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Ferro (Fe): importância, propriedades e extração© Fornecido por eCycle
O que seria do desenvolvimento humano sem o ferro? Assim como o alumínio, o ferro metálico é um dos metais mais presentes no nosso cotidiano dos talheres que você usa para almoçar até as estruturas de grandes edifícios. Mas o que é o ferro e quais são os benefícios e malefícios que a sua utilização pode nos trazer? Além do ferro metálico, quais são os outros estados em que o ferro se apresenta na natureza.
Quais são as principais características do ferro?
Dentre os elementos mais abundantes na superfície terrestre, o ferro é o quarto elemento e segundo metal mais abundante da crosta terrestre. Apesar do ferro metálico ser muito presente na sociedade desde tempos antigos, ele não é encontrado em sua forma metálica (Fe0), mas sim em sua forma oxidada [ferroso (Fe2+) e férrico (Fe3+)], principalmente em minérios no estado sólido.
De modo geral, o ferro é um elemento químico formado a partir de fusões atômicas ocorridas em estrelas. Entenda um pouco mais sobre o surgimento do ferro no vídeo produzido por Jane Gregorio-Hetem (IAG/USP) e Annibal Hetem Jr. (UFABC) e financiado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq):
O ferro durante a história
O ferro é tão marcante na evolução da raça humana que uma das idades pré-históricas é marcada por este metal. As sociedades pré-históricas são classificadas em um sistema de quatro idades, Pedra Polida, Cobre, Bronze e Ferro. A Idade do Ferro é marcada pelo desenvolvimento da metalurgia e pelo surgimento de ferramentas feitas de ferro e aço. Estima-se que a primeira sociedade da era floresceu por volta de 1200 a.C., na região da Anatólia (atual região da Turquia).
Outro exemplo mais atual de grande impacto do ferro na sociedade é a ferrovia. Um dos meios de transporte mais importantes, antigamente e atualmente, leva o ferro em seu nome. Ele foi inventado graças à manipulação e utilização do ferro metálico, acelerando o desenvolvimento da sociedade moderna.
A importância desse elemento vai além da sua utilização em ferramentas. Acredita-se que o núcleo da Terra é constituído majoritariamente por ferro metálico. Graças a ele, é gerado um campo magnético no nosso planeta, que é responsável por proteger toda a vida existente dos raios cósmicos. Se não existisse esse campo magnético, o sistema de vida que conhecemos poderia não existir.
Do centro da Terra até nossas veias
A natureza sempre busca utilizar os elementos mais abundantes para criação e manutenção da vida. Além da proteção contra os raios cósmicos que o ferro gera para a vida no planeta, ele também é um elemento extremamente vital para quase todos os tipos de animais que conhecemos. O ferro é fundamental até para a nossa respiração, sendo o principal átomo da hemoglobina.
Um exemplo extremo são as bactérias que são responsáveis pelas “blood falls” ou “cachoeiras de sangue”. Em uma geleira conhecida como Taylor, existem bactérias que, pela falta de oxigênio (O2) em seu meio, metabolizam íons férricos (Fe3+) por meio da respiração. Como produto final, elas liberam íons ferrosos (Fe2+) que, quando em contato com a superfície, oxidam e dão o aspecto de sangue.
Ferro em alimentos
Provavelmente, você já ouviu falar sobre a pessoa ter que comer mais feijão para ficar mais “forte”, pois tem ferro. Consumir alimentos ricos em ferro é essencial para o corpo humano e o ferro está presente em diversos tipos de organismos, tanto animais quanto vegetais.
No caso da hemoglobina do sangue, a deficiência do ferro na corrente sanguínea diminui o transporte de oxigênio para as células do corpo. Isso afeta a imunidade do sistema como um todo, podendo causar anemia. A ingestão de ferro é de extrema importância para a manutenção não só da hemoglobina, mas também de diversas metaloenzimas responsáveis pela nossa saúde.
Categorias de ferro nos alimentos
O ferro, presente em alimentos, é disponível em duas categorias: ferro heme e ferro não-heme. O ferro heme é encontrado na carne animal e já está na forma pronta de absorção, tendo de 10% a 30% do total absorvido após o consumo.
Já a absorção do ferro não-heme é de 2% a 20% do total, sendo necessário o consumo de alimentos ricos em vitamina C para a melhor absorção, o que não é nenhum problema. O ferro não-heme é proveniente de fontes vegetais, como feijão e cereais, e a vitamina C de cítricos, como kiwi, limão e laranja.
O ferro heme, normalmente, apresenta o ferro Fe2+ e está envolvido por moléculas que o protegem e contribuem com a sua absorção na parede do intestino. Já o ferro não heme, em geral, apresenta o Fe3+ e/ou é ligado com moléculas que não possuem uma boa contribuição para a sua absorção.
A Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa) recomenda que a quantidade de consumo diário necessária para um adulto seja de 14 mg de ferro, sendo, para gestantes, quase o dobro: 27 mg.
Mas não se preocupe, se você escolheu seguir uma dieta livre de carne existem dicas para aumentar a absorção do ferro de origem vegetal. Uma delas é: consuma ou prepare o alimento adicionando suco de limão ou laranja – na hora de preparar sua salada de rúcula (rica em ferro), por exemplo. Isso porque esses frutos são ricos em ácido ascórbico (Vitamina C). Ele irá transformar o Fe3+ em Fe2+, complexar e facilitar sua absorção pelo organismo.
Para que é utilizado o ferro metálico?
A descoberta e o manuseio do ferro foi um passo muito importante para a evolução da humanidade e o primeiro passo para o surgimento das ligas de aço. Quando alguns átomos e/ou moléculas são adicionados ao ferro, como certas quantidades de carbono, é então formado o aço, uma das ligas metálicas mais importantes do mundo moderno.
O Brasil ocupa a segunda posição na produção mundial de minério de ferro (estava em primeiro até 2009, porém foi ultrapassado pela Austrália). Apesar de ser o segundo maior produtor de minério de ferro, o Brasil ocupa a nona posição entre os maiores produtores de aço e outros materiais provenientes do ferro. Parece não fazer muito sentido, mas a justificativa é que o Brasil exporta quase todo o seu minério extraído.
A produção de minério de ferro em 2014 atingiu 400 milhões de toneladas, e foram exportadas cerca de 344 milhões de toneladas do minério neste mesmo ano. Isso gerou uma receita de mais de 25 bilhões de dólares, sendo o produto básico com a maior receita do ano – maior até que a receita gerada pela soja e pelo óleo de petróleo bruto. Apesar de ser o segundo maior produtor de minério de ferro, o Brasil produz apenas 2% de todo o aço produzido mundialmente.
Onde o ferro é encontrado?
O ferro metálico não é encontrado desta forma na crosta terrestre, apenas em sua forma oxidada e em minérios. Alguns exemplos incluem a hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), siderita (FeCO3), limonita (Fe(OH)3.nH2O) e a pirita (FeS2). Esses minérios precisam ser extraídos do solo, tratados e, a partir deles, ocorre a obtenção do ferro metálico.
Os processos para a obtenção do ferro e do aço consistem basicamente nas seguintes etapas:
- Extração do minério bruto;
- Tratamento e beneficiamento;
- Processamento do minério;
- Extração e tratamento do minério bruto.
Extração do minério bruto
A primeira etapa da obtenção do ferro se dá na extração do seu minério. Essa etapa se resume, basicamente, em utilizar cavadeiras para recolher uma determinada área, onde o minério é abundante, e transportá-lo para passar pelo processo de tratamento e beneficiamento.
Logo na primeira etapa, os impactos ambientais são devastadores. As áreas ocupadas para a instalação, transporte e extração do minério são gigantescas, sem contar o impacto social e econômico na região. Podemos ter uma noção da área devastada só para a extração do minério no vídeo:
Tratamento e beneficiamento
Após ser coletado, o minério bruto precisa passar por um processo chamado de beneficiamento, que o tornará mais adequado ao processo de obtenção do ferro metálico. O processo de beneficiamento é a etapa mais importante, e, provavelmente, a que gera maior quantidade de resíduos. Fazem parte desse processo as seguintes operações: britamento, classificação, moagem, concentração e aglomeração.
Entre os processos mais importantes no beneficiamento, a britagem consiste em fragmentar o minério, buscando atingir uma dimensão adequada para a sua separação posterior na etapa de classificação. Na classificação, os grãos são divididos em três classes: granulado, sinter-feed e pellet-feed. Os grãos classificados como granulados estão prontos para serem utilizados na última etapa, a da obtenção do ferro. Sinter-feed e o pellet-feed são partículas com dimensões muito pequenas para serem utilizadas diretamente na última etapa, por isso passam por processo de aglomeração.
Nas mineradoras, o processo de aglomeração é feito por meio da pelotização, em que as partículas mais finas do minério (pellet-feed) passam por um processo que as transformam em pelotas. Isso permite aproveitar as partículas finas e melhorar o desempenho no processo siderúrgico.
Nas siderúrgicas, o processo de aglomeração é feito através da sinterização, que é o tratamento térmico das partículas finas do minério, chamados de sinter-feed, dando origem às partículas sinter, que podem ser levadas ao alto-forno.
A água desempenha um papel muito importante em quase todas as etapas do processo de tratamento do minério, sendo extremamente utilizada nos processos de aglomeração e concentração. A utilização das técnicas de flotação, hidrociclones e lavagem são etapas em que a água é extremamente utilizada, resultando em um resíduo difícil de ser tratado: a lama.
Processamento do minério e extração e tratamento do minério bruto
Após passar pelo beneficiamento e atingir as dimensões desejadas, o minério de ferro é levado para a obtenção do ferro metálico nas siderúrgicas. Como o ferro puro não possui um alto interesse econômico, quase todo o minério de ferro extraído é destinado para a produção de aço, que é o ferro com baixas porcentagens de carbono presente em sua estrutura.
Tipos de plantas siderúrgicas
As plantas siderúrgicas são divididas em dois tipos: usinas integradas e usinas semi-integradas
Usinas integradas
Nelas, o aço será produzido a partir do minério de ferro. Basicamente, o processo para a obtenção do ferro se dá na reação do minério de ferro (presente como óxido de ferro) e o monóxido de carbono (CO) em um forno chamado alto-forno.
Após ser sinterizado, o minério de ferro apresenta dimensões adequadas para ser processado no alto-forno e também apresenta calcário em sua composição. Para este processo, é necessário a utilização de carvão, onde será tratado para a retirada de impurezas indesejáveis e ter uma maior eficiência no processo.
Após ser tratado, o carvão recebe o nome de coque. Quando despejados no alto-forno, o coque reage com o oxigênio que é injetado dentro do forno, formando o monóxido de carbono (CO), que por sua vez reage com o óxido de ferro (presente no minério), resultando assim no ferro metálico (Fe0) e dióxido de carbono (CO2). O calcário presente no minério serve para abaixar o ponto de fusão dos outros elementos presentes, formando a chamada escória, e permitindo a separação por densidade.
No final do processo, é formado o ferro-gusa, que é uma liga quebradiça formada de ferro e carbono, porém a porcentagem de carbono é em torno de 5%. Na aciaria, unidade da usina siderúrgica em que se localizam as máquinas necessárias para realizar os processos descritos, o ferro-gusa é utilizado como matéria-prima para a produção de diferentes tipos de aços e ligas, por meio de adição ou remoção de elementos na estrutura da liga, adquirindo assim diferentes propriedades.
Usinas semi-integradas
É onde o aço será produzido a partir de sucatas metálicas. Por meio de uma corrente elétrica, as sucatas metálicas são aquecidas até o seu derretimento, passando posteriormente por um sopro de oxigênio para a retirada de suas impurezas. Dependendo da origem da sucata, é necessário passar por diferentes tratamentos para a retirada de impurezas e, assim, haver a obtenção do aço desejado.
O dióxido de carbono (CO2) é um dos produtos da reação que é gerado durante a obtenção do ferro gusa, possuindo assim um impacto ambiental significativo. Teoricamente, sem considerar o gás carbônico formado da reação do calcário, apenas o do monóxido de carbono (CO) com o óxido de ferro, a cada 1 kg de ferro produzido, em torno de 1,1 kg de CO2 é emitido.
Segundo o relatório de 2014 do Instituto Aço Brasil, em 2013, foram emitidas 50 milhões de toneladas de CO2 proveniente da produção de aço no Brasil, tendo uma relação de que, a cada 1 tonelada de aço produzida, 1,7 toneladas de CO2 são emitidas.
Para entender mais sobre a produção do ferro-gusa e o aço, veja o vídeo produzido pela PUC-RIO:
Impactos ambientais da extração do ferro
Assim como o processo de obtenção do alumínio, o ferro possui também um rejeito muito problemático e com poucas alternativas para o seu tratamento: a lama. Um exemplo da quantidade de produção de lama é o do Projeto de Itabiritos de Vargem Grande (ITMI VGR), em Minas Gerais, que tem uma geração de 565 toneladas de lama por hora.
O destino mais comum para essa lama, no Brasil, é a sua disposição em reservatórios a céu aberto. A lama é transportada, normalmente por gravidade ou bombeamento, para reservatórios, como piscinas, onde são contidas por barragens. Nestes reservatórios, a lama é depositada e se seca, porém não se solidifica totalmente.
Essa lama contém óxidos de ferro e silício, podendo ter presença de outros metais, o que, dependendo do solo extraído, não apresenta nível de toxicidade. A lama apresenta um impacto ambiental muito significativo, alterando toda a composição do solo, deixando-o saturado com estes compostos.
Apesar de não apresentar toxicidade direta, se chegar a atingir rios, além de poder influenciar no pH e composição de nutrientes dissolvidos na água, a lama turvará o meio, impedindo assim a penetração de luz na água e podendo matar a vida que dependa de fotossíntese, impactando indiretamente todo o ambiente.
Além de ocupar uma área enorme, com lama extremamente saturada de óxidos de ferro e silício, essas barragens podem oferecer um perigo muito grande para a sociedade e a natureza do entorno, principalmente quando são mal fiscalizadas. Se não forem bem estruturadas e fiscalizadas, correm risco de romperem e causarem devastação em uma área gigantesca, podendo causar danos irreversíveis. A lama, quando atinge o solo, não oferece toxicidade, porém torna o solo infértil, destrói a vegetação rasteira e de médio porte, podendo também matar animais com a enxurrada inicial.
Acidentes
Infelizmente, em novembro de 2015, o Brasil teve um exemplo da devastação, com o rompimento de uma barragem da Samarco em Mariana (MG). Entenda como foi o caso e quais os danos ambientais causados. Outro exemplo infeliz foi o rompimento da barragem de rejeitos da empresa Vale, em 2019, também em Minas Gerais, em Brumadinho, e com maior custo humano do que caso de Mariana. Entenda os detalhes do caso e os impactos causados.
Uma mina de minério de ferro ocupa uma área muito grande, proporciona devastação para o solo, mata, animais e para o relevo natural presente naquela área, podendo até influenciar mudanças climáticas na região. Existe outro efeito que pode se estender por quilômetros de distância, o que diz respeito ao transporte deste minério: a ferrovia.
Pode não parecer um problema muito grande, mas o transporte do minério de ferro até os principais portos para exportação é feito exclusivamente por ferrovias, muitas das quais são exclusivas para o transporte deste minério. Como o Brasil exporta quase todo o minério que extrai, existe uma grande necessidade de construção de ferrovias que liguem as minas com os portos.
Além da devastação que a construção de uma ferrovia pode trazer, a poluição sonora que ela proporciona pode impactar, e muito, a fauna da região onde passa. Veja mais sobre os impactos ambientais gerados pelos tipos de transportes.
Reciclagem do ferro
Assim como a reciclagem de diversos materiais, a reciclagem de sucatas de aço consome menos energia do que a produção na indústria integrada, além do fato de recuperar o que seria um resíduo no meio ambiente e evitar a emissão massiva de CO2 na atmosfera. O aço é 100% reciclável, não alterando suas propriedades e nem se perdendo durante o processo de reciclagem.
Como o aço é um metal maleável que apresenta propriedades magnéticas, para separá-lo de outros metais misturados a ele, pode-se usar um eletroímã. Mesmo com a possibilidade de separar o aço de outros metais ou impurezas é recomendável, no entanto, que o aço esteja limpo quando for enviada para a reciclagem, para que os detritos orgânicos e a terra não dificultem o processo.
O aço é totalmente reciclável, ou seja, quando você o descarta na coleta seletiva ele pode voltar infinitas vezes à sua casa, em forma de tesoura, maçaneta, arame, automóvel, geladeira ou, até mesmo, latas. Há apenas alguns tipos de itens, como solventes, tintas e outros conteúdos, que contêm compostos nocivos que devem ser devolvidos aos fabricantes para que eles limpem os resíduos antes de enviarem para o reaproveitamento.
