Os autores optaram por abordar a siderurgia, processo metalúrgico para obtenção do ferro, da seguinte forma:
A siderurgia é o ramo da metalurgia que trata especificamente do beneficiamento do ferro. Sua principal atividade é a produção de aço, que se tornou possível durante a Revolução Industrial graças à invenção de fornos que permitiam eliminar impurezas do ferro e adicionar a ele substâncias que o tornassem resistente a desgastes, impactos, corrosão etc.
Minérios contendo ferro, associado a oxigênio e sílica, são encontrados em toda a crosta terrestre.
Na verdade, os minérios de ferro são constituídos de óxidos de ferro misturados à areia.
Na siderurgia, o ferro é aquecido em altos-fornos, com aproximadamente 40 metros de altura, na presença de carvão, oxigênio e calcário (SANTOS, W. (org.); MÓL (org.), 2013c, p. 215). Por meio dessas informações, os autores explicam que a siderurgia é um processo metalúrgico que produz o ferro metálico e sua importância para a indústria. Ainda, informam que a redução do ferro é realizada em altos-fornos e, além disso, citam os reagentes necessários para a transformação química. Na continuidade, informam sobre as duas funções do carvão: “combustível, que permite alcançar altas temperaturas, necessárias à fusão do minério, e agente redutor, que transforma o minério em ferro metálico. Em função da temperatura, ocorrem diferentes alturas do alto-forno” (SANTOS, W. (org.); MÓL (org.), 2013c p. 216).
Na sequência, há uma figura de um alto-forno (ver anexo I) indicando a entrada pela parte superior do forno do minério de ferro, coque e pedra calcária. Ainda, na parte superior indica a saída dos gases monóxido de carbono, dióxido de carbono e dióxido de nitrogênio. Por sua vez, na parte inferior do forno indicam a saída da escória fundida, do ferro metálico e da entrada de ar quente e oxigênio (SANTOS, W. (org.); MÓL (org.), 2013c, p. 216). E mais, apresentam as seguintes equações químicas que acontecem nos altos-fornos, no sentido ascendente, ou seja, da base para a parte superior do alto forno. Ou melhor, as maiores temperaturas são encontradas na base do forno:
C + O2 → CO2 (1 300 °C)
CO2 + C → 2CO (1 000 °C)
Fe2O3 + 3CO → 2FeO + 3CO2 (1 000 °C)
FeO(s) + CO(g) → FeO(l) + CO2(g) (1 000 °C)
Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2 (800 °C)
3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2 (800 °C)
(SANTOS, W. (org.); MÓL (org.), 2013c, p. 216). Logo abaixo da figura, informam que “o alto-forno é alimentado com minério de ferro, carvão, calcário e ar. O calor da combustão do carvão favorece outras reações químicas. Como produtos, são obtidos gás carbônico, ferro fundido e escória (resíduo)” (SANTOS, W. (org.);
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MÓL (org.), 2013c, p. 216). Ainda, ressaltam que do ponto de vista do nosso estudo, a reação mais importante é a representada pela equação:
Fe2O3(l) + 3CO(g) → 2Fe(l) + 3CO2(g)
(SANTOS, W. (org.); MÓL (org.), 2013c, p. 216). Os autores por meio da equação química supracitada promovem na sequência, a explicação sobre a variação do número de oxidação das espécies químicas sendo expressa pela citação a seguir:
Nessa reação, o íon ferro (Nox = 3) ganha três elétrons e é reduzido a ferro metálico (Nox = 0). Simultaneamente, o carbono é oxidado, passando o seu número de 2+ a 4+. Após o balanceamento da equação, a mesma quantidade de átomos cedida pelos átomos de carbono será recebida pelos átomos de ferro (SANTOS, W. (org.); MÓL (org.), 2013c, p. 216).
Esta abordagem pelos autores permite fazer a interlocução dos conceitos químicos com o processo de beneficiamento do minério de ferro. Ou em outras palavras, através da redução do ferro nos altos- fornos é possível estudar a reação de oxirredução onde a hematita, Fe2O3, age como agente oxidante e o monóxido de carbono, CO, como
agente redutor. E, assim, possibilitando a interlocução do estudo da siderurgia com o conhecimento científico.
Para finalizar, seguem-se as informações concernentes ao processo de obtenção do ferro fundido:
O ferro produzido no alto-forno é chamado de ferro-gusa, e o resíduo dessa produção, rico em calcário, sílica e outras impurezas, chamado escória, servem de matéria-prima para a fabricação de cimento.
A seguir, o ferro-gusa fundido é levado à aciaria, onde é refinado e transformado em aço para ser laminado, dando origem a chapas grossas e finas, bobinas, vergalhões, arames, perfilados, barras etc.
No atual estágio de desenvolvimento tecnológico, é impossível imaginar o mundo sem o ferro fundido e o aço (SANTOS, W. (org.); MÓL (org.), 2013c, p. 216).
Aqui, os autores apontam para as aplicações tecnológicas do aço e da importância do ferro para o desenvolvimento tecnológico. Ainda,
propõem nove perguntas para serem debatidas relacionadas a importância dos metais, como os metais são encontrados na natureza, a função da siderurgia e da metalurgia na obtenção dos metais entre outras (SANTOS, W. (org.); MÓL (org.), 2013c, p. 217). As perguntas para o debate são as seguintes:
Debata e entenda
1. Por que o desenvolvimento da civilização humana está relacionado ao uso de metais? 2. Monte um quadro com três colunas no caderno e liste, na primeira coluna, exemplos de materiais metálicos com os quais são fabricados objetos que você utiliza seu cotidiano. Na segunda coluna do quadro, relacione ao lado de cada material um metal que o componha e alguma(s) propriedade(s) característica(s) desse metal que permitam o uso que dele fazemos. Finalmente, na terceira coluna, indique se existe ou não algum material não metálico que possa substituir cada metal indicado. Caso você não tenha listado nenhum substituto, explique por que esses metais não podem ser substituídos.
3. Explique por que o consumo de metais pode ser um indicador de desenvolvimento econômico de um país.
4. Que medidas poderiam ser adotadas para evitar que as reservas mundiais de minérios se esgotem? 5. Como os metais são normalmente encontrados na natureza?
6. Apesar de o alumínio ser o metal mais abundante na natureza, quase 100% dos produtos confeccionados com esse metal são reciclados. Qual é a importância desse procedimento para a economia e para o meio ambiente?
7. Por que o minério de ferro é tão importante para a indústria?
8. Apesar de ser relativamente raro na crosta terrestre, o cobre é utilizado na indústria de equipamentos elétricos. Por que não utilizar outros metais, já que esse é tão raro?
9. Qual é a função da siderurgia e da metalurgia na obtenção dos metais?
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A partir dessas perguntas o aluno pode compreender a importância dos metais no mundo contemporâneo, dos processos metalúrgicos, da reciclagem do alumínio e do cobre na indústria elétrica.
E, acredita-se ser importantíssimo abordar o processo de fabricação do aço para promover a educação científica e tecnológica dos educandos, pois o ferro gusa é o principal constituinte do aço. Ou seja: ─ Como se fabrica o aço? De acordo com Canto (1996), o aço é fabricado da seguinte maneira:
O aço é obtido por purificação do ferro-gusa ainda líquido, logo após sua saída do alto-forno. Esse líquido é derramado em um enorme recipiente denominado conversor a oxigênio, onde há um tubo que lhe injeta gás oxigênio. A reação entre esse gás e as impurezas produz óxidos que, por sua vez, reagem com a cal virgem que é introduzida pelo topo do conversor. O produto desta última geração (escória) flutua no ferro líquido e pode então ser eliminado. [...] Um conversor de tamanho adequado pode produzir de 300 a 350 toneladas de aço em cerca de 40 a 45 minutos (p. 70-71).
Assim, o processo de purificação do ferro-gusa é descrito e, então, através da formação de óxidos devido a reação do gás oxigênio com a cal virgem explica-se a produção da escória e, seu posterior descarte.