Trabalho Processos de Obtenção de ferro e cobre

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Monsenhor Honório Heinrich Bernardes Nache 
 
 
 
Disciplina/Química: Processos para obtenção de 
ferro e cobre 
 
 
Profº Aílton Petroni 
 
 
 
 
Aluno: Tiago Julliano Roberto 
 
 
 
 
 
1º Ano – Ensino Médio 
2018 
Introdução 
O ferro é um elemento químico, símbolo Fe, de número atômico 26 (26 prótons 
e 26 elétrons) e massa atômica 56 u. À temperatura ambiente, o ferro encontra-
se no estado sólido. É extraído da natureza sob a forma de minério de ferro 
que, depois de passado para o estágio de ferro-gusa, através de processos de 
transformação, é usado na forma de lingotes. Controlando-se o teor de carbono 
(o carbono ocorre de forma natural no minério de ferro), dá-se origem a várias 
formas de aço. 
Este metal de transição é encontrado no grupo 8 (VIIIB) da Classificação 
Periódica dos Elementos. É o quarto elemento mais abundante da crosta 
terrestre (aproximadamente 5%) e, entre os metais, somente o alumínio é mais 
abundante. 
É um dos elementos mais abundantes do Universo; o núcleo da Terra é 
formado principalmente por ferro e níquel (NiFe). Este ferro está em uma 
temperatura muito acima da temperatura de Curie do ferro, dessa forma, o 
núcleo da Terra não é ferromagnético. 
O ferro tem sido historicamente importante, e um período da história recebeu o 
nome de Idade do Ferro. O ferro, atualmente, é utilizado extensivamente para a 
produção de aço, liga metálica para a produção de ferramentas, máquinas, 
veículos de transporte (automóveis, navios, etc), como elemento estrutural de 
pontes, edifícios, e uma infinidade de outras aplicações. 
 
Desenvolvimento 
Existem evidências de que o ferro era conhecido antes de 5000 a.C. Os mais 
antigos objetos feitos de ferro usado pela humanidade são alguns enfeites de 
siderito, feitos no Egito em aproximadamente 4000 a.C. A descoberta da 
fundição por volta de 3000 a.C. levou ao início da Era do Ferro por volta de 
1200 a.C. e ao uso proeminente de ferro para ferramentas e armas. 
Cada vez mais objetos de ferro, datados entre o segundo e terceiro milênio 
antes de Cristo, foram encontrados (estes se distinguem do ferro proveniente 
dos meteoritos pela ausência de níquel) na Mesopotâmia, Anatólia e Egito. 
Entretanto, seu uso provável destinou-se a fins cerimoniais, por ter sido um 
metal muito caro, mais do que o ouro na época. Algumas fontes sugerem que 
talvez o ferro fosse obtido como subproduto da obtenção do cobre. 
Entre 1600 e 1200 a.C., observou-se um aumento de seu uso no Oriente 
Médio, porém não como substituto ao bronze. 
Entre os séculos XII e X antes de Cristo, ocorreu uma rápida transição no 
Oriente Médio na substituição das armas de bronze para as de ferro. Esta 
rápida transição talvez tenha ocorrido devido a uma escassez de estanho, e 
devido a uma melhoria na tecnologia para trabalhar com o ferro. 
Este período, que ocorreu em diferentes ocasiões segundo o lugar, denominou-
se Idade do ferro, substituindo a Idade do bronze. Na Grécia iniciou-se por 
volta do ano 1000 a.C., e não chegou à Europa ocidental antes do século VII 
a.C.. 
A substituição do bronze pelo ferro foi paulatina, pois era difícil produzir peças 
de ferro: localizar o mineral, extraí-lo, proceder a sua fundição a temperaturas 
altas e depois forjá-lo. 
Na Europa central, surgiu no século IX a.C. a "cultura de Hallstatt" substituindo 
a "cultura dos campos de urnas", que se denominou "Primeira Idade do Ferro", 
pois coincide com a introdução do uso deste metal. Aproximando-se do ano 
450 a.C., ocorreu o desenvolvimento da "cultura da Tène", também 
denominada "Segunda Idade do Ferro". O ferro era usado em ferramentas, 
armas e joias, embora se continue encontrando objetos de bronze. 
Junto com esta transição de bronze ao ferro descobriu-se o processo de 
"carburação", que consiste em adicionar carbono ao ferro. O ferro era obtido 
misturado com a escória contendo carbono ou carbetos, e era forjado retirando-
se a escória e oxidando o carbono, criando-se assim o produto já com uma 
forma. Este ferro continha uma quantidade de carbono muito baixa, não sendo 
possível endurecê-lo com facilidade ao esfriá-lo em água. Observou-se que se 
podia obter um produto muito mais resistente aquecendo a peça de ferro 
forjado num leito de carvão vegetal, para então submergi-lo na água ou óleo. O 
produto resultante, apresentando uma camada superficial de aço, era menos 
duro e mais frágil que o bronze. 
Na China, o primeiro ferro utilizado também era proveniente dos meteoritos. 
Foram encontrados objetos de ferro forjado no noroeste, perto de Xinjiang, do 
século VIII a.C.. O procedimento utilizado não era o mesmo que o usado no 
Oriente Médio e na Europa. 
Nos últimos anos da Dinastia Zhou (550 a.C.), na China, se conseguiu obter 
um produto resultante da fusão do ferro (ferro fundido). O mineral encontrado 
ali apresentava um alto conteúdo de fósforo, com o qual era fundido em 
temperaturas menores que as aplicadas na Europa e outros lugares. Todavia, 
durante muito tempo, até a Dinastia Qing (aos 221 a.C.), o processo teve uma 
grande repercussão. 
O ferro fundido levou mais tempo para ser obtido na Europa, pois não se 
conseguia a temperatura necessária. Algumas das primeiras amostras foram 
encontradas na Suécia, em Lapphyttan e Vinarhyttan, de 1150 a 1350 d.C. 
Na Idade Média, e até finais do século XIX, muitos países europeus 
empregavam como método siderúrgico a "farga catalana". Obtinha-se ferro e 
aço de baixo carbono empregando-se carvão vegetal e o minério de ferro. Este 
sistema já estava implantado no século XV, conseguindo-se obter temperaturas 
de até 1200 °C. Este procedimento foi substituído pelo emprego de altos-
fornos. 
No princípio se usava carvão vegetal para a obtenção de ferro, como fonte de 
calor e como agente redutor. No século XVIII, na Inglaterra, o carvão vegetal 
começou a escassear e tornar-se caro, iniciando-se a utilização do coque, um 
combustível fóssil, como alternativa. Foi utilizado pela primeira vez por 
Abraham Darby, no início do século XVIII, construindo em Coalbrookdale um 
"alto-forno". Mesmo assim, o coque só foi empregado como fonte de energia na 
Revolução industrial. Neste período a procura foi se tornando cada vez maior 
devido a sua utilização, como por exemplo, em estradas de ferro. 
O alto-forno foi evoluindo ao longo dos anos. Henry Cort, em 1784, aplicou 
novas técnicas que melhoraram a produção. 
Em finais do século XVIII e início do século XIX começou-se a empregar 
amplamente o ferro como elemento estrutural em pontes, edifícios e outros. 
Entre 1776 e 1779 se construiu a primeira ponte de ferro fundido por John 
Wilkinson e Abraham Darby. Na Inglaterra foi empregado pela primeira vez o 
ferro na construção de edifícios por Mathew Boulton e James Watt, no princípio 
do século XIX. Também são conhecidas outras obras deste século, como por 
exemplo, o "Palácio de Cristal" construído para a Exposição Universal de 1851 
em Londres, do arquiteto Joseph Paxton, que tem uma armação de ferro, ou a 
Torre Eiffel, em Paris, construída em 1889 para a Exposição Universal, onde 
foram utilizadas milhares de toneladas de ferro. 
Aplicações 
O ferro é o metal mais usado, com 95% em peso da produção mundial de 
metal. É indispensável devido ao seu baixo preço e dureza, especialmente 
empregado em automóveis, barcos e componentes estruturais de edifícios. 
O aço é a liga metálica de ferro mais conhecida, sendo este o seu uso mais 
frequente. Os aços são ligas metálicas de ferro com outros elementos, tanto 
metálicos quanto não metálicos, que conferem propriedades distintas ao 
material. É considerada aço uma liga metálica de ferroque contém menos de 
2% de carbono; se a percentagem é maior recebe a denominação de ferro 
fundido. 
As ligas férreas apresentam uma grande variedade de propriedades mecânicas 
dependendo da sua composição e do tratamento aplicado. 
Os aços são ligas metálicas de ferro com concentrações máximas de 2% em 
peso de carbono, aproximadamente. O carbono é o elemento de ligação 
principal, porém os aços contêm outros elementos. Dependendo do seu 
conteúdo em carbono são classificados em: 
Aços baixos em carbono. Contêm menos de 0,25% de carbono em peso. Não 
são tão duros nem tratáveis termicamente, porém dúcteis. São utilizados em 
veículos, tubulações, elementos estruturais e outros. Também existem os aços 
de alta resistência com baixa liga de carbono, que, entretanto, contêm outros 
elementos fazendo parte da composição, até uns 10% em peso; apresentam 
maior resistência mecânica e podem ser trabalhados facilmente. 
Aços médios em carbono. Entre 0,25% e 0,6% de carbono em peso. Para 
melhorar suas propriedades são tratados termicamente. São mais resistentes 
que os aços baixos em carbono, porém menos dúcteis, sendo empregados em 
peças de engenharia que requerem uma alta resistência mecânica e ao 
desgaste. 
Aços altos em carbono. Entre 0,60% e 1,4% de carbono em peso. São os mais 
resistentes, entretanto, os menos dúcteis. Adicionam-se outros elementos para 
que formem carbetos, por exemplo o carbeto de tungstênio (WC), quando é 
adicionado à liga o tungstênio. Estes carbetos são mais duros, formando aços 
utilizados principalmente para a fabricação de ferramentas. 
Um dos inconvenientes do ferro é que se oxida com facilidade. Existe uma 
série de aços aos quais se adicionam outros elementos ligantes, principalmente 
o crômio, para que se tornem mais resistentes à corrosão. São os chamados 
aços inoxidáveis. 
Quando o conteúdo de carbono da liga é superior a 2,1% em peso, a liga 
metálica é denominada ferro fundido. Estas ligas apresentam, em geral, entre 
3% e 4,5% de carbono em peso. Existem diversos tipos de ferros fundidos: 
cinzento, esferoidal, branco e maleável. Dependendo do tipo apresenta 
aplicações diferentes: em motores, válvulas, engrenagens e outras. 
Por outro lado, os óxidos de ferro apresentam variadas aplicações: em 
pinturas, obtenção de ferro, e outras. A magnetita (Fe3O4) e o óxido de ferro III 
(Fe2O3) têm aplicações magnéticas. 
Abundância e obtenção 
É o metal de transição mais abundante da crosta terrestre, e quarto de todos os 
elementos. Também é abundante no Universo, tendo-se encontrados 
meteoritos que contêm este elemento. O ferro é encontrado em numerosos 
minerais, destacando-se: 
A hematita (Fe2O3), a magnetita (Fe3O4), a limonita [FeO(OH)], a siderita 
(FeCO3), a pirita (FeS2) e a ilmenita (FeTiO3). 
Pode-se obter o ferro a partir dos óxidos com maior ou menor teor de 
impurezas. Muitos dos minerais de ferro são óxidos. 
A redução dos óxidos para a obtenção do ferro é efetuada em um forno 
denominado alto-forno ou forno alto. Nele são adicionados os minerais de ferro, 
em presença de coque, e carbonato de cálcio, CaCO3, que atua como 
escorificante. 
No processo de obtenção, geralmente é usada a hematita, que apresenta 
ponto de fusão de 1560 °C. Para que essa temperatura seja diminuída, é 
adicionado o carbonato de cálcio (CaCO3). Além de promover a redução do 
ponto de fusão da hematita, ele atua reagindo com impurezas presentes, como 
o dióxido de silício (SiO2), formando o metassilicato de cálcio (CaSiO3), 
conhecido como escória. O coque (carbono amorfo, com mais de 90% de 
pureza) é usado para promover a redução da hematita, transformando o Fe3+ 
em Fe(s). Inicialmente, o coque, em presença de excesso de O2 fornecido pelo 
ar, reage produzindo CO2. O dióxido de carbono assim produzido, e também o 
proveniente do carbonato de cálcio, reagem com o coque que é 
constantemente adicionado ao alto-forno, produzindo CO. Este, por fim, será o 
responsável por reagir com o Fe2O3, produzindo Fe(s) e CO2 
Tanto o excesso como a deficiência de ferro podem causar problemas no 
organismo. O excesso de ferro é chamado de hemocromatose, enquanto que a 
sua deficiência é conhecida como anemia. A palavra anemia, apesar de estar 
popularmente associada à carência de ferro no organismo, não é utilizada 
unicamente para ela. Para a carência de ferro no organismo, cabe o nome 
específico de anemia ferropriva. Nas transfusões de sangue são usados 
ligantes que formam com o ferro complexos de alta estabilidade, evitando que 
ocorra uma queda demasiada de ferro livre. Estes ligantes são conhecidos 
como sideróforos. Muitos organismos empregam estes sideróforos para captar 
o ferro de que necessitam. Também podem ser empregados como antibióticos, 
pois não permitem ferro livre disponível. 
Sua carência nos humanos pode causar, além da anemia, anorexia, 
sensibilidade óssea e a clima frio, prisão de ventre, distúrbios digestivos, 
tontura, fadiga, problemas de crescimento, irritabilidade, inflamação da língua. 
Seu excesso (em nível de nutriente) nos humanos pode causar: igualmente 
anorexia, tontura, fadiga e dores de cabeça. 
Transformações Químicas na Produção de Ferro e Cobre 
A produção de ferro se da a partir de minérios de ferro. 
Os minerais que contêm ferro em quantidade apreciável são os óxidos, 
carbonatos, sulfetos e silicatos. Os mais importantes são os óxidos. 
Esses minérios são levados ao alto-forno em presença de carvão onde ocorre 
asreações. Simplificadamente temos: 
Inicialmente o carbono reage com o O2 pela seguinte reação: 
C + O2 → CO2 
A grande quantidade de calor eleva a temperatura do alto-forno. 
Nessas condições o CO2, ao entrar em contato com o coque incandescente, 
decompõe-se: 
pela reação: CO2 + C → 2CO 
O CO originado é o agente redutor. 
Além do CO como agente redutor, o próprio carbono do carvão atua nesse 
sentido. 
A redução do minério de ferro pode ser assim representada: 
3Fe + C → Fe3C 
3Fe + 2CO → Fe3C + CO2 
Ferro δ: 1400 - 1539 °C: apresenta uma rede cúbica centrada no corpo. 
Redução dos minerais que são óxidos: 
Inicialmente, os óxidos de ferro são reduzidos na parte superior do alto-forno, 
parcial ou totalmente, com o monóxido de carbono, já produzindo ferro 
metálico. Exemplo: redução da magnetita: 
Fe3O4 + 3 CO → 3 FeO + 3 CO2 
FeO + CO → Fe + CO2 
Posteriormente, na parte inferior do alto-forno, onde a temperatura é mais 
elevada, ocorre a maior parte da redução dos óxidos com o coque (carbono): 
Fe3O4 + C → 3 FeO + CO 
O carbonato de cálcio se decompõe: 
CaCO3 → CaO + CO2 
e o dióxido de carbono é reduzido com o coque a monóxido de carbono, como 
visto acima. 
Na parte mais inferior do alto-forno ocorre a carburação: 
3 Fe + 2 CO → Fe3C + CO2 
Processos de enriquecimento: 
Finalmente ocorre a combustão e a dessulfuração (eliminação do enxofre) 
devido à injeção de ar no alto-forno, e por último são separadas as frações: a 
escória do ferro fundido, que é a matéria-prima empregada na indústria do aço. 
O ferro obtido pode conter muitas impurezas não desejáveis, sendo necessário 
submetê-lo a um processo de refinação que pode ser realizado em fornos 
chamados convertedores. 
Em 2004, os cinco países maiores produtores de ferro eram a China, o Brasil, a 
Austrália, a Africa e a Rússia, com 74% da produção mundial. 
Precauções 
O ferro em excesso é tóxico. O ferro reage com peróxido produzindo radicais 
livres. A reação mais importante é: 
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH- + OH• 
Porém esta mesma reação pode ter aplicação científica e industrial, na 
chamada Reação de Fenton. 
Quando o ferro se encontra nos níveis normais, os mecanismos antioxidantesdo organismo podem controlar este processo. 
A dose letal de ferro em crianças de 2 anos é de 3 gramas. 1 grama pode 
provocar um envenenamento importante. 
O envenenamento por ferro é denominado hemocromatose. O ferro em 
excesso se acumula no fígado, provocando danos neste órgão. 
 
Processos de obtenção de cobre 
O cobre é o metal não ferroso mais utilizado, após o alumínio. O interesse na 
extração e obtenção deste metal é, portanto, notório, assim como a 
necessidade de que o processo de obtenção seja viável técnica e 
economicamente. Os principais tipos de ocorrência de cobre são os minérios 
sulfetados, oxidados e os de ocorrência mista (óxidos, hidróxidos e 
carbonatos). 
Nas regiões mais profundas dos depósitos de cobre são encontrados os 
sulfetos primários, ou seja, a calcopirita que é o mineral mais abundante e mais 
refratário à maioria dos processos hidrometalúrgicos. Dessa forma, minérios 
calcopiríticos são usualmente concentrados por flotação e processados por 
técnicas pirometalúrgicas. O minério oxidado de cobre está localizado na zona 
de aeração (zona de oxidação) acima da superfície do lençol freático, onde as 
presenças de oxigênio e gás carbônico, atmosféricos, causam a oxidação total 
do minério primário. 
É a porção de minério mais superficial na mina contendo, geralmente, baixo 
teor de cobre. Nesse caso, o cobre pode ser recuperado metalurgicamente por 
lixiviação ácida ou amoniacal. Na maioria das vezes, quando conduzida de 
maneira não específica, esta lixiviação resulta em grande consumo de 
reagentes, alta dissolução de impurezas e recuperação incompleta do cobre. 
Os principais minerais portadores do metal encontrados nos minérios oxidados 
na região norte do Brasil são: filossilicatos, óxidos de manganês, oxi-hidróxidos 
de ferro e cobre. 
Os minérios de transição de cobre são encontrados na porção intermediária 
entre o minério oxidado e o minério primário. Como citado, o minério primário 
(sulfetado) é oxidado, na parte superior da mina, a hidróxidos e/ou sulfatos; o 
cobre solubilizado percola o corpo mineral e, em contato com o minério 
sulfetado em zonas inferiores, precipitam-se os sulfetos secundários de cobre 
(calcocita, covelita e bornita), criando uma zona intermediária, conhecida como 
zona de transição ou de saturação, que define a interface entre os níveis 
superior e inferior do lençol freático local. As condições desta região propiciam 
a estabilidade de sulfetos com maiores teores de cobre, e também do cobre 
nativo. Os principais minerais portadores de cobre, além dos sulfetos 
secundários, nos minérios de transição típicos da região norte são: clorita e 
biotita. 
Conclusão 
Tanto o excesso como a deficiência de ferro podem causar problemas no 
organismo. O envenenamento por ferro é chamado de hemocromatose. Nas 
transfusões de sangue são usados ligantes que formam com o ferro complexos 
de alta estabilidade, evitando que ocorra uma queda demasiada de ferro livre. 
Estes ligantes são conhecidos como sideróforos. Muitos organismos empregam 
estes sideróforos para captar o ferro que necessitam. Também podem ser 
empregados como antibióticos, pois não permitem ferro livre disponível. 
O ferro tem sido historicamente importante, e um período da história recebeu o 
nome de Idade do ferro. 
O ferro, atualmente, é utilizado extensivamente para a produção de aço, liga 
metálica fundamental na produção de ferramentas, máquinas, veículos de 
transporte (automóveis, navios, etc), como elemento estrutural (de pontes, 
edifícios, etc), e infinidade de outras aplicações. 
O diagnóstico de lixiviação é capaz de mostrar o potencial de lixiviação de um 
minério de cobre, no qual o elemento estava contido dominantemente em 
biotita e subordinadamente, em óxidos de manganês e oxi-hidróxidos de cobre. 
Devido a sua mineralogia particular, o minério estudado apresentou baixos 
valores de extração do metal no ensaio padrão de cobre solúvel sequencial 
(60,5%), em comparação ao valor de 96% obtido aplicando o diagnóstico de 
lixiviação proposto nesse estudo. O acréscimo de uma etapa de lixiviação 
redutora permitiu a dissolução do cobre contido nos minerais de manganês, 
como ganhos importantes na extração global do elemento. Embora não defina 
uma rota metalúrgica para o minério em estudo, o diagnóstico de lixiviação 
proposto sinaliza as condições ideais em que devem ocorrer as melhores taxas 
de extração do metal. 
 
Anexo I 
 
A História da Tabela Periódica 
A história da tabela periódica começa em 1817 com a "lei das tríades" de 
Johann Wolfgang Döbereiner e termina com a disposição sistemática de Dmitri 
Mendeleev e Lothar Meyer dos elementos químicos demonstrando a 
periodicidade dos mesmos em uma tabela organizada. Teorias para explicar a 
matéria foram elaboradas pelos filósofos gregos ainda na Antiguidade, pelo 
qual postulava-se que toda a matéria era formada a partir de quatro elementos 
que poderiam ser transformados um no outro, conceito explorado pela 
alquimia. 
A partir da separação da alquimia da química no século XVI, e posteriormente 
o trabalho de Antoine Lavoisier que incluiu a organização de uma lista com os 
elementos conhecidos até a época, foram iniciados os avanços científicos para 
definição e compreensão da matéria. Durante os anos seguintes, um grande 
volume de conhecimento relativo às propriedades dos elementos e seus 
compostos foram adquiridos pelos químicos. 
Com o aumento do número de elementos descobertos, os cientistas iniciaram a 
investigação de modelos para reconhecer as propriedades e desenvolver 
esquemas de classificação. A primeira tentativa foi as tríades de Döbereiner, 
grupos de três elementos com propriedades similares, ideia que foi expandida 
por outros cientistas. O primeiro modelo organizado que contemplava todos os 
elementos foi o parafuso telúrico de Chancourtois, porém sua teoria não teve 
aceitação inicial. Newlands e Odling também publicaram tabelas que 
demonstravam periodicidade, mas sem aceitação acadêmica. 
A primeira tabela a ter aceitação entre os químicos foi elaborada por Dmitri 
Mendeleev em 1869, que demonstrava avanços em relação às tentativas de 
seus antecessores como, por exemplo, a previsão das propriedades de 
elementos ainda a serem descobertos. Lothar Meyer também havia publicado 
uma tabela similar concomitantemente, que posteriormente recebeu 
reconhecimento científico. Esta versão da tabela de Mendeleev foi aprimorada 
ao longo do tempo para contemplar os elementos que vieram a ser 
descobertos até atingir o formato padrão da atualidade. 
 
Referências 
A História da Tabela Periódica. Disponível em: 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Hist%C3%B3ria_da_tabela_peri%C3%B3dica – 
Acesso em: 19/11/2018 
IBRAM. Instituto Brasileiro de Mineração. Ferro. Disponível em: 
<http://www.ibram.org.br/sites/1300/1382/00000039. pdf>. Acesso em 19 nov. 
2018. 
MARÇAL E. Procedimento para cobre solúvel. Vale S/A. Belo Horizonte, 2012. 
19p. 
MARÇAL, E., SOUZA G. Procedimento para ensaio de diagnóstico de lixiviação 
de minérios ou rejeitos de lixiviação de ouro. Vale S/A. Belo Horizonte. 2010. 
23p. 
Processos de Obtenção de ferro e cobre. Disponível em: 
https://brasilescola.uol.com.br/quimica/ferro.htm - Acesso em: 19/11/2018 
A História do Ferro. Disponível em: https://pt.wikipedia.org/wiki/Ferro - Acesso 
em: 19/11/2018