Os principais minérios de ferro são: hematita (Fe2O3), limonita (Fe2O3 . 2 H2O), magnetita (Fe3O4) etc. Os sulfetos de ferro, como a pirita (FeS2), são abundantes na natureza, mas não servem para extração e produção do ferro, pois o enxofre é um dos elementos mais prejudiciais às propriedades do ferro e do aço.
A extração ou metalurgia do ferro e de suas ligas recebe o nome especial de siderurgia. Os principais produtos siderúrgicos são:
• ferro-gusa (ou simplesmente gusa): liga de ferro que contém de 2% a 5% de carbono, além de impurezas como Mn, Si, P etc.;
• ferro fundido: liga de ferro com de 2% a 5% de carbono, mas com quantidades de impurezas menores que o gusa;
• aço, aço comum ou aço-carbono: liga de ferro com de 0,2% a 1% de carbono e baixa porcentagem de impurezas (Mn, Si, P, S etc.);
• aço doce ou ferro doce: aço que contém menos de 0,2% de carbono;
• aços-liga ou aços especiais: aços que contêm outros elementos químicos e que apresentam qualidades especiais:
— aço inoxidável: Fe + C + Cr + Ni;
— aço para trilhos: Fe + C + Mn;
— aço para ferramentas de corte: Fe + C + W + Mo;
— aço para ímãs: Fe + C + Al + Ni + Co (Al Ni Co).
A produção do ferro e de suas ligas começou na Pré-História (Idade do Ferro) e cresceu muito a partir de 1750, quando teve início a era da industrialização. Atualmente o processo siderúrgico começa, via de regra, pela produção do gusa, nos chamados altos-fornos, de acordo com o esquema a seguir.
a) a carga é levada por caçambas e introduzida na parte superior do alto-forno e é formada fundamentalmente por:• minério de ferro (em geral, Fe2O3);
• carvão coque: queima (C + O2 --> CO2 + calor), produzindo o calor necessário ao funcionamento do forno, e produz também o CO (CO2 + C --> 2 CO), que é o principal redutor do minério de ferro (acompanhe as reações no esquema anterior);
• fundente: considerando que as impurezas do minério de ferro são, em geral, sílica (SiO2) e silicatos de difícil fusão, usa-se como fundente o calcário (CaCO3), que provoca a reação:
• fundente: considerando que as impurezas do minério de ferro são, em geral, sílica (SiO2) e silicatos de difícil fusão, usa-se como fundente o calcário (CaCO3), que provoca a reação:
SiO2 + CaCO3 --> CaSiO3 + CO2
(o CaSiO3 irá formar a escória, que será retirada pela parte inferior do forno);
b) os gases sobem pelo alto-forno e, na saída, ainda contêm uma porcentagem elevada de CO, que os torna combustíveis, sendo então empregados no pré-aquecimento do ar que entrará no alto-forno;
c) pela parte inferior, são escoados, a cada 4 ou 5 horas, em primeiro lugar a escória (que, depois de resfriada e solidificada, é utilizada como pedra para pavimentação ou para fabricação do cimento) e, em segundo lugar, o ferro-gusa (que normalmente é purificado para se obter o aço).
O aço (liga ferro-carbono, como vimos na página 418) é o produto siderúrgico mais importante e de maior utilidade no mundo moderno. É obtido pela purificação do gusa, que pode ser feita por vários processos; atualmente o mais comum é o conversor a oxigênio, no qual um jato de oxigênio queima as impurezas do gusa, até chegar aos limites adequados ao aço (adiciona-se também um pouco de fundente, que reagirá com parte das impurezas, formando a escória correspondente). Vemos a seguir um esquema do conversor a oxigênio.
• a porcentagem de carbono: aços com teores baixos de carbono são mais maleáveis e dúcteis; aços com mais carbono são duros e tenazes;
• o tratamento térmico: chamamos de “tratamento térmico” ao aquecimento seguido de resfriamento do aço, com intensidades e velocidades variáveis; isso altera as propriedades do aço, pois modifica sua estrutura cristalina.
Dois exemplos de tratamento térmico importantes são:
• a têmpera: é o aquecimento seguido de um resfriamento rápido do aço; com esse tratamento, o aço fica mais “duro”, porém mais “quebradiço”;
• o recozimento: é o aquecimento seguido de um resfriamento mais lento do aço; com isso, ele fica mais elástico, porém menos “duro”.
O aço comum é utilizado na forma de:
• chapas (para automóveis, fogões, geladeiras; na construção civil);
• fios (arames, cabos, vergalhões para concreto);
• perfis (trilhos, vigas para construções, em várias formas);
• eixos (para máquinas e veículos).
O aço é também muito utilizado na produção de aços especiais ou aços-liga.
Separadas do lixo, as latas de aço precisam passar por um processo de limpeza em peneiras para a retirada de terra e outros contaminantes.
Depois, são prensadas em fardos e encaminhadas às indústrias recicladoras.
Os metais ferrosos são direcionados para as usinas de fundição, onde a sucata é colocada em fornos elétricos ou a oxigênio, aquecidos a 1.550 °C. Após atingir o ponto de fusão e chegar ao estado líquido, o material é moldado em tarugos e placas metálicas, que serão cortados na forma de chapas de aço.
A sucata demora somente um dia para ser reprocessada e transformada novamente em lâminas de aço que são reutilizadas em vários setores industriais – das montadoras de automóveis às fábricas de latinhas em conserva.
É um material que pode ser reciclado infinitas vezes, sem grandes perdas ou diminuição da qualidade.
Uma tonelada de aço reciclado representa uma economia de 1.140 kg de minério de ferro, 154 kg de carvão e 18 kg de cal.
Se o país reciclasse todas as latas de aço, em um ano:
• por volta de 900 mil toneladas de minério de ferro deixariam de ser retiradas de nossas reservas minerais, prolongando a vida útil dessas reservas;
• aproximadamente 8,6 milhões de m3 deixariam de ser ocupados em aterros;
• cerca de 240 milhões de kWh de energia elétrica seriam economizados, o equivalente ao consumo de 4 bilhões de lâmpadas de 60 W;
• quase 45 milhões de árvores de reflorestamento comercial, necessárias à produção de carvão vegetal usado como redutor do minério de ferro, seriam preservadas em seu ambiente.
Somente na cidade de São Paulo são jogadas diariamente no lixo 360 toneladas de latas de aço usadas.
Fonte: instituto ambientalista da cidade do rio de janeiro.
disponível em: <http://www.reviverde.org.br/aco.htm>. acesso em: fev. 2010.
Questões sobre as leituras Registre as respostas em seu caderno
87. Qual é o nome da metalurgia do ferro e do aço?
88. Qual é a composição do aço comum?
89. Quais são os componentes da “carga” de um alto-forno?
90. Quais são os produtos de um alto-forno?
91. Em que consiste um tratamento térmico do aço? A que ele visa?
92. Quais são as vantagens de reciclar sucatas de aço?
93. Pesquise qual a produção anual de minério de ferro no Brasil e em quais estados a produção está concentrada.
94. Pesquise quais são os impactos ambientais e sociais causados pela extração do minério de ferro. Discuta com seus colegas se deveríamos diminuir a extração desse minério devido aos impactos causados.