METALURGIA E SIDERURGIA: A TRANSFORMAÇÃO DE MINÉRIO EM METAIS – 1º Ano 3º Bim. Professora: Elysângela
A descoberta rta da fusão dos mine inerai rais inau inaugu guro rou u uma uma nova nova etap etapa a na hist histor oria ia da huma humani nida dade de:: a Idad Idade e dos dos Meta Metais is.. Um dos dos even evento toss mais ais impo import rtan ante tess foi foi o iníc início io da exploração do ferro em grande escala, ocorrido por volt volta a de 1200 1200 a.C. a.C. a 1000 000 a.C., .C., nas montanhas da atual Armênia. Poucos metais são encontrados na natureza como substâncias simples: dentre eles estão o ouro ouro,, a prat prata a e o cobr cobre. e. No Norm rmal alme ment nte, e, os metais são extraídos de substâncias comp compos osta tas, s, prin princi cipa palm lmen ente te óxid óxidos os.. Esse Esse procedimento é possível graças à metalurgia, que associa os conhecimentos sobre a redução dos minerais para a obtenção dos metais. As substân substâncias cias naturais naturais encontra encontradas das na minerais. O crosta terrestre são denominadas minerais. petróleo, a areia, a água, o mármore, o ouro são são exem exempl plos os de miner inerai ais. s. Os agre agrega gado doss rochas. rochas natu naturai raiss de miner minerais ais são chama chamados dos . Tod Todav avia ia,, é com comum cham chamar ar uma uma roch rocha a de mineral ou minério. Os minérios são minerais com valor econômico, dos quais são extraídas substâncias que servirão de matéria-prima as indústrias. Normalmente, os metais podem ser enco encont ntra rado doss em dife difere rent ntes es miner inerai ais. s. Por Por exemplo, o alumínio está presente na bauxita, no coríndon, na criolita e difundido em rochas erupti eruptivas vas.. Como Como a bauxi bauxita ta é o minera minerall com maior ma ior teor teor de alumí alumínio nio,, é o ma mais is explor explorad ado o para a obtenção desse metal. O minério coríndon ocorre na natureza em duas formas: o límpido colorido, que dependendo da cor recebe o nome de safira (azul) ou rubi (vermelho), e o impuro, contendo como como princi principa pall impure impureza za o ferro. ferro. O corínd coríndon on impuro não tem grande valor comercial e é ampl am plam amen ente te em empr preg egad ado o na prod produç ução ão de esmeril, ou pedra de amolar. A tabe tabela la a segu seguir ir apre aprese sent nta a a rela relaçã ção o de alguns minérios e dos metais deles extraídos. ALGUNS MINERAIS E SEUS METAIS Minéri Metal Fórmula o básica* Hemati Ferro Fe2O3 ta Córido Alumíni Al2O3 n o Cuprita Cobre Cu2O Cinábri Mercúri HgS
o Blenda Galena Cassite rita Llmenit a Vanadit a Pirosuli ta Cromit a Dolomi ta
o Zinco Chumb o Estanh o Titânio
ZnS PbS SnO2 FeTiO3
Vanádi o Manga nês Cromo
Pb5CI(VO4)3
Magné sio
CaMg(CO3)2
MnO2 FeCr2O4
*A composição química dos minérios não é constante.
O desenvolvimento da Indústria Metalúrgica ao longo dos séculos foi permitind indo a fabricação de novos materiais. Prevê-se que no futu futuro ro serã serão o cria criada dass ligas ligas e ma mate teri riai aiss para para atender a novas necessidades. Em todo ess esse proce rocess sso o, os minér inério ioss – materiais baratos e abundantes – são tran transf sfor orma mado doss em liga ligass com com prop proprie rieda dade dess especificas – estas já são materiais caros e , muitas vezes, raros. Por isso, o desenvolvimento da indústria metalúrgica é de fundamental importância para o desen desenvol volvim viment ento o de um país, país, por por agregar agregar valor à sua matéria-prima . Procure comparar os valores de custo do minério de ferro e o do aço utilizado pela indústria automobilística. automobilística. O sub subsolo solo bras brasil ilei eiro ro é rico rico em recu recurs rsos os miner inerai aiss , poss possui uind ndo o enor enorm mes jazi jazida dass de minérios de ferro, alumínio, cobre, ouro, entre outros metais. A exploração dessas jazidas dá gran grande de reto retorn rno o fina financ ncei eiro ro ao país país,, poré porém m provoca muita devastação no ambiente. Para diminuir as agressões ambientais, governantes, ambi am bien enta tali list stas as e cida cidadã dãos os deve devem m reve reverr as formas de exploração dos recursos minerais e o grau de consumo, buscando soluções como a reciclagem e o aproveitamento aproveitamento de metais. Metalurgia A meta etalurg lurgia ia é o ram ramo da eng engenh enharia ria resp respon onsá sáve vell pelo peloss trat tratam amen ento toss físi físico coss e químicos aplicados aplicados a minérios para extração de seus metais. O proce rocessso ocorr corre e a part artir de rea reaçõe õess químicas dos óxidos e dos sais que os 1
originam, formas energeticamente mais estáveis. Essas reações são endotérmicas, isto é, para que os metais sejam obtidos, há consumo de energia, que geralmente é muito elevado, sendo o cobre uma das exceções.
R d eu ç ã o (m a ) e t a l u r g ie n+ o← t an l 0 Á d mt o M N
C d má o t e s m u c b o s m t O â p n→ x oiced s i ma uat çsa bãi
(c o) r r o s ã o
Uma etapa fundamental do processo metalúrgico envolve a reação química de redução. No caso de isolamento de substâncias como ferro, alumínio, estanho, zinco e manganês, a redução não é tão fácil, sendo necessário o aquecimento a altas temperaturas, em presença de substâncias redutoras. Como o ferro – constituintes de aproximadamente 5% da crosta terrestre – é o metal mais importante para as sociedades modernas, vamos estudar um pouco seu beneficiamento e produção. Os metais normalmente são encontrados nos minérios com o Nox positivo; se sofrer redução ele passa para seu estado metálico, na forma de substância simples. Trata-se do processo inverso da corrosão, quando o metal se oxida transformando-se em substância composta. Exemplos: Alumínio: Metal mais abundante da crosta terrestre, mas de alto custo de produção, é extraído da bauxita (Al2O3nH2O), tendo sido obtido pela primeira vez em 1825, pelo dinamarquês Hans Chirstian Orested (1771851). É amplamente utilizado, sendo empregado tanto na construção de aeronaves como em embalagens de alimentos (tetrapak). O Brasil é o quinto produtor mundial: 10 milhões de toneladas anuais. Ferro: Este metal , já trabalhado pelos hititas em 1300 a.C., é o mais utilizado atualmente, sendo extraído principalmente da hematita (Fe2O3). Embora seja de pouca utilidade quando puro, é extremamente importante para a industria quando misturado a carbono, amganes, crômio , etc. Cobre: Largamente usado pelo homem neopolitico na fabricação dos mais variados utensílios, em substituição à pedra, o cobre é extraído principalmente da calcopirita (CuFeS 2). Muito empregado na indústria eletrônica, por
sua condutibilidade elétrica , suas ligas são utilizadas desde a Pré-história. Ouro: O ouro, metal raro e nobre, foi por muito tempo o símbolo da riqueza dos países e ainda é o lastro de muitas moedas. Além da matéria-prima na fabricação de jóias, atualmente é empregado na produção de peças e dispositivos importantes, na aeronáutica, medicina e em outras áreas. No Brasil, o ouro explorado durante o período colonial sustentou o Reino de Portugal. Ainda hoje, é um dos poucos metais encontrados na forma de substâncias simples. Siderurgia A siderurgia é o ramo da metalurgia que trata especificamente do beneficiamento do ferro. Sua principal atividade é a produção de aço, que se tornou possível durante a Revolução Industrial, graças à invenção de fornos que permitiam eliminar impurezas do ferro e adicionar a ele substâncias que o tornassem resistentes a desgastes, impactos, corrosão, etc; Minérios contendo ferro associado a oxigênio e sílica são encontrados em toda a crosta terrestre. Na verdade, os minérios de ferro são constituídos de óxidos de ferro misturados a areia. Na siderurgia, o ferro é aquecido em altosfornos, com aproximadamente 40 metros de altura, na presença de carvão, oxigênio e calcário. Comentários: O ouro , o cobre , a platina e a prata podem ser encontrados na natureza na forma de substâncias simples , por apresentarem baixa tendência de sofrer reações de oxidação. O desenvolvimento industrial do país depende essencialmente da indústria siderúrgica, pois dela obtém-se o aço que será usado na fabricação das máquinas.
2
Nota: O alto-forno é alimentado com minério de ferro, carvão, calcário e ar. O calor da combustão do carvão favorece outras reações químicas. Como produtos, são obtidos, gás carbônico, ferro fundido e escória ( resíduo). O carvão tem duas funções: combustível que permite alcançar altas temperaturas, necessárias à fusão do minério , e agente redutor que transforma o minério em ferro metálico. Em função da temperatura, ocorrem diferentes reações em diferentes alturas do alto-forno. A figura anterior representa o funcionamento desses altos-fornos. Do ponto de vista de nosso estudo, a reação mais importante é a representada pela equação:
03. Por que as indústrias mineradoras causam devastação de florestas? O que poderia ser feito para minimizar esse problema? 04. Por que o minério de ferro é tão importante para a indústria? 05. Apesar de ser relativamente raro na crosta terrestre, o cobre é utilizado na industria de equipamentos elétricos. Por que não utilizar outros metais, já que este é tão raro? 06. Por que o ferro é tão importante para nossa civilização? 07. Qual é a função da siderurgia e da metalurgia na obtenção dos metais?
Fe2O3(I) + 3 CO(g) → 2 Fe(I) + 3 CO2(g) Nessa reação, o íon ferro é reduzido de três a zero. Ou seja, ganha três elétrons e deixa de ter carga 3+, passando a ter carga nula. Simultaneamente , o carbono é oxidado, passando o seu número de oxidação de 2+ a 4+. A mesma quantidade recebida pelos átomos de ferro. O ferro produzido no alto-forno é chamado de ferro gusa e o resíduo dessa produção, rico em calcário, sílica e outras impurezas, chamado de escória, serve de matéria-prima para a fabricação de cimento. A seguir, o ferro gusa fundido é levado à aciaria onde é refinado e transformado em aço para ser laminado, dando origem a chapas grossas e finas, bobinas, vergalhões, arames, perfilados , barras , etc. No atual estágio de desenvolvimento tecnológico, é impossível imaginar o mundo sem o uso de ferro fundido e de aço. Comentários: O aço inoxidável contém crômio e níquel, o que lhe dá grande resistência a corrosão. O ferro gusa contém carbono, silício, manganês, crômio e níquel, e sua alta resistencia o torna ideal para a construção de blocos de motores. Pense, debata e entenda. 01. Como os metais encontrados na natureza?
são
normalmente
02. Apesar de o alumínio ser o metal mais abundante da natureza, quase 100% dos produtos confeccionados com esse metal são reciclados. Qual a importância desse procedimento para a economia e para o meio ambiente?
3
