4, ZrCl4, TaCl5 e outros; sódio para reduzir TiCl4, ZrCl4, K2ZrF6, K2TaF7 e outros; e hidreto de cálcio (CaH2) para co-redução de óxido de cromo e óxido de níquel para a produção de pó de aço inoxidável de níquel-cromo.
O método de combinação de redução refere-se ao processo de obtenção de carbonetos e boretos através da reação de carbono, carboneto de boro, silício, nitrogênio e óxidos metálicos refratários.
2.1.3 Método de Eletrólise
O método de eletrólise envolve a deposição de pó metálico no cátodo através da eletrólise de sais fundidos ou de suas soluções aquosas. Quase todos os pós metálicos podem ser produzidos por eletrólise, sendo os pós de cobre, prata e estanho particularmente adequados.
A eletrólise pode ser dividida em eletrólise de solução aquosa, eletrólise de eletrólitos orgânicos, eletrólise de sal fundido e eletrólise de cátodo de metal líquido.
A vantagem deste método é que ele produz pó metálico com alta pureza, geralmente com pureza de 99,7% ou mais para pós de elemento único. Além disso, a eletrólise pode controlar com precisão o tamanho das partículas, permitindo a produção de pós ultrafinos.
No entanto, o método de eletrólise consome uma grande quantidade de eletricidade, resultando em custos mais elevados de produção de pó. A eletrólise aquosa pode produzir Cu, Ni, Fe, Ag, Sn, Fe-Ni e outros pós metálicos (liga), enquanto a eletrólise de sal fundido pode produzir Zr, Ta, Ti, Nb e outros pós metálicos.
2.1.4 Método Hidroxila
Certos metais (como ferro, níquel, etc.) são sintetizados com monóxido de carbono para formar compostos carbonílicos metálicos, que são então decompostos termicamente em pó metálico e monóxido de carbono.
O pó resultante é extremamente fino e puro, mas o processo é caro. Industrialmente, é usado principalmente para produzir pós finos e ultrafinos de níquel e ferro, bem como pós de ligas de Fe-Ni, Fe-Co, Ni-Co e outros.
2.1.5 Método de Deslocamento Químico
O método de deslocamento químico é baseado na reatividade dos metais, onde um metal mais reativo desloca um metal menos ativo de sua solução salina, produzindo um metal (partículas de pó metálico) que é posteriormente refinado por outros métodos.
Este método é usado principalmente na preparação de pós a partir de metais menos ativos como Cu, Ag, Au.
2.2 Método Mecânico
2.2.1 Método de Atomização
O método de atomização é um método mecânico de produção de pó, envolvendo a pulverização direta de metal líquido ou liga para produzir pó. É amplamente aplicado e perde apenas para o método de redução em escala.
Também conhecido como método de pulverização, pode ser usado para produzir pós de metais como chumbo, estanho, alumínio, cobre, níquel e ferro. Também pode ser utilizado na produção de pós de liga, como bronze, latão, aço carbono e liga de aço.
A atomização geralmente envolve o uso de gás de alta pressão, líquido de alta pressão ou lâminas rotativas de alta velocidade para quebrar metal ou liga fundida de alta temperatura e alta pressão em pequenas gotículas. Essas gotículas então se condensam dentro de um coletor para formar pó metálico ultrafino, um processo que não envolve alterações químicas.
A atomização é um dos principais métodos de produção de pós metálicos e de ligas. Existem muitos métodos de atomização, como atomização de fluxo duplo, atomização centrífuga, atomização em vários estágios, tecnologia de atomização ultrassônica, tecnologia de atomização fortemente acoplada, atomização de gás de alta pressão, atomização de fluxo laminar, atomização ultrassônica fortemente acoplada e atomização de gás quente.
O pó atomizado tem vantagens como alto grau de esfericidade, granularidade de pó controlável, baixo teor de oxigênio, baixo custo de produção e adaptabilidade à produção de vários pós metálicos.
Tornou-se a principal direção de desenvolvimento para a tecnologia de preparação de pós de ligas especiais e de alto desempenho. No entanto, a atomização tem desvantagens, como baixa eficiência de produção, baixa taxa de rendimento de pó ultrafino e consumo de energia relativamente alto.
2.2.2 Método de Pulverização Mecânica
A pulverização mecânica de metais sólidos é um método distinto de produção de pó, intimamente associado ao estado final de deformação sólida e à formação e extensão de fissuras durante a pulverização.
Além disso, serve como um processo complementar indispensável para alguns métodos de produção de pó, como a trituração de precipitados catódicos quebradiços produzidos eletroliticamente ou a trituração de pedaços de metal semelhantes a esponjas produzidos por redução. Portanto, o método de pulverização mecânica ocupa uma posição significativa na produção de pó.
O método de pulverização varia de acordo com a natureza dos materiais e o grau de pulverização requerido.
Dependendo do modo de aplicação da força externa, a pulverização do material geralmente ocorre por meio de compressão, impacto, trituração e divisão focada. Os princípios operacionais de diversos equipamentos de pulverização baseiam-se nestes métodos.
Entre eles, o moinho de bolas envolve principalmente métodos de moagem de bolas rolantes e de bolas vibratórias. Este método utiliza o mecanismo onde as partículas metálicas se decompõem em substâncias mais finas devido à deformação em diferentes taxas de deformação.
Suas vantagens incluem baixa seletividade em relação aos materiais, operação contínua, alta eficiência de produção e é adequado para moagem a seco e úmido, facilitando a preparação de diversos pós de metais e ligas. A desvantagem é que a classificação é relativamente difícil durante o processo de preparação do pó.
2.2.3 Método de Moagem
O método de moagem envolve direcionar o gás comprimido através de um bico especializado para a área de moagem, fazendo com que os materiais dentro desta zona colidam e se transformem em pó.
O fluxo de ar expandido sobe junto com os materiais até a zona de classificação, onde um classificador tipo turbina separa os materiais que atingiram a granularidade desejada.
O pó grosso restante retorna à área de moagem para posterior moagem até atingir a granularidade necessária para separação. O método de moagem, por ser um processo a seco, elimina a necessidade de operações de desidratação e secagem do material.
O produto resultante é de alta pureza, ótima atividade e boa dispersibilidade, com granularidade fina e faixa de distribuição estreita. As partículas têm superfícies lisas e são amplamente aplicadas em indústrias como não metálicas, matérias-primas químicas, pigmentos, abrasivos, produtos farmacêuticos para saúde e outras para britagem ultrafina.
No entanto, o método de moagem tem algumas desvantagens, como altos custos de fabricação de equipamentos, e no processo de produção de pó metálico, é necessário um fornecimento contínuo de gás inerte ou nitrogênio como fonte de gás comprimido, o que leva a um consumo substancial de gás.
Assim, é adequado apenas para processos de britagem e pulverização de metais frágeis e ligas.
3. Resumo
Com o avanço da tecnologia, os pós metálicos foram desenvolvidos e aplicados em áreas como metalurgia, engenharia química, eletrônica, materiais magnéticos, cerâmica fina e sensores, apresentando perspectivas de aplicação promissoras.
Os pós metálicos tendem a ter maior pureza e desenvolvimento superfino (nano). Embora existam vários métodos para a preparação de pós metálicos ultrafinos, cada método tem suas limitações e há muitos problemas que precisam ser resolvidos e aperfeiçoados.
Atualmente, os métodos mais utilizados para a produção de pós metálicos são redução, eletrólise e atomização.
Além disso, melhorias nos processos de produção tradicionais levaram a muitas novas técnicas e métodos de produção, como atomização ultrassônica, atomização de disco rotativo, atomização de rolo duplo e triplo, atomização em vários estágios, processo de eletrodo rotativo de plasma e método de arco elétrico. .
Entre os métodos de produção de pós metálicos, embora muitos tenham sido colocados em uso prático, ainda existem dois problemas principais: a escala é pequena e o custo de produção é alto.
Para promover o desenvolvimento e aplicação de materiais em pó metálico, é necessário fazer uso abrangente de diferentes métodos, para aproveitar os seus pontos fortes e compensar os seus pontos fracos, e desenvolver processos que produzam maiores volumes de produção e custos mais baixos.
