Perfil de metal: ferro
O uso de ferro por humanos remonta a cerca de 5000 anos. É o segundo elemento metálico mais abundante na crosta terrestre e é usado principalmente para produzir aço , um dos materiais estruturais mais importantes do mundo.
Element Categoria: Transition Metal
Densidade: 7.874g / cm 3
Ponto de fusão: 1500 ° C (2800 ° F)
Ponto de ebulição: 2882 ° C (5182 ° F)
Dureza de Moh: 4
O ferro puro é um metal de cor prateada que conduz bem o calor e a eletricidade.
O ferro é muito reativo para existir sozinho, de modo que só ocorre naturalmente na crosta terrestre como minérios de ferro , como hematita, magnetita e siderite.
Uma das características de identificação do ferro é que ele é fortemente magnético . Exposto a um campo magnético forte, qualquer peça de ferro pode ser magnetizada. Os cientistas acreditam que o núcleo da Terra é constituído por cerca de 90% de ferro. A força magnética produzida por este ferro é o que cria os pólos magnéticos do Norte e do Sul.
O ferro provavelmente foi originalmente descoberto e extraído como resultado da queima de madeira em cima de minérios contendo ferro. O carbono dentro da madeira teria reagido com o oxigênio no minério, deixando um metal de ferro maleável e maleável . A fundição de ferro e o uso de ferro para fazer ferramentas e armas começaram na Mesopotâmia (atual Iraque) entre 2700 e 3000 aC. Ao longo dos 2000 anos seguintes, o conhecimento de fundição de ferro se espalhou para o leste na Europa e na África durante um período conhecido como Idade do Ferro.
A partir do século XVII, até um método eficiente de produção de aço foi descoberto em meados do século 19, o ferro foi cada vez mais utilizado como material estrutural para fazer navios, pontes e edifícios. A Torre Eiffel, construída em 1889, foi feita com mais de 7 milhões de quilogramas de ferro forjado.
A característica mais problemática do ferro é a sua tendência de formar ferrugem.
A ferrugem (ou o óxido férrico) é um composto castanho, que é produzido quando o ferro é exposto ao oxigênio. O gás oxigênio que está contido na água acelera o processo de corrosão . A taxa de ferrugem - quão rápido o ferro se transforma em óxido férrico - é determinado pelo teor de oxigênio da água e a superfície do ferro. A água salgada contém mais oxigênio do que água fresca, e é por isso que a água salgada corta o ferro mais rápido do que a água fresca.
A oxidação pode ser prevenida pelo revestimento de ferro com outros metais que são quimicamente mais atraentes para o oxigênio, como o zinco (o processo de revestimento de ferro com zinco é referido como " galvanização "). No entanto, o método mais eficaz de proteção contra ferrugem é o uso de aço.
O aço é uma liga de ferro e vários outros metais, que são utilizados para melhorar as propriedades (resistência, resistência à corrosão, tolerância ao calor, etc.) de ferro. Alterar o tipo e a quantidade de elementos ligados com ferro pode produzir diferentes tipos de aço.
Os aços mais comuns são:
Aços de carbono, que contêm entre 0,5-1,5% de carbono. Estes são os aços mais comuns e são usados ​​para corpos de automóveis, cascos de navio, facas, máquinas e todo tipo de suporte estrutural.
Aços de baixa liga, que contêm entre 1-5% de outros metais (muitas vezes níquel ou tungstênio ). O aço de níquel é capaz de suportar altos níveis de tensão e, portanto, é usado frequentemente na construção de pontes e para fazer cadeias de bicicleta. Os aços de tungstênio mantêm sua forma e força em ambientes de alta temperatura e são usados ​​em aplicações de impacto, rotativas, como brocas.
Os aços de alta liga, que contêm 12-18% de outros metais, são usados ​​apenas em aplicações especiais devido ao seu alto custo. Um exemplo de aço de alta liga é o aço inoxidável, que muitas vezes contém cromo e níquel, mas também pode ser ligado com vários outros metais. O aço inoxidável é muito forte e altamente resistente à corrosão.
A maioria do ferro é produzido a partir de minérios encontrados perto da superfície terrestre. Técnicas de extração modernas usam altos fornos, que são caracterizados por suas pilhas altas (estruturas de chaminé). O ferro é vertido nas pilhas juntamente com coca (carvão rico em carbono) e calcário (carbonato de cálcio). Hoje em dia, o minério de ferro normalmente passa por um processo de sinterização antes de entrar na pilha. Este processo forma peças de minério que estão entre 10-25mm, que são então misturados com coca e calcário.
O minério sinterizado, coque e pedra calcária são então derramados na pilha, onde são queimadas a temperaturas de 1800 ° C. A queima de coque como fonte de calor e, juntamente com o oxigênio que é atingido no forno, ajuda a formar o gás de redução de monóxido de carbono. A pedra calcária mistura-se com impurezas no ferro para formar escórias. A escória é mais leve do que o minério de ferro fundido, portanto ele sobe para a superfície e pode ser facilmente removido. O ferro quente é então vertido em moldes para produzir ferro gusa ou diretamente preparado para produção de aço.
O ferro gordo contém ainda entre 3,5 a 4,5% de carbono, juntamente com outras impurezas e é frágil e difícil de trabalhar. Vários processos são utilizados para reduzir as impurezas de fósforo e enxofre em ferro gusa, a fim de produzir ferro fundido. O ferro forjado, que contém menos de 0,25% de carbono, é resistente, maleável e facilmente soldado, mas é muito mais laborioso e dispendioso para produzir do que o aço com baixo teor de carbono.
Em 2010, a produção global de minério de ferro foi de cerca de 2,4 bilhões de toneladas. A China, o maior produtor, representou cerca de 37,5% de toda a produção, enquanto outros grandes países produtores incluem a Austrália, Brasil, Índia e Rússia.
O ferro já era o material estrutural primário, mas há muito substituído pelo aço na maioria das aplicações. No entanto, o ferro fundido ainda é usado em tubos e para fazer peças automotivas, como cabeças de cilindros, blocos de cilindros e caixas de caixa de velocidades. O ferro forjado ainda é usado para produzir itens de decoração para o lar, como racks de vinho, castiçais e barras de cortina.