Cobre Onde existem (Minerais)? Como se exploram (Mina)?

Como se extrai (Metalurgia)? Para que servem (Ligas)?

Cursos: MIEMM & LCEEMG

1º Semestre - 2015/2016

Grupo 18:

Adelaide Manhiça LCEEMG

Carlos Neto LCEEMG

Francisco Pedro MIEMM

Hugo Salvador MIEMM

João Anunciação MIEMM

Joana Freitas MIEMM

Rui Almeida LCEEMG

Supervisor: Alexandre Leite Monitor: Alberto Barros

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I - Resumo

Este relatório apresenta uma investigação em torno do elemento metálico: cobre (Cu). Neste

trabalho especificaremos a localização geográfica das explorações mineiras do metal, os métodos de

exploração e extração, constituição de ligas metálicas e, finalmente, as suas aplicações na vida

quotidiana.

Na pesquisa de informação seguimos a orientação que nos foi sugerida. Tratamos temas

relacionados com minas em Portugal, localização das minas, tipo de exploração do cobre e processos

de extração. Tentamos encontrar também, processos de obtenção e tratamento de cobre, ligas

metálicas e produtos derivados.

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II - Agradecimentos

Queríamos agradecer ao monitor responsável e supervisor, pelo que nos ajudaram

bastante na realização deste trabalho.

Utilizamos um grande número de fontes bibliográficas para a procura de informações, mais

especificamente artigos e enciclopédias presentes na biblioteca FEUP. Queríamos também agradecer

aos funcionários desta biblioteca pelo serviço prestado.

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III - Lista de Figuras

Figura 1 – A Tabela periódica ................................................................................................................ 6

Figura 2 – A calcopirite.......................................................................................................................... 7

Figura 3 – A Faixa Piritosa Ibérica ......................................................................................................... 8

Figura 4 – Mina Neves-Corvo ................................................................................................................ 9

Figura 5 – Mina Collahuasi .................................................................................................................. 10

Figura 6 – Mina subterrânea ............................................................................................................... 11

Figura 7 - Processo de flutuação……………………………………………………………………………………………………12

Figura 8 - Fábrica de cobre no Chile (cobre refinado)…………………………………………………………………….13

Figura 9 - Moedas de ligas Cobre e Níquel……………………………………………………………………………………..14

Figura 10 - Sistema de navegação em aviões………………………………………………………………………………..16

Figura 11 - Hélice de um navio………………………………………………………………………………………………………16

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Índice I - Resumo ............................................................................................................................................. 1

II - Agradecimentos ............................................................................................................................... 2

III - Lista de Figuras ............................................................................................................................... 3

IV - O cobre ........................................................................................................................................... 5

1. Introdução ..................................................................................................................................... 5

2. Onde existe ................................................................................................................................... 6

3. História do elemento químico .................................................................................................. 6

4. Calcopirite ................................................................................................................................. 7

5. Principais produtoras de cobre no mundo ............................................................................... 8

6. A Faixa Piritosa Ibérica .............................................................................................................. 8

7. Como se explora ......................................................................................................................... 10

8. As minas .................................................................................................................................. 10

9. O local ..................................................................................................................................... 11

10. Como se extrai .......................................................................................................................... 12

11. A flutuação ............................................................................................................................ 12

12. A fundição ............................................................................................................................. 12

13. A conversão em cobre bruto ................................................................................................. 13

14. A refinação ............................................................................................................................ 13

15. Para que serve .......................................................................................................................... 14

16. As ligas .................................................................................................................................. 14

17. Aplicações ............................................................................................................................. 15

18. Conclusão: ................................................................................................................................. 16

V - Lista de referências bibliográficas ................................................................................................. 18

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IV - O cobre

1. Introdução

O cobre foi um dos primeiros materiais a ser utilizado pelo ser humano, a cerca de 10,000

anos.

Antigamente, este metal, junto com o ouro e a prata, era a base das moedas de circulação

no mundo antigo sendo esta a sua principal utilidade. Ao longo do tempo foram descobertas novas

aplicações para este metal sendo estas de extrema relevância na atualidade industrial.

O cobre, é explorado em diversas minas espalhadas pelo mundo. A nível nacional, a sua

presença é considerável devido à existência da Faixa Piritosa Ibérica. Todas a minas têm a suas

características e diferenciam-se nos seus métodos de exploração, tamanho e profundidade.

É um metal que passa por diversos processos de transformação que facilitam o seu uso na

industria. Desde as minas até ao produto final o cobre é modelado, transformado e purificado para

atingir o propósito desejado.

É também a base para o funcionamento de sistemas fundamentais ao ser humano como a

eletricidade. Está igualmente presente em aviões e embarcações, casas e telemóveis, fazendo deste

metal um dos mais essenciais para a humanidade.

No entanto, a sua escassez e proporcional aumento de custo de produção, resultou numa

subida considerável de preço. Logo, engenheiros de todo o mundo procuram alternativas a este

metal. Soluções que vão desde a fibra ótica até ao uso de metais menos condutores, mas mais

baratos.

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2. Onde existe

3. História do elemento químico

O Cobre ((Cu) do latim cuprum) é um elemento químico metálico englobado na classe dos

metais de transição avermelhado (localizado no grupo 11, período 4 da tabela periódica), tendo um

comportamento dúctil e maleável. Depois da prata, é o metal que apresenta maior condutibilidade

térmica e elétrica.

Figura 1 – A Tabela periódica -

https://www.google.pt/search?q=cobre+na+tabela+peri%C3%B3dica&biw=1366&bih=667&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0

CAYQ_AUoAWoVChMIxaGTlrroyAIVw7QaCh1L7QCb#tbm=isch&q=%22+tabela+peri%C3%B3dica%22&imgrc=BQq6bK9_VCdFPM%

3A

Foi provavelmente o primeiro metal que o homem trabalhou. Foi originalmente obtido como um

mineral nativo e posteriormente a partir da fundição de minérios. Foi muito utilizado e por isso

tornou-se num metal extremamente importante para a humanidade.

O cobre pode ser encontrado no estado puro no EUA, na Austrália e no Chile. Porém,

também se encontra presente sob a forma de minerais sulfuretos, por exemplo, a calcopirite

(CuFeS2), malaquite [CuCO3.Cu(OH)2], e calcosite (Cu2S). Como a calcopirite é a principal matéria

prima de onde atualmente o cobre é extraído, focamo-nos apenas neste mineral

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4. Calcopirite

A calcopirite é o principal mineral de onde o cobre é extraído, apresenta uma cor amarelo-

de-latão. A sua composição química compreende 34,5% de Cu (cobre), 30,5% de Fe (ferro), e 35% de

S (enxofre). Tem uma grande utilização nas industrias mecânica, elétrica e química.

Figura 2 – A calcopirite -

https://www.google.pt/search?q=cobre+na+tabela+peri%C3%B3dica&biw=1366&bih=667&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0

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5. Principais produtoras de cobre no mundo

(em milhares de toneladas métricas)

Codelco (Chile) - 1,757

Freeport-McMoRan Copper & Gold Inc. (EUA) – 1441

eBHP Billiton Ltd. (Austrália) – 1135

Xstrata Plc (Suíça) – 907

Rio Tinto Group (Reino Unido / Austrália) – 701

Anglo American Plc (Reino Unido) – 645

Grupo Mexico (México) – 598

Glencore International AG (Suíça) – 542

Southern Copper Corp (EUA) – 487

6. A Faixa Piritosa Ibérica

A Faixa Piritosa Ibérica (FPI) constitui uma das maiores concentrações de jazigos de sulfuretos

maciços metalogénicos. Com uma extensão de aproximadamente 250 km de comprimento, está

localizada no sul da península ibérica, de Sevilha, a Alcácer do Sal.

Figura 3 – A Faixa Piritosa Ibérica -

https://www.google.pt/search?q=cobre+na+tabela+peri%C3%B3dica&biw=1366&bih=667&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0C

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A formação de jazigos de sulfuretos maciços, deve-se à intensa atividade vulcânica

submarina que formou flancos de cones vulcânicos, no formato de pirite, calcopirite, blendas,

galenas e cassiterites.

A mina de Neves Corvo é maior mina de cobre de Portugal. Localizada no distrito de Beja,

mais precisamente no concelho de Castro Verde, produz cerca de 60 000 toneladas de cobre por

ano. A sua descoberta ocorreu em 1971, devido a uma anomalia gravimétrica durante uma

campanha de prospeção geofísica, organizada pelo Serviço Fomento Mineiro.

Figura 4 – Mina Neves-Corvo – https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fd/Neves-corvo_jumbo.jpg

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7. Como se explora

O elemento cobre é usado há mais de 10,000 mil anos, mas cerca de 95% dele foi extraído e

fundido a partir de 1900, em desses 95% mais de metade foi extraído nos últimos 24 anos.

Tal como muitos recursos naturais à face da terra, as quantidades de cobre no nosso planeta

são vastas. Estão estimados que cerca de 100 biliões de toneladas estejam presentes apenas nos

primeiros quilómetros da crusta terrestre, também se estima que estas reservas sejam esgotadas

nos próximos 5 milhões de anos se continuarmos com este ritmo de extração.

Hoje em dia só uma pequena fração destas reservas são economicamente viáveis dado o

preço elevado da sua extração/processamento, o que se prevê que mude nos próximos 25-60 anos.

8. As minas

Algumas das minas mais famosas, pela sua extração do cobre, estão maioritariamente

localizadas no Chile (tendo em conta a produção mundial de cobre, 1/3 tem origem chilena),

devido a alta quantidade de cobre no seu solo, algumas dessas minas são: “Minas Ministro Hales”

(Chile, 176mt de cobre extraídas no ano fiscal 2013-2014), a mina “” (Chile, 150mt de cobre

extraídas no ano fiscal 2013-1014) e a mina “Oyu Tolgoi” (Mongólia, 120mt de cobre extraídas no

ano fiscal 2013-1014).

Figura 5 – Mina Collahuasi -

http://www.duna.cl/media/2015/09/Minera-Collahuasi-Pica.jpg

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A europa também possui minas de cobre talvez não tao grandes como as referidas

anteriormente, mas importantes na mesma, nomeadamente na península ibérica. Representa uma

importante produção de cobre na europa. Algumas das minas presentes na faixa piritosa ibérica

são/foram a mina de São Domingos (Portugal, encerrada em 1965), a mina do Lousal (Portugal,

encerrada em 1988) e a mina de Neves-Corvo (Portugal, +/-60mt de cobre por ano).

9. O local

Uma observação geral deve ser feita sobre o local das jazidas de minérios de cobre: há

predominância de minérios oxidados na superfície, os minérios sulfurados encontrando-se, pelo

contrário, em profundidade.

Os minérios que contêm cobrem podem ser obtidos de duas formas: pelo método

subterrâneo no qual é escavado um poço com tamanho apropriado na vertical em direção ao centro

da Terra e em seguida são criados tuneis na horizontal até aos depósitos de minério. O outro método

é o mais utilizado (cerca de 90% do minério de cobre é obtido desta forma) sendo ele a mina a céu

aberto no qual os minerais perto da superfície são extraídos após a remoção das camadas superficiais

da crusta terrestre. Uma destas minas a céu aberto atinge uma profundidade de 1200m, sendo assim

a mina a céu aberto mais funda do mundo. Nessa mina ocorre a extração de minérios tais como o

ouro a prata e claro, o cobre.

Figura 6 – Mina subterrânea -

http://flosolutions.com/public/assets/img/slider/mineria-subterranea.jpg

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10. Como se extrai

Neste tópico, iremos abordar os métodos de tratamentos e obtenção de cobre puro. Desde

a rocha que contém sulfuretos até ao metal desejado.

Cerca de 90% do cobre existente na crusta terrestre é extraído através de minérios de

sulfuretos. Inicialmente os sulfuretos são tratados através de métodos piro metalúrgicos e de

seguida, a extração do cobre consiste na flutuação, fundição, conversão em cobre bruto e refinação.

11. A flutuação

A flutuação consiste em separar as partículas de minerais úteis da ganga (partículas de

minerais não úteis). Existem vários processos para esse fim, sendo a flutuação por espumas o mais

eficaz. Este tipo ocorre num recipiente específico (célula de flutuação) com água e reagentes que

melhoram a eficácia do processo. As partículas que contêm cobrem agrupam-se com as bolhas de

ar e flutuam até á superfície. No final do processo obtém-se um concentrado com elevado teor

de cobre (cerca de 15% a 30%).

12. A fundição

O próximo passo é a fundição, que consiste em produzir mate que contém cerca de 35%

a 55% de cobre, normalmente num forno de revérbero. O objetivo principal é produzir uma

escória descartável, logo, é necessário mante-la próxima da saturação da sílica e a elevadas

temperaturas. A escória ao ser submetida a elevadas temperaturas torna-se diluída evitando

condições excessivamente oxidantes. Esta última condição é necessária para minimizar a

formação de magnetite sólido criadora de propriedades viscosas que, consequentemente, impede

a separação do mate de escórias.

Figura 7 - Processo de flutuação - http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0370-44672006000400011&script=sci_arttext

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13. A conversão em cobre bruto

A conversão em cobre bruto (cobre blister) é processo de extração que se segue. Consiste

na oxidação do mate produzido na fundição eliminando o ferro e o enxofre, sendo o produto

final o cobre bruto (cerca de 99% Cu). Este processo ocorre num conversor Pierce-Smith cilíndrico

revestido internamento por paredes refratárias.

14. A refinação

Existem dois tipos de refinação: a refinação térmica e a refinação eletrolítica. A refinação

térmica consiste em remover o oxigénio e enxofre do cobre para originar cobre puro (99,9%).

Apesar de ser o processo mais frequente este não elimina todas as impurezas em relação à

refinação eletrolítica. A uma solução aquosa num depósito do eletrólito contém sulfato de cobre

e sulfato de ferro. Um cátodo que contém cobre puro e um ânodo com cobre impuro, estão

ambos imersos na solução aquosa. No cátodo ocorre a redução do cobre e no ânodo a oxidação

do mesmo, verificando-se uma acumulação de cobre no cátodo e uma redução de cobre no

ânodo. As impurezas dão origem a uma lama que fica depositada no fundo do eletrólito. A essa

lama dá-se o nome de lama anódica. A corrente elétrica transporta o cobre puro do ânodo para

o cátodo. Por fim, obtém-se cobre com uma pureza de cerca de 99,99 %.

Figura 8 – Fábrica de cobre no Chile (cobre refinado) - http://www.federacionminera.cl/2012/wp-content/uploads/2013/05/FOTO-COBRE-REFINADO.jpg

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15. Para que serve

O cobre foi um dos primeiros metais e ser descoberto e utlizado pelos seres humanos, tendo

ganho maior visibilidade e destaque em 3000 A.C., na era do Bronze.

Nessa altura descobriu-se que, com o referido metal, se podiam formar ligas metálicas

utlizadas em objetos de arte, moedas de circulação, entre outros produtos.

Mais tarde, começou a ser utlizado para diversas finalidades noutros sectores,

nomeadamente o industrial, tendo-se recorrido ao mesmo, pela primeira vez, em grande escala, no

âmbito da construção de linhas de alta tensão em todo o território do Reino Unido.

16. As ligas O cobre no seu estado puro é aplicado essencialmente nalguns trabalhos de engenharia e

construção como, por exemplo, tubagens e condutores elétricos.

No entanto, na maioria das situações é utlizado na forma de ligas metálicas pelo facto de

estas apresentarem propriedades vantajosas a diversos níveis, nomeadamente:

São mais resistentes

Possuem melhores características para obtenção de peças de fundição

São mais tenazes e menos duras, o que as toma mais aptas ao trabalho mecânico

Resistem melhor à corrosão

Possuem maior elasticidade

Refira-se que atualmente existem mais de mil ligas com incorporação do cobre,

identificando-se apenas algumas delas, a título exemplificativo:

Cobre e Zinco – Latões

Cobre e estanho – Bronzes

Cobre e alumínio

Cobre e Níquel

Cobre-Níquel-Zinco

Cobre-Berílio

Cobre-Crómio

Cobre-Manganato

Figura 9 – Moedas de ligas Cobre e Níquel - http://wallpaper.ultradownloads.com.br/117152_Papel-de-

Parede-Moedas--117152_1600x1200.jpg

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17. Aplicações

No que concerne à aplicação do cobre, saliente-se, conforme ilustra o gráfico seguinte, a

diversidade da sua utilização, em múltiplos sectores como a indústria, construção, equipamentos e

infraestruturas.

Gráfico 1 – Cobre na Indústria -

A sua grande utilização inicial ficou a dever-se sobretudo à enorme capacidade de condução

elétrica e térmica, sendo por excelência o material utlizado em tubagens, fios elétricos e outras obras

de engenharia ligadas à eletricidade.

Outra das áreas onde foi desenvolvida a utilização/produção do cobre reporta-se à indústria

das telecomunicações, satélites e rádios, embora mais recentemente esteja a ser substituído por

materiais com maior rapidez de sinal, tais como a fibra ótica e os sistemas de laser.

Ao nível da indústria automóvel a sua utilização é frequente na produção de pequenas peças

para os motores dos veículos bem como na parte elétrica dos mesmos. Entre outras as engrenagens,

juntas, carburadores são exemplos de peças automóveis onde é utlizado o cobre como elemento de

produção.

Também na indústria aeronáutica o cobre tem uma ampla aplicação, sendo essencial para o

bom funcionamento de qualquer aparelho aeronáutico. Neste domínio são exemplos da sua

aplicação: sistemas de cabos hidráulicos e linhas pneumáticas, motores e componentes térmicos,

discos de travões, sistemas de orientação avançada e até mesmo sistemas de aterragem automática.

Na marinha, é utlizado na produção de diversos componentes de um barco: Cascos, motor,

hélices, sistemas hidráulicos, entre outros, sendo um elemento de primordial importância devido à

sua elevada resistência à corrosão, que naturalmente se faz sentir neste tipo de meios.

12%

30%

15%

12%

30%

Cobre na Industria

Industrial

Equipamentos

Infraestruturas

MáquinasIndustriais

Construção

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Outras das suas utilizações sobejamente conhecida é no campo da indústria bélica, para a

produção de munições.

Na construção civil e obras públicas é utlizado nas infraestruturas de saneamento, nas

instalações elétricas, em cilindros de água quente e gás, em instalações de aquecimento e mesmo

em coberturas/telhados onde existam necessidades acrescidas de proteção contra o risco de

corrosão.

Não obstante a importância do cobre, nos últimos cem anos têm surgido de forma crescente

outros metais concorrentes nomeadamente os aços e os metais mais leves bem como os polímeros.

Figura 11 – Hélice de um navio - https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2d/USS_C

hurchill_propeller_cropped.jpg

Figura 10 – Sistema de navegação em aviões - http://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2011/03/egnos-equipped_aircraft_cockpit/10211345-2-eng-GB/EGNOS-equipped_aircraft_cockpit.jpg

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18. Conclusão:

Com esta investigação apercebemo-nos da grande importância do cobre. Descobrimos

processos de fabrico e os tipos de minas, aplicações e métodos de extração. Desde a rocha que

contém cobre até ao tubo usado em aviões e navios, descobrimos que este metal atravessa diversas

fases de aprimoramento.

Apesar da referida concorrência de materiais, o cobre tem uma presença imponente no

mundo industrial, sendo um dos metais mais usados e é absolutamente indispensável em inúmeros

sistemas.

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V - Lista de referências bibliográficas

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A. Rojas, Carlos. O Cobre e sua obtenção, UFPR, Departamento de Engenharia Elétrica – Universidade

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F. Smith, William. Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais. McGraw-Hill Portugal Lda.:

Lisboa, 1998.

Trabalho “Projeto FEUP”, Produção de um filme de cobre por eletrodeposição.

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Mar.ist.url.pt - Tecnologia Naval (Parte III) – 2004 http://www.mar.ist.utl.pt/jgordo/tecnav/TN-

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