Produção de ferro

O ferro não existe de forma livre na natureza, mas sim nas formas de seus minérios, ou seja, compostos que contêm ferro, sendo que os principais são: hematita (Fe₂O₃), magnetita (Fe₃O₄), siderita (FeCO₃), limonita (Fe₂O₃.H₂O) e pirita (FeS₂).

É possível realizar transformações nesses minerais para a obtenção do ferro metálico. A área que faz a extração de um metal através de seus minerais é chamada de metalurgia, e o ramo da metalurgia que trata apenas da produção de ferro através dos minerais mencionados acima é a siderurgia, palavra que vem do grego que significa “trabalho feito sobre o ferro”. Conforme será mencionado mais adiante, nas siderúrgicas também é produzido o aço.

Geralmente, o mineral utilizado nas siderúrgicas é a hematita (figura abaixo) e o processo de produção do ferro é feito em altos-fornos. Primeiramente, colocam-se nesses altos-fornos o carvão coque, que irá ser queimado e produzir calor. Depois se adiciona uma mistura de hematita, calcário (CaCO₃) e carvão coque.

Uma corrente de ar favorece a queima do carvão coque e é produzido monóxido de carbono (CO), que reage com a hematita, em uma reação de oxirredução:

Queima do carvão coque: 2 C + O₂ → 2 CO
Redução da hematita pelo CO: 3 Fe₂O₃ + CO → 2 Fe₂O₄+ CO₂

                                                  Fe₂O₄ + CO → 3 FeO + CO₂

O óxido de ferro (II) (FeO) reage com monóxido de carbono, formando ferro metálico (Fe⁰) e dióxido de carbono:

FeO + CO → Fe +  CO₂

O ferro é escoado por uma saída inferior do alto-forno, estando na forma líquida. Outra camada líquida menos densa é formada, sendo chamada de escória, que sai por um conduto separado. Trata-se de impurezas retiradas pelo CaO e pelo CO_2, que foram formados na combustão do calcário:

CaCO₃ → CaO + CO_2­

CaO + SiO₂ → CaSiO_{3
sílica (impureza               escória
do minério)}                  

O ferro formado nesse processo é o ferro-gusa, que contém pequenas porcentagens de carbono (cerca de 5%) e, por isso, é quebradiço. A partir dele, pode-se produzir o aço comum, que é uma liga metálica que contém cerca de 98,5% de ferro, entre 0,5 e 1,7% de carbono e traços de silício, enxofre e fósforo. Isso significa que é necessário purificar o ferro-gusa para que ele fique com menos carbono.

Quando atinge a pureza praticamente de 100%, ou seja, quando a porcentagem de carbono é menor que 0,5%, ele é chamado de ferro doce.

Tanto para a produção do aço quanto para a produção do ferro doce, injeta-se gás oxigênio no alto-forno, que reage com o carbono na mistura e forma dióxido de carbono, um gás que se desprende: