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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
INSTITUTO DE TECNOLOGIA
FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA
TECNOLOGIA METALÚRGICA
METALURGIA DO FERRO
FABRÍCIO PINHEIRO BAÍA 12188000701
GABRIEL TEIXEIRA FAGUNDES 12188001701
MARCELLO VICTOR DE A. FRANCO 12188000501
PAULO PINZ KLEMANN 12188005201
THIAGO M. BRAGA RODRIGUES 12188000601
JUNHO, 2012
SUMÁRIO
01 – INTRODUÇÃO.............................................................................................1
02 – CARACTERÍSTICAS GERAIS.....................................................................1
03 – RESERVAS MINERAIS DE FERRO...........................................................1
04 – PRODUÇÃO................................................................................................2
05 – EXTRAÇÃO.................................................................................................2
06 – BENEFICIAMENTO.....................................................................................3
06.1 – Preparação do Minério...................................................................3
06.2 – Classificação..................................................................................3
06.3 – Concentração.................................................................................4
07 – PELOTIZAÇÃO E SINTERIZAÇÃO.............................................................4
08 – FUNCIONAMENTO DO ALTO FORNO......................................................5
09 – REFINO.......................................................................................................7
10 – APLICAÇÕES..............................................................................................7
11 – CONCLUSÃO..............................................................................................8
12 – REFERÊNCIAS...........................................................................................8
Metalurgia do Ferro 1
01 – INTRODUÇÃO
O ferro é um dos elementos mais abundantes na crosta terrestre e é o
metal mais produzido, inúmeros minerais têm o ferro como componente
essencial, porém, são os óxidos que possuem maior concentração desse metal
que juntamente com outros elementos, na forma de liga metálica, possui
grande utilidade.
Tendo em vista estes fatos, esse trabalho apresenta de forma geral e
objetiva o tratamento que é dado ao minério de ferro, desde a sua extração em
minas a céu aberto até a obtenção de ferro-gusa e ferro metálico, dando ênfase
nas etapas de beneficiamento e redução, em alto-forno. Verificando também as
características e aplicações deste que é o metal mais importante para o
homem.
02 – CARACTERÍSTICAS GERAIS
O ferro possui coloração cinza prateada, tem propriedades magnéticas e
ferromagnéticas. É um metal dúctil, maleável, muito reativo, oxida com
facilidade é o mais comum, o mais barato e o mais importante dos metais. Os
minérios de ferro são rochas a partir das quais é obtido o ferro metálico. Pode
ser encontrado sob a forma de diversos compostos como carbonatos, sulfetos,
e principalmente óxidos, tais como a hematita e a magnetita.
Figura 1 – Hematita [UOL CIÊNCIA – HSW]
03 – RESERVAS MINERAIS DE FERRO
As reservas mundiais de minério de ferro são da ordem de 180 bilhões
de toneladas, sendo que a maior parte desse volume está concentrado em
apenas cinco países (Ucrânia, Rússia, Austrália, China e Brasil). As reservas
brasileiras totalizam 20,4 bilhões de toneladas e estão localizadas em sua
totalidade nos estados de Minas Gerais (teor médio de 43,6% de Fe), Pará
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(teor médio de 67,6%) e Mato Grosso do Sul (teor médio de 55,6% de Fe). Este
alto teor de ferro contido nos minérios brasileiros coloca o Brasil em uma
posição de destaque no cenário mundial.
04 – PRODUÇÃO
O ferro metálico é obtido a partir de blocos amorfos (minério de ferro). O
minério de ferro passa por um processo de classificação e concentração.
Posteriormente é levado para fornos de altas temperaturas onde é
transformado em ferro-gusa. O ferro-gusa segue então para refinarias onde é
transformado em aço e outras ligas metálicas de diversas aplicações.
05 – EXTRAÇÃO
Grande parte do minério de ferro no mundo é extraído através de
mineração a céu aberto. O planejamento de mina indica a geometria onde vai
ser operado, isto é, o local onde o minério vai ser retirado, a infra-estrutura
define se vai ser necessário o desmonte da rocha ou esta poderá ser
simplesmente cavada para a retirada do composto mineral. Caso a rocha seja
resistente é feita a perfuração e posteriormente a detonação. Após a detonação
as escavadeiras são levadas até os pontos designados, o minério é carregado
por pás carregadeiras e transportados em caminhões fora-de-estrada, com
capacidade de cerca de 260 toneladas, até as usinas onde ele será
beneficiado.
Figura 2 – Mina de ferro em Carajás, Pará [IG ECONOMIA]
Metalurgia do Ferro 3
06 – BENEFICIAMENTO
O minério extraído das minas segue para o beneficiamento que objetiva
concentrar o composto metálico de ferro e adequá-lo ao processo de redução
em alto-forno. Este processo consiste nas etapas de fragmentação,
classificação e concentração.
06.1 – Preparação do Minério
As operações de preparação do minério consistem em reduzir o minério
a fragmentos de tamanho apropriado ao seu beneficiamento. O minério de ferro
é granulado por britagem (6mm – 40mm de espessura).
Figura 3 – Britador de minério de ferro [MINING AND CONSTRUCTION MACHINARY]
06.2 – Classificação
Após ser fragmentado o minério passa pelo processo de classificação
que geralmente é feito por peneiramento, mas também pode ocorrer em
máquinas como hidrociclones e classificador espiral.
Metalurgia do Ferro 4
Figura 4 - Peneira giratória [SHAKINGTABLE]
06.3 – Concentração
O minério classificado passa pelos processos de concentração
denominados espessamento e filtragem.
Primeiramente o composto mineral de ferro passa pelo espessamento,
onde certa quantidade de água é retirada. Este processo é feito por decantação
cumulativa, regida pela Lei de Stokes. O minério de ferro sedimentado no fundo
do recipiente é varrido por pás mecânicas e segue para a filtração.
A passagem da polpa é então forçada através de um tecido que permite
a sua filtragem deixando-o com um baixo percentual de umidade.
07 – PELOTIZAÇÃO E SINTERIZAÇÃO
O minério ferro concentrado pode ser transformado em pelotas (5mm –
18mm de espessura) ou sínters (5mm – 50mm de espessura). Estes processos
visam reduzir as perdas de matéria-prima e dar ao material dimensões e
composições uniformes adequadas a boa operação em aparelhos siderúrgicos.
Na sinterização o minério é aquecido sob condições controladas a
temperaturas abaixo do seu ponto de fusão a fim de promover a ligação
metalúrgica entre as partículas e remover as irregularidades e “vácuos”,
conferido ao minério as propriedades físicas e mecânicas desejadas. Neste
processo a economia do material é levada ao extremo, controlando-se a
densidade é possível eliminar “pesos mortos” indesejáveis no produto final.
Mesmo levando em consideração a necessidade de operações posteriores de
usinagem, uma peça sinterizada normal, usa mais de 97% de sua matéria
original.
Metalurgia do Ferro 5
Na pelotização o minério é moldado na forma esférica, através de um
tratamento térmico, com características apropriadas para alimentação das
unidades de redução. A produção de pelotas permite a adição de maior valor
agregado ao produto, sendo possível acrescentar na própria pelota, agentes
redutores do ferro.
08 – FUNCIONAMENTO DO ALTO-FORNO
A redução dos óxidos para a obtenção do ferro é efetuada em fornos
denominados alto-forno. Nele são adicionados os minerais de ferro, em
presença de coque, e carbonato de cálcio, que ajuda na formação da escória.
Toda a carga de óxido de ferro (minério granulado, pelotas ou sínters),
agentes redutores e combustíveis é adicionada anteriormente ao acendimento
do forno, sendo necessários meios de entrada e circulação de ar e gases de
combustão.
No caso da hematita, que apresenta ponto de fusão de 1560 °C. O
carbonato de cálcio (CaCO3) é adicionado para promover a redução do ponto
de fusão e reagir com impurezas presentes como o dióxido de silício (SiO2)
formando o metassilicato de cálcio (CaSiO3), conhecido como escória. O coque
(carbono amorfo, com mais de 90% de pureza) é usado para promover a
redução da hematita.
A carga sólida, alimentada pelo topo, desce por gravidade reagindo com
o gás que sobe. Na parte inferior do forno o ar quente (vindo dos
regeneradores) é injetado através das ventaneiras. Em frente as ventaneiras, o
O2 presente no ar reage com o coque produzindo CO2. O dióxido de carbono
assim produzido e também proveniente do carbonato de cálcio reage com o
coque que é constantemente adicionado ao alto-forno, produzindo CO que
ascende no forno reduzindo o óxido de ferro presente na carga que desce em
contra corrente.
Metalurgia do Ferro 6
Figura 5 – Princípio de funcionamento do alto-forno [SCIENCE, editada]
Na parte inferior do alto forno a temperatura pode alcançar 1900 °C.
No forno o carbono do coque reage com o oxigênio para formar o
dióxido de carbono
C(s) + O2(g) → CO2(g)
No topo do forno, o calcário se decompõe formando CaO e CO2:
CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)
Em seguida o óxido de cálcio combina-se com o óxido de silício para
formar uma escória líquida:
CaO(s) + SiO2(s) → CaSiO3(l)
No interior do alto-forno a escória fica localizada acima do ferro-gusa
(mais denso) e pode ser utilizada como um material para a construção de
estradas e para enriquecimento mineral de solos para a agricultura.
O dióxido de carbono é reduzido com o coque a monóxido de carbono:
C(s) + CO2(g) → 2CO(g)
Então ocorre a reação do óxido de ferro com CO. Como por exemplo, a
redução da hematita:
Fe2O3(s) + 3CO(g) → 2Fe(s) + 3CO2(g)
Metalurgia do Ferro 7
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):
2Fe2O3(s) + 3C(s) → 4Fe(s) + 3CO2 (g)
A dessulfuração (eliminação de enxofre) é feita através de uma
combustão provocada pela injeção de ar (oxigênio) no forno.
O ferro-gusa produzido é retirado por meio de aberturas na parte inferior
lateral do forno.
09 – REFINO
O ferro obtido segue para refinarias onde ganhará propriedades
específicas de ligas metálicas, que serão determinadas conforme as aplicações
a que se destina o material. Uma dessas unidades é a aciaria, onde o ferro-
gusa é transformado em aço.
A produção de ferro na sua forma mais pura pode ser importante para
aplicações específicas e pode ser feita por meio de técnicas tais como a
eletrólise, redução do óxido ou hidróxido com hidrogênio ou por formação de
um complexo de carbonilo Fe(CO)5, seguido de decomposição térmica desse
composto.
10 – APLICAÇÕES
O ferro é o metal mais usado representando mais de 90% da produção
mundial de metal. Dada a sua alta reatividade química possui pouca
aplicabilidade na forma pura, porém, juntamente com outros elementos tais
como níquel, zinco e carbono, é possível formar ligas que possuem uma
variedade de propriedades mecânicas, dependendo da sua composição, e são
aplicadas desde pequenas peças como chaves de parafusos, pregos e
martelos até aplicações de grandes dimensões como navios ou estruturas
metálicas para pontes e edifícios. É a principal matéria-prima para a fabricação
do aço, material de extrema importância na engenharia e na indústria.
Peças automotivas, instrumentos cirúrgicos, ferramentas agrícolas,
turbinas geradoras, ferramentas de construção civil, material bélico,
plataformas e torres de petróleo são alguns exemplos de utilização do ferro.
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11 – CONCLUSÃO
O ferro é um metal de extrema utilidade para o homem e constitui
matéria-prima de diversos produtos. Pelo fato de não ser encontrado
naturalmente na sua forma pura é necessário que o minério de ferro passe por
um tratamento especial que consiste no seu beneficiamento, ao final do qual o
composto de ferro deverá ser concentrado e então passará para fornos de
elevadas temperaturas (alto-forno), que possuem papel fundamental nesse
processo, atuando na redução do minério e tendo como produto principal o
ferro-gusa.
O ferro refinado, na sua forma pura, possui aplicações específicas,
porém quando combinado com outros elementos certas propriedades físicas e
químicas lhes são conferidas permitindo sua aplicabilidade nas mais variadas
áreas da engenharia e da indústria.
12 – REFERÊNCIAS
UOL CIÊNCIA, HOW STUFF WORKS, http://ciencia.hsw.uol.com.br/ferro-e-o-
aco2.htm, Maio
IG ECONOMIA,
http://economia.ig.com.br/empresas/industria/maquinas+gigantes+e+paisagem
+marciana+nas+minas+de+ferro+da+vale/n1237726864434.html, Maio
MINING AND CONSTRUCTION MACHINARY,
http://britadordemandibulas.com.br/maquina-pedreira/britador-de-minerio-de-
ferro.html, Maio
MADE IN CHINA, http://shakingtable.en.made-in-
china.com/product/CbNEyzLlSOWh/China-Small-Size-Rotary-Drum-Sieve-GT-
.html, Maio
SCIENCE CREAFORUM, http://science.creaforum.net/t328-topic, Maio
DEPARTAMENTO NACIONAL DE PRODUÇÃO MINERAL, http://www.dnpm-
pe.gov.br/Detalhes/Ferro.htm, Maio
DEPARTAMENTO NACIONAL DE PRODUÇÃO MINERAL,
https://sistemas.dnpm.gov.br/publicacao/mostra_imagem.asp?IDBancoArquivo
Arquivo=6374, Maio
DEPARTAMENTO NACIONAL DE PRODUÇÃO MINERAL,
http://www.dnpm.gov.br/assets/galeriadocumento/balancomineral2001/ferro.pdf
, Maio
BAHIA MINERAÇÃO, http://www.bamin.com.br/interna.php?cod=8, Maio
Metalurgia do Ferro 9
E-ESCOLA, INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO, http://www.e-
escola.pt/topico.asp?id=466&ordem=4, Maio
CURSOS UNISANTA, PROCESSOS DE FABRICAÇÃO II,
http://cursos.unisanta.br/mecanica/polari/sinterizacao.html, Maio
INNOVATEUS, HOW IS IRON REFINED FROM THE ORE?,
http://www.innovateus.net/science/how-iron-refined-ore, Maio
WIKIPÉDIA, IRON, http://en.wikipedia.org/wiki/Iron, Maio
WIKIPÉDIA, BLAST FURNACE, http://en.wikipedia.org/wiki/Blast_furnace, Maio
WIKIPÉDIA, FERRO, http://pt.wikipedia.org/wiki/Ferro, Maio
WIKIPÉDIA, GUSA, http://pt.wikipedia.org/wiki/Gusa, Maio
WIKIPÉDIA, PELOTIZAÇÃO, http://pt.wikipedia.org/wiki/Pelotização, Maio
WIKIPÉDIA, SINTERIZAÇÃO, http://pt.wikipedia.org/wiki/Sinterização, Maio
