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

Economia e Impactos Ambientais na Produção do Ferro

Habilidade: Avaliar aspectos gerais que influenciam nos custos (ambiental e econômico) da produção de diferentes materiais.

No Brasil, a mineração de ferro acontece principalmente nos estados de Minas Gerais (Quadrilátero Central), Pará (Serra do Carajá) e Mato Grosso do Sul (Maciço do Urucum). 

O Brasil possui grandes reservas de minério de ferro, sendo esse um dos protagonistas na balança comercial do país, especialmente a nível de exportação, e a China seu maior comprador. Segundo o Instituto Brasileiro de Mineração (Ibram), o Brasil é o segundo maior produtor do minério de ferro do mundo. As reservas alcançam cerca de 29 bilhões de toneladas.  

Os principais impactos ambientais associados à mineração de ferro são:

Poluição atmosférica, devido ao uso de explosivos nas minas que emitem gases poluentes.

Poluição sonora, devido às explosões.

Poluição das águas pela lama gerada e que requer construção de barragens para conter os rejeitos e, consequentemente, evitar a contaminação química dos recursos hídricos e do solo. 

O desmatamento também é um grande problema ambiental, principalmente nas áreas do Quadrilátero Ferrífero, em Minas Gerais. Essa região é abrangida pelo bioma Mata Atlântica, e parte dos remanescentes das áreas de Mata Atlântica pertence às mineradoras. 

Nas áreas de exploração do ferro, a vegetação é removida para dar lugar à lavra a céu aberto, iniciando também  outro impacto ambiental, a exposição dos solos, os quais perdem a sua fertilidade e ficam expostos a processos erosivos. 

O Ministério do Meio Ambiente também aponta problemas nas áreas de mineração de ferro como a presença de antigas barragens de contenção, que podem romper-se e provocar sérios danos ao local em que se encontram.

Fonte:

https://brasilescola.uol.com.br/geografia/os-problemas-gerados-pela-mineracao.htm

Produção do Ferro

O ferro é um metal obtido em siderúrgicas por meio da hematita, um de seus minérios.

Por meio dele é feita a liga de aço, que possui grande aplicação em nossa sociedade.

Misturado ao carbono e outros metais, produz-se o aço.

A hematita é misturada ao carvão que é um reagente importante para a produção do ferro metálico.

Além do oxigênio do ar e do carvão, mistura-se calcário ou cal viva, que tem a função de retirar impurezas. Apesar de ser o quarto elemento mais abundante na crosta terrestre, não se encontra o ferro isolado na natureza, mas somente em minérios, sendo que os principais são: hematita (Fe₂O₃), magnetita (Fe₃O₄), siderita (FeCO₃), limonita (Fe₂O₃.H₂O) e pirita (FeS₂).

magnetita

siderita

limonita

pirita

Bibliografia

Material de apoio ao currículo do Estado de São Paulo: Caderno do Professor, Química, Ensino Médio, 1ª Série. São Paulo: SE, 2014.

http://brasilescola.uol.com.br/quimica/ferro.htm