Quimica-Volume-5-052-054

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52 Coleção Estudo
Frente C Módulo 18
MINERAÇÃO E METALURGIA 
MINERAÇÃO
A litosfera é a principal fonte de metais. Contudo, a maioria 
desses metais não é encontrada na forma metálica, mas, 
geralmente, na forma de óxidos e sulfetos. Essas substâncias 
são denominadas minerais.
Os depósitos de minerais em quantidades economicamente 
viáveis de exploração são denominados jazidas minerais ou 
minas. Existem dois tipos de minas: as subterrâneas e as 
minas a céu aberto.
A mineração consiste em um conjunto de técnicas utilizadas 
para	a	extração	de	minérios	das	jazidas	e	sua	posterior	purificação.
A totalidade das impurezas de um minério é denominada ganga. 
Os principais componentes da ganga são terra e areia.
Após a extração do minério, se necessário, ele passará por um 
processo de fragmentação antes da eliminação da ganga.
Os diversos métodos físicos de separação de misturas sólido-
sólido são aplicados para maximizar a eliminação da ganga. Essa 
etapa	da	mineração	é	denominada	purificação	ou	concentração.
Impactos ambientais da mineração
Os principais impactos ambientais são a erosão, 
a subsidência*, o abandono de resíduos tóxicos, a perda de 
biodiversidade	da	fauna	e	da	flora	e	a	contaminação	de	aquíferos	
e de cursos de água.
Atualmente, as empresas mineradoras são obrigadas a 
recuperar as zonas afetadas pela exploração de minério, de forma 
que elas tenham um possível uso futuro.
METALURGIA
Após	 a	 purificação	 dos	minérios,	 é	 necessário	 reduzir	 os	
minerais a metais na forma metálica. O conjunto de técnicas 
e reações químicas que permitem tal redução denomina-se 
metalurgia. Ainda fazem parte da metalurgia o conjunto de 
técnicas	de	refinamento	ou	purificação	e	a	formação	de	ligas	
metálicas.
Tipos de metalurgia
Pirometalurgia
Nesse tipo de metalurgia, a redução do minério para a 
obtenção de metal livre ocorre por meio de reações químicas 
em altas temperaturas no interior de fornos refratários 
(altos-fornos).
* Subsidência: Movimento da terra que forma uma superfície 
para baixo relativamente a um nível de referência, devido a 
escavações, formações de grutas e túneis.
Processos pirometalúrgicos
I. Redução com carvão ou monóxido de carbono
 Esse processo é utilizado quando os minérios são óxidos.
Al2O3(s) + 3CO(g) → 2Al(s) + 3CO2(g)
Fe2O3(s) + 3C(s) → 2Fe(s) + 3CO(g)
 Tanto o carvão quanto o monóxido de carbono são 
agentes redutores.
 Alguns metais encontram-se inicialmente na forma de 
sais, que, após o aquecimento, sofrem decomposição 
térmica (pirólise), originando o óxido correspondente, 
que, posteriormente, será reduzido:
PbCO3(s) →
∆
 PbO(s) + CO2(g)
PbO(s) + C(s) → Pb(s) + CO(g)
 Durante o processo de redução, é comum adicionar 
ao minério substâncias que reajam com a ganga sílica 
(SiO2(s)). Como essa impureza apresenta caráter ácido, 
deve-se utilizar uma substância de caráter básico. 
A principal substância utilizada é o carbonato de 
cálcio, que, ao ser aquecido, sofre decomposição 
térmica, originando o óxido de cálcio, que, por sua 
vez, diminui o alto ponto de fusão da sílica (fundente), 
reagindo com ela:
CaCO3(s) →
∆
 CaO(s) + CO2(g)
CaO(
l
) + SiO2(
l
) → CaSiO3(
l
)
 O silicato formado, denominado escória, é de fácil 
separação do metal que está sendo produzido.
II. Ustulação
 Esse processo é utilizado quando os minérios são sulfetos. 
Tais sulfetos, primeiramente, são convertidos em óxidos 
para, posteriormente, passarem pelo processo de redução 
com carvão ou monóxido de carbono.
2FeS2(s) + 
11
2
O2(g) → Fe2O3(s) + 4SO2(g)
Fe2O3(s) + 3C(s) → 2Fe(s) + 3CO(g)
Hidrometalurgia
Nesse tipo de metalurgia, a redução do minério para a 
obtenção de metal livre ocorre a partir de reações químicas 
em meio aquoso.
Um exemplo desse processo é a utilização de cianeto de 
sódio (NaCN) e zinco metálico (Zn) para o aproveitamento do 
ouro que se apresenta muito pulverizado e misturado à terra e 
à lama nos leitos de alguns rios.
Reações inorgânicas I
53Editora Bernoulli
Q
U
ÍM
IC
A
A primeira etapa consiste na oxidação do ouro:
2Au(s) + 4NaCN(aq) + H2O(
l
) + 
1
2O2(g) → 
2Na[Au(CN)2](aq) + 2NaOH(aq)
A segunda etapa consiste na redução do ouro:
2Na[Au(CN)2](aq) + Zn(s) → Na2[Zn(CN)4](aq) + 2Au(s)
Esse processo é economicamente mais vantajoso do que o 
processo pirometalúrgico, pois não requer altas temperaturas. 
Entretanto, ele é mais perigoso, já que o cianeto de sódio 
é extremamente tóxico. Portanto, é recomendado que seja 
realizado em locais de alto controle de segurança, como 
laboratórios.
O uso de mercúrio para a extração do ouro pulverizado 
também é comumente empregado. O mercúrio líquido é 
adicionado à mistura de ouro pulverizado, água, terra, lama e 
outras impurezas. Ele dissolve o ouro, formando uma amálgama 
líquida, que é facilmente separada da ganga e da água. 
Para a obtenção do ouro, a amálgama é aquecida e ocorre a 
vaporização do mercúrio.
Eletrometalurgia
Nesse tipo de metalurgia, a redução do minério para a 
obtenção de metal livre ocorre por meio de processos de 
eletrólise ígnea e aquosa.
Impactos ambientais da metalurgia
Nos processos pirometalúrgicos em que o minério se encontra 
na forma de óxido, há a produção de uma grande quantidade 
de gás carbônico, o que contribui para o agravamento do 
efeito estufa. Quando o minério está na forma de sulfeto, 
a sua ustulação produz dióxido de enxofre (SO2(g)), que, no ar, 
será oxidado a trióxido de enxofre (SO3(g)) e, posteriormente, 
transformado em ácido sulfúrico, contribuindo para a formação 
da chuva ácida.
Os processos hidrometalúrgicos, se realizados no leito de rios, 
levarão esses rios à contaminação das águas e dos mananciais 
com íons cianeto (CN–), que atuam desativando enzimas que 
participam da cadeia respiratória dos humanos. A utilização 
do mercúrio também é muito nociva ao meio ambiente, pois 
os vapores de mercúrio são oxidados no ar e, posteriormente, 
metilados nas águas dos rios, poluindo-as e contaminando os 
peixes.
Os processos eletrometalúrgicos praticamente não oferecem 
risco ao meio ambiente. Contudo, são processos muito caros e, 
por isso, utilizados com menor frequência.
OS PRINCIPAIS METAIS E SUAS LIGAS
Devido às suas propriedades metálicas e às suas múltiplas 
possibilidades de aplicação, o cobre, o ferro e o alumínio são 
os metais mais importantes desde as sociedades antigas até 
os dias atuais.
Quadro comparativo das principais propriedades do 
cobre, do ferro e do alumínio
Propriedade Cobre (Cu) Ferro (Fe)
Alumínio 
(Al)
Temperatura 
de fusão
1 083 ºC 1 535 ºC 660 ºC
Temperatura 
de ebulição
2 595 ºC 3 000 ºC 1 800 ºC
Densidade 8,94 g.mL−1 7,86 g.mL−1 2,7 g.mL−1
Cor Avermelhado Acinzentado Prateado
Abundância 
na crosta 
terrestre em 
massa
0,20% 5,63% 8,27%
Minérios
Calcopirita
(CuS.FeS)
Calcosita 
(Cu2S)
Cuprita 
(Cu2O)
Malaquita 
(CuCO3.Cu(OH)2)
Hematita 
(Fe2O3)
Limonita 
(Fe2O3.2H2O)
Pirita 
(FeS2)
Magnetita 
(Fe3O4)
Bauxita 
(Al2O3.2H2O)
Cobre
A utilização do cobre é uma das mais antigas. Esse metal é 
utilizado desde a era conhecida como Idade do Bronze, entre 
os anos 4000 e 2000 a.C. A sua liga, o bronze, por ser mais 
resistente que o cobre, possibilitou a fabricação de armas e 
instrumentos mais rígidos.
Sua metalurgia é de alto custo, pois o percentual de cobre 
encontrado em seus minérios é baixo. Contribui ainda para o 
seu	alto	custo	o	 refino	eletrolítico	pelo	qual	o	cobre	 tem	de	
passar, pois este é bom condutor de eletricidade apenas quando 
apresenta elevado grau de pureza, 99,9% ou maior.
Principais aplicações do cobre
O cobre é aplicado principalmente como material condutor 
(fios,	 cabos	 e	 circuitos	 integrados),	 o	 que	 corresponde	 a	
aproximadamente 45% do seu consumo anual.
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Esse metal também é utilizado na fabricação de
• tubos de refrigeração, condensação e encanamentos;
• eletroímãs;
• motores elétricos;• interruptores e relés, tubos de vácuo e magnétrons de 
fornos micro-ondas;
• cunhagem de moedas (com o níquel);
• estátuas;
• panelas.
Contudo, a utilização do cobre em panelas é perigosa, pois, 
apesar de sua baixa reatividade, em contato com a água, 
com o oxigênio e com o gás carbônico do ar, ele pode sofrer 
oxidação lenta e originar uma mistura de óxidos, hidróxidos 
e carbonatos de cobre denominada azinhavre. O azinhavre é 
tóxico	e	esverdeado	e	pode	ser	 identificado	em	estátuas	de	
bronze, que, com a ação do tempo, apresentam uma película 
esverdeada.
O cobre também pode ser empregado na agricultura, 
na	purificação	da	água	e	como	conservante	da	madeira.
As principais ligas de cobre
Liga Composição Aplicação
Bronze Cu + Sn (até 10%)
Estátuas,
peças de 
maquinários,
medalhas, etc.
Latão Cu + Zn (até 40%)
Torneiras,
tubulações de água 
quente e fria, etc.
Ouro 18 
quilates
Cu (25%) + 
Au (75%)
Joalheria
Prata 900
Cu (100 partes) + 
Ag (900 partes)
Joalheria
Alpaca ou 
prata alemã
Cu + Ni
Moedas, 
Objetos de 
decoração, etc.
Bronze de 
alumínio
Cu + Al Moedas
Ferro
O ferro é utilizado desde a era conhecida como Idade do 
Ferro (começou por volta de 1200 a.C.), que é considerada 
como o último estágio tecnológico e cultural da Pré-História. 
Aos poucos, as armas e os utensílios feitos de bronze foram 
substituídos pelos de ferro.
O uso do ferro promoveu grandes mudanças na sociedade. 
A agricultura se desenvolveu com rapidez por causa dos novos 
utensílios fabricados. A confecção de armas mais modernas 
viabilizou a expansão territorial de diversos povos, o que mudou 
a face da Europa e parte do mundo.
A part i r da observação de s i tuações como as 
das fogueiras do Período Neolítico, os seres humanos 
descobriram como extrair o ferro de seu minério. 
O minério de ferro começou a ser aquecido em fornos primitivos 
(forno de lupa), abaixo do seu ponto de fusão. Com isso, era 
possível retirar algumas impurezas do minério, já que elas 
tinham menor ponto de fusão do que a esponja de ferro. Essa 
esponja de ferro era trabalhada na bigorna para a confecção de 
ferramentas. Para fabricar um quilo de ferro em barras, eram 
necessários de dois a dois quilos e meio de minério pulverizado 
e quatro quilos de carvão vegetal.
INSTITUTO BRASILEIRO DE SIDERURGIA. Disponível em: 
<http://www.ibs.org.br/siderurgia_historia_mundo3.asp>. 
Acesso em: 17 ago. 2009.
Devido à grande importância do ferro para a história da 
humanidade, a sua metalurgia recebe a denominação especial 
de siderurgia.
Atualmente, o processo de produção das ligas de ferro 
geralmente se inicia com a produção do ferro-gusa a partir 
de seu principal minério, Fe2O3, nos altos-fornos. Esse 
minério é misturado com coque (C) e calcário, formando 
um material denominado carga. Essa carga é aquecida, e o 
coque é transformado em monóxido de carbono (CO) e em 
dióxido de carbono (CO2):
C(s) + O2(g) → CO2(g)
CO2(g) + C(s) → 2CO(g)
C(s) + 
1
2O2(g) → CO(g)