Nesta unidade temática, você vai aprender

• De onde vêm os metais que usamos hoje em dia;

• O que fazer com eles para que sejam úteis para nós.

Olhe ao seu redor e possivelmente verá algum objeto metálico. Não era assim nos primórdios da civilização. Os homens antigos utilizavam madeira, couro e rochas. Quando isso mudou? Na revolução industrial tivemos um grande aumento na utilização dos metais. 

Mas como os metais se formaram? Bom, vamos fazer uma viagem ao início de tudo, o Big Bang! 

Os elementos químicos mais pesados que o ferro foram formados de outra forma, através da explosão da estrela, chamada de supernova. Essa violentíssima explosão iniciada no núcleo funde os átomos uns contra os outros de uma maneira que não compreendemos totalmente, mas sabemos o que ela produz, que são todos os elementos mais pesados que o ferro. Essas nuvens de elementos se unem formando novas estrelas mais pesadas e, após alguns ciclos, se formam os planetas com átomos de várias explosões de estrelas em sua composição. Isso levou dois terços da idade do universo. Na formação do nosso sistema solar, dois planetas se uniram para formar a Terra e a Lua. A Terra esfriou, adquiriu água e a vida se iniciou com cianobactérias que produziram oxigênio nos mares primordiais. 

Por que a Idade do Bronze veio antes da Idade do Ferro?

O ferro estava solubilizado nos oceanos e, com a criação do oxigênio livre, ocorreu uma reação chamada OXIDAÇÃO. Essas moléculas de óxido de ferro, pela ação da gravidade, decantaram no fundo do oceano e soergueram mais tarde com a movimentação dos continentes. Dessa forma, obtemos o minério de ferro que utilizamos para fazer o ferro metálico através de um processo chamado REDUÇÃO, que é o inverso da oxidação. Na verdade, isso aconteceu com todos os metais oxidáveis, pois o óxido metálico é mais estável quimicamente que o estado metálico do elemento. 

A Idade do Bronze veio antes da Idade do Ferro porque o bronze e vários elementos e ligas chamadas de NOBRES não são tão reagentes com o oxigênio como o ferro, alumínio, titânio e outros ou são mais facilmente reduzidos a metais como o chumbo. O homem começou a utilizar primeiramente metais nobres, como ouro, prata e bronze, por exemplo. O ouro e a prata são elementos químicos, já o bronze e o aço são ligas metálicas compostas por dois ou mais elementos. 

A Idade do Ferro veio somente após o homem conseguir reduzir este elemento para formar ligas ferrosas. Isso é feito a partir do minério de ferro, com adição de calcário, carbono e muito calor. As primeiras ligas obtidas eram basicamente ferro fundido cinzento, que utilizamos ainda hoje em estruturas de máquinas que precisam de bastante massa para evitar vibração, por exemplo. 

Conforme Kiminami, 2013, os metais puros como o ferro e o níquel não ocorrem na natureza em sua forma pura, como os encontrados nos meteoritos, por exemplo, mas sim na forma de óxidos como hematita, bauxita, cassiterita, calcopirita galena e outros. 

As combinações de elementos metálicos com outros elementos são chamadas de ligas. As ligas, pela combinação de elementos, possibilitam a ampliação de propriedades possíveis de serem alcançadas pelos metais puros para atender às especificações dos produtos metálicos, como, por exemplo, aumento de dureza por mecanismos de endurecimento ou aumento de resistência à corrosão pela adição de elementos formadores de filmes passivos.

Abundância e obtenção do ferro

Conforme a Wikipedia, é o metal de transição mais abundante da crosta terrestre e o quarto de todos os elementos. Também é abundante no Universo, tendo-se encontrado meteoritos que contêm esse elemento. 

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. No exemplo abaixo, a redução da magnetita:

Posteriormente, na parte inferior do alto-forno, onde a temperatura é mais elevada, ocorre a maior parte da redução dos óxidos com o coque (carbono):

O carbonato de cálcio se decompõe:

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:

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.

O ferro obtido pode conter muitas impurezas não desejáveis, sendo necessário submetê-lo a um processo de refinação que pode ser realizado em fornos chamados convertedores. A injeção de oxigênio no interior do metal líquido retira o carbono e outros contaminantes. Podem ser adicionados metais em forma de sucata nessa hora. Também se utiliza uma bomba de vácuo para retirar gases da liga, dependendo do aço que se queira produzir. 

Alumínio

Conforme Wikipedia, o alumínio é o elemento metálico mais abundante da crosta terrestre. Sua leveza, condutividade elétrica, resistência à corrosão e baixo ponto de fusão lhe conferem uma multiplicidade de aplicações, especialmente nas soluções de engenharia aeronáutica. Entretanto, mesmo com o baixo custo para a sua reciclagem, o que aumenta sua vida útil e a estabilidade do seu valor, a elevada quantidade de energia necessária para a sua obtenção reduz sobremaneira o seu campo de aplicação, além das implicações ecológicas negativas no rejeito dos subprodutos do processo de reciclagem ou mesmo de produção do alumínio primário.

Definição de fundição