Aula 2 Minerais 2014 1 - Copy

MINERALOGIA

Disciplina: Geotecnia Aplicada (CIV027)

Prof.: Geol. MSc. Fernando E. Boff

FACULDADE DA SERRA GAÚCHA

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

1

Estrutura de Apresentação

Introdução

Objetivos

Minerais

Estrutura cristalina

Origem dos minerais

Classificação sistemática.

Identificação dos minerais

Identificação macroscópica

Utilidades dos minerais

2

Introdução

A compreensão do planeta Terra pressupõem o conhecimento das

características dos materiais em especial aqueles que estão na

porção superficial (crosta) com os quais temos maior contato.

Na superfície tanto materiais inconsolidados (tais como o solo as

areias dos rios e praias) e as rochas consolidadas podem ser

constituídos por minerais.

Os principais usos dos minerais incluem: ferroligas, metais

preciosos, metais raros, materiais de construção, materiais para

indústria química, fertilizantes, cimento, cerâmica, refratários,

abrasivos, isolantes, fundentes, pigmentos, gemas, recursos

energéticos (urânio), etc.

Desta maneira pode-se constatar que muitas coisas que utilizamos

no dia-a-dia vêm do reino mineral. 3

ObjetivosSerão abordados nesta aula:

• as características físicas e químicas dos principais minerais

formadores de rochas, procurando-se destacar os aspectos

característicos para fins de identificação e Classificação dos

Minerais.

• Também serão destacados alguns exemplos de usos e

aplicações dos minerais.

4

MineraisOs minerais são os constituíntes sólidos de todas as rochas ígneas,

sedimentares e metamórficas e ocorrem como cristais.

Um mineral pode ser definido como uma substância sólida natural,

inorgânica, que tem uma composição química definida ou uma variação

em sua composição e uma estrutura atômica regular que guarda uma

íntima relação com sua forma cristalina.

As características necessárias para ser um mineral são:

Ser sólido;

Ocorrer naturamente;

Ser inorgânico;

Ter composição química definida;

Possuir estrutura interna cristalina;

Gerado através de processos geológicos;

Exclui substâncias líquidas (exceção ao mercúrio em T ambiente) e

gasosas;

Exclui substâncias criadas artificialmente (como por exemplos os betões ou

os diamantes artificiais).5

Estrutura Cristalina – é o ordenamente tridimensional interno formado

pelos átomos constituintes dos minerais.

O hábito cristalino é o ordenamento dessa estrutura na forma geométrica

do mineral quando a cristalização ocorre em condições ideais.

A unidade que se repete é denominada de cela unitária, que serve de base

para a construção do retículo cristalino.

É importante salientar que na natureza os cristais perfeitos são raros

sendo mais comum as formas irregulares.

Este fator juntamente com a composição química é que define um mineral.

Estrutura Cristalina (reticulo cristalino)

Arranjo espacial dos íons de Na+ e Cl- no composto NaCl

(halita). Note-se o hábito cristalino na forma de cubo

apresentado pelo mineral.6

Estrutura Cristalina

Dois ou mais minerais podem ter a mesma composição química, mas

estruturas cristalinas diferentes, sendo nesse caso conhecidos como

polimorfos do mesmo composto. Por exemplo, a pirita e a marcassita são

ambos constituídos por sulfeto de ferro, embora sejam totalmente distintos

em aspecto físico e propriedades.

Similarmente, alguns minerais têm composições químicas diferentes, mas a

mesma estrutura cristalina, originando isomorfos. Um exemplo é dado pela

halita, um composto de sódio e cloro em tudo similar ao vulgar sal de

cozinha, a galena, um sulfeto de chumbo, e a periclase, um composto de

magnésio e oxigênio. Apesar de composições químicas radicalmente

diferentes, todos estes minerais compartilham da mesma estrutura cristalina

cúbica.

Na natureza existem 14 arranjos básicos tridimensionais de partículas (neste

caso átomos ou moléculas, entenda-se), designados por redes de Bravais,

agrupados em 7 sistemas de cristalização distintos, que permitem descrever

todos os cristais até agora encontrados.7

Sistemas CristalinosSistemas cristalinos, constantes cristalográficas e simetria principal de alguns minerais

8

Origem dos MineraisEstá condicionada aos componetes químicos e condições físicas

(temperatura e pressão) predominantes no ambiente de formação.

Os minerais originados no interior da Terra são diferentes daqueles

formados na sua superficie (crosta).

Na Tabela a seguir estão relacionadas as composições médias dos

principais componentes e elementos presente na crosta da Terra.

É por isso que os silicatos são os principais minerais formadores das rochas9

Estrutura e Composição interna da TerraA estrutura interna é resultante da diferenciação interna devido a

densidade do materiais.

10

Classificação Sistemática• A classificação dos minerais é baseada na composição química,

sistema de cristalização e usos.

• Classes:

Elementos nativos - 20 elementos que ocorrem não combinados.Ex.: ouro (Au), enxofre (S).

Sulfetos - combinação de metais com S, maioria dos mineraismetálicos. Ex.: galena(PbS), esfalerita (ZnS), pirita (FeS2)

Sulfatos e cromatos - combina elementos com S e O2. Ex.: barita(BaSO4), gipsita (CaSO4.2H2O);

Óxidos e/ou hidróxidos - combina metais c/Oy ou (OH)y; Ex.:hematita (Fe2O3), cassiterita (SnO2);

Silicatos - combina elementos com Si x . O y;

Halóides - inclui cloretos (Cl-), fluoretos(F-), brometos (Br-) eiodetos (I-). Halita (NaCl), fluorita (CaF2);

Carbonatos - inclui a presença de CO3. calcita (CaCO3), dolomita[CaMg(CO3)2];

Fosfatos, arseniatos e vanadatos - inclui a presença dePO4.apatita [Ca5(F,Cl,OH)(PO4)3]

Outros - molibdatos, tungstatos, nitratos e boratos. Scheelita(CaWO4)

11

Classificação Sistemática

SILICATOS

GRUPO DE MAIOR IMPORTÂNCIA:

-25% dos minerais conhecidos

- 40% dos minerais mais comuns

- 92% do volume da crosta terrestre:

59,4% - Feldspatos;

16,8% - Anfibólios e piroxênios;

12% - Quartzo;

3,8% - Micas;

ABUNDÂNCIA DOS

PRINCIPAIS MINERAIS:

12

Identificação dos Minerais

Macroscópicos

Microscopia ótica

Químicos

Métodos

13

Identificação Macroscópica

1. Hábito

2. Transparência

3. Brilho

4. Cor

5. Traço

6. Dureza

7. Clivagem, partição e fratura

8. Tenacidade

9. Peso específico (densidade)

10. Geminação

11. Propriedades elétricas e Magnetismo

Propriedades físicas dos minerais

14

Hábitos

Cúbico, octaédrico, dodecaédrico, romboédrico, etc.mineral caracterizado pela ocorrência frequente de cristais comas formas citadas.

Micáceo ou foliáceo (tabular ou lamelar): cristais tabularescom placas finas (lamelas) que se desprendem facilmente. Ex.:as micas, talco, hematita especular.

Prismático ou colunar: o mineral forma prismas. Ex.:turmalinas, rutilo, quartzo.

Fibrosos: que se quebram em prismas muito finos (fibrosos).Quando estas fibras são duras dizemos hábito acicular (igual aagulha). Ex: amianto, gipso, sillimanita.

Hábito de um mineral é a aparência externa de um mineral, ou a

forma característica e comum, ou a combinação de formas

cristalográficas, em que o mineral se cristaliza.

15

Dentrítico: forma arborescente ou como um emaranhado deraízes, onde de um ramo central saem ramos secundários,os quais também se dividem em ramos menores. Ex.:Pirolusita

Mamelonar: apresenta superfícies arredondadas(mamelões). Ex: goethita, pirolusita, hematita.

Botrioidal: Pequenas formas arredondadas e juntas comoum cacho de uva.

Granular: Mineral em forma de agregados de grãos.

Reniforme: formas arredondadas iguais a rins.Ex:piromorfita

Estalactítico: forma de estactites. Ex: pirolusita, calcita

Maciço: Mineral compacto de forma irregular. Ex: Carnalita,hematita.

Hábitos

16

Hábitos

Hábitos

Zeolita (natrolita) – Acicular, radial

Acicular

18

Hábitos

Água Marinha (variedade de Berilo)

Colunar

19

Hábitos

Botrioidal e maciço

Hábito Botrioidal Hábito Maciço20

Hábitos

Magnetita - aglomerados maciços

Maciço

21

Hábitos

Romanechita Goethita botrioidal

Botrioidal

22

Hábitos

23

Mamelonar

Goethita

Hábitos

HematitaFeldspato (sanidina)

Tabular

24

Hábitos

Wollastonita

Crocidolita

Fibroso

25

Hábitos

Mineral de biotitaMinerais de moscovita

Micáceo ou Foliáceo

26

Hábitos

Quartzo

Prismático

27

Hábitos

Calcita

Granular

28

Transparência

29

Transparentes: minerais que não absorvem ou

absorvem pouco a luz

Translúcidos: absorvem consideravelmente a luz

(transparente quando em lâminas muito finas)

Opacos: absorvem totalmente a luz (elementos

nativos, óxidos e sulfetos)

Diamante

transparente

Brilho

Brilho – Trata-se da quantidade de luz refletida pela

superfície de um mineral. Os minerais que refletem mais de

75% da luz exibem brilho metálico.

Quanto ao brilho dividem-se os minerais em:

Brilho Metálico - Característico de determinados minerais

que apresentam elevado índice de refração, como por

exemplo metais nativos (ouro, prata). Têm aparência brilhante

dos metais.

Brilho Não Metálico - Característico dos minerais de cor

clara, em geral transparentes ou translúcidos.

30

Brilho

Galena Topázio

brilho metálicobrilho vítreo

31

Cor

Cor – A cor exibida por um mineral é o resultado da

absorção seletiva da luz e está relacionada com defeitos

estruturais, composição química ou impurezas no mineral.

Os principais fatores que colaboram para a absorção

seletiva são a presença de elementos químicos de

transição como Fe, Cu, Ni, V e Cr.

Pode ser muito importante, quando é típica de um

mineral, como, por exemplo, a cor amarelo-latão da pirita.

Mas no geral é variavel para um mesmo mineral. O

quartzo pode apresentar uma ampla variedade de cores,

correspondendo as variedades denominadas ametista

(lilás), citrino (amarelo-queimado), etc.32

Vanadinita

Pb5(VO4)3Cl

Azurita

Cu3(CO3)2(OH)2

Cor

33

Quartzo puro

incolor Quartzo róseo (Mn)

Ametista

(quartzo roxo)

– íons de Fe

Quartzo exposto à

radiação -

marrom

Variedades de quartzo

Cor

34

TraçoTraço – Trata-se da cor do pó do mineral, sendo obtida riscando o

mineral contra uma placa ou uma fragmento de porcelana de cor branca.

35

Clivagem

Clivagem - estárelacionada com orompimento daestrutura cristalinado mineral,produzindo-sesuperfícies planasdefinidas. Se dáparalelamente aosplanos de maiorcoesão. Tipos:perfeita, boa,regular, indistinta.

36

Clivagem

37

Fratura

Fratura: superfície de quebra do mineral,independente do plano de clivagem, podendo ser do tipoirregular (turmalina), concóide ou conchoidal (vidro,quartzo), dentada e estilhaçada.

ilustração da clivagem e fratura dos Minerais:

Clivagem Fratura38

Fratura

Quartzo

fratura conchoidal (concóide)

Obsidiana

39

Dureza

Dureza: está relacionada com a resistência que asuperfície do mineral oferece ao ser riscada. Édefinida pela Escala de Mohs. É relacionada àcoesão entre os átomos. Pode não ser igual emtodas as direções é portanto uma propriedadevetorial.

quanto mais forte as forças de união entre osátomos, mais duro o mineral. É determinada pelafacilidade ou dificuldade de ser riscado por outromineral, canivete, unha, etc.

40

DurezaEscala de Mohs

41

Avaliação Expedita da Dureza dos

Minerais

Dureza

42

Escala de Mohs

43

Peso Específico

Peso Específico: Também definido pela densidade

relativa. Exprime a relação entre o peso e o volume

ocupado por um mineral em comparação com a água

destilada a 4oC.

Os minerais, normalmente tem peso específico entre 2

e 4 g/cm3. quando acima de 4, são denominados de

pesados.

Densidade de alguns minerais

44

Peso Específico

Cassiteria (SnO2) –

densidade relativa: 6,8 – 7,1

Densidade relativa

45

Muitos minerais são bons condutores de eletricidade, como é o caso dos elementos

nativos (Cu, Au, Ag, etc.) e outros, são classificados como semicondutores

(sulfetos). Alguns minerais são classificados como magnéticos, como é o caso da

magnetita e da pirrotita, pois geram um campo magnético em sua volta com

intensidade variável.

Magnetita

(Fe3O4)

Propriedades Elétricas

46

47

Composição química e principais características de alguns minerais silicáticos e não-

silicáticos

Descrição de alguns Silicatos

QUARTZO – SiO2

Propriedades Físicas

-Dureza – 7

- Densidade – 2,65

- Brilho – Vitreo

- Cor – Variado

- Hábito – prismático a maciço

- Traço – Incolor

-Fratura - Conchoidal

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Descrição de alguns Silicatos

FELDSPATO ORTOCLÁSIO – K(AlSi3O8)

Propriedades Físicas

-Dureza – 6

- Densidade – 2,57

- Brilho – Vitreo

- Cor – Vermelho carne

- Hábito – prismático

- Traço – Incolor

- Clivagem - boa

FELDSPATOS

49

Descrição de alguns Silicatos

FELDSPATO PLAGIOCLÁSIO – Na,Ca(Al2Si2O8)

Propriedades Físicas

-Dureza – 6

- Densidade – 2,62-2,76

- Brilho – Vitreo

- Cor – Branco e cinza

- Hábito – prismático

- Traço – Incolor

- Clivagem - boa

FELDSPATOS

50

Descrição de alguns Silicatos

BIOTITA – K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH)2

Propriedades Físicas

-Dureza – 2,5 - 3

- Densidade – 2,8 – 3,2

- Brilho – Vitreo

- Cor – Castanho-

escuro a preto

- Hábito – lamelar

- Traço – Incolor

- Clivagem - perfeita

MICAS

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Descrição de alguns Silicatos

MUSCOVITA – KAl2(AlSi3O10)(OH)2

Propriedades Físicas

-Dureza – 2,0 – 2,5

- Densidade – 2,76 – 3,1

- Brilho – Vitreo

- Cor – Incolor

- Hábito – lamelar

- Traço – Incolor

- Clivagem - perfeita

MICAS

52

Descrição de alguns Silicatos

TALCO – Mg3Si4O10(OH)2

Propriedades Físicas

-Dureza – 1,0

- Densidade – 2,7 – 2,8

- Brilho – gorduroso

- Cor – Verde, cinza ou branco

- Hábito – fibroso

- Traço – branco

- Clivagem – perfeita

- Untoso ao tato

TALCO

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Descrição de alguns Silicatos

NATROLITA – Na2Al2Si3O10.2H2O

Propriedades Físicas

-Dureza – 3,5 a 5,5

- Densidade – 2,1 a 2,3

- Brilho – vitreo

- Cor – incolor a branca, amarelo a vermelho

- Hábito –grupos de cristais distribuidos radialmente,

fibrosa, maciça, granular ou compacta

- Traço – branco

- Clivagem – perfeita

ZEÓLITAS

Cristais aciculares de mesolita

Cristais aciculares de natrolita

54

Óxidos

Propriedades

–Hábito - Cúbico, octaédrico, dodecaédrico pentagonal

– Clivagem - Muito fraco {001}

– Dureza - 6,0 - 6,5

–Densidade relativa - 4,95 - 5,10

– Fratura - Conchoídal a irregular

– Brilho – Metálico

– Cor - Amarelo-claro, amarelo-latão a preto

– Associação - Muito variada.

– Propriedades Diagnósticas - Duzera alta, brilho, forma, cor amarela.

Ocorrência - Gerado por processos metamórficos, magmáticos,

hidrotermais e sedimentares ou diagenéticos em ambiente redutor.

–Usos - Obtenção de ácido sulfúrico e ferro. Possui aplicação em

joalherias.

PIRITA

Fórmula Química - FeS2

55

Óxidos

–Hábito - Romboédrico, tabular, granular, laminar,

botroídal, compacto, terosso

–Dureza - 5,5 - 6,5

–Densidade relativa - 4,9 - 5,3

–Fratura - Subconchoídal a ausente

–Partição - Romboédrica e basal.

–Brilho - Metálico a esplêndido

–Cor - Vermelho-sangue, cinza metálico a preto

–Usos - Importante fonte de ferro e o principal

mineral de minério da grande maioria das jazidas.

Hematita botroídal

(preta e castanha)

HEMATITA

Fórmula Química – FeO3

56

Utilidade dos MineraisA - Cerâmica, Vidro, Esmalte

Argila (caolinita): tijolos, telhas, porcelanas, cerâmicas

Quartzo: base da manufatura do vidro

Feldspato: manufatura do vidro, vitrificação sobre a cerâmica,

porcelana, telha e etc...

Nefelina: manufatura do vidro

Fluorita: revestimento de esmalte

B – Fertilizantes:

Apatita e rocha fosfatada: fósforo

Silvita: potássio

Salitre do chile : nitrogênio

C - Aparelhos Óticos e Científicos

Quartzo: osciladores de rádio, prismas, lentes especiais, fibra ótica

Fluorita: lentes transparentes em luz ultravioleta e no infravermelho

Gipso e micas: usadas em microscópios

Turmalina: manômetros para pressões momentâneas altas57

Utilidade dos Minerais

D - Refratários

Magnesita: revestimento de fornos

Dolomita: para revestimento de fornos

Cianita: porcelanas de alta qualidade, como as velas usadas

nos motores

Grafita: cadinhos para a manufatura do aço

Talco: placas grossas para tampos de mesa de laboratórios

Cromita, zircão e argila: tijolos para revestimento de fornos

Asbestos: produtos resistentes ao calor, para fins de

isolamento

Mica (moscovita): para fins de isolamento elétrico

E - Abrasivos

Diamante: brocas perfuratrizes, corte do vidro e etc....

Coríndon: esmeril

Quartzo: lixas 58

Utilidade dos Minerais

F - Minérios de Metais

Alumínio: bauxita (fabricação de chapas, tubos e peças fundidas,

utensílios de cozinha, aparelhos domésticos, mobílias, tintas,

folhas, sais, refratários aluminosos e etc...);

Antimônio: estibnita (fabricação de ligas, fogos de artificiais,

fósforos e cápsulas detonantes, vulcanização da borracha,

pigmento. Usado na medicina como tártaro emético);

Chumbo: galena (principal ingrediente de muitas tintas brancas,

fabricação do vidro, brilho a cerâmica, tubos, folhas, ligas como a

solda, proteção contra radiação);

Cobre: cobre nativo (fios elétricos, ligas como o latão, bronze e

prata alemã entre outros)

Cromo: cromita (metalurgia, refratários, química, liga, aço

inoxidável, resistências de equipamentos elétricos, tijolos

refratários, tintas, indústria farmacêutica);

Estanho: cassiterita (folha de flandres e latas para

acondicionamento de alimentos); 59

Utilidade dos Minerais Ferro: hematita (chapas, barras, folhas, vigas, pigmentos para tintas, entre

outros);

Manganês: pirolusita (fabricação do aço, ligas, desinfetante no permanganato de

potássio, como secante nas tintas, para descorar o vidro, nas pilhas e baterias);

Mercúrio: cinábrio (termômetros, barômetros, tintas para cascos de navios);

Níquel: pentlandita (aço, ligas, molas de relógios e etc...);

Zinco: esfarelita (galvanização do ferro, latão, tintas, preservação da madeira,

medicina);

Titânio: ilmenita (pigmentos, material de estruturas como motores, aviões e etc...,)

Tungstênio: wolframita (ferramentas, válvulas, molas, formões, limas, filamentos

de lâmpadas);

G - Gemas

diamante, coríndon (rubi-vermelho e safira-azul), berilo (esmeralda-verde, água-

marinha-azul-verde, morganita-rosa, berilo dourado-amarelo), espudomênio

(kunzita-rosa, hiddenita-verde), turmalina (rubelita-vermelha, esmeralda brasileira-

verde, indicolita-azul escuro), espinélio (rubi espinélio-vermelho intenso), granada

(vermelha), topázio (vinho, amarelo, azul, rosa), zircão (incolor), opala, turquesa

(verde a azul), quartzo (cristal de rocha-incolor, ametista-púrpura a violeta, quartzo

rosa, citrino-amarelo), feldspato (pedra da lua-branca leitosa, amazonita-verde)

Bibliografia Consultada

•Milovsky, A,V. & kononov, O. V. Mineralogy. Mir Publishers Moscow,

320p. 1985.

•Schumann, W. Gemas do Mundo: traduzido por: Rui Ribeiro Franco e

Mario Del Rey. 2a ed. Rio de Janeiro: Ao Livro Técnico. 1983.

•Teixeira, Wilson et al. Decifrando a Terra. Oficina de Textos. USP. São

Paulo. 568p. 2000._Cap.: 2

•Skinner, B. J. & Porter, S. The Dynamic Eath. An Introduction to

Physical Geology. John Wiley & Sons, Inc. 3a Edition. New York. 1995.

•Machado, F.B.; Moreira, C.A.; Zanardo, A; Andre, A.C.;Godoy, A.M.;

Ferreira, J. A.; Galembeck, T.; Nardy, A.J.R.; Artur, A.C.; Oliveira,

M.A.F.De. Enciclopédia Multimídia de Minerais e Atlas de Rochas. [on-

line]. Disponível na Internet via WWW. URL:

http://www.rc.unesp.br/museudpm. Arquivo capturado em __

de ________de 200_.61

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das Rochas

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