Ferro - Ocorrência, obtenção industrial, propriedades e utilização
Erivanildo Lopes da Silva
O ferro, como o alumínio e o cobre, apresenta características (propriedades) bem peculiares: é pouco maleável, tem densidade de 7,86g/cm3 (1atm, 300k), e é pouquíssimo resistente à corrosão. Contudo, graças à interferência do homem, o ferro se tornou um metal bastante versátil - e, a partir dele, podemos confeccionar, por exemplo, panelas, portões, carcaças de máquinas e, principalmente, a liga de aço.
O ferro, na categoria de ferro-gusa (ferro fundido), é obtido a partir de seus minérios: hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), limonita (2Fe2O3.3H2O) e siderita (FeCO3). O princípio básico da formação do ferro se dá a partir da interação de seus minérios com o monóxido de carbono (CO) produzido pela combustão do carvão.
O processo de transformação desses minérios em ferro consiste na colocação de minério de ferro, carvão e calcário (carbonato de cálcio) no alto-forno:
Figura 1 - Esquema do alto-forno
Como mostra a figura acima, tanto o minério quanto o carvão (coque) são introduzidos no alto-forno pela parte superior. Então, a combustão do carvão produz energia térmica necessária para a produção do monóxido de carbono (CO). Este, por sua vez, reage com o minério.
Esquematizando, temos:
A hematita, assim como outros minérios de ferro, apresenta impurezas: areia (SiO2) e alumina (Al2O3). Então, no alto-forno também é adicionado calcário (CaCO3), com o único propósito de eliminar essas impurezas.
O calcário, devido ao calor do alto-forno, decompõe-se em óxido de cálcio (CaO) e gás carbônico:
Então, o óxido reage com as impurezas, formando a escória:
Todo esse processo pode ser representado por esta reação global:
Mesmo com todo o cuidado em eliminar as impurezas na forma de escória, ainda assim o ferro-gusa apresenta traços de alguns contaminantes: de 1,5 a 4,5% de carbono, de 0,7 a 3,0% de silício e de 0,1 a 0,3% de fósforo. Essa composição torna o ferro extremamente quebradiço.
Aço
Para eliminar essas impurezas, o ferro-gusa passa por outro processo (purificação), que acaba deixando praticamente 0,2% de carbono, um material de baixa dureza, o que o torna impróprio para confecção de diversos materiais, principalmente ferramentas industriais. Contudo, uma das ligas metálicas mais utilizadas pela humanidade, o aço, é obtida nessa purificação. Isso é possível graças ao controle da quantidade de carbono utilizada e de outros componentes.
Assim, produzem-se diversos tipos de aço, com as mais variadas propriedades, ou seja, a partir da adição de outros elementos ao aço obtemos ligas metálicas com características bem distintas.
Por exemplo: a liga de aço inoxidável é produzida pela adição de 1 a 22% de níquel (Ni) e de 4 a 27% de cromo (Cr). Essa liga é extremamente resistente à corrosão, um dos maiores males do metal ferro. O aço inox, como essa liga é conhecida, é utilizada para fazer talheres, panelas, lâminas de barbear, etc. Já as ligas produzidas com molibdênio (Mo) ou manganês (Mn), apresentam resistência térmica, servindo, então, para confecção de trilhos de trens, tesouras e demais ferramentas de corte.
Ferrugem
Como já foi apontado, o ferro sofre corrosão, o que, em termos químicos, significa oxidação. Esse fenômeno ocorre quando o metal, ou mesmo o aço (com exceção do inoxidável), interagem com gás oxigênio (O2), principalmente em meio úmido (presença de água). O fruto dessa interação é a oxidação do ferro, que podemos representar com o esquema a seguir:
De acordo com a equação acima, ocorre a "saída" dos elétrons , que migram para o oxigênio
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, que, por sua vez, sofre redução (ganho de elétrons). Nesse processo ocorre a formação do Fe(OH)2.Normalmente, o Fe(OH) 2 (hidróxido de ferro 2) oxida-se e forma Fe(OH) 3 (hidróxido de ferro 3). Como esse processo ocorre em meio úmido, a ferrugem é mais bem representada pela fórmula Fe2O3.3H2O. A presença de íons no processo pode contribuir para acelerar esse processo, o que explica a facilidade de enferrujamento nas regiões litorâneas.