trabalho zeólitas luiz pedro
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UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE – UNESC
CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL
LUIZ FERNANDO MAZZUCCO CARDOSO
PEDRO HENRIQUE AGUIAR GIASSI
MINÉRIO ZEÓLITAS
CRICIÚMA, JUNHO DE 2010
LUIZ FERNANDO MAZZUCCO CARDOSO
PEDRO HENRIQUE AGUIAR GIASSI
MINÉRIO: ZEÓLITAS
Trabalho sobre Ciclo de Vida e Perfil Analítico dos minerais: Zeólitas, solicitado pelo Professor Dr. Carlyle Torres Bezerra de Menezes, apresentado para a aprovação na disciplina de Mineração e Meio Ambiente.
CRICIÚMA, JUNHO DE 2010
SUMÁRIO
1 - INTRODUÇÃO...........................................................................................................2
2 - Revisão Bibliográfica...................................................................................................3
2.1 Tipos de Zeólitas.....................................................................................................3
2.1.1 Zeólitas Naturais...............................................................................................3
2.1.2 Zeólitas Sintéticas.............................................................................................5
2.1.3 Processo Hidrogel.............................................................................................6
2.1.4 Processo de Conversão do Caulim...................................................................6
2.2 Geologia e Mineralogia...........................................................................................7
2.2.1 Mineralogia.......................................................................................................7
2.2.2 Geologia...........................................................................................................8
2.3 Métodos de Lavra e Processamento Mineral...........................................................9
2.3.1 Lavra.................................................................................................................9
2.3.2 Beneficiamento...............................................................................................14
2.4 Usos, funções e aplicações da substância mineral.................................................17
2.5 Minerais e Materiais alternativos..........................................................................20
2.6 Principais impactos ambientais.............................................................................21
2.7 Descrição e análise do Ciclo de Vida da substância mineral................................22
3 – CONCLUSÃO E CONSIDERAÇÕES FINAIS.......................................................30
4 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................................31
5 – ANEXOS...................................................................................................................32
1 - INTRODUÇÃO
O enfoque da produção de minerais de minérios como auxiliares no
combate à poluição e destruição do meio ambiente raramente são divulgados, mas hoje,
há muitos minerais que tem como enfoque o cuidado com o meio ambiente.
Zeólitos, zeólitas ou zeolitos constituem um grupo numeroso de minerais
que caracterizam-se por possuir uma propriedade particular de seleção de moléculas por
exclusão baseado no tamanho destas. Este mecanismo deve-se a estrutura porosa
altamente regular de dimensões moleculares.
As zeólitas foram descobertas em 1756 por um mineralogista sueco
Freiherr Axel Frederick Cronstedt que denominou o grupo de minerais a partir das
palavras gregas “zeo” (ferver) e “lithos” (pedra), ou seja, pedras que fervem, devido a
sua característica peculiar de liberar bolhas quando imersas em água. Somente em 1926
a propriedade de adsorção e o termo “peneira molecular” foram atribuídos a um tipo de
zeólita denominada cabazita.
São conhecidos 48 tipos de zeólitos naturais e mais de 150 artificiais.
Basicamente, são minerais de aluminosilicatos hidratados que possuem uma estrutura
aberta que pode acomodar uma grande variedade de ions positivos, como o Na+, K+,
Ca2+, Mg2+, entre outros. Historicamente, as zeolitas vinham sendo consideradas
tectossilicatos apresentando uma estrutura tridimensional.
Os sistemas de canais das zeolitas são formados pelas diferentes
combinações de anéis de tetraedros interligados. Quanto mais largos os canais, na sua
parte mais estreita, maiores os cátions que podem ser admitidos na estrutura.
Todas as zeólitas com importãncia comercial são utilizadas para pelo
menos três propriedades importantes: adsorção, capacidade catiônica e catálise (Luz,
1994).
A literatura é fértil de referências sobre zeolitas preenchendo amígdalas e
cavidades em rochas vulcânicas máficas, especialmente lavas basálticas. É desse
universo que provêm os mais belos exemplares de cristais zeolíticos, em geral expostos
em museus ou disputados por colecionadores.
No presente trabalho é feita uma revisão sobre as zeólitas, envolvendo sua
mineralogia, técnicas de caracterização, tipos de depósito, condições de formação das
zeólitas naturais, propriedades, usos industriais, avaliando o ciclo de vida das mesmas.
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2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
As zeolitas podem ser encontradas em uma grande diversidade de ambientes
geológicos, variando quanto à idade, associação litológica e condicionamentos
genéticos (Resende, 2008).
2.1 Tipos de Zeólitas
2.1.1 Zeólitas Naturais
As zeólitas naturais, são formadas a partir de precipitação de fluidos contidos
nos poros, tal como nas ocorrências hidrotermais, ou pela alteração de vidros
vulcânicos. As condições de temperatura, pressão e atividade das espécies iônicas e
pressão parcial da água são fatores que determinam a formação de espécies zeolíticas
(LUZ, 1995).
Elas ocorrem de modo característico, em vesículas e fendas, principalmente
em rochas vulcânicas básicas e encontram-se também em filões e outros ambientes da
fase hidrotermal tardia. Em algumas rochas eruptivas ocorrem como produtos de
alteração de aluminiosilicatos como feldspato.
A produção mundial da zeólita natural está estimada entre 2,5 e 3 milhões de
toneladas, onde os principais produtores são: China, República da Coréia, Japão,
Estados Unidos, Cuba, Hungria, Turquia, Eslováquia, Nova Zelândia, Bulgária, África
do Sul e Austrália ( Virta 2007, apud Shinzato 2007 ).
O registro mais importante de zeólitas em rochas sedimentares no Brasil,
localiza-se na Formação Corda (Bacia do Parnaíba); os dados salientam a ocorrência de
aproximadamente 40 tipos de zeólitas nesse depósito, mas que não tem possibilidades
de aproveitamento econômico. Há também ocorrências de zeólitas no Nordeste, que
identificaram chabazita, heulandita, stilbita e mordenita. E em São Paulo foram
identificadas as zeólitas leumonita e lenhordita. (Luz, 1995).
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Tabela 1: Principais Zeólitas Naturais.Zeólitas Fórmula Química
Laumontita
Clinoptilolita
Stilbita
Phillipsita
Erionita
Offretita
Faujazita
Chabasita
Natrolita
Thomsonita
Mordenita
Epistilbita
Analcima
Heulandita
Ca Al2 Si4 O12 . 4 H2O
(Na,K,Ca)2-3 Al3(Al,Si)2 Si13 O36 . 12 H2O
Na Ca2 Al5 Si13 O36 . 14 H2O
(K,Na,Ca)1-2 (Si,Al)8 . O16 . 6 H2O
(K2,Ca,Na2)2 Al4 Si14 O36 . 15 H2O
(K2,Ca)5 Al10 Si26 O72 . 30.H2O
(Na2 Ca) Al2 Si4 O12 . 8 H2O
Ca Al2 Si4 O12 . 6 H2O
Na2 Al2 Si3 O10 . 2 H2O
Na Ca2 Al5 Si5 O20 . 6 H2O
(Ca,Na2,K2)Al2 Si10 O24. 7 H2O
Ca Al2 Si6 O16 . 5 H2O
Na, Al Si2 O6 . H2O
(Na,Ca)2-3 Al3 (Al,Si)2 Si13 O36 . 12 H2O
Os depósitos de zeólitas podem ocorrer em espaços como:
Despósito Salino: característico de bacias fechadas, rico em carbonato de sódio
dissolvido, com pH próximo de 9,5;
Depósito de Solo Alcalino: formado em regiões áridas e semi-árida, concentrado
de sais de sódio pela evaporação (pH elevado);
Depósito Diagenético: característico de diagênese em grandes pacotes de
sedimentos vulcanoclásticos;
Depósito de Sistemas Abertos: formado em sistemas abertos de lago de água
doce ou sistemas de água subterrâneas, a partir de material vulcânico;
Depósito Hidrotermal: são as zeólitas associadas com depósitos metálicos do
distrito de East Tintic, Utah e com depósitos do tipo “hot spring”;
Depósito de Sedimentos Marinhos: ocorrem principalmente em rochas
sedimentares; forman-se através da reação de material vítreo com os fluidos
aprisionados.
As zeólitas naturais são utilizadas princiapalmente nos usos de:
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Usos em construção: bloco de rocha; cimento pozolânico e concreto; agregados
leves;
Carga na indústria de papel: turfos contendo clinopitilolita substituem o caulim
utilizado na produção de papel;
Uso dependendo das trocas iônicas na: agricultura; detergentes; tratamento de
água e efluentes; tratamento de licores radioativos;
Uso em função das propriedades catioônicas em: dessecação, aquecimento solar
e refrigeração; purificação e separação industrial de gases; controle de odor;
catálise; nutrição animal.
De acordo com Luz 1995, a estrutura das zeólitas confere às mesmas propriedades de
grande importãncia para os processos industriais, como:
Alto grau de hidratação;
Baixa densidade e grande volume de vazios quando desidratada;
Estabilidade da estrutura cristalina, quando desidratada;
Propriedades de troca catiônica;
Canais uniformes nos cristais desidratados;
Condutividade elétrica;
Adsorção de gases e vapores e
Propriedades catalíticas.
A estrutura da zeólita permite a transferência de matéria entre os espaços
intracristalinos, no entanto, essa transferência é limitada pelo diâmetro dos poros das
zeólitas. Dessa forma, só podem ingressar ou sair do espaço intracristalino aquelas
moléculas cujas dimensões são inferiores a um certo valor crítico, que varia de uma
zeólita a outra (Luz, 1995).
2.1.2 Zeólitas Sintéticas
As zeólitas são sintetizadas a partir de soluções aquosas saturadas, de composição definida, sob condições de temperatura (25 a 300 °C) e pressão pré-determinadas. Sendo assim, fazendo variar a composição da solução (ou gel de síntese) e as condições operacionais, é possível sintetizar zeólitas com características estruturais e composições químicas diferentes. (Luz, 1995, p. 24).
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Os processos de síntese de zeólitas pode ser através do Processo Hidrogel
e/ou Processo de Conversão do Caulim.
2.1.3 Processo Hidrogel
Zeólitas de sódio são formadas a partir da cristalização de um gel de
aluminosilicato correspondente, preparados com aluminato, silicato e uma solução de
hidróxido, todas de sódio.
NaOH + NaAl(OH)4 + Na2 SiO3 H2O
+
[(Na)a(AlO2)b(SiO2)c NaOH.H2O] gel.
+
(Na)m(AlO2 )m(SiO2 )npH2O + licor mãe
Alguns fatores afetam a estrutura de formação das zeólitas como:
temperatura e tempo de cristalização, relação sílica/alumina da mistura de reação e tipo
de cátion presente.
2.1.4 Processo de Conversão do Caulim
O processo consiste na desidratação do caulim através da calcinação (500 –
600°C). As zeólitas são formadas sem aglutinante, onde o caulim pré-formado é
convertido “in situ” pelo tratamento com solução de hidróxido de sódio a 100°C.
2Al2Si2O5(OH)4 Al2Si2O7 + 4H2O l2Si2O7 + 12NaOH + 21 H2O
Na12(AlO2)12(SiO2)12.27H2O (Zeólita tipo A)
O primeiro uso de zeólitas sintéticas foi no craqueamento de petróleo em
substituição aos catalisadores amorfos de sílica-alumina. As zeólitas como catalisadores
e suporte de catalisadores são usadas em:
Craqueamento;
Hidrocraqueamento;
Hidroisomerização;
Transformação de metanol em gasolina;
Alquilação;
Isomerização de aromáticos;
6
Polimerização;
Síntese orgânica e
Química orgânica.
A produção mundial de zeólita sintética é estimada em 1,5 milhões t/ano, sendo que dois terços se destinam à manufatura de detergentes, e o terço restante aos processos de catálise. A produção brasileira se resume à da PETROBRÁS, que em associação com Akzo Chemie (holandesa) produz em sua fábrica (Fábrica Carioca de Catalisadores-FCC), no Rio de Janeiro, 25 mil t/ano do catalisador destinado ao craqueamento catalítico de petróleo. (Luz, 1995, p. 27).
2.2 Geologia e Mineralogia
2.2.1 Mineralogia
As Zeólitas são formadas pelas diferentes combinações de anéis de
tetraedros interligados. Quanto mais largos os canais, na sua parte mais estreita, maiores
os cátions que podem ser admitidos na estrutura.
Há várias classificações de zeólitas e muitas são derivadas de outras.
Gottardi & Galli subdivide as zeólitas em:
Zeólitas fibrosas;
Zeólitas com anel de conexão simples de 4 tetraedros
Zeólitas com anel de conexão dupla de 4 tetraedros;
Zeólitas com anel ( simples e duplo ) de 6 tetraedros;
Zeólitas do grupo da mordenita;
Zeólitas do grupo da heulandita;
A composição de amostras naturais reflete a composição da última solução
em que estiveram expostas.
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Figura 01: Unidades estruturais básicas das zeólitas. (Clifton, 1987 apud Resende et al, 2008).
A: tetraedro com um átomo de silício (circuito cheio) no centro e átomos de
oxigênio nos vértices;
B: tetraedro com átomo de Al substituindo o Si e ligado a um cátion
monovalente para compensar a diferença de carga entre o Si e o Al;
C: um átomo divalente para balancear as cargas entre o Al e o Si numa
cadeia múltipla de tetraedro.
2.2.2 Geologia
As zeólitas podem ser encontradas em muitos ambientes geológicos,
dependendo da idade do segmento, associação litológica e condicionamentos genéticos.
As zeólitas preenchem amígdalas e cavidades em rochas vulcânicas máficas,
especialmente lavas basálticas, que formam belos cristais zeolíticos. Os jazimentos de
rochas sedimentares são de grande potencial de aproveitamento econômico e essas são
chamadas de zeólitas sedimentares e predominam cinco espécies: analcima,
clinoptilolita, heulandita, laumontita e philipsita.
Gottardi 1989, apud Luz 2005, propôs ima classificação de possibilidades
genéticas para as zeólitas naturais que são:8
Diagênese (e metamorfismo de baixíssimo grau): processos desenvolvidos a
baixas temperaturas (<200°C), que pode acontecer em duas condições:
o Diagênese acima do lençol freático: diagênese em solos; diagênese em
sistemas hidrologicamente abertos; diagênese em sistemas
hidrologicamente fechados;
o Diagênese abaixo do lençol freático: ocorrências em sedimentos
marinhos e diagênese por soterramento;
Gênese Hidrotermal: campos geotermais; depósitos de minérios hidrotermais;
formação hidrotermal tardia em pegmatitos; veios e geodos hidrotermais em
rochas feldspáticas;
Zeólitas em geodos e cavidades de basaltos: decorrem de um processo
hidrotermal, analogamente às rochas não-vulcânicas;
Gênese magmática: cristalização de zeólitas a partir da fusão de outro mineral.
2.3 Métodos de Lavra e Processamento Mineral
2.3.1 Lavra
Sendo as zeólitas um grupo de minerais industriais, estas tem como principal
método de lavra, o processo a céu aberto, devido à extensão dos jazimentos, a limitação
nos custos e o capeamento que o tipo de material permiti.
O método de lavra vai depender ainda de condicionantes como:
O tamanho do jazimento;
A disposição geométrica do material;
O preço do material no local da extração, que determina o grau de tecnologia;
O nível de qualidade exigido;
As exigências legislativas;
Os fatores climáticos.
O Centro de Tecnologia Mineral (CETEM) realizou os primeiros estudos de
beneficiamento e concentração de zeólitas. A produção do concentrado foi avaliada
segundo operações unitárias como: separação magnética, mesa vibratória e espiral de
Humphreys.
O processo de lavra a céu aberto consiste em seis fases básicas: perfuração,
desmonte, escavação e carga, transporte, equipamento auxiliares, mão de obra.9
Perfuração
É utilizado dois tipos de perfurações: primária e secundária, sendo feitos
grandes diâmetros na perfuração primária de rochas duras, encontradas nas minas do
exterior, que reduz o custo de perfuração devido:
à vida maior das brocas e consequentemente o da mineração;
número menor de furos e menor consumo de explosivos;
melhora substancialmente a produtividade de operação tendo em vista o menor
deslocamento de máquinas;
menor número de furos a serem feitos.
Na perfuração secundária é utilizado quando necessário, martelos
quebradores eletro-hidráulico, mais utilizados em minas no exterior. No Brasil é mais
comum utilizar marteletes pneumáticos.
Estes operadores devem dar maior atenção a marcação topográfica dos furos
e obedecer às profundidades estabelecidas para ter um melhor desmonte, apesar do
elevado custo de aquisição.
Desmonte
No Brasil, o desmonte é feito através do ANFO (Ammonium Nitrate / Fuel
Oil), que é um explosivo produzido pela mistura de hidrocarbonetos líquidos com
nitrato de amônio. No exterior é mais utilizado as emulsões, por caminhões de
explosivos, preparados para permitir o carregamento dos furos seguido de detonação
mecanizada.
O pequeno consumo de explosivos nas minas brasileiras causou a demora na produção local de nitrato de amônia “explosive grade”, mas já se fabrica aqui o Nitrato Prill Poroso, que se compara e atende bem à maioria das situações. (Germany, 2002).
Devido ao alto custo de explosivos, as minas brasileiras tendem a
economizar na utilização dos explosivos, sem se atentar ao conjunto dos efeitos
benéficos, causados pelo desmonte adequado, com uma taxa maior de carregamento, na
produtividade da escavação, transporte, redução do desgaste das caçambas das
máquinas de carregamento e dos caminhões.
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Há também o desmonte hidráulico, que é processado pela água em alta
pressão. Este método é muito utilizado em minerações de ouro. O desmonte hidráulico,
assim como a mineração em um todo, provoca sérios danos ao meio ambiente,
sobretudo nas águas próximas a extração. Além desse, também há destruição da
vegetação existente com todos os efeitos que provoca no meio.
Figura 02: Desmonte hidráulico em mineração de ouro. Fonte: IBGE, 2009.
O método de desmonte depende das características da extração. É
introduzido em muitas minas brasileiras o monitoramente sistemático dos desmontes
com sísmica, com a introdução de espoletas de tempo eletrônicas tipo IKON para
minimizar problemas. As perfurações e detonações nos limites finais das bancadas,
devem ser estudadas com cuidado para se ter melhor regularidade na geometria final.
Escavação e Carga
“A escavação e carga é feito por escavadeiras a cabo, escavadeiras hidráulicas, retroescavadeiras hidráulicas, carregadeiras sobre pneus ou esteira,moto crapers, dragas e monitores hidráulicos, equipamentos também utilizados nas minas do exterior. Nas minas externas, equipamentos de maior porte são encontrados com maior freqüência, existindo, assim, um número superior de escavadeiras a cabo de grande porte. Para se obter melhor produtividade no carregamento, é imperativo que as escavadeiras sejam sempre operadas fazendo o carregamento dos caminhões de
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ambos os lados, o que ainda é, nas minas do Brasil, prática pouco comum. A razão principal é que não se toma o cuidado de manter a adequada largura das bancadas e não se garante fácil acesso aos dois lados da máquina, devido à posição do cabo elétrico. (Germany, 2002).”
As escavadeiras hidráulicas deveriam ser as mais aplicadas, pois permitem a
renovação de máquinas a cabo de menor porte, que as vezes podem ser inadequadas;
essas escavadeiras ainda podem trabalhar em terrenos de menor resistência à
compressão, e de mais fácil locomoção.
Figura 03: Escavadeira contínua, usado em escavações. Fonte: IBRAM, 2009.
Os caminhões têm maior capacidade do que as escavadeiras, por esse
motivo, muitas minas ainda fazem uma combinação inadequada escavadeira x
caminhão, que acabam tendo um ciclo de carregamento maior.
Transporte
No transporte interno está o maior custo operacional das minas. Deve-se
então utilizar maiores unidades em menor número, para minimizar estes custos. Este
processo é feito geralmente pelos caminhões, que podem ser os fora de estrada e os
rodoviários que podem chegar a 190 toneladas.
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Figura 04: Caminhões fora de estrada. Fonte: IBRAM, 2009.
Figura 05: Caminhões rodoviários, com tração nas rodas. Fonte: IBRAM, 2009.
Se há poucas britagens nas cavas, o transporte por caminhões acaba sendo
muito longo, o que encarece as operações. Poderão ser usadas então correias
transportadoras nas frentes. As minas de médio e grande porte já utilizam sistemas
modernos de direcionamento de caminhões para escavadeiras.
Os raios de curva das estradas necessitam ser sempre bem estudados nas
nossas minas por melhorarem a vida dos pneus dos caminhões. Deverá ser dada muita
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atenção também às drenagens e manutenção das estradas eliminando-se totalmente as
poeiras. (Germany, 2002).
2.3.2 Beneficiamento
Segundo Dutra, o tratamento de minérios pode ser dito como a ciência que
transforma pedras em matérias primas, preocupando-se com a separação de partículas
minerais, baseando-se nas variações de tamanho e composição. Há vários tipos de
separação/tratamento de minérios, e a escolha do método depende:
Da propriedade do mineral;
Da característica do separador;
Do nível de produção e grau de recuperação;
O beneficiamento é constituído dos processos de:
Cominuição;
Classificação;
Concentração.
A cominuição é o processo de redução do tamanho das partículas e é
dependendo do tipo de produto final que se quer obter. Esta é dividida em dois outros
processos:
Britagem: seria a cominuição inicial, para obtenção de produtos com
granulometria superior a 10 milímetros; os mecanismos envolvidos são basicamente:
impacto, compressão e cisalhamento; os equipamentos utilizados são os britadores
giratórios, de mandíbulas, cônicos, de rolo e de impacto.
Moagem: seria a cominuição final, para obtenção de produtos com
granulometria inferior a 10 milímetros; os mecanismos envolvidos são os mesmo da
britage, e os equipamentos utilizados são moinhos tubulares rotativos, vibratórios, de
rolos e de impacto.
A classificação é o processo de separação que se baseia na velocidade de
sedimentação das partículas imersas num fluido, que geralmente são água ou ar,
denominados hidroclassificação e aeroclassificação. Os equipamentos mais comuns da
classificação são: Peneiras, classificadores mecânicos e ciclones. (MME, 2009).
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Figura 06: Peneira Vibratória, utilizada no processo de classificação. Fonte: MME, 2009.
Figura 07: Classificador do tipo espiral, utilizado no processo de classificação. Fonte: MME, 2009.
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Figura 08: Hidrociclone, utilizado no processo de classificação. Fonte: MME, 2009.
A concentração de minerais ocorre quando há um ou mais minerais
agregados ao mineral de interesse. O principal objetivo é a recuperação dos minerais
úteis contidos em um minério na forma mais concentrada possível.
É necessário saber a natureza do minério, para aí então escolher o método de
concentração. Geralmente para tratamento de zeólitas, o método de tratamento mais
utilizado é a separação gravimétrica e flotação.
A separação gravimétrica é baseada na diferença de densidade existente
entre as partículas, utilizando um meio fluido para efetivar a separação. É um método
que apresenta bons resultados com baixo custo. Os equipamento utilizado são jigue,
mesas vibratórias, espiraris, cones e sluices.
Já a flotação se baseia nas características físicas químicas das superfícies das
partículas minerais em suspensão no meio aquoso. É utilizado reagentes específicos,
que recupera os minerais de interesse por adsorção em bolhas de ar. Os equipamentos
utilizados podem ser mecânicos ou pneumáticos, dependendo do dispositivo utilizado
para efetivar a separação.
Figura 09: Célula de Flotação. Fonte: MME, 2009. Figura 10: Jigue utilizado em separação gravimétrica. Fonte: MME, 2009.
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Normalmente, o mineral beneficiado gera um concentrado de rejeito.
Quando este contém muito mineral de interesse econômico, significa que os processos
utilizados no beneficiamento não são eficientes, o que implica uma perda econômica e
também aumento do impacto ambiental causado pela disposição de rejeitos no meio
ambiente.
2.4 Usos, funções e aplicações da substância mineral
O vasto campo de aplicação tecnológicas das zeólitas e sua importância
econômica são os principais combustíveis para o avanço no estudo de sua obtenção por
sintetização, e com isso, centenas de tipos diferentes deste mineral já foram produzidos
em laboratórios.
Dentre suas aplicações mais importantes destaca-se a função de
separação seletivamente de moléculas de acordo com suas formas e/ou tamanhos, isso
se deve ao fato de que suas propriedades favorecem esse uso como essas “peneiras”
moleculares.
As principais aplicações das zeólitas estão relacionadas às propriedades
de troca iônica, catalítica e de adsorção seletiva de gases e vapores, decorrentes do alto
grau de hidratação, baixa densidade e grande volume de espaços vazios (quando
desidratada); alta estabilidade da estrutura cristalina e presença de canais de dimensões
uniformes nos cristais desidratados.
As zeólitas sintéticas possuem a vantagem de apresentar seu tamanho e
formas de canais uniforme. Considerando seus elevados custos, elas se destacam nos
processos de catálise de hidrocarbonetos e na indústria de detergentes sendo utilizadas
então como catalisadores.
Já as zeólitas naturais são comumente utilizadas no tratamento de
efluentes. Elas são relativamente abundantes, e possuem menor custo de produção,
especialmente em processos de beneficiamento pouco complexos.
A seguir são apresentados os principais usos das zeólitas.
Zeólitas na área ambiental:
A elevada capacidade de troca catiônica (CTC), e o alto poder de adsorção
habilitam as zeolitas, dentre outros usos, para recuperação de áreas afetadas por
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derrames de petróleo, óleo combustível e gasolina; águas contaminadas por metais
pesados como mercúrio, níquel, zinco, cádmio, prata, cromo, chumbo, cobalto,
molibdênio e urânio; tratamento de drenagens ácidas de minas e solidificação e
estabilização de rejeitos venenosos, além de águas poluídas por material orgânico.
Reduz também a lixiviação de fertilizantes nitrogenados para o subsolo.
Uso em Construção:
Para a produção de blocos de rochas, cimento pozolânico e concreto, na
industria do cimento, e na produção de agregados leves.
Agricultura:
As zeólitas podem ser usadas como cargas de nutrientes, além de algumas
espécies conterem naturalmente significativas quantidades de potássio e baixa
proporção de sódio.
O Japão vem usando a clinoptilolita moída ha mais de um século para
melhorar a qualidade do solo destinado a agricultura. A capacidade de troca catiônica
das zeólitas favorece a retenção de nutrientes, tais como potássio e nitrogênio, pelo solo.
Por outro lado, devido a sua alta capacidade na retenção de água, também é utilizada
como condicionador do solo.
Aqüicultura:
As zeólitas são efetivas na remoção de amônia de aquários e tanques
criatórios de peixes e camarões. A remoção de nitrogênio das águas inibe o crescimento
de algas nos tanques.
Detergentes:
Novamente a clinoptilolita é citada, mas agora a mesma é adicionada em
detergentes de lavanderia, visando amolecer a água através da troca catiônica.
Tratamento de águas e efluentes:
As zeólitas naturais são usadas no tratamento de efluentes, águas residuais
provenientes de áreas urbanas e de agricultura e em sistemas circulantes de água, para
remoção de amônia. As zeólitas podem ser usadas também como filtros para a retirada
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de contaminantes sólidos, alem da remoção de nitrogênio e metais pesados tóxicos
como ferro, arsênio, chumbo, cádmio, etc.
Tratamento de licores radioativos:
As zeólitas clinoptilolita e chabazita têm sido usadas para a remoção de íons
radioativos de césio (137Cs) e estrôncio (90Sr) provenientes dos licores radioativos de
usinas nucleares nos Estados Unidos, Alemanha, Ex-União Soviética, Canadá, França
etc.
Dessecação/aquecimento solar/refrigeração:
A clinoptilolita e chabazita são usadas como armazenadores e fornecedores
de calor proveniente da energia solar. A desidratação durante o dia e sua hidratação
durante a noite podem resultar numa troca de calor suficiente para resfriar ou aquecer
ambientes.
Purificação e separação industrial de gases ou Filtragem de Ar:
As zeólitas têm sido usadas para separação de gases como nitrogênio,
dióxido de carbono e gás sulfídrico. A chabazita, por exemplo, é usada para purificar
gás metano através da remoção de contaminantes como a água, SO2 e CO2.
Controle de odores:
As zeólitas têm sido utilizadas para controlar o odor resultante da exalação
de amônia e gás sulfídrico, em áreas onde se pratica a criação de animais confinados,
onde a geração de amônia é a partir da uréia e de esterco. Esses minerais podem
capturar os compostos nitrogenados e prevenir a formação desses odores.
Paralelamente, retém umidade e evitam a contaminação do solo por lixiviação do
nitrogênio. Os principais usos das zeólitas como removedores de odores são em camas
de animais domésticos, em purificadores de ar, em banheiros, geladeiras e clínicas
veterinárias, e até em aterros sanitários municipais.
Catálise:
As mais eficazes na catálise são aquelas que têm poros de tamanho grande;
entretanto, zeólitas com essa característica, tal como a faujasita, não ocorrem na
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natureza em quantidade que justifique uma exploração comercial. Dessa forma,
predomina nos processos industriais de catálise o uso das zeólitas sintéticas.
Nutrição animal:
A utilização de 5 a 10% de clipnoptilolita e mordenita na dieta alimentar de
animais (galinha, porco, bezerro) tem proporcionado aumento nas taxas de crescimento
e ganho de peso, melhorando a conversão alimentar e reduzindo problemas de doenças.
Tabela 02: Algumas aplicações de zeólitas naturais (experiência cubana).
Purificação de águas residuais
Filtros para piscinas e esgotos
Refrigeração
Agricultura e piscicultura
Produtos farmacêuticos e medicinais
Produção de álcool
Substrato de campos esportivos
Material de construção
Fabricação de cimentos especiais
Purificação de gás
Tratamento de resíduos radioativos
Suplemento dietético na alimentação animal
Tratamento de enfermidades diarréicas
Camas para animais domésticos
Conservação de grãos e cereais
Aplicação de fungicidas e pesticidas
Condicionamento de solos
Descompactação de solos
Em mistura com fertilizantes
Tratamento de solos salinos
Cultivos hidropônicos e em canteiros
Substrato para sementeiras
Filtros para bebidas e licores
2.5 Minerais e Materiais alternativos
No processo de capacidade de adsorção de n-parafinas, os minerais zeólitas
podem ser substituídos pelo uso de materiais microporosos tipo ALPOs e SAPOs.
Outra aplicação de grande interesse da zeólita é como substituto do
tripolifosfato de sódio utilizado na fabricação de detergentes. Devido ao fato de
diminuir a concentração de fosfatos presentes em efluentes domésticos, evitando-se
assim o processo de eutrofização em corpos d água, o consumo desse mineral na forma
sintética (zeólita A) vem aumentando em alguns países.
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2.6 Principais impactos ambientais
De uma maneira geral, o impacto ambiental provocado pela explotação de
minerais zeólitas são provenientes do:
a) desmatamento – este processamento é realizado a medida que se realiza o
avanço da lava, consistindo na remoção da vegetação existente sobre a jazida;
b) decapeamento – é a retirada de uma camada de solo, que de acordo com
suas propriedades poderá ser utilizada para posterior da área minerada e no caso de solo
orgânico para o reflorestamento;
c) estocagem de estéril/ rejeito/produtos – Toda mina deve possuir um bota-
fora para estocagem do estéril, um local para deposição da parcela descartada no
beneficiamento mineral, bem como uma área pré definida para estocagem dos blocos
definidos. Estes locais deverão ser estabelecidos de uma maneira que não prejudique o
funcionamento da mina, nem o reaproveitamento futuro destas áreas para uma outra
finalidade;
d) escoamento superficial – todas as precauções que concerne a não alteração da drenagem natural, visando o escoamento da água deverão ser adotadas. Desde um simples corte de talude para abertura de estrada, até grandes cortes, alteram o escoamento natural;
e) erosão e assoreamento – os fluxos da água, sejam naturais ou artificiais,
podem assorear em maior ou em menor grau a camada de solo existente na superfície
principalmente após a realização do desmatamento;
f) estabilização de taludes – no caso da explotação mineral em encostas, toda
a precaução deverá ser tomada visando a sua estabilização, principalmente a não
realização da prática de taludes negativos. Estudos preliminares, visando o
conhecimento geológico, estrutural e geotécnico desses taludes é fundamental;
g) recuperação da área minerada – na mineração a céu aberto é mais
acentuado o impacto sobre o meio ambiente, podendo acentuar ou atenuar a partir do
método de lavra relacionado. Basicamente a reabilitação da área minerada, desde que
sejam adotados racionalmente os processos técnicos existentes, e até certo ponto
simples. A camada do solo lançada inicialmente no bota-fora seria utilizada para o
nivelamento da área trabalhada preservando-se a drenagem natural. Nesses locais, seria
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plantada uma vegetação rasteira alternada com arbustos nativos existentes, de modo a
propiciar um rápido crescimento, evitando, por conseguinte, o processo de erosão.
(SCHOBBENHAUS, QUEIROZ e COELHO, 1991).
2.7 Descrição e análise do Ciclo de Vida da substância mineral
A avaliação do ciclo de vida analisa o impacto ou a carga ambiental,
associado aos produtos, processos e atividades desde a sua origem (matérias primas e
produtos semi-elaborados) até o fim (deposição ou eliminação) passando pela extração,
processamento, fabricação, transporte, distribuição, armazenamento, utilização,
manutenção, reutilização, até os retirar do mercado e se transformar em resíduo que
poderão ser reciclados, depositados ou eliminados. (Torres, da Gama, 2005).
Para a avaliação do ciclo de vida dos minerais zeólitas, foi estabelecida uma
norma que fornece os princípios, estruturas e alguns requisitos metodológicos para a
condução de estudos de ACV, que é a ISO 14000. Outras normas complementares
podem ser encontradas nas ISO 14040 que fornece os princípios do ciclo de vida, 14042
e 14043 que fornece como interpretar um ciclo de vida.
O conceito de ciclo de vida tem-se estendido para além de um simples
método para comparar produtos, sendo atualmente visto como uma parte essencial para
conseguir objetivos mais abrangentes, tais como a sustentabilidade (Curran, 1999).
O termo “ciclo de vida” refere-se à maioria das atividades no decurso da
vida do produto desde a sua fabricação, utilização, manutenção, e deposição final;
incluindo aquisição de matéria-prima necessária para a fabricação do produto. A Figura
11 ilustra os possíveis estágios de ciclo de vida que podem ser considerados numa ACV
e as típicas entradas/saídas mensuradas.
Figura 11:
Estágios do Ciclo de Vida. Fonte: USEPA, 2001
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Num contexto de ACV, a análise de impacto pode atingir dois objetivos:
tornar os dados de inventário mais relevantes pelo aumento do conhecimento acerca dos
potenciais impactos ambientais; e, facilitar a agregação e interpretação dos dados de
inventário em formas que sejam mais manejáveis e significativas para a tomada de
decisão (SETAC, 1993).
Quando se avalia um sistema de produto, os limites do sistema em estudo
devem ser claramente definidos. Devem ser demarcados os limites entre o sistema de
produto e o ambiente, e entre o sistema de produto investigado e outros sistemas de
produto (Assies, 1992).
Na metodologia ACV “cradle to grave” as entradas em cada processo são
consideradas desde o ponto em que são extraídos os recursos da natureza, sendo as
saídas seguidas até à descarga final do resíduo no ambiente. Isto é no entanto
normalmente impraticável num estudo, pelo que se deve decidir quais os processos que
devem, e os que não devem, ser incluídos nos limites do sistema (Assies, 1992; Tibor,
1996).
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3 – CONCLUSÃO E CONSIDERAÇÕES FINAIS
Mineral zeólita é toda substância cristalina com estrutura caracterizada por um
arcabouço de tetraedros interligados, cada um consistindo de quatro átomos de oxigênio
envolvendo um cátion. Os sistemas de canais das zeólitas são formados pelas diferentes
combinações de anéis de tetraedros interligados. Quanto mais largos os canais, na sua
parte mais estreita, maiores os cátions que podem ser admitidos na estrutura.
As zeólitas podem ser encontradas em uma grande diversidade de ambientes
geológicos, variando quanto à idade, associação litológica e condicionamentos
genéticos. O processo de extração é feito por métodos convencionais de mineração
mecanizada e a lavra é realizada a céu aberto.
Sua importância econômica e seu vasto campo de aplicação tecnológica têm
estimulado a sintetização de forma que, além das mais de 80 espécies naturais
reconhecidas, centenas de tipos diferentes já foram produzidas em laboratório.
Apesar da reconhecida importância econômica das zeólitas naturais, apenas
recentemente o Brasil despertou para a necessidade de uma avaliação potencial dos
depósitos de explotação. O mercado interno é abastecido, na sua totalidade, por
produtos zeolíticos importados. Há, porém, algumas ocorrências que apontam para
possibilidade de uma futura reversão desse quadro. Ainda há muito o que se pesquisar
sobre o potencial zeolítico no Brasil. Tanto sob o ponto de vista geológico como o de
processamento e aplicação.
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4 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Anuário mineral Brasileiro, DNPM, disponível em: http://www.dnpm.gov.br/, acessado em 05/12/2009.
BRANCO, Pércio de Moraes. . Dicionario de mineralogia e gemologia. São Paulo: Oficina de Textos, 2008. 608p.
Centro de Tecnologia Mineral, CETEM, disponível em http://www.cetem.gov.br/, acessado em 05/12/2009.
Instituto Brasileiro de Geografia e Estatistica, IBGE, disponível em http://www.ibge.gov.br/, acessado em 04/12/2009.
Instituto Brasileiro de Mineração, IBRAM, disponível em http://www.ibram.org.br/, acessado em 05/12/2009.
LUZ, Adão Benvindo da; LINS, Fernando A. Freitas CENTRO DE TECNOLOGIA MINERAL (BRASIL). Rochas & minerais industriais: usos e especificações. Rio de Janeiro: CETEM, 2005. 720p. ISBN 8572272178 (enc.)
Ministério de Minas e Energia, MME, disponível em http://www.mme.gov.br/mme, acessado em 05/12/2009.
REZENDE, N.G.A.M e ANGÉLICA, R.S (1997). Geologia das zeolitas sedimentares no Brasil. In: SHOBBENHAUS, C; QUEIROZ, E. T.; COELHO, C.E.S (eds) Principais depósitos Minerais do Brasil. Brasília. DNPM/CPRM, v.4-B, p. 193-212.
SCHOBBENHAUS, Carlos. BRASIL Departamento Nacional da Produção Mineral. Principais depósitos minerais do Brasil. Brasília: DNPM - Cia Vale do Rio Doce, 1985-1988. 4 v.
TORRES, Vidal Navarro; DA GAMA, Carlos Dinis. O LCA uma técnica de análise para uma gestão ambiental sustentável na indústria mineira. Lisboa, ponta delgada, artigo. 2005.11 p.
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5 – ANEXOS
Anexo 01: Fluxograma do processo de extração do bem mineral. Fonte: Ministério da Fazenda 2009.
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Anexo 02: Fluxograma do processo de beneficiamento. Fonte: CETEM, 2005.
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