Metalurgia
Metalurgia é a ciência que estuda e gerencia os metais desde sua extração do subsolo até sua transformação em produtos adequados ao uso. Metalurgia designa um conjunto de procedimentos e técnicas para extração, fabricação, fundição e tratamento dos metais e suas ligas.
Com o domínio do fogo, surgia a possibilidade da metalurgia. Com exceção do ouro e, eventualmente, da prata, do cobre, da platina e do mercúrio, todos os metais praticamente existem na natureza apenas na forma de minérios, isto é, combinados com outros elementos químicos e na forma oxidada, e para extraí-lo e "purificá-lo" (isso significa separar o metal da sua combinação inicial e transformar este em substância simples, ou seja, reduzir seu nox a zero) podemos ter como auxílio o processo de oxirredução (eletrólise industrial). A palavra "metal" vem do grego e significa "procurar, sondar". O ouro compõe 1/200 000 000 da crosta terrestre, e é um dos metais mais raros. Mas provavelmente foi o primeiro metal a ser descoberto, exatamente por existir quase sempre em forma de pepita, cuja cor é um amarelo bonito e que chama a atenção. Era extremamente pesado, podia ser usado como ornamento por ser brilhante e podia ser moldado nas mais variadas formas, pois não era muito duro. Além disso, era permanente, uma vez que não oxidava nem deteriorava.
O período calcolítico, ou Idade do Cobre, fica entre a idade da pedra polida, ou neolítico, e a idade do bronze. O cobre nativo era conhecido por algumas das mais antigas civilizações que se tem notícia e tem sido utilizado pelo menos há dez mil anos - onde atualmente é o norte do Iraque foi encontrado um colar de cobre de 8.700 a.C. Porém, o descobrimento acidental do metal pode ter ocorrido há vários milênios . Havia alguns argumentos de que o cobre seria o primeiro metal a ter sido obtido acidentalmente em fogueiras, mas isso parece improvável, uma vez que fogueiras não são quentes o suficiente para derreter minérios de cobre nem cobre metálico. Um caminho mais provável pode ter sido através dos fornos de cerâmica, inventados na Pérsia (Irã) por volta de 6000 a.C. Fornos de cerâmicas, além de, logicamente, produzirem cerâmica, também podiam derreter certos quartzos de diferentes cores para vitrificar e tornar vasos de cerâmica coloridos; acontece que a malaquita (um minério de cobre oxidado) é uma pedra verde colorida, e um oleiro que tentasse produzir algum vidro com malaquita acabaria obtendo cobre metálico. Assim pode ter iniciado a metalurgia do cobre.
O bronze é uma liga de cobre com um metaloide chamado arsênio ou de cobre com o metal estanho. A adição de arsênio ou de estanho no cobre aumentou dramaticamente sua dureza, produzindo armas e armaduras excelentes. O conhecimento da metalurgia do bronze permitiu aos reis superar seus inimigos e causou tal revolução que marcou o fim da Idade da Pedra e o começo da Idade do Bronze. Entretanto, passaram-se milênios até que o bronze pudesse ser usado por soldados comuns e por cidadãos, tendo sido, por muito tempo, artigo de luxo da nobreza. Os primeiros bronzes de cobre/arsênio foram usados por muito tempo até serem substituídos pelos bronzes modernos de cobre/estanho por volta de 1500 a.C Não se sabe ao certo se os ferreiros que produziam bronze de cobre/arsênio adicionavam conscientemente minérios de arsênio ou se exploravam minas de cobre que continham arsênio como contaminante. Os primeiros bronzes de cobre/estanho datam de 3200 a.C., novamente da Ásia Menor. Os bronzes de cobre/estanho são mais duros e duráveis que os de cobre/arsênio e, além disso, o trabalho com arsênio não é seguro, uma vez que o arsênio é um elemento venenoso, podendo ter sido o primeiro “mal industrial” a atormentar o homem. Tudo isso contribuiu para tornar obsoleto o bronze de cobre/arsênio.
Idade (Período) do bronze recente
Outra liga metálica importante surgida no período entre 1600 e 600 a.C é uma mistura de cobre e zinco, chamada latão. Esta foi utilizada mais recentemente pelos Roma na cunhagem de moedas. Polido, e dependendo de sua composição, o latão tem coloração praticamente idêntica à certas ligas de ouro-prata, diferindo apenas em sua massa.
Como a maioria de metais, o ferro não é encontrado na crosta terrestre em seu estado elementar, e sim combinado com o oxigênio ou com o enxofre. Seus minérios mais comuns são a hematita (Fe2O3) e a pirita (FeS2). O ferro funde à temperatura de 1370°C e, em estado puro, é um metal relativamente macio. Encontra maior utilidade em ferramentas na forma de aço, uma liga de ferro com carbono variando entre 0,02 e 1,7%. Quando fundido na presença de carbono, o ferro dissolve, ao contrário do cobre, consideráveis quantidades de carbono, às vezes chegando a 6%. Tal quantidade de carbono no ferro torna-o quebradiço, e tais ligas não podem mais ser chamadas de aço. A extração de ferro de seus minérios ocorre com a ligação das impurezas (oxigênio ou enxofre) com o carbono. Como a própria taxa de oxidação aumenta rapidamente além do 800 °C, é importante que a fundição ocorra em um ambiente com pouco oxigênio.
Produção de ferro na Antiguidade
Para todos nós, a ideia da metalurgia do ferro está associada à imagem das grandes usinas siderúrgicas modernas, nas quais o gigantismo parece ser um atributo indispensável. No entanto, o ferro e mesmo o aço se fabricam desde remota antiguidade, devendo portanto existir, necessariamente, meios mais fáceis para sua obtenção. De fato, é muito fácil obter-se ferro metálico, especialmente a partir de um mineral chamado limonita. De 700°C em diante, o minério já começa a derreter. Os primeiros fornos para produção de ferro eram de barro, com uma abertura na parte superior para a fumaça sair e outra na parte inferior, para o ar entrar; enche-se o forno com camadas alternadas de lenha e minério de ferro. Se a combustão ocorrer a contento, você tem a probabilidade de obter uma certa quantidade de ferro. Esse ferro também é chamado de lupa, não chega a fundir-se completamente e se apresenta sob a forma de umas bolas, com porções de minério aderidas, que são separadas depois, aquecendo o material novamente ao rubro e forjando-as com o malho. Os pedaços de minério que ainda se encontram relativamente puros são quebradiços e se desprendem enquanto a massa de ferro metálico, que é maleável se torna, pela forjadura, compacta e coerente.
Produção de ferro na Idade Média
Na Alta Idade Média, o processo siderúrgico corrente era o da forja catalã, que consiste num pequeno forno dentro do qual se coloca o minério junto com carvão de madeira, insuflando-se ar por meio de um fole, movido a braço ou mediante força animal. O êxito melhor que no processo da anterior, com fornos de lupa, pois o ar é soprado para dentro do forno e a combustão alcança maiores temperaturas. Mas também na forja catalã o ferro não chega a derreter completamente. Durante todos esses milênios e até passado relativamente recente, a siderurgia foi, por excelência, uma atividade florestal. Praticava-se nas florestas, em um número de pequenos estabelecimentos, condicionados pela fácil obtenção de combustível (madeira). Tais estabelecimentos tinham caráter itinerante, pois acompanhavam a retração da floresta, à medida que esta ia sendo destruída. Também no Brasil, notadamente em Minas Gerais, a siderurgia propiciou em forjas semelhantes, que tiveram grande parte da responsabilidade no desflorestamento daquela região
Metalurgia do ferro na Índia
Talvez já em 300 a.C, e certamente por volta de 200 a.C, aço da alta qualidade estivesse sendo produzido no sul da Índia através de uma técnica que, mais tarde, seria chamada “aço de crisol” pelos europeus. Nesta técnica, ferro de alta pureza, carvão e eram misturados em um crisol e aquecidos até que o ferro derretesse e absorvesse o carbono. Uma das evidência mais antigas de metalurgia do ferro foi encontrada na área de Samanalawewa, em Sri Lanka, onde milhares de sítios foram encontrados (Juleff, 1996). De modo surpreendente e intrigando os cientistas, encontra-se em Nova Deli, Índia, a enorme coluna de ferro de Qtar Al-Minar, fabricada por hindus há 2,5 mil anos e que pouco enferrujou. A técnica empregada para a obtenção de ferro com tal resistência à corrosão ainda é matéria de debate.
Metalurgia do ferro na China
Arqueólogos e historiadores debatem se a metalurgia do ferro baseada nos fornos de lupa jamais difundiu-se do Oriente Médio à China. Ao redor 500 a.C, entretanto, metalúrgicos no estado de Wu, leste da China, desenvolveram uma tecnologia de fundição do ferro que não seria praticada na Europa até épocas medievais tardias. Em Wu, os fornos de ferro chegavam a temperaturas de 1130°C, quente o bastante para serem considerados altos-fornos. A esta temperatura, o ferro combina-se com 4.3% de carbono e derrete. Como um líquido, o ferro pode ser posto em moldes, um método muito mais trabalhoso que o forjamento individual cada peça de ferro a partir de uma lupa.
As pesquisas apontam que o período onde a idade do bronze de fato se firmou tecnologicamente foi entre 4000 a.C e 2000 a.C (independentemente das polêmicas). Uma pista importante sobre a disseminação da metalurgia foi encontrada no norte da Síria, numa localidade chamada Ugarit. Consta que foram encontrados utensílios diversos de bronze datados em torno de 3000 a.C
Biblos
Sabe-se também que Biblos era um porto de influência egípcia que se localizava na região da costa fenícia em torno de 2000 a.C Foram encontrados naquela região alguns sítios contendo túmulos cujos interiores continham punhais, facas e harpas de bronze, além de vasos de prata. Estas descobertas provaram haver adiantado estado tecnológico da metalurgia naquela região.
Escandinávia e Alemanha
Peças de bronze datadas de 1500 a.C a 1200 a.C foram encontradas nas regiões da Escandinávia e da Alemanha, estes objetos eram pulseiras e espadas, além de outros utensílios trabalhados artisticamente. Muitas peças encontradas nas mais diversas regiões da Europa tinham o formato de cisnes, e espirais que aparentemente representavam serpentes.
Oriente Médio
O Oriente Médio, supõem os historiadores, foi o berço da metalurgia primitiva, pois foi nesta região onde se encontraram os indícios mais antigos sobre esta atividade humana. Utensílios de ferro datados em torno de 1200 a.C foram encontrados em diversos sítios.
Roma
Roma teve papel importante no desenvolvimento das tecnologias de fundição e extração dos metais. A prata e o ouro puros ou em liga, por exemplo, em torno do século V a.C., passaram a ser utilizados pelos romanos em adornos e utensílios. A metalurgia era usada para esculpir mulheres nuas, o que era uma forma de arte da época.
A indústria metalúrgica básica compreende cinco grupos de atividades: produção de ferro gusa e de ferroligas; siderurgia; fabricação de tubos, exceto em siderúrgicas; metalurgia de metais não ferrosos e fundição. No Estado de São Paulo, nota-se a predominância das empresas ligadas à metalurgia de metais não ferrosos, que respondem por 65,01% do produto dessa atividade, segmento consideravelmente mais forte que a fabricação de produtos siderúrgicos (19,2%), e a fabricação de tubos (15,8%). No que se refere ao comércio exterior, estudo feito recentemente[quando?] pela International Trade Commission comprova que o baixo preço do aço brasileiro é um fator de competitividade. O Brasil pode ser considerado o país com menor custo médio de produção de aço no mundo, de acordo com dados comparativos da Companhia Siderúrgica Nacional (CSN). O fato é justificado pela abundância de minério de ferro no país.
