Produção do Ferro, Aço e Cobre

Habilidade: Identificar os reagentes e produtos envolvidos na metalurgia do ferro e do cobre.

O Ferro (Fe) é o 4º elemento mais abundante na crosta terrestre, porém não é encontrado isolado na natureza, podendo ser extraído de minérios como a hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), pirita (FeS2), siderita (FeCO3) e limonita (Fe2O3 . H2O). 

O processo mais empregado para a produção do ferro é o alto forno, no qual é usado o carvão coque, rico em carbono (C). A queima desse carvão tem a função de fornecer energia para a transformação e interagir com o oxigênio (O2) para formação de monóxido de carbono (CO), representada na reação: 

2 C(s) + O2(g) → 2 CO(g) + energia 

O monóxido de carbono formado reage com o óxido de ferro (FeO), formando o ferro metálico: 

FeO(s) + CO(g) + energia → Fe(l) + CO2(g) 

Nessa produção adiciona-se também o calcário (CaCO3), que, devido ao calor do alto forno, decompõe-se em óxido de cálcio (CaO) e gás carbônico (CO2): 

CaCO3(s) + energia → CaO(s) + CO2(g) 

O óxido de cálcio interage com as impurezas do minério, formando a escória, que é separada do ferro gusa ou ferro de primeira fusão. A escória é utilizada pela indústria para a fabricação de cimento. Mesmo após esse processo, o ferro gusa apresenta alguns contaminantes, como traços de carbono (C), silício (Si) e fósforo (P). Essa composição torna o ferro quebradiço. 

O ferro gusa é levado para a aciaria, que é uma unidade da siderúrgica na qual ocorre a transformação de ferro gusa em aço através da retirada das impurezas e adição de outros compostos, como o níquel (Ni), cromo (Cr), molibdênio (Mo) e manganês (Mn), produzindo diversos tipos de aços com características bem distintas. 

Por sua vez, o cobre (Cu) é um metal relativamente raro – não é encontrado na natureza na forma metálica, sua obtenção se dá através da calcosita (Cu2S). O minério é britado e moído, passa pelo processo de ustulação, que é o aquecimento do minério moído na presença de gás oxigênio. Nessa etapa, o enxofre (S), que estava preso ao cobre, une-se ao oxigênio, formando o gás dióxido de enxofre (SO2): 

Cu2S(s) + O2(g) + energia → 2Cu(l) + SO2(g) 

O metal produzido nessa etapa tem aproximadamente 98,5% de pureza e recebe o nome de cobre blister. O cobre exigido pela indústria elétrica deve ser puríssimo; para isso, ele é submetido ao processo de eletrólise. Sua produção envolve um longo processo e gera uma imensa quantidade de resíduos sólidos. 

Elaborado especialmente para São Paulo Faz Escola.

Fonte: 
https://efape.educacao.sp.gov.br/curriculopaulista/wp-content/uploads/sites/7/download/cadernos-do-professor-v3-2020/SPFE%20EM%20Prof%20CienciasNatureza%203%C2%BA%20BI%201%C2%AA%20se%CC%81rie.pdf