Natureza e Meio Ambiente IIRelevo Rochas e Minerais

PLANALTO DA BORBOREMA-PB MACIÇO GRANÍTICO GNAISSE (GRANITO)

Os minerais

• Mineral é um elemento ou composto químico que aparece naturalmente na crosta terrestre, isto é, que faz parte da própria constituição da crosta.

• Estão presentes em todos os solos e em todas as rochas ou pedras. Eles ocorrem naturalmente na crosta terrestre.

Os minerais

• Entre os metais mais utilizados pelos homens estão o ferro, o cobre, o alumínio, o ouro, a prata.

• Servem de matéria-prima para a fabricação de vários produtos, desde os objetos de uso domésticos: panela de alumínio, garfo de metal, até a construção de automóveis, pontes, navios e aviões.

• A origem dos minerais está relacionada às condições físicas do ambiente em que se formaram , como temperatura e pressão, e a fatores de ordem química.

• Os minerais diferem muito uns dos outros, podendo ser identificados a partir de certas propriedades, como forma geométrica, transparência, brilho, cor, traço, dureza (resistência que o mineral apresenta os ser riscado).

Os minerais

OURO

FERRO

Os minerais

• Na natureza os minerais não surgem em estado puro, mas associados a outros minerais.

• Para extrair o mineral que se deseja, é necessário beneficiá-lo, ou seja, apurá-lo ou separá-lo do minério em que se encontra.

Minério

• Minério é um mineral, ou uma associação de minerais, que pode ser explorado do ponto de vista comercial.

• Exemplo: hematita, um dos minerais que se extrai o ferro; bauxita, minério de alumínio.

Minério

• A hematita (Fe2O3), por exemplo, é um mineral com elevada concentração de ferro que pode ser encontrado em rochas como o granito.

• Com o ferro e os metais de liga são fabricados os diferentes tipos de aço. O alumínio, metal leve, é utilizada em peças de aviões, trens, na fabricação de janelas.

Mineral

• Desde a Antiguidade o homem vem descobrindo os minerais e seu uso para facilitar a sobrevivência.

• Há aproximadamente 5000 anos o homem descobriu o cobre. Tal fato representou uma verdadeira revolução tecnológica, possibilitando um grande desenvolvimento para o ser humano.

Mineral

• Assim da Idade da Pedra para a Idade dos Metais.

• Os instrumentos de cobre tinham pouca durabilidade, então, posteriormente, o ser humano descobre a possibilidade de misturar o cobre ao estanho, formando uma liga de metais chamada bronze. – Idade do Bronze.

Rochas

• Agregado de minerais, as rochas podem ser classificadas em magmáticas, metamórficas e sedimentares.

• Para melhor compreender a origem dessas diferentes tipos de rochas, é importante analisar o ciclo das rochas – processos que ocorrem no interior da Terra (exógenos) e na sua superfície (exógenos).

Rochas Magmáticas• O magma, quando solidificado, dá origem às

rochas magmáticas.• Mesmo existindo uma grande diversidade de

rochas magmáticas, os granitos e os basaltos são os mais presentes na superfície terrestre.

• Os granitos são rochas intrusivas mais claras compostas por minerais mais claros (feldspato, mica e quartzo).

• Intrusivas: quando o material se solidifica em locais profundos da crosta terrestre.

GRANITO

• Basalto: extrusivas compostas por minerais com coloração mais escura (olivinas, piroxênios).

• Extrusivo: Magma se solidifica na superfície terrestre, onde as temperaturas são mais baixas.

Rochas Magmáticas

Quartzo• O quartzo é o segundo mais abundante mineral da

Terra (aproximadamente 12% vol.), seguindo-se aos feldspatos. Possui estrutura cristalina trigonal composta por tetraedros de sílica (dióxido de silício, SiO2), pertencendo ao grupo dos tectossilicatos. O seu hábito cristalino é um prisma de seis lados que termina em pirâmides de seis lados, embora frequentemente distorcidas e ainda colunar, em agrupamentos paralelos, em formas maciças (compacta, fibrosa, granular, criptocristalina), maclas com diversos pseudomorfos.

Silício• O silício (latim: silex, sílex ou "pedra dura") é um

elemento químico de símbolo Si denúmero atômico 14 (14 prótons e 14 elétrons) com massa atómica igual a 28 u. À temperatura ambiente, o silício encontra-se noestado sólido. Foi descoberto por Jöns Jacob Berzelius, em 1823. O silício é o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre, perfazendo mais de 28% de sua massa.[1]Aparece na argila, feldspato, granito, quartzo eareia, normalmente na forma de dióxido de silício (também conhecido como sílica) e silicatos (compostos contendo silício, oxigênioe metais)

SILÍCIO ( Si )

          HISTÓRICO:  O silício elementar foi obtido em 1823 por Berzelius.

          OCORRÊNCIA NATURAL:  Não ocorre livre na natureza, mas forma inúmeros minerais - os silicatos - que compõe cerca

de 95% da crosta terrestre. Também encontra-se sob a forma de dióxido (SiO2), chamado de sílica.

          PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS:  O silício é um semimetal quebradiço e de cor cinza. Sua obtenção no estado

elementar pode ser feita de várias maneiras. Uma delas consiste em aquecer o magnésio em presença de sílica:

2 Mg + SiO2     2 MgO + Si

          Industrialmente, o método preferido é a redução da sílica com carvão, apesar de o produto conter um grau de impureza

relativamente elevado:SiO2 + 2 C   Si + 2 CO

http://www.reocities.com/Vienna/choir/9201/grupo_iva.htm

Metalurgia• É a obtenção dos metais a partir da natureza.• Redução de metais a partir de minérios.• Na fabrica de Alumínio, por exemplo, parte do

minério bauxita como matéria-prima. Após purificação, a bauxita fornece a alumina ou óxido de alumínio, que depois é submetida

Metalurgia• Numa fabrica de alumínio parte do minério

bauxita como matéria-prima. Após purificação a bauxita fornece a alumina (óxido de alumínio), que, a seguir é submetida a uma reação química adequada, fornecendo, finalmente, o metal alumínio.

• Na alumina (Al2O3), os átomos do elemento químico alumínio se encontram com carga +3.

Metalurgia

• a uma reação química adequada fornecendo o metal alumínio.

• Na alumina (Al2O3), os átomos do elemento químico alumínio se encontram com carga +3.

Metalurgia

• No alumínio metálico produzido a partir da alumina, que é representado por Al, os átomos de alumínio apresentam carga nula.

• Portanto, no processo de obtenção do alumínio a partir de seu minério, ocorre uma reação química na qual há diminuição da carga dos átomos desse elemento, que passa de +3 para zero.

• Esse processo de diminuição da carga dos átomos durante uma reação química é chamada pelos químicos de redução.

Metalurgia

Metalurgia• A tabela apresenta alguns dos principais minerais

metálicos e a carga do elemento metálico em cada um deles. Como se pode perceber essa carga é sempre positiva.

• Na metalurgia – seqüência de processos que visa a obtenção de um elemento metálico a partir de seu minério – ocorre uma reação na qual os átomos do metal, presentes no minério com carga positiva, sofrem redução apresentando carga nula.

Corrosão versus Metalurgia

• Os metais com o passar do tempo tendem a sofrer o processo de corrosão. O ferro é o exemplo mais conhecido.

• Uma amostra desse metal, na forma de palha de aço, enferruja da noite para o dia quando umedecida.

• Os químicos perceberam que o processo de corrosão de metais consiste numa reação química em que ocorre a oxidação do metal, processo em que a carga dos átomos de ferro é aumentada.(oposto da redução).

• A corrosão é, portanto, um processo natural que tende a oxidar os metais; exatamente o oposto da metalurgia, que visa reduzi-los.

Corrosão versus Metalurgia

• Os diversos metais conhecidos apresentam diferentes tendências para sofrer corrosão. Isso, por sua vez, se acha relacionado com a facilidade de reduzi-los a partir do minério.

Corrosão versus Metalurgia

• Quanto maior a tendência de um metal para sofrer corrosão, maior a dificuldade para obtê-lo a partir do minério, por meio de sua redução.

Corrosão versus Metalurgia

• No caso do ferro é como se a natureza preferisse que ele sofresse oxidação e fosse encontrado na crosta terrestre com carga positiva, tomando parte na composição dos minérios.

• O ser humano utiliza processos químicos para obter sua redução, obtendo ferro metálico.

• Uma vez obtidos, devem ser tomadas as devidas providencias para que ele não volte a se oxidar (enferrujar).

Corrosão versus Metalurgia

• Para isso é que se usa tinta de alta aderência e revestimento com metais menos sujeitos à corrosão.

• Há ao contrário do ferro metais com baixa tendência a sofrer oxidação como o ouro e a platina.

• A natureza dá preferência para que fiquem na forma reduzida (metálica), em vez da oxidada.

• Desse jeito o ouro e a platina são dois metais encontrados na natureza de forma de substâncias simples. Resistiram por milhares de anos sem sofrer corrosão, sendo por isso chamados de metais nobres.

Corrosão versus Metalurgia

• De forma geral, os químicos associam a nobreza com a baixa capacidade de um metal sofrer oxidação.

• Quanto menor a facilidade de oxidar, maior a nobreza.

Corrosão versus Metalurgia

Metalurgia e Nobreza

• Retomando, metalurgia vai ser o processo para obter um metal a partir de um minério correspondente.

• Isso vai corresponder a diversas operações que começa na lavra (extração do minério na jazida) e termina no objeto vendido ao consumidor.

Metalurgia e Nobreza

• De todas as etapas, a mais delicada é a que envolve a reação química de redução. O grau de dificuldade ara reduzir varia de acordo com a nobreza do metal.

• De acordo com essa etapa, dividimos os mtais em três grupos: – Metais muito nobres: ouro e a platina, não precisa

de redução pois já é encontrada como substância simples.

A PRODUÇÃO DE FERRO ENVOLVE REAÇÕES QUÍMICAS ADEQUADAS, JÁ QUE O FERRO NÃO É UM METAL NOBRE.

Metalurgia e Nobreza

– Metais Nobres: mercúrio, cobre e prata – encontram-se boa parte na forma simples, mas sua produção industrial vem dos minérios com a etapa de redução de forma fácil, feita por simples aquecimento do minério na presença de oxigênio do ar.

– Metais pouco nobres: ferro, estanho, zinco e manganês – não são tão fáceis de reduzir. Aqui os minérios devem ser aquecidos na presença de uma substancia chamada de agente redutor.

Metalurgia e Nobreza• Os agentes redutores mais usados são o coque

(tipo de carvão) e o monóxido de carbono, em alguns casos usam o alumínio metálico.

• Metais não nobres: alumínio, magnésio e o sódio, são tão difíceis de reduzir que se deve apelar para um método violento, empregando corrente elétrica.

• Para obter um minério industrialmente é necessário obter uma reação química envolvendo seus minérios. O ramo da metalurgia que faz isso é a siderurgia.

O que acontece em uma indústria siderúrgica?

• O minério hematita, por exemplo, após o processo de pelotização (tratamento prévio dado a alguns minérios, consiste na moagem até transformá-lo em pelotas, seguida de um aquecimento para eliminar a umidade), executa-se a reação química da hematita com o monóxido de carbono (CO).

• Isso é feito queimando-se carvão na presença do minério em um forno apropriado. Tanto o minério quanto o carvão são introduzidos pelo topo do forno.

• O forno apropriado para queimar carvão é feito de tijolo de cerâmica refratária para resistir ao aquecimento sem sofrer alteração e o topo do forno com chaminé muito alta é chamado de alto-forno.

O que acontece em uma indústria siderúrgica?

• Assim ocorre a combustão do carvão para fornecer calor para produzir monóxido de carbono que provoca a redução do minério.

O que acontece em uma indústria siderúrgica?

• Geralmente se utiliza um tipo de carvão específico que é o coque que é obtido por meio do aquecimento da hulha.

• O oxigênio necessário à queima é suprido por bombas que injetam ar por entradas na base do alto-forno.

O que acontece em uma indústria siderúrgica?

COMPANHIA SIDERÚRGICA NACIONAL E ESTRADA DE FERRO CENTRAL DO BRASIL. A FERROVIA É ESSENCIAL PARA REDUZIR O CUSTO DO TRANSPORTE DA MATÉRIA PRIMA E DO AÇO PRODUZIDO.

• Como a temperatura interna é maior do que o ponto de fusão do ferro, ele é produzido no estado líquido. A intervalos regulares é retirado (operação chamada sangria), podendo ser conduzido a moldes dentro dos quais se resfriará, constituindo lingotes sólidos.

• O produto é chamado de ferro fundido (mesmo depois de solidificado conserva o nome) ou ferro-gusa.

O que acontece em uma indústria siderúrgica?

• No forno, é também introduzido calcário (CaCO3), cuja finalidade é eliminar as impurezas no minério, principalmente a areia (SiO2) e a alumina.

• A decomposição do calcário produz cal-virgem (CaO), que reage com as impurezas formando produtos (escória), que flutuam no ferro liquido sendo separada.

O que acontece em uma indústria siderúrgica?

• O alto-forno siderúrgico funciona dia e noite, todos os dias, por vários anos sem parar. Caso haja a necessidade de parar, recolocá-lo em funcionamento é uma operação complicada que pode levar semanas, devido à dificuldade em se atingir e manter as elevadas temperaturas necessárias. Por causa disso, é comum, quando ocorrem greves, a imprensa relatando que uma equipe de operários fica em serviço para alimentar o forno com carvão e manter a temperatura.

O que acontece em uma indústria siderúrgica?

Como se fabrica aço?• O ferro-gusa contém impurezas de carbono,

silício e fosforo. • É um material de elevada dureza (resistência do

material para ser riscado), mas bastante quebradiço.

• Após o processo de purificação do ferro-gusa, onde o teor do carbono diminui, resulta no ferro-doce, dotado de alta resistência ao impacto, de flexibilidade, maleabilidade (capacidade de transformar em lâminas) e de ductibilidade (capacidade de transformar em fios)

SIDERÚRGICA ACESITA (MG). UM SISTEMA DE CARROS LEVA O MINÉRIO E COQUE ATÉA ENTRADA DO ALTO-FORNO (INDICADO PELA SETA).

• Porém é um material de baixa dureza (riscável), indesejável como ferramenta de corte, trilhos, porque desgasta facilmente.

• O aço é obtido por purificação do ferro-gusa liquido depois de sair do alto-forno. Esse liquido é derramado num recipiente (conversor de oxigênio), onde há um tubo que injeta o gás.

• A reação desse gás com as impurezas produz óxidos que reagem com a cal virgem introduzida no topo do conversor.

Como se fabrica aço?

• O produto dessa reação (reação) flutua no ferro liquido.

• Esse é o método mais usado, pela eficiência e rapidez, faz 300 toneladas em 40 minutos

Como se fabrica aço?

Aços Especiais

• Controlando o teor de carbono, os fabricantes obtém um produto para vários objetos: motores, lataria de automóveis, pregos, arrames, facas entre outros.

• Por adição de outros elementos, têm-se ligas com propriedades especiais, exemplo, aço inoxidável, uma liga de ferro com níquel e cromo, usada para utensílios domésticos.

A siderurgia no Brasil

• Um importante marco na história da siderurgia nacional foi a criação da CSN em 1941, como parte da política do presidente Vargas.

• Sua localização foi objeto de pesadas críticas por parte dos setores empresariais e políticos de MG, porque queriam a Companhia lá pela proximidade das jazidas.

• Porém a escolha foi por Volta redonda, no Rio de Janeiro para favorecer o eixo Rio - São Paulo, se fez justificar por argumentos como a proximidade dos mercados consumidores e a facilidade de transporte de minério proveniente do Quadrilátero por meio da Estrada de Ferro Central do Brasil.

A siderurgia no Brasil

• No que se refere ao carvão necessário à obtenção do ferro, o país não é auto suficiente; depende de exportações .

• Na década de 50, outras siderúrgicas de grande porte são projetadas: a Cosipa (Companhia Siderúrgica Paulista), em Cubatão. Usiminas, em Ipatinga e na década de 70 foram criadas a Açominas, em Ouro Branco (MG) e a CST (Companhia Siderúrgica de Tubarão), em Vitória.

A siderurgia no Brasil

• Na década de 90 todas as siderúrgicas citadas foram privatizadas .

• Minas Gerais é o estado brasileiro de maior produção.

• O país tem sido o oitavo maior produtor mundial de aço e o quinto maior exportador desse material.

A siderurgia no Brasil