Novo Método Chinês de Produção de Ferro Transforma Horas em Segundos

O Ferro Ainda é o Rei dos Metais

When discussing manufacturing innovation, the attention tends to be concentrated on high tech (robótica, impressão 3D) or on rare metals and materials, like tungstênio, titânio, ródio, etc. (siga os links para relatórios de investimento detalhados para cada um).

No final, embora importantes, esses avanços não mudam o fato de que a maior parte dos materiais que usamos são muito mais simples — e nenhum metal é tão essencial para a vida moderna quanto o ferro.

Ferro e aço são materiais‑chave necessários em grandes quantidades para infraestrutura (pontes, concreto armado, etc.), logística e transporte (carros, ferrovias, trens, portos, navios) e inúmeras aplicações industriais (tubulações, tanques de armazenamento, fornos, etc.).

Óxidos de ferro podem ser extraídos de minerais como hematita, limonita, magnetita, pirita, goethita e outros, e aproximadamente 90% de todo o metal refinado atualmente é ferro.

Fonte: FTM Machinery

Felizmente, o ferro é muito abundante na Terra (5% da crosta terrestre em peso) e no universo em geral. No entanto, transformá‑lo em uma forma utilizável pode ser um processo muito intensivo em energia e demorado. Portanto, é uma grande notícia que pesquisadores chineses anunciaram ter encontrado um método para impulsionar uma etapa central na produção de ferro, com produtividade aumentada em 3.600 vezes.

Como o Ferro é Produzido?

O ferro puro é produzido a partir de minério rico em ferro, que é transformado em metal mais puro através do processo de fundição.

Desde o rudimentar forno de baixa temperatura da Antiguidade, fornos mais avançados foram desenvolvidos na Idade Média e nos tempos modernos para produzir ferro de forma mais eficiente a temperaturas de até 1.400° a 1.500° C (2.550° a 2.700° F). Esse ferro quente e purificado é frequentemente enviado diretamente à usina siderúrgica para produção de aço, reduzindo a perda de calor.

Mesmo com métodos modernos, a fundição de ferro em altos‑fornos é um processo longo, que leva de 5 a 6 horas. Isso o torna muito consumidor de energia, pois a alta temperatura precisa ser mantida durante todo o processo, geralmente usando carvão ou gás natural.

Isso também faz da produção de ferro e aço um grande consumidor de combustíveis fósseis e um emissor igualmente grande de gases de efeito estufa. A produção de ferro e aço é responsável por até 7% das emissões totais de CO2, mais do que todas as emissões da UE.

Hoje, a maior parte da produção mundial de aço está localizada na China, que produz mais de 55% do total mundial de aço, seguida pela Índia (7% da produção total de aço).

Fonte: GMK Center

Tanto a China quanto a Índia utilizam principalmente carvão para produzir ferro e aço, tornando seus processos de produção emissores particularmente grandes de CO2.

Hidrogênio para Substituir o Carvão?

Para substituir o carvão, foram propostas metodologias de produção de aço verde, sendo a melhor candidata o uso de hidrogênio em vez de carvão para alcançar as altas temperaturas necessárias.

O problema é que, até agora, apenas minério de ferro de altíssima qualidade pode ser usado com hidrogênio. Seria necessário minério mais barato e com menor teor de ferro para compensar os custos mais altos do hidrogênio em comparação ao carvão.

Isso é verdade, pelo menos em altos‑fornos, mas um novo processo, chamado fundição rápida de ferro, poderia ser diferente.

Ferro Flash

O processo foi descrito pelo pesquisador chinês Professor Zhang Wenhai e sua equipe em um artigo publicado na revista revisada por pares Nonferrous Metals. Ele afirma concluir o processo de produção de ferro em apenas três a seis segundos, comparado às cinco a seis horas exigidas pelos altos‑fornos tradicionais.

A ideia principal é que, em vez de usar pequenos pellets de minério de ferro, ele o tritura em um pó de partículas muito pequenas. Isso permite que a reação que transforma o minério de ferro em ferro puro seja quase instantânea, mais semelhante a uma explosão do que ao derretimento lento do minério.

Isso resulta em uma oxidação rápida da partícula em poucos segundos.

Fonte: MDPI

Lança de Vórtice de Ferro

Reduzir o minério de ferro em partículas finas não é uma etapa muito difícil ou tecnologia complexa. O que é muito mais complicado é injetá‑lo no forno de forma segura e eficiente.

Para resolver esse problema, a equipe do Prof. Zhang desenvolveu uma lança de vórtice que pode injetar 450 toneladas de partículas de minério de ferro por hora. Um reator equipado com três dessas lanças produz 7,11 milhões de toneladas de ferro anualmente.

Mais importante, essa tecnologia não é apenas um experimento de laboratório, mas já está entrando em produção comercial.

Isso não foi um sucesso da noite para o dia, mas o resultado de esforços de longo prazo iniciados em 2013, quando a equipe de Zhang obteve uma patente para uma tecnologia de fundição rápida capaz de produzir ferro líquido diretamente. Foram necessários dez anos para refinar o método e escalá‑lo para uma planta piloto, demonstrando que a produção segura em larga escala era possível.

Fonte: News.com.au

Também deve ser observado que o Professor Zhang tem experiência em mudar a ciência metalúrgica. Ele revolucionou a produção de cobre com uma técnica de fundição rápida semelhante que aplicou ao cobre na década de 1970. Ele recebeu o primeiro prêmio do Prêmio Nacional de Progresso em Ciência e Tecnologia em 2000 e foi eleito para a Academia Chinesa de Engenharia em 2003.

Objetivos Estratégicos da China

Emissões de Carbono

Como a China é a líder global na produção de aço, a dependência excessiva desse processo em carvão tem dificultado as ambições do país de reduzir as emissões de carbono. Isso também torna sua indústria altamente dependente de carvão importado, especialmente da Austrália.

Portanto, a China tem um forte incentivo para desenvolver métodos alternativos e implantá‑los rapidamente, especialmente se isso permitir o uso de hidrogênio. Combinado com seu papel de líder na produção de energia verde, a China está bem posicionada para se tornar a líder na produção de aço verde.

Reconfigurando os Mercados Globais de Ferro?

Outra característica que torna este método único é que ele funciona muito bem para minérios de baixo ou médio rendimento. Isso poderia reconfigurar completamente os mercados globais de ferro.

Atualmente, minério de ferro de alta qualidade e rico em ferro da Austrália é o principal suprimento de ferro para os altos‑fornos e usinas siderúrgicas chinesas.

Fonte: S&P Global

Se a fundição rápida de ferro com hidrogênio for usada para substituir os altos‑fornos alimentados a carvão, o suprimento interno de minério de ferro de qualidade inferior poderia ser usado em vez disso.

O relacionamento entre a China e a Austrália tem se deteriorado constantemente na última década, apesar da dependência da China do ferro australiano. Por exemplo, na guerra comercial de 2020 com a Austrália, o ferro foi excluído das sanções devido à alta dependência do país. Portanto, resolver essa vulnerabilidade pode ser visto como um imperativo estratégico pela China, independentemente do cálculo econômico.

Empresa de Mineração de Ferro

Uma redução nos custos de fundição de ferro e nas emissões de carbono poderia tornar o aço um material ainda mais popular do que é hoje. Quando se trata de mineração, escala e boa geologia são tudo, com custos de produção baixos permitindo maiores lucros e segurança durante recessões, que são inevitáveis nos mercados de commodities.

A empresa brasileira Vale é a maior produtora de ferro e níquel do mundo, com um total de 323 a 330 milhões de toneladas produzidas em 2024.

A empresa também produz metais relevantes para as “transições energéticas”, como cobre. Embora esses metais possam ser importantes para o futuro, por enquanto, o ferro é o núcleo da empresa.

A empresa costumava ser mais diversificada, mas recentement​e se reconcentrou no ferro, tendo desinvestido US$ 2 bilhões em várias outras minas de metal e outras commodities como óleo de palma.

Fonte: Vale

Grande Base de Ativos

A Vale se qualifica como uma empresa de utilidades de médio porte, operando sua própria ferrovia, trens, portos e navios para transportar o minério da extração até a entrega aos clientes.

Ela também produz grande parte de sua própria energia, pois opera em regiões remotas e não pode depender do governo brasileiro para fazer seu trabalho adequadamente, especialmente considerando seus enormes requisitos de energia.

Isso era normalmente feito com energia hidrelétrica, já que o negócio de mineração não difere muito da construção de hidrelétricas (movimentação de terra, escavação de rochas com explosivos, grandes quantidades de concreto, maquinário pesado, mega projetos de construção, gerenciamento de chuvas, etc.).

Essas infraestruturas são complementadas pelo centro de P&D da empresa, laboratórios, centenas de geólogos, centros de treinamento, etc.

Superando Passivos Passados

Um grande risco de uma empresa de mineração de grande porte como a Vale é um acidente massivo que cause danos massivos.

Foi isso que aconteceu em 2015, com um desastre massivo que ocorreu após o colapso de uma barragem construída pela Vale. E depois um incidente semelhante em 2019.

A inundação causou o pior desastre ambiental do Brasil até hoje, matou 19 pessoas e afetou 39 municípios em dois estados, enterrando‑os em resíduos de mineração.

Desde então, muitas barragens semelhantes foram reparadas e/ou melhoradas para evitar outra catástrofe durante a estação chuvosa.

A empresa também mudou sua forma de operar, tendo investido US$ 2,5 bilhões em quatro plantas de filtragem para criar rejeitos secos (a rocha triturada, poeira e lama) em vez de rejeitos úmidos que exigem barragens. Assim, no futuro, a atividade de mineração de ferro não criará mais o tipo de resíduo que requer barragens.

A empresa também está ativamente reparando sua imagem, insistindo que sua atividade de mineração, combinada com uma grande reserva natural financiada pela empresa, é um importante contribuinte para a preservação da floresta amazônica, enquanto outras áreas foram transformadas em pastagens na região.

Fonte: Vale

No geral, a Vale está superando seus problemas passados com desastres ecológicos e se tornando um dos ativos mais valiosos do Brasil e um fornecedor central de ferro para o mundo, e particularmente para a China, um país com o qual o Brasil está fortalecendo laços através da rede comercial dos BRICS.