A química do ferro, alumínio e cobre

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA BAHIA
CAMPUS EUNÁPOLIS
THAUANA SILVA AMARAL
TRABALHO DE QUÍMICA
Eunápolis – BA
2018
 
 INTRODUÇÃO
Esse presente trabalho tem como objetivo, apresentar três elementos (ferro, alumínio e bronze) metálicos, extremamente essenciais no cotidiano de todo ser humano. Nele é abordado cada passo de produção desses materiais, desde o processo minerador, até ele estar em sua forma de metal.
 Não é um processo simples, muito pelo contrário, o processo da transformação do minério em metal é muito trabalhoso e custoso, tanto pra área econômica, quanto pra ambiental. Por isso que através de pesquisas, esse trabalho busca trazer informações sobre quatro principais tópicos a serem considerados nesse processo: a origem do metal, obtenção do metal, os impactos ambientais e a sua reciclagem. 
FERRO
Sobre o elemento
O ferro, um metal de elemento Fe (número atômico 26 e massa atômica 56 u), de cor acinzentada que possui estados de oxidação +2 e +3 com características como tenacidade e maleabilidade, é encontrado no estado sólido em temperatura ambiente e é um dos elementos com um dos melhores custos benefícios, já que é encontrado de forma abundante nos diversos tipos de rochas. É o metal de transição mais encontrado na crosta terrestre e também no universo, pois se pode achar grandes quantidades de ferro nos meteoritos. 
Obtenção
O ferro se encontra em seu estado puro, em geral, ele está combinado com o oxigênio, na forma de óxidos de ferro, como a hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), siderita (FeCO3) e limonita (Fe2O3.H2O). Para esses minérios se transformarem no ferro comercializado, existe todo um processo, desde a extração dos minerais nas minas, até esse ferro que pode ser transformado em aço, estar pronto para ser comercializado.
 
 hematita
Um dos primeiros passos para a transformação dos minérios é o processo de redução, onde o oxigênio presente nesses óxidos de ferro será extraído. Outras impurezas que podem ser encontradas no oxido de ferro, como o manganês, fósforo, silício e enxofre também serão retirados desse futuro ferro.
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 (composto por volta de 88% de 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.
Impactos ambientais
O ferro na atualidade possui uma enorme importância, visto que ele pode produzir muitas coisas nas quais estamos acostumados e dependentes a viver com. Mas o processo pela qual o minério de ferro passa para gerar o ferro pode ser muitas das vezes um processo altamente poluente, e se não é realizada da maneira correta pode acarretar em grandes impactos ambientais, muita das vezes irreversíveis ou com uma reversibilidade muito lenta.
A poluição originada pela mineração é um grande problema no processo de obtenção do ferro, pois esse procedimento normalmente ocasiona consequências negativas para o meio ambiente, como a poluição nos cursos d’água , o desmatamento de florestas, a poluição no ar e no solo, fatores que geram a modificação de todo o bioma que antes era existente fazendo assim que um percurso de reversão se torne quase impossível. Vale lembrar que os recursos minerais não são renováveis e isso com que a disposição dos mesmos como resíduos aumente.
Reciclagem
O ferro é um dos metais mais utilizados na indústria, ele é a sucata responsável por mais de um quarto do material novo no Brasil e essa alta e crescente utilização do ferro faz com que seja de extrema necessidade a reciclagem do mesmo. A reutilização do ferro é uma prática conhecida há muito tempo, soldados romanos, após a guerra refundiam seus utensílios para poderem ser reaproveitados. 
Existem dois processos mais conhecidos e utilizados para a reciclagem do ferro: o reaproveitamento das latas de aço e o uso nas siderúrgicas em geral. O processo de reaproveitamento das latas de aço é um método já bastante conhecido, ela se inicia em catadores de lata, e termina na própria chapa de aço. Nas siderúrgicas o ferro é refundido e pode ser reaproveitado de acordo com os interesses industriais sobre ele.
Curiosidades
Entre o final do século XVIII e início do século XIX, começou-se a empregar amplamente o ferro como elemento estrutural em pontes, edifícios e outros. E 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 utilizados milhares de toneladas de ferro.
Ferro na alimentação
Carnes vermelhas, principalmente as vísceras animais como o fígado, coração, rim e outros similares, geralmente são peças de carnes miúdas.
Carnes de peixes também são uma fonte boa de ferro.
As carnes de aves também é outra fonte de ferro, como nas carnes vermelhas o ferro está mais presente nas vísceras e peças miúdas das aves.
Os vegetais com coloração verde escura são os que mais possuem ferro, com a exceção do espinafre, como agrião, cheiro verde e outros.
As leguminosas como feijão, lentilha, ervilha e outros são outras fontes desse componente.
Além desses também as nozes e castanhas, açúcar mascavo, melado de cana, rapadura e outros similares contém o elemento.
Uma das frutas mais ricas em ferro é o açaí.
Outras curiosidades sobre o ferro:
A falta de ferro no organismo causa a anemia.
A ingestão de ferro pela alimentação raramente causa intoxicação por consumir em demasia, já ao ingerir ferro por meios medicamentosos a intoxicação por exagero do consumo do elemento é mais fácil e gera riscos para a saúde.
Os adultos necessitam de 10 a 15 mg de ferro ingerido por dia
Os sintomas comuns da falta de ferro no sangue é a fadiga pelo corpo inteiro, falta de apetite ou anorexia, pele e mucosas pálida, dificuldade para aprender principalmente em crianças, apatia além também de falta de vontade para trabalhar ou para as atividades normais.
ALUMÍNIO
Sobre o elemento 
O alumio é um metal de símbolo Al, número atômico 13 com massa 27 u. Apesar de ser o mais abundante metal do planeta, ele não se encontra naturalmente na forma metálica e foi somente em 1824 que o dinamarquês Hans Christian Oersted conseguiu isolar o alumínio na forma como é hoje conhecido. 
A principal fonte natural de alumínio é a bauxita, um minério formado principalmente por óxido de alumínio (Al2O3) e outros compostos em menores quantidades, como sílica, dióxido de titânio, óxidos de ferro e silicato de alumínio. A maior parte da extração mundial desse minério é destinada à obtenção desse elemento, e para que essa extração com essa finalidade seja economicamente viável, é necessário que se tenha pelo menos 30%de óxido de alumínio nessa rocha.
 bauxita
Atualmente possui inúmeras aplicações como na fabricação de panelas, janelas, peças de carro, equipamentos eletrônicos, latas de bebidas etc.
Obtenção
O processo de obtenção do alumínio através da bauxita acontece em três etapas: 
1º etapa:
 seria a remoção de toda terra e vegetação que se acumulam sobre os depósitos de bauxita por meio de máquinas motoniveladoras.
 2º etapa:
 A bauxita é extraída, transportada e armazenada. A segunda etapa seria a obtenção da alumina (óxido de alumínio - Al2O3) – a bauxita é moída e misturada com uma solução de soda cáustica. Essa mistura é aquecida sob pressão elevada e novamente é adicionada uma solução de soda cáustica. A alumina é, então, dissolvida, de forma que a sílica presente em sua composição seja eliminada.
 3º etapa:
A alumina é submetida à sedimentação e filtragem, para que as demais impurezas sejam retiradas. Na terceira e ultima etapa ocorre a obtenção do alumínio, onde a alumina é misturada com fluoretos e essa mistura é submetida à eletrólise ígnea em fornos eletrolíticos. A passagem de corrente elétrica faz com que o alumínio se separe da solução e o oxigênio seja liberado. Assim, o alumínio puro líquido se deposita no fundo do forno e depois é aspirado através de sifões. 
A reação de obtenção do alumínio pode ser representada pela seguinte equação:
 
Impactos ambientais
A produção do alumínio, desde a extração da bauxita até a transformação da alumina em alumínio, com isso gerando alguns gases poluentes, como gás carbônico (CO2) e os perfluorcarbonetos (PFCs). A lama vermelha gera um problema ambiental importante, essa lama é desprezada em áreas já mineradas e penetra no lençol freático nos córregos e também eleva o teor de sódio dos poços artesianos, portanto locais onde existem minas de alumínio não se pode fazer plantações de frutas, legumes e ervas, pois ocorre a contaminação da água local.
Outro problema da sustentabilidade do alumínio se relaciona com a sua cadeia produtiva, ou seja, os impactos ambientais ao meio ambiente decorrentes de sua mineração e refinação e consequente aspectos como florestas destruídas, água contaminada com resíduos de alumínio, vales férteis e ecossistemas inexplorados submersos. A conversão da bauxita, o minério de alumínio, em alumínio primário é também o processo industrial que mais consome energia no mundo, e os produtores de alumínio utilizam mais eletricidade do que qualquer outra indústria. Assim, a indústria do alumínio acaba sendo um importante contribuinte para o aquecimento global.
Reciclagem
Como no Brasil, o alumínio tem números significativos: o país possui a terceira maior jazida de bauxita do planeta e é também o quarto maior produtor do material, sendo o quinto na exportação de alumínio primário/ligas. A reciclagem do alumínio traz diversos benefícios para o meio ambiente, pois economiza matéria-prima e energia elétrica, diminui as emissões de gás de efeito estufa, o volume de lixo nos aterros sanitários e gera uma fonte de renda para diversas pessoas envolvidas com a coleta seletiva deste material.
 Dentre os produtos de alumínio reciclados, as latas de alumínio têm um grande destaque. O Brasil é líder mundial na reciclagem deste tipo de resíduo, quase 100% das latas descartadas são reaproveitadas.
Vale destacar esse processo de reciclagem das latas de alumínio, já que estas representam um número alto na reciclagem deste material. Primeiro é feita a compra e o consumo das latas de alumínio. Coleta: depois de utilizada, a lata é levada a um dos pontos de coleta e depois vendida aos sucateiros. Prensagem: após isso, as embalagens são prensadas por duas vezes e aglomeradas em grandes fardos. Fundição: as latas são derretidas em fornos especiais para latas de alumínio, depois passam pelo Lingotamento em que o material é transportado em lingotes (massa de metal) e fundido sob forma de tiras. Laminação: os lingotes passam por um processo de deformação plástica na qual são transformados em bobinas de alumínio. Novas latas: essas bobinas são utilizadas na formação de novas latinhas. Enchimento: na fábrica de bebidas as latas passam por um processo para ganhar seu novo formato. Consumo: as latas voltam a ser distribuídas em pontos de venda para o consumo.
 
COBRE
Sobre o elemento
O cobre é um metal de símbolo químico Cu (número atômico 29 e massa atômica 63,54 u), apresenta uma cor avermelhada, e como praticamente todos metais, ele é um ótimo condutor de energia. O cobre é um dos metais mais produzidos, ficando atrás apenas do alumínio e ferro e tem uma alta relevância na sociedade atual pois produz vários materiais que facilitaram a vida humana na terra e foi fundamental para ascensão da evolução tecnológica. Em sua forma metálica, apresenta alta durabilidade, boa resistência à corrosão, boa maleabilidade e ductilidade. Essas duas últimas propriedades fazem dele um metal diferenciado, pois, normalmente, os metais resistentes não são maleáveis. Já o cobre pode ser transformado em fios, lâminas, bastões etc.
Obtenção 
O cobre é normalmente encontrado na natureza fundida com outros elementos, em seu estado combinado, o cobre pode se encontrar em diferentes substâncias presentes em diversos tipos de minerais, como a calcopirita (CuFeS2), a cuprita(Cu2O), a malaquita, a calcosita e a covelita. A calcopirita, ou sulfeto de cobre e ferro, é o mineral mais importante e de onde o cobre é, mais frequentemente, extraído. Para obter o cobre a partir de sulfetos, fazemos a ustulação do minério concentrado através da flotação.
 2 CuFeS2 + 5 O2 2 Cu + 2 FeO + 4 SO2
Para obter o cobre dos sulfetos, primeiro é preciso remover o enxofre por meio da calcinação do minério. Desse processo, é extraído o cobre bruto, que pode ser refinado em fornos para a obtenção do cobre metalúrgico ou, então, ser submetido à eletrólise para atingir um grau de pureza maior.
 
 Calcopirita
Impactos ambientais
Os impactos da mineração do cobre têm uma influência significativa para a poluição do solo e das águas (superficiais e subterrâneas). No solo, o cobre ataca fortemente a matéria orgânica, impede o crescimento da vegetação e é uma via para a acumulação em animais. 
Nas águas, o cobre é capaz de contaminar grandes áreas, sua principal fonte são as águas residuais da lavra. É uma ameaça principalmente para a saúde humana se consumida água contaminada. A água com conteúdo superior a 1 mg/l pode contaminar com cobre as roupas e objetos lavados com ela, e conteúdos acima de 5 mg/L tornam a água colorida com sabor desagradável.
Outros problemas ambientais possíveis são a erosão, subsidência, abandono de resíduos perigosos, como a devastação de extensas áreas de vegetação, perda de biodiversidade e contaminação de aquíferos e cursos de água.
Além dos impactos causados pela mina em funcionamento, também é preciso levar em consideração quanto esta é abandonada sem um plano de desativação.
Os danos gerados nas áreas onde são desenvolvidas a mineração ou garimpagem são irreversíveis. Diante desses fatos percebemos que a lucratividade oriunda da extração mineral fica nas mãos de uma minoria e os prejuízos ambientais para toda a população atual e também futura.
Reciclagem
Atualmente, a reciclagem do cobre é de cerca de 9 milhões de toneladas, pois o cobre é um material extremamente fácil de reciclar. Especialista estimam que cerca de 80% de todo o cobre do mundo passara por algum processo de reciclagem, já que ele não é um metal muito abundante na natureza. A reciclagem do cobre gera uma grande lucratividade para as empresas, além da preservação da natureza.
Qual é a importância da reciclagem do cobre?
A manipulação do cobre proporciona diversas aplicações industriais, sendo que o material está presente em diversosequipamentos e produtos que são utilizados no cotidiano de muitas pessoas. A reciclagem do cobre garante que seu uso continue sendo possível por muito tempo, já que sua presença na natureza é escassa.
Além disso, o processo agiliza e diminui os custos da produção industrial, já que a reciclagem do cobre é muito mais fácil do que sua extração. Há economia no transporte, no armazenamento e também não há tanta necessidade de investimentos em novas formas de separar o material bruto disponível na natureza. Em geral, as empresas também preferem utilizar o cobre reciclado porque todo o processo é feito de forma rápida e barata.
Bibliografia
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https://brasilescola.uol.com.br/quimica/ferro.htm
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https://ge902ferro.wordpress.com/impactos-ambientais-2/
https://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/images/0/0c/Aula_11.pdf
http://www.ibram.org.br/sites/1300/1382/00000033.pdf
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http://www.recicloteca.org.br/material-reciclavel/metal/aluminio/
https://www.pensamentoverde.com.br/reciclagem/como-e-feita-a-reciclagem-de-aluminio-no-brasil/
https://www.procobre.org/pt/o-cobre/sobre-o-cobre/
https://www.colegioweb.com.br/eletroquimica-ii-eletrolise/obtencao-do-cobre.html
https://www.coladaweb.com/quimica/elementos-quimicos/cobre
https://www.fragmaq.com.br/blog/entenda-como-funciona-reciclagem-de-cobre/
https://www.procobre.org/pt/wp-content/uploads/sites/4/2018/03/sma05-reciclagem-do-cobre.pdf
 PERGUNTA + RESPOSTA
Como a larga fabricação desses metais contribuíram para a ascensão da era tecnológica?
Hoje em dia, não conseguimos imaginar nossas vidas sem algum desses metais porque a construção de equipamentos e materiais dos quais nós dependemos, dependem deles, como por exemplo a condução da eletricidade. E isso se dá porque os metais são materiais de grande durabilidade, com características próprias como a resistência mecânica e facilidade de conformação, sendo muito utilizados em equipamentos, estruturas e embalagens em geral. Dentre os metais mais utilizados destacamos o ferro, aço e o alumínio que desde que foram descobertos, ajudaram muito para com que as tecnologias evoluíssem.