UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA

AUTORIZADA PELO DECRETO FEDERAL n. 77.496 DE 27-4-1976

Reconhecida pela Portaria Ministerial n. 874/86 de 19.12.86

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM MODELAGEM EM CINCIAS DA TERRA

E DO AMBIENTE PPGM

DISCIPLINA: GEOQUMICA AMBIENTAL

DOCENTE: TASE BOMFIM

DISCENTE: SAMADHI GIL C. PIMENTEL

TEMA:FERRO

Introduo

O ferro um metal elementar, cujo smbolo qumico Fe, com nmero atmico 26

(nmero de prtons) e massa atmica 55,8 (nmero de prtons mais o nmero de nutrons).

Possui diversas caractersticas, cujos valores prximo dos valores mais extremos, o

destacam de outros elementos. um dos elementos com densidade mais elevada no

estado puro, sendo de 7,87g/cm3. Tambm apresenta um alto ponto de fuso, 1.537 C, e

alto ponto de ebulio, cerca de 3.000C. O potencial de ionizao do ferro, tambm alto,

de 7,9 eltron-volt. Por sua vez, o nmero de oxidao de 0,44 volts (Figura 1).

Figura 1 Propriedades fsico-qumicas do ferro

Fonte: Lima et al., 2001.

Os valores do potencial de ionizao e de oxidao fazem com que o ferro tenha, em

regra geral, uma tendncia de ligar-se a outras substncias, formando ons complexos. O

que vem a ser uma propriedade de grande relevncia para a Geoqumica Ambiental (Fig. 2).

Os diversos compostos de ferro apresentam comportamentos distintos no ambiente (Fig. 3).

Ento, pode-se dizer que o potencial de efeito poluente do ferro em um dado ecossistema ,

em grande parte, dependente da disposio de outras substncias que podem se ligar ao

mesmo.

Figura 2 Compostos de ferro em seus vrios estados de oxidao.

Fonte: Lima et al., 2001.

Os principais minrios de ferro de ocorrncia mineral so a hematita [Fe2O3], ou

minrio de ferro vermelho (70% em ferro), a limonita [Fe(OH)3.nH2O] com 42% de ferro, a

magnetita [Fe3O4], ou minrio de ferro magntico que apresenta contedo bastante elevado

de ferro e a siderita [FeCO3], denominado tambm de ferro esptico, o qual uma

importante fonte de minrio de ferro na Europa. Esses minrios tm ocorrncia geralmente

com silicatos complexos de ferro, cujos so considerados contaminantes. Alm destes,

outras duas fontes abundantes so a Pirita [FeS2] e a Pirrotita [FeS], as quais, entretanto

so compostos de ferro com enxofre, considerado impureza indesejvel nos minrios de

ferro (Fig. 4).

Figura 3 Propriedades fsico-qumicas dos principais compostos de ferro.

Fonte: Lima et al., 2001.

Figura 4 Principais minrios de ferro de ocorrncia natural

Fonte: Lima et al., 2001.

O ferro est diretamente relacionado com a evoluo da sociedade humana. A

inveno da capacidade de manipular o ferro por meio da fundio provocou uma

verdadeira revoluo na antiguidade, trazendo o advento de uma nova era: a chamada Era

do Ferro. Foi um elemento crucial para o aperfeioamento da agricultura, devido a utilizao

no arado com trao animal, permitindo lavrar grandes extenses de terra com muito menos

pessoas trabalhando. A utilizao como material blico, embora tenha conferido maior

letalidade aos conflitos violentos, foi mais um potencializador ao expansionismo que permitiu

o contato entre sociedades diferentes e o desbravamento de terras, ora desconhecidas.Em

um contexto bastante diferente, atualmente o ferro no perdeu importncia e um setor de

produo de grande relevncia na economia mundial. Os ainda hoje abundantes estoques

de reservas de minrio de ferro (Fig. 5) demonstram a abundncia do minrio na natureza.

Neste sentido, o Brasil um pas de destaque.

Figura 5 Reservas e produo mundial de ferro.

Fonte: Lima et al., 2001.

O uso industrial se d em diversas vertentes. Na indstria metalrgica usado

principalmente na forma de p de ferro como catalizador de reaes qumicas. Na indstria

siderrgica, seu uso na fabricao de ligas metlicas. Por sua vez, a indstria fabril faz

uso do minrio de ferro na produo de ims, tintas, pigmentos, abrasivos qumicos e

compostos para polimentos. At mesmo a indstria petrolfera emprega o minrio de ferro,

na qual usado para aumentar a densidade de fluidos usados em perfurao de poos.

Contudo, este uso amplo do ferro pela indstria, acarreta tambm uma gama de

fatores que podem levar a exposio do ferro ao ambiente. A principal fonte de exposio

industrial so as atividades de minerao, responsveis tanto por extrair o minrio do solo

ou outros minrios, quanto por disponibilizar, no ato de revolver o solo e os sedimentos da

minerao, para o ambiente os depsitos que estavam sedimentados. Outras fontes de

exposio relevantes so: a fundio de minrios de ferro com coque; a decomposio

trmica; a cristalizao vcuo ou purificao atravs de filtro com soluo de cido

clordrico; a reduo por hidrognio de xido frrico de elevada pureza; e eletrodeposio de

solues de sais de ferro.

Comportamento no ambiente

Alm do forte uso industrial como fonte de contaminao ambiental atravs das

atividades de minerao, fundio, soldagem, polimento e uso de compostos de ferro como

antidetonante de gasolina, existem outras fontes antropognicas. O meio rural, em

atividades agrcolas, disponibiliza o ferro atravs do uso nos fertilizantes. E o uso e

ocupao do solo urbano disponibiliza devido ao escoamento superficialde efluentes de

esgotos municipais e industriais. Entretanto, fontes de contaminao ambiental de origem

natural tambm so recorrentes e, em muitos lugares, so predominantes. Ocorrem por

ocasio do desgaste natural das rochas e pela queda de meteoritos, seguido do

escoamento superficial do metal.

Existem especificidades das interaes do ferro com os diferentes ambientes. Em

sistemas aquticos, parmetros e processos que influenciam a disponibilidade do ferro so:

o potencial hidrogeninico (Ph), o potencial de reduo (Redox), a captao pela biota

aqutica e a deposio do metal no sedimento. Relativo ao Ph, quanto menor, isto , quanto

mais cido, maior a possibilidade de o ferro ser disponibilizado e reagir com outras

substncias, inclusive formando compostos complexos. Ao contrrio para o potencial Redox,

com o qual a possibilidade de reao aumenta a medida que o potencial Redox aumenta,

sendo o ferro, inclusive, um elemento que contribui para tanto. A captao pela biota e a

deposio do metal no sedimento contribui para reduzir a disponibilidade do ferro.

As principais consideraes sobre comportamento no ambiente areo so acerca do

transporte e distribuio no ar uma vez que o ferro liberado na atmosfera sob a forma de

material particulado. Neste sentido, a depender da temperatura do ar e da velocidade dos

ventos, pode ser removido das massas de ar por sedimentao com maior ou menor

velocidade. Menores temperaturas tornam o ar mais denso, limitando a disperso de

material particulado, o que acarreta a reteno de partculas de ferro em nveis mais baixos

da atmosfera e o aumento da densidade por unidade de rea. Isto contribui para a

sedimentao. Outro fenmeno que contribui para isso a gua da chuva, a qual tem a

capacidade de carrear o material particulado do ar, inclusive aqueles que tm ferro.

A disponibilidade superficial dependente ainda da proximidade de rochas que

contm minrios de ferro e do intemperismo sobre elas. Assim, quanto maior a quantidade

de rochas de origem magmtica que contenham ferro e do intemperismo sobre ela, maior

ser a disponibilizao do ferro para o ambiente. No solo, a argila tem a capacidade de

reduzir amobilidade e disponibilidade para os vegetais, tanto pelo processo de

impermeabilizao do solo, quanto pelo fato de formar complexos com o ferro; ao passo que

substncias hmicas aumentam solubilidade porque meios deste tipo tendem a ser mais

cidos o aumento da solubilidade apresenta como consequncia o favorecimento da

biodisponibilidade.

Nos seres vivos, existe o fenmeno da bioacumulao do ferro. Isso permite

inclusive que sejam usados em tcnicas de biorremediao ou como indicadores ambientais

de contaminao. Neste sentido, as ferrobactrias so bastante relacionadas a estes

processos. Mas, algumas plantas aquticas e determinados tipos de algas tambm se

destacam nestes fenmenos, assim como, em menor grau, alguns nematoides e

moluscosmacrobentnicos, exemplo de ostras. A bioacumulao tambm marcante nas

razes de plantas e no fgado de animais, onde se concentram e por meio dos quais pode-se

realizar anlise para inferir a concentrao de metais no ambiente.

interessante notar que as interaes, envolvendo bioacumulao, entre as plantas

terrestres e os minrios de ferro disponibilizados no solo so relativamente paradoxais do

ponto de vista humano. As plantas terrestres, por causa da absoro do ferro e acumulao

nas extremidades das razes, so capazes de reduzir a disponibilidade do metal no solo.

Porm, essa mesma propriedade de remoo e armazenamento, redunda no fato de

transferir o ferro e os compostos associados para nveis mais elevados das redes trficas,

tendo em vista que as plantas terrestres so produtores primrios nos ecossistemas.

Importante ressaltar, que as plantas potencializam a absoro do ferro, ionizando o

hidrxido de ferro [Fe(OH)3], que insolvel, de maneira que possibilita a solubilizao e

carreamento. As plantas liberam ons [H+] e substncias denominadas de siderocromos,

tambm produzidas por microrganismos associados as razes das plantas. Estes compostos

favorecem a diminuio do Ph, o que contribui para ionizar a molcula contendo ferro e

tornar o on de ferro mais solvel. Aps a absoro, o ferro quelado por citrato,

transportado pelo xilema e estocado sob a forma de fitoferritina e fosfato frrico,

principalmente nas razes.

Um fenmeno ambiental extremamente relevante relacionado ao metal ferro, a

produo do lixiviado cido. Este fenmeno consequncia da exposio de minrios de

ferro contendo enxofre ao contato com oxignio, o que pode se dar pelo revolvimento de

depsitos subterrneos ou fragmentao de rochas com minrios de ferro associados a

enxofre, os quais so abundantes na natureza.A reao de tal minrio com o oxignio

propiciam a formao de cido sulfrico mediada pela ao das ferrobactrias, conforme

descrio de Lima et al. (2001) sobre o processo:

Mas falar de biodisponibilidade e bioacumulao do ferro para os seres vivos, no

significa falar necessariamente de riscos e ameaa a sade dos seres vivos e a integridade

ambiental. Ou seja, no toda contaminao ambiental por ferro que deve ser considerada

uma poluio. At mesmo porque o ferro um nutriente necessrio para diversos processos

fisiolgicos, exemplo daquele que talvez seja o mais importante deles: a respirao, na

qual o ferro um elemento componente da hemoglobina responsvel por transportar o

oxignio no sistema circulatrio. Felizmente, ento, o ferro pode ser encontrado em uma

grande variedade de alimentos nas mais variadas concentraes (Fig. 6).

Figura 6 Presena de ferro em alimentos consumidos pela populao.

Fonte: Lima et al., 2001.

Toxicicidade

A priori, o ferro no um elemento txico. Existem limites que garantem a sade

ambiental e ocupacional dos seres vivos, incluindo os seres humanos, ao ferro. Pesquisas

cientficas relacionam distintas propores de presena de ferro como sendo adequadas e

aceitveis no ar em diferentes ambientes aquticos. Essa distino se d devido as

peculiaridades de cada ambiente que interferem no comportamento do metal nestes. O

mesmo vale para os diferentes tipos de alimentos (Figs. 7 e 8). O Conselho Nacional de

Meio Ambiente (CONAMA) possui uma srie de resolues que visam regular a

concentrao de ferro, normatizando processos de atividades produtivas e urbanas, em

ambientes antropizados pela defesa da sade da populao e da integridade dos sistemas

ambientais.

O estudo da toxicintica do ferro nos organismos vivos indica que este absorvido

pela hemoglobina, sendo transportado e distribudo ligado a transferrina, presente na

hemoglobina, produzida pelo fgado. Sendo assim, grande parte do ferro presente nos

organismos localizado na hemoglobina (70%), o restante encontra-se no fgado e em

enzimas e protenas. Existem inibidores da absoro de ferro na fisiologia, o que acarreta

deficincias nutricionais ou, pelo menos, a regulagem da concentrao no sangue. Esses

inibidores, exemplo de polifenis de origem vegetal, de fosfatos proteicos e de substnicas

presentes em cereais, atuam no sentido de formar complexos insolveis com o metal. Assim

como h estimuladores,por exemplo: substncias presentes em carnes e o clcio.

O acmulo de ferro no organismo ocorre na forma de ferro de estoque. Contrrio ao

ferro de estoque, temos o ferro funcional que so aqueles ligados a protenas, enzimas e

transportados pelas hemoglobinas. O ferro de estoque concentra-se, sobretudo, no fgado.

Quase a totalidade do ferro absorvido aproveitado. Na dieta comum extremamente raro

ocorrer intoxicao por ferro devido ao fato de existirem inibidores e de ele ser bastante

demandado pelo bom funcionamento da fisiologia. Alm disso, esta mesma d conta de

excretar os excessos atravs da fezes, principalmente, e da bile, urina e suor, alm de

serem compostos tambm nas unhas e nos cabelos que crescem constantemente.

Por sua vez, o estudo da toxodinmica permite-nos entender os fatores que levam ao

excesso do ferro no organismo, sendo eles: a absoro anormal, o excesso na dieta e/ou de

transfuses sanguneas. A deficincia na absoro normalmente est relacionada a

exposio prolongada a nveis elevados do metal no organismo, o que leva a

hemocromatose, o qual inibe a absoro do ferro e tem os efeitos nefastos de desenvolver

um tipo de diabetes, atrofia das gnadas, cirrose heptica e aumentar a tendncia de

carcinoma no fgado. E os motivos mais comuns para essa exposio elevadas so

justamente o excesso de ferro na dieta e a grande frequncia de transfuses sanguneas. E

a deficincia do ferro leva a anemia que tem como consequncia mais grave a disfuno do

sistema imunolgico.

Outra forma de exposio elevada ao metal ferro a exposio ocupacional, a qual

tem casos na atividade industrial de exposio a formas txicas. Os principais

contaminantes nestes casos so as poeiras e os fumos metlicos. Um caso o xido de

ferro [Fe2O3], disponibilizado na forma de poeira;e outro, os chamados fumos de solda, que

possuem xidos metlicos que tm elevados nveis de ferro. Estes dois podem causar

distrbios na vias areas de seres vivos. Os sais solveis, como o ferro pentacarbonil

[Fe(CO)5], usado como antidetonante, inflamvel e tem efeito irritante nas mucosas. Mas a

possibilidade de o ferro se ligar a outros radicais que potencializa o efeito txico do mesmo

no ambiente, devido a possibilidade de esses radicais serem txicos, como o arsnio. Tendo

em vista estes riscos, que foram formuladas regulamentaes sobre os limites de exposio

e as recomendaes para o uso de respirador especfico para esta exposio ocupacional.

Nos recursos hdricos, o efeito nefasto do excesso de ferro devido a proliferao

das ferrobactrias. O boom populacional destas bactrias pode ser ocasionado pela

disponibilizao incidental de ferro em determinado ambiente, facilitado quando se trata de

ambientes aquticos. A alta densidade de bactrias do tipo ferrobactrias na gua gera

efeitos que reduzem a qualidade da mesma, fato que tende a ser potencializado caso a

gua esteja parada, uma vez que isso favorece a proliferao destes microrganismos. A

reduo da qualidade causada diretamente pelo ferro a produo de condies no

estticas com alterao do odor e da cor (Fig. 9). Alm disso, as bactrias podem eutrofizar

o meio aqutico, prejudicando a sobrevivncia de outras formas de vida.

Figura 9 Principais ferrobactrias a criarem uma condio no esttica para a gua.

Fonte: Lima et al., 2001.

Estudo de Caso

O trabalho de Figueiredo e Silva publicado nos anais da XV Semana / VI Congresso

Ibrico de Geoqumica ano de 2007 em uma universidade portuguesa apresenta o ttulo

Geoqumica de sulfatos de ferro secundrios em minas abandonadas: uma abordagem

cristaloqumica ao comportamento ambiental da copiapite. O objetivo deles foi desenvolver

uma abordagem cristaloqumica ao comportamento da copiapit no mbito dos sulfatos

secundrios em reas mineiras abandonadas, algo importante porque isto pode ser um fato

significativo de controle ambiental.

Para tanto, introduziram conhecimentos sobre paragneses de minerais secundrios:

so formados em minas abandonadas a partir de minrios sulfurosos polimetlicos

derivados dadrenagem cida. Esses minrios sulfurosos so abundantes e tem a tendncia

de se constiturem em compostos polimetlicos inclusive pela influncia das caractersticas

do ferro presente nele, caractersticas estas que tambm contribuem para a formao de

drenagem cida. Consequncia da formao destes complexos a produo peculiar de

uma grande diversidade mineralgica e geoqumica. A relevncia ambiental deste fenmeno

consiste no fato de englobarem minerais que so potenciais carreadores de metais pesados

e de outros elementos poluentes e mesmo txicos.

Neste contexto, se destaca no estudo a anlise sobre os sulfatos de ferro hidratados.

Estes apresentam diversidade cristaloqumica notvel e envolvem uma vasta gama de graus

de hidratao, de onde decorre umcomportamento geoqumico fortemente condicionado

pela respectiva estrutura cristalina. Um sulfato de ferro hidratado e hidroxilado cuja

assinatura espectral utilizada em sensoriamento remoto aplicado a sistemas geoqumicos

terrestres e estendidos superfcie de Marte a copiapite.

A problemtica minero-qumica apresentada pelos autores deriva do fato de a

Pensula Ibrica ter uma faixa piritosa de importncia metalogentica, sendo tambm um

anloso ambiental dos solos do Planeta Marte. A mina de So Domingos foi o campo de

estudo. Nesta existe a preocupao ambiental por ser uma mina abandonada onde

verificou-se estar ocorrendo intensa drenagem cida, o que pode romper a reteno de

chumbo e de outros metais txicos pela solubilizao e carreamento do lixiviado cido.

Na rea mineira de So Domingos, a copiapite ocorre em sais amarelados associada

a sulfatos de almuninio [Al2(SO4)3.18H2O] (alungeno) e [FeIIIAl2(SO4)4.22H2O] (halotrichile)

com grau elevado de hidratao, e em sais branco, acompanhada de sulfatos ferrosos

tambm hidratados, como a szmolnokite [Fe(SO4).H2O] e a rozenite [FeSO4.H2O]. Assinalou-

se, ocasionalmente, a presena de outros metais por exemplo: zinco e magnsio

[(Zn0,7Fe0,2Mg0,1)SO4.6H2O] assim como a presena sistemtica de mangans como

componente menor destes sais.

A anlise que fizeram permitiu verificar que os cristais de copiapite estavam isentos

de chumbo e que tinha teores baixos de ctions alcalinos [K] e alcalinos terrosos [Ca], bem

como de titnio [Ti]. Observaram ainda a ocorrncia de armazenamento estrutural de

arsnio [As] de maneira que removem a disponibilidade desta substncia txica. Disto

conclui-se que os sais ricos em copiapite no concentram metais txicos. E consideram,

finalizando, a necessidade de estudos sobre as propriedades de armazenamento de

Arsnio.

REFERNCIAS

FIGUEIREDO, M. O.; SILVA, T. P. Geoqumica de Sulfatos de Ferro Secundrios em Minas Abandonadas: uma abordagem cristaloqumica ao comportamento ambiental da copiapite. In: XV Semana / VI Congresso Ibrico de Geoqumica, Anais... Vila Real, Portugal: Universidade de Trs-os-Montes e Alto Douro, 2007. Disponvel em: www.socgeol.org. Acesso em: 20 ago. 2012.

LIMA, I. V.; PEDROZO, M. F. M. Ecotoxicologia do Ferro e seus Compostos. Salvador: CRA, 2001. (Srie Cadernos de Referncia Ambiental v. 4).

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR

BASLIO, M. S. Geoqumica dos Sedimentos Associados aos Minrios de Ferro da Regio Leste-Sudeste do Quadriltero Ferrfero, MG e seu Potencial para Adsoro e Dessoro de Metais Trao. Tese (Doutorado) Universidade Federal de Ouro Preto, Escola de Minas, Departamento de Geologia, Programa de Ps-Graduao em Evoluo Crustal e Recursos Naturais, 2005.