Obtenção do ferro metálico em siderúrgicas

Prévia do material em texto

Obtenção do ferro 
metálico em siderúrgicas 
Disciplina: Química Inorgânica
Acadêmicos: Débora Soares; Eduarda Pessel; Laura Barcelos
 Não há como como obter o ferro na sua forma pura diretamente da natureza, para adquirir é
preciso que seja extraído de minérios de ferros1.
 Metalúrgica: área que faz a extração de metais2;
 Siderúrgica: área que faz a extração especialmente do ferro2.
Introdução
O ferro é um elemento químico de número atômico igual a 26,
massa molar de 55,845 g/mol, ponto de fusão de 1535 ºC e ponto de
ebulição de 2862 ºC1.
1- Medeiros, M.A. Ferro. Química Nova na Escola, São Paulo, v.32, n.3, p.208-209, 2010.
2- MACEDO PEREIRA, Fernanda; KRAUSE DE VERNEY, José Carlos; LENZ, Denise Maria. Avaliação do emprego de carepa de aço como agregado miúdo em concreto. Rem: Revista Escola de Minas, v. 64, n. 4, 2011.
 Na natureza, o ferro ocorre principalmente em
compostos como a hematita (Fe2O3),
magnetita (Fe3O4), siderita (FeCO3), limonita
(Fe2O3 .H2O) e pirita (FeS2 ), sendo a hematita
o mais utilizado, uma vez que é o mais
abundante na terra3.
 As porcentagens de ferro nos minérios variam
de 48% na siderita e 70% a 72% na hematita e
magnetita, respectivamente. A hematita é utilizada para a obtenção do aço
(principal produto comercial do ferro), além,
assim como a magnetita, de ser utilizada como
catalisador de processos químicos3.
3- Medeiros, M.A. Ferro. Química Nova na Escola, São Paulo, v.32, n.3, p.208-209, 2010.
Fonte: http://www.mmgerdau.org.br/descubra/inventario-
mineral/hematita/
Fonte: http://www.mmgerdau.org.br/descubra/inventario-mineral/hematita/
 Todos os minérios citados possuem oxigênio em sua fórmula
molecular, logo, para obter o ferro, é necessário eliminar o
oxigênio presente, esta eliminação é feita em alto-forno4.
 Esse processo reduz os óxidos contidos nos minerais de ferro e
separam as impurezas que o acompanham5.
 Consiste em queimar o combustível para aquecer o forno,
colocar na parte superior o minério, o coque e o fundente e
injetar na parte inferior uma corrente de ar quente que reduz o
minério, formando duas camadas: a gusa e a escória5.
Fonte: http://www.seilnacht.com/Lexikon/hochofen.html
Processo
4- DE ARAÚJO, Luiz Antônio. Manuel de siderurgia. Arte & Ciência, 2005.
5- ISERMANN, Arimin. O processo do alto-forno e a produção de aço, 2002.
 As escórias se formam pela fusão das impurezas do minério de ferro, juntamente com a adição 
de fundentes (calcário e dolomita) e as cinzas do coque (carvão mineral). 
 Dentre as camadas formadas dentro do alto-forno, temos a gusa, parte mais densa, que contem 
cerca de 2% a 5% de carbono e quase não é usada de forma direta. Há também a escória, parte 
menos densa que se forma quando o calcário se decompõe, não é descartado e pode ser usado 
na produção de cimento.
 O fundente usado é o calcário (CaCO3) e junto com o coque, atuam como mistura para baixar o 
ponto de fusão da hematita e facilitar o processo de obtenção do ferro.
 O carvão coque é um subproduto do carvão mineral
e seu processo, conhecido como coqueificação,
consiste em submeter o mesmo a altas
temperaturas na ausência de oxigênio. O produto
final é o coque, que é um resíduo sólido e poroso6.
 Como o coque possui uma concentração de
carbono inferior à desejada, para isso o mesmo
passa por uma purificação que consiste na
destilação das impurezas do coque. Ele é aquecido a
1300°C por 16h, removendo assim as impurezas por
volatização e vaporização6.
Na redução do minério de ferro, o mesmo
juntamente com a combinação de oxigênio e
calcário produz o dióxido de carbono, ferro e
escória7.
Fonte: http://telosworld.com/wp-content/uploads/2015/03/Coque-Metal_01.jpg
6-SILVA, Guilherme Liziero Ruggio da. Otimização da mistura de carvões na produção de coque metalúrgico. 2011.
7-SÁLVIO, Filipe Esteves Cortes; MEDINA, H. V. Produção sustentável de aço no Brasil. Anais da XIV Jornada de Iniciação 
Cientifica da CETEM.MCT/CETEM, 2008
Carvão Coque
 Quando o ferro passa pelos altos-fornos, o ferro-gusa é
produzido, no qual contém em sua composição 2 a 5% de
carbono. Isto torna o ferro quebradiço e por isso a partir
do ferro-gusa é possível produzir o aço8.
 Para a obtenção do aço, antes é necessário que o ferro
passa por uma purificação que consiste na injeção do gás
oxigênio no interior do alto-forno. Desta maneira, o
carbono reage com o oxigênio formando o dióxido de
carbono(CO2), que é um gás que se desprende, separando-
se do ferro8.
 Com o ferro em uma concentração de carbono de 0,5 a
1,7%, pode-se, assim, produzir o aço, o qual possui maior
dureza e elevada resistência por conta da menor
porcentagem de carbonos em sua composição8.
Aço
O aço é uma liga metálica composta por
aproximadamente 98,5% de Fe (ferro), 0,5 a 1,7%
de C (carbono) e traços de Si (silício), S (enxofre)
e P (fósforo)8.
Fonte: http://www.acosporte.com.br/barra-aco-redonda
8-SÁLVIO, Filipe Esteves Cortes; MEDINA, H. V. Produção sustentável de aço no Brasil. Anais da XIV Jornada de Iniciação Cientifica da CETEM.MCT/CETEM, 2008
2C + O2 
Reações
2CO
Fe2O3+ 3CO 2Fe + 3CO2
 Queima do carvão coque
 Redução da hematita
CaCO3 CaO + CO2
CaO + SiO2 CaSiO3
2Fe2O3 + 6C + 3O2 4Fe + 6CO2
 Decomposição do calcário
 Produção do aço
 Formação da escória