Mineralogia

Mineralogia

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Curso técnico em Eletromecânica Tecnologia de Materiais

Mineralogia

Professor: Adler

Alunos: Alex Cardoso e Lucas Cassimiro 04/04/2012

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Introduçãopag 2
Mineralogiapag 2
Propriedades físicas dos mineraispag 3
Obtenção de Metais a partir de Minerais Oxidadospag 7
Redução com Alumíniopag 9
Cloração seguida de redução com magnésiopag 9
Eletrólisepag10
Obtenção de Metais a partir de Minerais Sulfetadospag12
Ustulação Oxidante seguida por redução com C/COpag 12
Ustulação Oxidantes seguida de Dissolução e Eletrólisepag12
Ustulação Seletiva de Fusão Matica, Conversão e Eletrolisepag 13
Conclusãopag 14

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Introdução Você sabe o que é a Mineralogia?

Mineralogia é a ciência da terra que se dedica ao estudo da química, estruturas molecular, cristalina e propriedades físicas (incluindo ópticas e mecânicas) de minerais, bem como a sua génese, metamorfismo, evolução química e meteorização.

Mineralogia

A Mineralogia esta estritamente relacionada no contexto da indústria mineral. Portanto, para se entender e conhecer os métodos e técnicas da Caracterização Mineralógica e Tecnológica de Minérios é imprescindível que se conheça também e, no mínimo, os conceitos básicos relacionados às propriedades físicas, químicas e estruturais dos minerais. Para tanto, é fundamental recorrer-se constantemente às literaturas disponíveis nas áreas de mineralogia, petrografia e geologia, revisando-se certas informações que estão diretamente relacionadas com técnicas e métodos de Caracterização. Pode-se citar como informações importantes, provenientes do estudo dos minerais, para alguns trabalhos de caracterização: Clivagem, Dureza, Densidade, Tenacidade, Brilho, Cor, Diafaneidade, Pleocroísmo, Refração e Reflexão da luz, Luminescência, Propriedades magnéticas e morfológicas em geral. Existem, portanto, uma gama de características intrínsecas aos minerais que possuem significativos empregos para a caracterização de minérios. Por definição, pode-se entender uma espécie mineral como uma substância sólida natural, formada por processos inorgânicos, de composição química definida e estrutura atômica ordenada. Estas duas últimas características, em muitos casos, fornecem subsídios na determinação de grande parte da assembléia mineralógica de um dado minério, visto que, por possuírem composições químicas e estruturais bem definidas e particularidades entre seus átomos, alguns métodos e instrumentos de medidas foram propositalmente desenvolvidos em função destes fatores. Um bom exemplo do aproveitamento de determinadas particularidades estruturais dos minerais, através de técnicas de identificação mineralógica, é a difratometria de raios-X. Esta técnica, como será visto adiante, utiliza-se de emissões de raios-X, com comprimento de onda conhecido e ângulo de incidência (variando dentro de certos intervalos), sobre a

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As propriedades físicas dos minerais resultam da sua composição química e das suas características estruturais. As propriedades físicas mais óbvias e mais facilmente comparáveis são as mais utilizadas na identificação de um mineral. Na maioria das vezes, essas propriedades, e a utilização de tabelas adequadas, são suficientes para uma correta identificação. Quando tal não é possível, ou quando um elevado grau de ambiguidade persiste, como no caso de muitos isomorfos similares, a identificação é realizada a partir da análise química, de estudos de óptica ao microscópio petrográfico ou por difração de raios X ou de neutrões. São as seguintes as propriedades físicas macroscópicas, isto é observáveis sem necessidade de equipamento sofisticado (por vezes designadas, por essa razão, por propriedades de campo):

É uma característica extremamente importante dos minerais. Pode variar devido a impurezas existentes em minerais como o quartzo, o corindo, a fluorite, a calcite e a turmalina, entre outros. Em outros casos, a superfície do mineral pode estar alterada, não mostrando sua verdadeira cor. A origem da cor nos minerais está principalmente ligada à presença de iõns metálicos, fenómenos de transferência de carga e efeitos da radiação ionizante. Eis alguns exemplos: • Jadeíte — esverdeado;

• Augita — verde escuro a preto;

• Cassiterita — verde a castanho;

• Pirita — amarelo-ouro.

O brilho depende da absorção, refracção ou reflexão da luz pelas superfícies frescas de fratura do mineral (ou as faces dos seus cristais ou as superfícies de clivagem). O brilho é avaliado à vista desarmada e descrito em termos comparativos utilizando um conjunto

| 4 Página de termos padronizados. Os brilhos são em geral agrupados em: metálico e não metálico ou vulgar. Diz-se que o brilho é não metálico, ou vulgar, quando não é semelhante aos dos metais, sendo característico dos minerais transparentes ou translúcidos. Dentro das grandes classes atrás apontadas, o brilho de um mineral pode ser descrito como: • Brilhos não metálicos: o Acetinado — brilho não metálico que faz lembrar o brilho do cetim; é característico dos minerais fibrosos; o Adamantino — brilho não metálico que, pelas suas características, nomeadamente a intensidade, se assemelha ao do diamante (são exemplos a pirargirita e a cerussita; o Ceroso — brilho não metálico que lembra o da cera (é exemplo a variscita); o Nacarado — brilho não metálico semelhante ao das pérolas (é exemplo a caulinita); o Resinoso — brilho não metálico que lembra o observado nas superfícies de fractura das resinas (é exemplo a monazita); o Vítreo — brilho não metálico que lembra o do vidro (são exemplos a fluorita, a halita e a aragonita); • Brilhos metálicos: o Metálico — brilho que se assemelha ao dos metais, sendo característico de minerais opacos como a galena, a calcopirita e a pirita; o Submetálico — brilho que faz lembrar o dos metais, mas não tão intenso, sendo característico dos minerais quase opacos como a cromita.

A cor do traço de um mineral pode ser observada quando uma louça ou porcelana branca é riscada. A clorite, a gipsita (gesso) e o talco deixam um traço branco, enquanto o zircão, a granada e a estaurolita deixam, comummente, um traço castanho avermelhado. O traço de um mineral fornece uma importante característica para sua identificação, já que permite diferenciar materiais com cores e brilhos similares.

É a forma como muitos minerais se quebram seguindo planos relacionados com a estrutura molecular interna, paralelos às possíveis faces do cristal que formariam. A clivagem é descrita em cinco modalidades: desde pobre, como na bornita; moderada; boa; perfeita; e proeminente, como nas micas. Os tipos de clivagem são descritos pelo número e direcção dos planos de clivagem.

Refere-se à maneira pela qual um mineral se parte, exceto quando ela é controlada pelas propriedades de clivagem e partição. O estilo de fracturação é um elemento importante na identificação do mineral. Alguns minerais apresentam estilos de fracturação muito característicos, determinantes na sua identificação.

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Expressa à resistência de um mineral à abrasão ou ao risco. Ela reflete a força de ligação dos átomos, iõns ou moléculas que formam a estrutura. A escala de dureza mais frequentemente utilizada, apesar da variação da dureza nela não ser gradativa ou proporcional, é a escala de Mohs, que consta dos seguintes minerais de referência (ordenados por dureza crescente): • 1 – Talco;

• 2 – Gipsita;

• 3 – Calcita;

• 4 – Fluorita;

• 5 – Apatita;

• 6 – Ortoclase;

• 7 – Quartzo;

• 8 – Topázio;

• 9 – Coríndon;

• 10– Diamante.

É a medição direta da densidade mássica, medida pela relação direta entre a massa e o volume do mineral.

Mede a coesão de um mineral, ou seja, a resistência a ser quebrado, dobrado ou esmagado. A tenacidade não reflete necessariamente a dureza, antes sendo dela geralmente independente: o diamante, por exemplo, possui dureza muito elevada (é o termo mais alto da escala de Mohs), mas tenacidade relativamente baixa, já que quebra facilmente se submetido a um impacto. A tenacidade dos minerais é expressa em termos qualitativos, utilizando uma linguagem padronizada: • Quebradiço ou frágil – o mineral parte-se ou é pulverizado com facilidade;

• Maleável – o mineral, por impacto, pode ser transformado em lâminas;

• Sutil – o mineral pode ser cortado por uma lâmina de aço;

• Dúctil – o mineral pode ser estirado para formar fios;

• Flexível – o mineral pode ser curvado sem, no entanto, voltar à sua forma original;

• Elástico – o mineral pode ser curvado, voltando à sua forma original quando o forçamento cessa.

MAGNETISMO Ocorre nos poucos minerais que devido à sua natureza ferromagnética são atraídos por

| 6 Página um íman. Os exemplos mais comuns são a magnetite, a pirrotite e outros com elevado teor de metais que podem ser magnetizados após aquecimento, como o manganês, o níquel e o titânio. Peso específico (ou densidade relativa) É a relação do peso de um mineral quando comparado com o peso de igual volume de água. Para isto, o mineral deve ser pesado imerso em água e ao ar. O processo utiliza a balança de Jolly, aplicando a seguinte fórmula:

onde é o peso do mineral fora da água; a referência inicial da balança ou calibragem em zero; e o peso do mineral dentro da água. Assim, por exemplo, se um mineral tem peso específico 3,0 determinada pelo processo descrito, tal significa que ele pesa três vezes mais que igual volume de água. Sistema cristalino A forma do cristal é muito importante na identificação do mineral, pois ela reflete a organização cristalina da estrutura dos minerais e dá boas indicações sobre o sistema de cristalização do mineral. Algumas vezes o cristal é tão simétrico e perfeito nas suas faces que coloca em dúvida a sua origem natural. Porém, os cristais perfeitos são muito raros, pelo que a maioria dos cristais apenas desenvolve algumas de suas faces.

O processo de formação de diferentes minerais evolui de forma simultânea, fazendo com que eles ocorram juntos e, assim, constituindo as rochas, as areias (ocorrência mais fina) e as argilas (ocorrência mais fina ainda). Ou seja, as rochas são agregados de minerais, e, quando um destes apresenta valor econômico, ela passa a ser chamada de minério. Então, para a obtenção do metal e importante separar o mineral de interesse (aquele em que o metal esta presente) dos demais minerais que formam o minério. Esta iniciativa e importante por duas razoes: a primeira, de motivação mais econômica, esta. Associada com a vantagem de se transportar, do local da ocorrência mineral, apenas o material que será utilizado posteriormente, ou seja, o mineral de interesse. Ate porque, muitas vezes, o percentual de mineral de interesse contido no minério e relativamente pequeno (por exemplo, 5%). A segunda e, nitidamente, mais técnica e esta vinculada ao fato de ser muito mais fácil extrair o metal do mineral de interesse (por exemplo, de um oxido ou de um sulfeto, mesmo que impurificados) do que retira-lo do minério como um todo. Aqui e interessante chamar a atenção para o fato de que esta etapa de separação do mineral de interesse dos demais minerais, conhecida como “processos de concentração”, e implementada a partir de procedimentos industriais de caráter físico. Exemplos são as operações de fragmentação, peneiramento e moagem. A separação propriamente dita e levada a efeito a partir de processos que se utilizam das diferentes propriedades dos minerais, tais como a densidade (utilizam-se os métodos gravimétricos), a susceptibilidade magnética (utilizam-se os métodos magnéticos) e a mol habilidade (utiliza-se um método chamado de “flotação”). Uma vez obtido o mineral de interesse, podemos partir para a obtenção do metal que deve ser retirado da estrutura cristalina do mineral. Esta operação e impossível de ser realizada por meios físicos e, portanto, implementam-se, obrigatoriamente, métodos

| 7 Página químicos. Esses métodos são conduzidos por meio de três vias principais: dissoluções através de soluções aquosas, reações em altas temperaturas, ou ainda, através de reações eletroquímicas. Podem ser implementados em uma etapa (quando a extração do metal do mineral e quimicamente viavel e econômica) ou através de varias etapas consecutivas, inclusive de características diferentes (exemplo: reação em alta temperatura seguida de operações em sistema aquoso e, finalmente, uma eletrolise). Este conjunto de etapas e conhecido como “fluxograma de processo”.

Obtenção de Metais a partir de Minerais Oxidados Reação com Carbono (sólido) ou com CO (gás)

EXEMPLOS DE METAIS EXTRAIDOS DESTA FORMA: ESTANHO (Sn) e FERRO GUSA (Fe impurificado) do qual se produz o ACO (liga de Fe com C) Trata-se de um método bastante utilizado e relativamente fácil de ser entendido. Por exemplo, como visto na Tabela 1, um mineral portador do estanho (Sn) e a cassiterita (SnO2). Então, para se obter o estanho metálico, devemos fazer este oxido reagir com algum elemento ou composto que seja mais avido pelo oxigênio do que o estanho, de forma que ele “roube” o oxigênio ali contido através de uma reação do tipo: SnO2 + X = Sn + XO2 Um elemento avido pelo oxigênio e o carbono, C(s), assim como o composto CO(g). Então, podemos ter: SnO2 (s) + C (s) = Sn (l) + CO2 (g) ou SnO2 (s) + 2CO (g) = Sn (l) + 2CO2 (g) Da mesma forma, a obtenção do “ferro gusa” no “alto forno” das indústrias siderúrgicas ocorre a partir de reações semelhantes com a “hematita” (Fe2O3): Fe2O3 (s) + 3 CO(g) = 2 Fe(l) + 3 CO2(g) e Fe2O3 + 1,5 C = 2 Fe(l) + 1,5 CO2(g) Nos dois casos a temperatura do reator esta acima da temperatura de fusão dos metais e, então, os metais (tanto o estanho como o ferro) são obtidos na forma liquida e, em seguida, submetidos a uma etapa de refino e ajuste composicional, em que, no caso do “ferro gusa”, o aço (que e, de fato, uma liga de ferro com pequenas quantidades de carbono) e efetivamente produzido. Industrialmente, o CO(g) e gerado no interior do próprio “alto forno” através da queima do coque, que nada mais e do que o carbono (C), gerado a partir da destilação do carvão mineral em alta temperatura: C ++. O2(g) = CO(g) Como estas são as reações que permitem a obtenção industrial do estanho e do “ferro gusa”, cabe à pergunta: essas reações acontecem sempre, para qualquer oxido? A resposta e NAO, e a explicação e simples. Não acontecem sempre, basicamente por duas razoes principais: a primeira, porque a ocorrência da reação depende da temperatura em que e realizada. Normalmente, temperaturas elevadas são necessárias para que ocorra a remoção do oxigênio dos óxidos metálicos. Ou seja, a afinidade dos metais com o oxigênio diminui com o aumento da temperatura. A segunda razão e porque essas afinidades entre os metais e o oxigênio são diferentes e alguns metais possuem uma afinidade pelo oxigênio maior do que a do C ou do CO(g) e, nesses casos, as reações citadas do tipo MO2 + C

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