A importância dos minérios e dos metais

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ENSINO DE QUÍMICA
A importância dos minérios e dos metais.
Objetivo: Refletir sobre como ocorre o processamento dos minerais. Conhecer os
processos de extração mineral e sua transformação na indústria brasileira.
Em particular para a nossa disciplina de Minérios, podemos discutir como
transformar os minérios encontrados na natureza em metais que possam ser
utilizados para a produção de bens de consumo úteis para nossa vida e insumos
que sustentam as estruturas ao nosso redor. Chama-se de minério a rocha ou
mineral do qual se extrai uma ou mais substâncias metalíferas de valor econômico
(segundo dicionário Michaelis).
A maior parte dos minerais são óxidos, silicatos, carbonatos ou sulfatos. Por
exemplo, embora o elemento ferro esteja presente em diversos minerais, sua
obtenção é economicamente viável apenas a partir da hematita e da magnetita,
ambos óxidos. De maneira geral, os processos de obtenção passam pela extração e
beneficiamento, que envolve uma série de transformações físicas e químicas,
seguido pela etapa de redução ao estado metálico e posteriormente pela purificação
do metal também chamada de refinamento. Mas, antes de discutir os processos
utilizados nos dias atuais, gostaria de dar uma visão geral histórica de alguns
elementos metálicos e sua importância.
Nove elementos são conhecidos desde o início da história sabendo-se muito
pouco a respeito das suas descobertas. Dentre os nove, sete são metais: ouro,
prata, mercúrio, estanho, chumbo, cobre e ferro. O Velho Testamento da Bíblia
mostra informações a respeito de minerais antigos, metais e outros materiais. A
importância dos metais para a humanidade tem sido marcada pelas várias etapas
de desenvolvimento. Não é a toa que temos uma era nomeada como a Idade do
Ferro, que sucedeu à Idade do Bronze. Atualmente poderíamos dizer que estamos
na Idade do Aço (que contém ferro em sua composição) e que a sua produção
proporciona um índice de desenvolvimento de um país.
Pingentes de cobre datados de mais de dez mil anos foram encontrados em
escavações no norte do Iraque, e eram presumivelmente feitos de cobre metálico.
Pepitas de cobre metálico podiam às vezes ser encontradas na superfície da Terra,
mas eram geralmente extraídos do minério malaquita (carbonato básico –
Cu(CO)3)2.Cu(OH)2) que pode ser facilmente identificado pela sua cor verde. A
fundição de minérios de cobre começou em torno de 5000 aC e todas as culturas
fizeram uso deste metal para armas, ferramentas e joias. Posteriormente,
descobriu-se que o cobre poderia ser reforçado e afiado a uma ponta fina,
adicionando uma parte de estanho a duas partes de cobre para produzir a liga
conhecida como bronze. Isto era muito mais apropriado para facas e espadas, uma
vez que a adição de estanho conferia dureza a liga, e as culturas que avançaram
para esta tecnologia passaram da Idade da Pedra à Idade do Bronze (em torno de
3000 aC até aproximadamente 1000 aC). Como o bronze foi descoberto, não se
sabe, mas os povos do Egito e Mesopotâmia foram os primeiros a se familiarizar
com ele. Alguns dos antigos usos do bronze foram espetaculares como, por
exemplo, o Colosso de Rodes, uma estátua de bronze de 35 metros de altura do
deus do Sol Apolo erguido na entrada do porto por volta de 280 aC (caiu durante um
terremoto cerca de 50 anos depois e foi vendido como sucata). À medida que o
Império Romano se expandia, crescia também a demanda por objetos cotidianos.
Outras culturas ocidentais também utilizaram o bronze nas mais diversas
aplicações.
Fonte Wikipédia (acesso em março 2020)
O cobre tornou-se a base para o conhecimento da metalurgia e também da
mineração, especialmente o trabalho subterrâneo. Quando o suprimento de
minérios superficiais acabou, o homem começou a cavar para encontrá-los. Isto
pode ser visto no vale de Timna, no atual estado de Israel, onde encontraram
artefatos de cobre datado do 4o milênio aC. Depois de vários séculos, a mineração
foi encerrada por algum motivo e após 1000 anos, foi reiniciada. No Novo Reino de
Ramsés II, Faraó naquela época (1279-1213 aC), Timna se desenvolveu para uma
grande indústria de mineração de cobre e metalurgia. Houve ainda mais uma pausa
na mineração e produção do cobre que foi atribuída a crises energéticas uma vez
que o carvão era obtido de acácias e palmeiras.
O cobre puro é um dos metais que possui a mais alta condutividade térmica e por
essa razão era também usado em panelas. Mas seu principal uso atualmente é
devido à sua alta condução elétrica, suplantado apenas pela prata, e, portanto, a
fiação elétrica representa o principal uso desse metal nos dias atuais, tornando-o
vital assim como na Idade do Bronze.
Ninguém descobriu o elemento ferro, embora indivíduos muitas vezes se
deparassem com amostras do metal caídas na superfície. Sabemos disso porque
artigos de ferro foram encontrados no Egito, datando de cerca de 3500 aC,
atribuídos a origem meteórica uma vez que eles continham cerca de 7,5 % de
níquel, que é a composição típica de meteoritos conhecidos como sideritas. Estes
artefatos de ferro de túmulos egípcios foram capazes de resistir aos estragos da
ferrugem devido ao níquel em sua composição.
Os antigos hititas da Ásia Menor, a Turquia de hoje, parecem ter sido os primeiros
a descobrir a fundição de ferro a partir dos seus minérios por volta de 1500 aC e
este novo metal lhes deu poder econômico e político, de modo que mantiveram o
processo guardado em segredo. Mesmo assim, uma invasão de guerreiros destruiu
sua civilização por volta de 1200 aC, e depois dela os homens que trabalhavam com
ferro foram embora e passaram a exercer essa função em outras regiões, iniciando
a Idade do Ferro. Ferreiros passaram a serem artesãos bastante respeitados.
Entretanto, um efeito colateral indesejável da Idade do Ferro foi o aparecimento de
guerreiros armados com espadas de ferro contra os quais havia limitada defesa e
essas armas dominaram a guerra por mais de 2000 anos incluindo as duas Grandes
Guerras.
A pirometalurgia em combinação com a forja foi desenvolvida no Oriente Médio no
século II aC. A partir daí, o conhecimento sobre as técnicas seguiu o comércio das
rotas para o oeste (Roma, Espanha e Inglaterra) e para leste (Pérsia, Índia e China),
mas cada região já tinha seu próprio desenvolvimento inicial. No começo era bem
difundido entre as pessoas que a maioria dos metais, como por exemplo estanho ou
chumbo, derretiam à uma determinada temperatura e assim eles eram facilmente
separados da ganga. Por outro lado, um metal que é reduzido a uma temperatura
inferior ao seu ponto de fusão, era misturado com ganga e escória de silicato
fundido. Este último era o método de fabricação do ferro já naquela época.
A fabricação de ferro em larga escala foi parte essencial da Revolução Industrial
que começou na Inglaterra em meados de 1700, e ainda assim não se reconhecia
que pequenas quantidades de carbono poderiam transformar o ferro em aço. A
primeira pessoa a sugerir isso foi René A. Ferchault de Réaumur (1683-1757), que
disse que o aço, o ferro forjado e o ferro fundido, deveriam ser diferenciados pela
quantidade de um material combustível negro proveniente do carvão vegetal usado
então para fundição do metal. O desenvolvimento tecnológico da fundição no século
XVIII, como o uso de coque em vez de carvão vegetal (retomaremos mais adiante
no módulo os processos de transformação envolvidos na obtenção do ferro e do
aço), resultaram na disponibilidade de ferro forjado barato, iniciando assim uma era
em que ele é amplamente utilizado no transporte e na arquitetura.
O ferro não é o melhor metal, afinal ele é oxidado muito mais facilmente que
muitos outros metais, mas sua importância vem de uma série de fatores:
● É o segundo metal mais abundante da crosta terrestre (perdendo
apenas para o alumínio);
● Seus minérios são encontrados em muitas localidades, o que facilita a
sua mineração;
● Pode ser processado termoquimicamente de modo relativamente fácile
barato;
● É maleável e dúctil, enquanto outros são mais quebradiços;
● Ponto de fusão é suficientemente baixo para manusear em fase líquida;
● Pela adição de pequenas quantidades de outros elementos, podem ser
formadas ligas com resistência, dureza ou ductibilidade para usos muito
específicos.
A baixa reatividade química comparativamente com os metais alcalinos e alcalinos
terrosos, mas não tão baixa como de outros metais de transição, e a oxidação
relativamente fácil são as desvantagens da utilização do ferro em algumas
aplicações. Por outro lado, isso significa que objetos de ferro descartados vão
desintegrar-se em ferrugem, em vez de permanecer no ambiente para sempre.
Como mencionado anteriormente, dificilmente o ferro é encontrado na natureza
em sua forma metálica, assim como o alumínio, cobre, níquel, magnésio entre
outros. Portanto, eles devem ser produzidos a partir de seus minerais. Por outro
lado, nem sempre os minerais apresentam-se na natureza na forma em que serão
consumidos pela indústria, quer seja por seus diferentes tamanhos (granulometrias)
ou por estarem associados a outros minerais que não se tem interesse ou são
indesejáveis (chamados de ganga) para o processo industrial a que se destinam. É
exatamente para a adequação dos minerais aos processos industriais que se utiliza
o tratamento dos minérios. Na indústria mineral, os minérios são geralmente
classificados em três grandes classes: metálicos, não metálicos e energéticos.
Trataremos na nossa disciplina principalmente a respeito dos minerais metálicos.
Os grandes desenvolvimentos na área de beneficiamento de minérios ocorreram
no final do século XIX e início de século XX, sendo que a inovação mais impactante
ocorreu na Austrália com a utilização do processo de flotação. O beneficiamento ou
tratamento de minérios visa preparar granulometricamente, concentrar ou purificar
minérios por métodos físicos ou químicos, mas sem alteração da constituição
química dos minerais. A necessidade ou não do beneficiamento está relacionada ao
custo energético da extração da ganga. O processo de concentração nesse caso
significa remover a maior parte da ganga presente em alguns casos em grande
proporção no minério. A purificação, por sua vez, consiste em remover do minério
ou pré-concentrado os minerais contaminantes que ocorrem em pequena
proporção. As operações de concentração baseiam-se nas diferenças de
propriedades como densidade, suscetibilidade magnética, condutividade elétrica,
cor, forma etc.
Fonte: Secretaria da Educação do Estado do Ceará em Caracterização Tecnológica de Minérios
Desde a chegada dos portugueses no Brasil, a busca e o aproveitamento de
recursos minerais tem contribuído para a economia nacional e determinada parte da
ocupação do território. Já no século XX (década de 70), a exploração foi
impulsionada pela necessidade de materiais para a construção civil e de recursos
para a indústria. Acompanhando o avanço do consumo, métodos de pesquisa e
extração de minérios evoluíram de formas empíricas e artesanais para
procedimentos mais complexos, mecanizados, envolvendo tecnologias
especializadas na detecção e caracterização das propriedades dos depósitos e de
seus minérios, bem como nas operações de extração e beneficiamento.
Referências
1. John Emseley, Nature’s Building Blocks: an A-Z guide to the elements, Oxford University
Press Inc, Nova York, 2011.
2. Secretaria da Educação do Estado do Ceará em Caracterização Tecnológica de Minérios,
acesso em março 2017.
3. Secretaria da Educação do Estado do Ceará em Introdução à Mineração acesso em março
2017.