Obtenção de ferro

Ao nosso redor existem inúmeros objetos feitos de ferro, aço ou alguma outra liga metálica que contenha ferro. Por isso, é pouco provável que alguém não saiba que metal é esse. Porém, o ferro não é encontrado na sua forma metálica isolada, livre na natureza, mas sim na forma de seus minérios. Os principais minérios de ferro são:

• Hematita (Fe₂O₃);
• Magnetita (Fe₃O₄);
• Siderita (FeCO₃);
• Limonita (Fe₂O₃.H₂O);
• Pirita (FeS₂).

Através dos minérios existentes na natureza é possível obter os mais diversos metais, tais como a prata, o mercúrio, o cobre, o chumbo e o zinco. A metalurgia é a área que estuda essas transformações. Um dos ramos da metalurgia é a siderurgia (do grego “trabalho feito sobre o ferro”), que estuda as formas de obtenção do ferro e do aço a partir de seus minérios, sendo que a mais utilizada é a hematita, mostrada a seguir:

A siderurgia é muito antiga, surgiu entre 3000 e 2000 a.C., mas foi somente por volta de 1200 a.C. (época conhecida como “Idade do Ferro”) que o ferro passou a ser obtido em quantidades apreciáveis por meio de seus minérios. O processo mais empregado é o do alto-forno, que, de modo geral, obedece aos seguintes procedimentos:

• O alto-forno é carregado com carvão coque, que é queimado para aquecer esse forno;
• Coloca-se pela parte superior do alto-forno uma mistura do minério de ferro (hematita), calcário (CaCO₃) e carvão coque, que é um carvão rico em carbono. Essa mistura funciona como fundente, abaixando o ponto de fusão da hematita;

• É injetada na parte inferior do alto-forno uma corrente de ar quente. Ocorre, então, a combustão incompleta do carvão coque na presença do oxigênio molecular injetado, formando-se monóxido de carbono (CO):

2 C + O₂ → 2 CO

Muito antigamente, o minério de ferro e o carvão coque eram colocados em um buraco no chão e aquecidos, sendo que a entrada de ar era feita manualmente.

• O monóxido de carbono reage com a hematita (óxido de ferro - Fe₂O₃), originando óxido de ferro II (FeO) e dióxido de carbono;

3 Fe₂O₃ + CO → 2 Fe₂O₄+ CO₂

Fe₂O₄ + CO → 3 FeO + CO₂

• O óxido de ferro II reage com o monóxido de carbono, formando ferro metálico (Fe⁰) e dióxido de carbono:

FeO + CO → Fe +  CO₂

Essa é uma das duas camadas formadas no alto-forno, é a mais densa e esse ferro é chamado de ferro-gusa, que contém de 2% a 5% de carbono, sendo muito quebradiço.

Por meio dele, obtém-se o aço – liga metálica formada por aproximadamente 98,5% de ferro, 0,5 a 1,7% de carbono e traços de silício, enxofre e oxigênio. É usado em peças metálicas que sofrem elevada tração, pois é mais resistente à tração do que o ferro puro. O aço também tem maior dureza que o ferro e pode ser trabalhado pela forja, laminação e extrusão.

Além disso, o aço é uma liga usada para produzir outras ligas metálicas, como o aço inox, que é formado por 74% de aço, 18% de cromo e 8% de níquel. Por ser praticamente inoxidável, é usado em talheres, peças de carro, brocas, utensílios de cozinha e decoração. Graças a esses fatores, em 2008, a produção de aço superou em um bilhão de toneladas a do ferro no mundo todo.

• A camada menos densa que é formada no alto-forno é chamada de escória. Ela é formada quando o calcário se decompõe em CaO, CO_2­ e impurezas. O CaO reage com a sílica (impurezas do minério):

CaCO₃ → CaO + CO_2­

CaO + SiO₂ → CaSiO₃

Cada uma dessas camadas sai por condutos separados. A escória não é descartada, ela pode ser usada na produção de cimento.

• Para obter o ferro doce, que é o ferro purificado em praticamente 100%, utilizam-se várias técnicas. Uma delas consiste na injeção de gás oxigênio puro dentro do alto-forno, a elevadas pressões. Desse modo, o oxigênio reage com o carbono, que se transforma em dióxido de carbono e desprende-se do ferro, sendo removido.