Sabotagem industrial, intervenção do governo e uma corrida contra o tempo para evitar consequências devastadoras-não um resumo de um thriller político fictício, mas o drama da vida actual que envolveu a indústria de aço do Reino Unido nas últimas semanas. No centro da história, estavam os altos-altos de propriedade de chinês em Scunthorpe, que corriam o risco de desligar até que fossem Trazido sob a propriedade do governo de emergência.
Um weblog de química pode não ser o lugar para entrar na política da situação, mas é uma oportunidade tópica para analisar a multiplicidade de reações que transformam minério em aço. Afinal, não é sempre que um tópico geralmente abordado em aulas de química secundária faz notícias internacionais!
Primeiro, o básico: o forno é a principal maneira de o ferro ser extraído do minério de ferro. É um eixo vertical, com até 60 metros de altura, aquecido por uma entrada de ar quente perto da base. Os trabalhadores adicionam matérias -primas na parte superior do forno, onde a temperatura é mais fria, e o ferro fundido é o produto last, tocado na base do forno.
O forno usa três matérias -primas principais: hematita (minério de ferro), carvão coque (carvão aquecido sem oxigênio para remover impurezas) e calcário. Estes passam por uma série de reações no forno. Primeiro, o carbono no carvão reage com oxigênio no ar, produzindo dióxido de carbono e gases de monóxido de carbono. O monóxido de carbono reage com o óxido de ferro em minério de ferro, uma reação em três estágios que produz ferro fundido.
O calcário também tem um papel importante. Ele se decompõe para formar óxido de cálcio, que reage e take away as impurezas de sílica no ferro. Isso forma uma camada de silicato de cálcio fundido de menor densidade na parte superior do ferro fundido, que pode ser batido separadamente. O termo técnico para essas impurezas derretidas é “escória”, uma fonte de muita alegria para os adolescentes em aulas de química em todos os lugares, que se pensa em derivar de um termo proto-germânico para as lascas de steel saíram durante a martelamento.
O ferro direto do forno é chamado de “ferro de porco” e não é particularmente útil. Seu teor de carbono relativamente alto (3-5%), juntamente com a presença de várias impurezas restantes, como o sulfeto de ferro, tornam-o quebradiço. É necessário um tratamento adicional para formar aço utilizável. Primeiro, é adicionado óxido de cálcio ou carboneto para remover impurezas de enxofre, formando sulfeto de cálcio. Em seguida, o ferro fundido oxigênio explodiu nele em um forno básico de oxigênio, oxidando as impurezas restantes e removendo mais teor de carbono. O resultado é o aço bruto, que pode ser ligado ainda mais com outros elementos para fins diferentes.
Embora o desaparecimento dos fornos de explosão de Scunthorpe tenha sido evitado por enquanto, seus dias permanecem numerados. De acordo com a Agência Internacional de Energia, o processo de forno de explosão e o processo básico do forno oxigênio representaram 70% da produção international de aço bruto em 2023, mas possui um concorrente emergente: o forno de arco elétrico. Esses fornos usam arcos de eletricidade entre eletrodos de grafite para produzir altas temperaturas. Dois dos quatro fornos de explosão de Scunthorpe já estão fora de ação e, quando o par restante é substituído por fornos de arco elétrico é uma questão de quando, em vez de se.
A razão para isso é que o aço produzido pelo forno de explosão tem um problema de sustentabilidade. De acordo com um Instituto de Relatório de Economia Energética e Análise Financeirapara cada tonelada métrica de aço bruto produzido pelo processo de forno de oxigênio-oxigênio-alimentar-forno, é necessário 21,4 gigajoules de energia. Um forno de arco elétrico pode produzir aço usando ferro produzido a partir de minério de ferro por reação com hidrogênio e monóxido de carbono a partir de gás pure, um processo que requer 17,1 gigajoules de energia por tonelada métrica de aço bruto. Como alternativa, os fornos de arco elétrico também podem usar sucata como matéria -prima, um processo que requer apenas 2,1 gigajoules de energia por tonelada de aço bruto criado.
Outro fator -chave são as emissões de dióxido de carbono associadas a fornos de explosão. De acordo com o Temporary Carbona indústria de ferro e siderúrgica é responsável por 11% das emissões globais de dióxido de carbono. Por tonelada métrica de aço bruto, o processo de forno-oxigênio-oxigênio-alvo-forno emite 2,2 toneladas de dióxido de carbono. Isso se compara a 1,4 toneladas métricas ou 0,3 toneladas, respectivamente, para os dois processos de forno de arco elétrico detalhados no parágrafo anterior. Ambas as figuras podem ser reduzidas ainda mais com o uso de hidrogênio verde e eletricidade renovável.
A Agência Internacional de Energia estima que a porcentagem de aço produzida por fornos de arco elétrico globalmente precisará aumentar de 24% em 2020 para 52% até 2050. Há também um alvo intermediário de 36% para 2030; O progresso para isso parece promissor, com um número de 32% atingido em 2023. No entanto, ainda existem desafios à frente, com o Maioria da capacidade de criação de ferro em desenvolvimento na Índia e na China Ainda usando o forno de explosão e a tecnologia básica do forno de oxigênio.
Referências e leitura adicional
