Mineração e Minérios: Ferro, Aço e Alumínio


Mineração é o processo de extração do minério que se encontra na Natureza. O local onde o minério é encontrado chama-se mina ou jazida. Esta pode ser subterrânea ou céu aberto. O minério vem, normalmente, acompanhado de impurezas, que se denominam ganga, a eliminação dessas impurezas se faz por meio de um processo chamado purificação ou concentração do minério.

Minério é o mineral que permite a extração, com vantagem econômica, de um certo elemento ou composto químico.

Mineração e Minérios

Os principais minérios metálicos são, em geral, óxidos ou sulfetos, que são compostos relativamente simples, com alta porcentagem do metal, e de onde o metal pode ser extraído com relativa facilidade e economia. São exemplos de minérios importantes:

•        de ferro: hematita (Fe203) e limonita (2 Fe20 . 3 H20) – Minas gerais e Pará;
• de estanho: cassiterita (Sn02) – Rondônia, Amazonas e Pará;
• de alumínio: bauxita (AI203. 2 H20) – Pará e Minas Gerais;
• de cobre: cuprita (CuS) e calcopirita (CuFeS2) -Bahia e Rio Grande do Sul;
•        de manganês: pirolusita (Mn02) – Amapá, Pará e Minas Gerais;
• de chumbo: galena (PbS) – Bahia e Paraná;
• de mercúrio: cinábrio (HgS) – praticamente não existe no Brasil;
• de cromo: cromita (Cr2Fe04) – Bahia e Goiás; de Zinco: blenda (ZnS) – Minas Gerais e Bahia.

Mineral é todo constituinte natural da crosta terrestre. Os minerais são, em geral:
• óxidos: por exemplo, Si02, Fe203, etc.
• sulfetos: por exemplo, PbS, FeS2, etc.
• oxi-sais: CaCO3, MgCO3 e principalmente os silicatos, que, devido ao fato de terem fórmulas complicadas, são indicados como se fossem “justaposição” de óxidos – por exemplo, o feldspato, que é um dos componentes do granito, e é representado por K20 . AI2O3 . 6 Si02.

São compostos binários constituídos de oxigênio (como elemento mais eletronegativo) e outro elemento.
• Hematita: Fe203, principal minério de ferro.
• Magnetita: Fe304 imã natural.
•        Corindon: AI2O3, pedra semipreciosa.
• Bauxita: AI03,hidratado. minério de alumínio.
• Pirolusita: Mn02,minério de manganês.
• Cassiterita: Sn02, minério de estanho.
• Quartzo: Si02 (cristal de rocha), sílica, areia.
• Cromita: Cr2O3FeO (óxido duplo), minério de crómio.
•        Blenda: ZnS, minério de zinco.
• Galena: PbS,   minério de chumbo.
• Cinábrio: HgS, minério de mercúrio.
•        Pirita: FeS2, mineral de ferro e não-minério. Usado na fabricação de H2S04.
• Calcopirita: CuS . FeS ou CuFeS2. minério de cobre.
• Mármore: CaC03 (calcita, calcário).
• Magnesita: MgC03. Dolomita: CaC03MgC03.

Metalurgia é o processo de extração de um metal a partir de um minério. Os processos mais comuns de extração dos metais consistem em colocar o minério em fornos especiais, mantidos em temperaturas elevadas, juntamente com: substâncias capazes de retirar o metal de seu minério. Assim, por exemplo, o carvão (ou CO) reduz muitosóxidos metálicos:

A obtenção do ferro chama-se siderurgia e é feita pela redução de seus minérios calcinados em altos-fornos, em temperaturas muito elevadas e em presença de carvão coque. A equação global pode ser escrita:
Fe203 + 3C -» 2 Fe + 3 CO
redutor
ou ainda:
Fe203 + 3 CO -> 2 Fe + 3 CO2 redutor

Obtém-se assim o metal fundido, chamado ferro gusa, com muitas impurezas. Pela purificação do ferro gusa, que contém até 4% de carbono, obtém-se o ferro doce, que é o ferro praticamente puro (contém, no máximo, 0,2% de impurezas). O ferro doce é muito dúctil. Na mistura do alto-forno adicionam-se calcário (CaCO3) e dolomita (CaC03 . MgC03) a fim de eliminar impurezas.
Fe203 + 3 CO
2 Fe + 3 CO,

Observação: Quando o minério é um sulfeto, ele é, em geral, submetido a uma ustulação, isto é, a um super aquecimento em presença de excesso de ar, até se transformar em óxido. Exemplo: 2 ZnS + 302 -> 2 ZnO + 2 S02D. O óxido produzido (no caso, ZnO) é posteriormente reduzido, como no exemplo anterior.

FERRO E AÇO FERRO

O ferro encontra-se na natureza em forma de óxidos, sulfetos e carbonos. Seus compostos minerais mais importantes são a hematita (Fe2 O3 . 3 H2O). É conhecido desde a pré-história e é o segundo metal mais abundante na crosta terrestre, compondo 4,7% desta. Seu ponto de fusão é 1.535°C.

O ferro forma compostos de ferro II (Fe2* ou ferroso) cujas soluções aquosas têm cor verde e compostos de ferro III (Fe3* ou férricos) cujas soluções aquosas têm cor vermelho-alaranjado.

Com o ar e a umidade o ferro “enferruja”; a ferrugem é uma mistura complexa de óxidos e dióxidos de Fe2+ e Fe3+. O ferro tem uma importância biológica muito grande, pois faz parte da hemoglobina, composto fundamental dos glóbulos vermelhos do nosso sangue. O ferro puro praticamente não é usado; muito mais importantes são suas lugas metálicas, que veremos adiante.

A extração ou metalurgia do ferro e suas ligas recebe o nome especial de SIDERURGIA.
• aço inoxidável: liga de Fe + C + Cr + Ni; aço para trilhos: liga de Fe + C + Mn;
• aço para ferramentas de corte:  liga de Fe + C + W + Mo;
• aço para imãs: Fe + C + Al + Ni + Co (alnico); O aço comum é utilizado na forma de:
• chapas: para automóveis, fogões, geladeiras; na construção civil;
• fios: arames, cabos vergalhões para concreto; perfis; trilhos, vigas para construção (em várias formas); eixos: para máquinas e veículos.

Alumínio

É um metal muito bom condutor de calor e eletricidade, apresentando a vantagem de ser mais leve que a maioria dos metais. Seu ponto de fusão é 659,8°C e seu ponto de ebulição é 2.270°C. Este metal branco foi isolado por Wõhler em 1827 e é o mais abundante da crosta terrestre (7,5%). É encontrado na natureza fazendo parte das várias formas de bauxita (AI203 . n H20), na argila (AI2H2(Si04)2 . H2), no feldspato (K AISi3Og), na mica (K AI3H(SiO4)3) e em diversas pedras preciosas, como água marinha, o rubi, a safira e a turquesa.

Seu uso é muito difundido em instrumentos cirúrgicos, de precisão, de aviação, utensílios de cozinha, nas soldas especiais (aluminotermia). Forma diversas ligas úteis, como, por exemplo, o duralumínio (95% Al; 4% Cu; 0,5% Mn; 0,5% Mg), ou o bronze-alumínio, que é uma liga de cobre com 8 a 12% de Al. É também usado em folhas e chapas como material refletor de ondas luminosas e caloríficas.

As principais reações do alumínio são:
com ácidos fortes: 2 Al + 3 H2S04 -» AI2(SCg3 + 3H2′
com bases fortes (prova de seu “caráter anfótero“): 2 Al + 2 NaOH + 2 H20 -» 2 NaAI02 + 3 H2.

o alumínio em pó é inflamável e age como redutor muito forte, sendo usado para liberar metais de seus óxidos (processo de aluminotermia): 3 Ti02 + 4AI -» 3 Ti + 2 AI203. Um composto importante do alumínio é o “alúmen comum”, KSO4 . AI2(SOJ3 . 24 H2O, que é usado no tingirnento de tecidos, na purificação da água, etc.

O alumínio é muito usado como material de construção (janelas de casas, aviões, etc), na fabricação de utensílios domésticos (panelas, “papel alumínio” etc.). Fios de alumínio são usados como condutores alétricos. Alumínio em pó é usado em tintas, na aluminotermia, etc. As principais ligas de alumínio são: bronze de alumínio (Cu + AO e duraíumínío (Al + Cu + Mg).