filmes de óxido de índio dopado com estanho depositados por ...
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Elementos Metálicos
Estanho (Sn)
Projeto FEUP
2015/2016
LCEEMG/MIEMM:
Alexandre Leite (LCEEMG) Sónia Simões (MIEMM)
Equipa 14:
Estudantes & Autores:
António Pires Monitor/a: Joana Duarte
João Alvim Supervisor/a: Aurora Futuro
João Dias
João Ribeiro
Manuel Tavares
Rita Lacerda
Elementos Metálicos – Estanho : Projeto FEUP 2015/2016
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Índice: Resumo 3
Palavras-Chave 3
Agradecimentos 3
Enquadramento teórico 7
Localização das reservas de estanho 7
Produção Mundial 9
Consumo Mundial de Estanho Metálico em 2011 10
Preços 11
Exploração mineira de estanho em Portugal 13
Jazigo Estano-Volframítico da Panasqueira 13
Método de exploração na mina da Panasqueira 19
Método de Lavra 21
Processamento 22
Fundição 23
Utilizações e aplicações do estanho 24
Estanho como protetor de corrosão 27
Folha flandres 27
Galvanoplastia 27
Processo de Pilkington (Float) 29
Aplicações do Estanho e respetivas ligas 30
Ligas 30
Bronze 30
Peltre (Pewter) 31
Soldas 31
Ligas para rolamentos 32
Uso monetário 32
Nióbio-Estanho 33
Estanho/chumbo na tubagem metálica de órgãos 34
Conclusão 35
Bibliografia 36
Elementos Metálicos – Estanho : Projeto FEUP 2015/2016
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Resumo
Este trabalho foi elaborado no âmbito da disciplina Projeto FEUP, de modo
a facilitar a nossa familiarização com o ambiente académico, com as diversas
ferramentas de pesquisa e regras de elaboração de relatórios técnicos.
Como tema de desenvolvimento foi-nos apresentado o elemento metálico
estanho, este foi a base para toda a nossa análise e pesquisa. Tendo tirado igual
proveito de meios físicos como de meios informáticos, foi elaborado assim este
relatório técnico que fomenta para além de um conhecimento geral acerca do
estanho e das suas aplicações nos nossos dias, também a vertente da sua
extração, assim como os vários processos de purificação da matéria bruta até a
obtenção final do elemento.
É dada ainda uma atenção especial aos diferentes tipos de ligas metálicas
em que o estanho desempenha um papel vital, assim como as importantíssimas
aplicações que possuíram ao longo dos tempos.
Esta pesquisa é, então, como que o resultado de todo um caminho percorrido
e trabalho em equipa efetuado, que se revelou de elevada importância tanto para
um nosso desenvolvimento a nível pessoal, com os outros, como para um nosso
crescimento a nível académico e científico.
Palavras-Chave
Estanho, Mina da Panasqueira, Lavra
Agradecimentos
Queremos agradecer aos nossos supervisores e monitores pela vossa
disponibilidade e apoio. Dar um especial agradecimento à nossa monitora Joana
Duarte que nos orientou todas as semanas.
Por fim queremos agradecer a todos as pessoas que estiveram envolvidas
no Projeto FEUP que desde o início motivaram os alunos para uma boa
integração na Faculdade de Engenharia.
Elementos Metálicos – Estanho : Projeto FEUP 2015/2016
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Lista de Figuras
Figura 1: Cubo de estanho 6
Figura 2: Gráfico das reservas mundiais de estanho 7
Figura 3:Mapa de Portugal com a localização de jazigos de estanho. Fonte: Geoportal
LNEG, 29/09/2015 Escala: 1/9 244 649 8
Figura 4: Consumo Mundial de Estanho em 2011. Fonte: LME – 2012, IBRAM 10
Figura 5: Variação do preço de estanho Fonte: index mundi e LME spot price.
(2015/10/13) 14:40 11
Figura 6: Variação preço durante 2014-2015 15:35 13/10/2015 Fonte : Recursos
Kasbah 12
Figura 7: Localização geográfica da mina da Panasqueira 13
Figura 8: Excerto da Carta Geológica de Portugal à escala 1: 500.000 dos Serviços
Geológicos de Portugal – Lisboa, 5ª edição, 1992, com o enquadramento das
Minas da Panasqueira. 18
Figura 9: Esquema do método em Câmaras e Pilares. 20
Figura 10: Desmonte com explosivos – EUA 21
Figura 11: Fundo de uma mina na ilha de Bangka na Indonésia. 21
Figura 12: Lavra de estanho a céu aberto – Vietname 21
Figura 13: Lavra garimpeira clandestina de cassiterite 22
Figura 14: Refinação do estanho 24
Figura 15: Refinação do estanho 24
Figura 16: Circuito impresso 25
Figura 17: Tanque de armazenamento de químicos 25
Figura 18: Pasta dentífrica 25
Figura 19: Latas de produtos alimentares 26
Figura 20: Fungicida - Direitos reservados a datuopinion.com 26
Figura 21: Folha de flandres em rolo-direitos reservados a snipview.com 27
Figura 22: Imersão em estanho. Direitos reservados a infoescola.com 28
Figura 23: Esquema eletrólise. Direitos reservados a wmnett.com.br 29
Figura 24: Vidro após processo Float 29
Figura 25: Utensílios de peltre; direitos reservados a www.pewtersociety.org 31
Figura 26: Fios com liga de nióbio-estanho aplicados nos eletroímanes
supercondutores; direitos reservados a www.supercon-wire.com 33
Figura 27: Moeda de 1 cêntimo do dólar Estadunidense (1937) 34
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Lista de tabelas
Tabela 1:Reserva de estanho. Fonte: DNPM 8
Tabela 2: Produção Mundial de estanho. Fonte: DNPM 9
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Introdução
Mole, maleável e de uma cor cinza-
prata, o estanho é um metal de certa forma
resistente à oxidação e de difícil corrosão,
podendo só ser atacado por meio de
ácidos e bases fortes.
No seu estado sólido e à temperatura
ambiente, este pode ocorrer na forma de
dois isótropos: a baixas temperaturas,
normalmente, existe como estanho alfa,
de cor acinzentada tendo este pouco ou nenhum uso; a temperaturas superiores
a 13,2 °C, o estanho cinzento transforma-se lentamente no seu segundo
isótropo, estanho beta, este agora com uma cor branca-prata resultante da sua
estrutura cristalina rearranjada. É nesta forma beta que o metal encontra uma
maior aplicação, apesar de ainda haver sempre a possibilidade de este voltar ao
isótropo alfa; isto é facilmente evitado adicionando-se pequenas percentagens
de antimónio ou bismuto ao estanho na sua forma branca. O estanho é obtido
principalmente do mineral cassiterite, cuja fórmula química é SnO2 e é um
elemento relativamente escasso na
crusta terrestre, sendo a sua
concentração, aproximadamente, 2,3
mg/kg. É um dos metais mais antigos
conhecido, e foi usado como um dos
componentes do bronze desde a
antiguidade.
Símbolo: Sn
Nº atómico: 50
Massa atómica: 118.710
Densidade: 7.287 kg/m3
Estrutura cristalina: tetragonal
Ponto de fusão: 231,93ºC
Ponto de ebulição: 2601,81º C
Propriedades
Figura 1: Cubo de estanho
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Enquadramento teórico
Localização das reservas de estanho
Apesar de sua relativa escassez
(a concentração na crosta terrestre de
2 ppm), aproximadamente 35 países
produzem o metal.
A nível mundial as reservas de
estanho estão distribuídas de forma
díspar sendo a Ásia o continente com
maiores reservas constituindo 62%
das reservas mundiais e a China o
país com maiores reservas e o
principal produtor do minério (42% da
produção total), seguido da Indonésia
que detém 17% da produção mundial.
A América é o segundo continente com as maiores reservas tendo 21% do total
de reservas no mundo com destaque em países como o Peru, principal produtor
do continente americano e terceiro maior do mundo, e o Brasil que possui
aproximadamente 10% das reservas mundiais de estanho em minas e é o quinto
maior produtor mundial, cujas principais minas são a mina da Pitinga localizada
na província mineral do Mapuera, e as minas de Bom Futuro, Santa Bárbara,
Massangana e Cachoeirinha localizadas no Amazonas e na província estanífera
de Rondônia, regiões pertencentes ao cratão Amazônico rico em rochas onde
reside o maior potencial de recursos estaníferos, considerando a extensão
territorial e o ambientes geologicamente favoráveis (estruturas graníticas).
É também na América que se encontra o principal mercado de destino do
estanho localizado nos Estados Unidos da América.
A Europa detém 7% das reservas mundiais de estanho, a Austrália possui 6% e
o restante 4%.
62%
21%
7%
6%4%
Reservas Mundiais
Ásia América Europa Austrália Restantes
Figura 2: Gráfico das reservas mundiais de estanho
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Países Reservas 2013 (t)
Brasil 441.917
China 1.500.000
Indonésia 800.000
Perú 91.000
Bolívia 400.000
Austrália 240.000
Malásia 250.000
Rússia 350.000
Tailândia 170.000
Outros Países 180.000
Total 4.422.917
Tabela 1:Reserva de estanho. Fonte: DNPM
Segundo relatório do DNPM de 2013, as reservas mundiais de estanho são de
aproximadamente 4,4 milhões de toneladas, valor publicado pela Mineral
Commodity Summary 2013. Desse valor, a
China possui aproximadamente 33% das
reservas mundiais de estanho, sendo a que
possui mais reservas de estanho, seguido
da Indonésia com ≈ 18% das reservas
mundiais. O Brasil possui aproximadamente
10% das reservas mundiais, sendo a
terceira maior do mundo.
Na consulta do site geoportal LNEG
encontra-se disponível a localização de
jazigos de alguns minerais. No caso do
estanho, na base de dados do Museu de
Jazidos Minerais Portugueses, constata-se
que os jazigos portugueses se localizam
principalmente na zona norte e
centro de Portugal como se observa
na figura 3.
Figura 3:Mapa de Portugal com a localização de jazigos de estanho. Fonte: Geoportal LNEG, 29/09/2015 Escala: 1/9 244 649
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Produção Mundial
A produção total de concentrado de estanho foi de 235.570 toneladas em
2013, baixando cerca de 0.45% em relação ao ano anterior. A China além de ser
o país com maiores reservas de estanho no mundo, também é o principal
produtor deste minério, sendo responsável em 2013, por mais de 42% da
produção mundial, seguida da Indonésia.
A China tem grandes reservas de estanho graças à política que segue de
conter a sua produção limitada às reservas que possui. Deste modo é possível
manter um equilíbrio relativo da oferta/demanda mundial, em benefício da
sustentação dos preços para os produtores atuais.
Países Produção (t) 2012 2013 % Brasil 13.667 16.830 7.14 China 110.000 100.000 42.45 Indonésia 41.000 41.000 17.40 Peru 26.100 26.100 11.08 Bolívia 19.700 18.000 7.64 Mianmar 11.000 11.000 4.67 Austrália 5.000 5.900 2.50 Vietnam 5.400 5.400 2.29 Congo 4.000 4.000 1.70 Malásia 3.000 3.700 1.57 Ruanda 2.300 1.600 0.68 Laos 800 800 0.34 Nigéria 570 570 0.24 Rússia 280 300 0.13 Tailândia 300 300 0.13 Outros Países 73 70 0.04 Total 243.190 235.570 100
Tabela 2: Produção Mundial de estanho. Fonte: DNPM
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Consumo Mundial de Estanho Metálico em 2011
Devido à dificuldade em obter
informações atuais, optou-se por
colocar um gráfico com o consumo
mundial de estanho em 2011. Da
observação da figura 4 cabe
destacar que o mineral é
principalmente utilizado em
produção de soldas e em
revestimentos, para proporcionar
um acabamento mais agradável. O
estanho também é utilizado na
produção de bronze e fundições de
ligas (por exemplo: tungsténio).
Em Portugal, a maioria do estanho extraído é exportado para outros países
para serem manufaturados.
Figura 4: Consumo Mundial de Estanho em 2011. Fonte: LME – 2012, IBRAM
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Preços
O gráfico abaixo mostra a evolução dos preços do mineral estanho desde
setembro de 2010 até setembro de 2015.
Pela observação do gráfico, constata-se que o preço do estanho no início da
década era mais elevado do que atualmente e, que a tendência dos preços no
mercado tem diminuído.
É importante referir que há indicações de que patamares do preço do metal
no LME já chegaram a alcançar 23,17 €/t no início de 2011. Em 2015 os preços
do estanho estão abaixo de 16,78 €/ t (jan-2015).
Figura 5: Variação do preço de estanho Fonte: index mundi e LME spot price. (2015/10/13) 14:40
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Pela análise do gráfico podemos verificar que o preço do estanho tem vindo
a ser cada vez mais baixo. Esse decréscimo deve-se, entre outros fatores, à
grande quantidade do metal em stock.
Figura 6: Variação preço durante 2014-2015 15:35 13/10/2015 Fonte : Recursos Kasbah
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Exploração mineira de estanho em Portugal:
A exploração de estanho remonta a idade do Bronze, quando este elemento
era extraído para produzir ligas com o Cobre. Nesta altura, a Península Ibérica
e a Cornualha (Sul de Inglaterra) eram as maiores potências produtoras deste
elemento.
Atualmente, em Portugal a exploração de estanho está praticamente limitada à
mina da Panasqueira que está situada na província metalogenética estano-
tungstífera de Portugal, cujos jazigos filonianos são os jazigos de maior
importância económica. A mina da Panasqueira é uma das únicas minas ativas
em Portugal e é a maior mina de tungsténio da Europa.
Jazigo Estano-Volframítico da Panasqueira:
Localização geográfica:
O jazigo da Panasqueira localiza-se na região da Beira Baixa, distrito de
Castelo Branco, nos limites dos concelhos da Covilhã e do Fundão. Fica situado
em pleno Maciço Hespérico, na vertente sul da Serra da Estrela, mais
Figura 7: Localização geográfica da mina da Panasqueira
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precisamente no maciço da Serra do Açor, a oeste da depressão tectónica do
bloco granítico da Estrela. Dista cerca de 30 km da cidade do Fundão, 40 km da
cidade de Pampilhosa da Serra e 55 km da cidade da Covilhã.
Localização geológica:
Geologia Regional:
Este trecho foi integralmente transcrito da dissertação “Estudo da
distribuição do Estanho na Mina da Panasqueira” realizada por Filipe Miguel de
Vasconcelos Pinto em 2014.
"Na linha de conta do modo de ocorrência das mineralizações em W e Sn
em Portugal, a “Província metalogenética estano-tungstífera Ibérica” (Neiva,
1944 e Thadeu, 1977 In Ribeiro & Pereira, 1982) estende-se a este do
cisalhamento Porto-Coimbra-Tomar e a nordeste do carreamento da Juromenha.
Com exceção dos jazigos ligados ao granito de St.ª Eulália (ZOM - Zona de Ossa
Morena), os restantes situam-se na Zona Centro-Ibérica (ZCI), Zona Galiza
Média-Trás-os-Montes (ZGMTM) e Zona Astúrico-Ocidental-Leonesa (ZAOL). A
província metalogenética estano-tungstífera de Portugal desenvolve-se por toda
a região Centro e Norte onde os jazigos filonianos constituem, sem sombra de
dúvida, os de maior importância económica. A ZGMTM e ZCI diferenciam-se
essencialmente pela ocorrência de mantos de carreamento de caráter alóctone
e parautóctone na ZGMTM. No setor da Península Ibérica há a destacar
fundamentalmente duas fases de deformação Varisca principais (F1 e F3).
Assim, as estruturas formadas durante a fase F1 são caraterizadas por
dobramentos de orientação predominante NW-SE, de plano axial vertical. São
contemporâneas desta fase as dobras de grande amplitude e os cisalhamentos
dúcteis. A fase F3 desenvolve-se segundo cisalhamentos dúcteis
intracontinentais. Abrangeu os terrenos autóctones, parautóctones e alóctones,
originando dobramentos largos e de pequena amplitude, de plano axial vertical
e eixos sub-horizontais, segundo uma compressão NW-SE, associada a estes
cisalhamentos.
Elementos Metálicos – Estanho : Projeto FEUP 2015/2016
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A maioria das rochas aflorantes são granitos e xistos do “Complexo Xisto
Grauváquico”. Em menor proporção ocorrem rochas do Pré-Câmbrico Superior,
Ordovícico e Silúrico (Noronha, 1983). As relações de natureza geométrica e
geoquímicas estabelecidas com as intrusões graníticas sin e tardi-orogénicas e
a deformação evidenciada pelos preenchimentos dos filões permitem, regra
geral, enquadrar a cronologia relativa dos diferentes depósitos na sequência de
fenómenos desencadeados pela Orogenia Varisca (Schermerhorn, 1981).
O caso concreto das concentrações filonianas de Sn e W na ZCI pode
considerar-se como sendo um exemplo de um encadeamento feliz de
fenómenos, uns ligados à etapa magmática, outros à etapa hidrotermal e em que
o binário granitometassedimentos é indispensável à ocorrência da maioria dos
jazigos (Noronha, 1983). A ocorrência de depósitos de W-Sn está na maioria,
direta ou indiretamente, associada a granitos, com tipologias diferentes, como
por exemplo: aplitopegmatitos (Lagares de Estanho – Queiriga), filões intra e
extra-batolíticos (Bejanca – Vouzela e Fonte Santa – Freixo-de-Espada-à-Cinta)
e filões hidrotermais. Estes últimos, os mais comuns, contribui para a maioria da
produção de tungsténio no País. (Goinhas, 1987 In Martins, 2012) Conde et al.,
(1971) afirmam que nos filões hidrotermais é possível estabelecer uma divisão
baseada em aspetos particulares da respetiva paragénese. Os jazigos
estaníferos (Sn) como o de Montesinho, com diferenciações de greisen,
mineralizados em cassiterite, pobres em sulfuretos e esporadicamente com
berilo; os jazigos tungstíferos (W) como o da Borralha (mineralização de
molibdenite, volframite, scheelite e rara cassiterite com abundantes sulfuretos);
e os jazigos tungstíferos - cassiteríticos (W-Sn) como o da Ribeira e Panasqueira
(mineralizados em volframite, cassiterite e ricos em sulfuretos e carbonatos). A
distribuição das mineralizações hidrotermais de estanho e volfrâmio é muito
vasta e obedece, para além dos alinhamentos paralelos aos da estruturação
Varisca, à localização de afloramentos graníticos Variscos ou geralmente
encontrados em auréolas de contacto metamórfico, reflexo da presença de
granitos a pequena profundidade (Panasqueira, Argemela, Góis, Borralha, Vale
das Gatas, Ribeira, Argozelo, entre outros).
Elementos Metálicos – Estanho : Projeto FEUP 2015/2016
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As mineralizações tanto ocorrem na zona de contacto de granitos intrusivos
e metassedimentos, como sobre a zona de contacto de granitos intrusivos
noutros granitos mais antigos (Conde et al., 1971). As principais ocorrências de
W e Sn encontram-se condicionadas por estruturas herdadas dos cisalhamentos
Variscos precoces ou tardios e por fraturas ligadas à instalação dos granitos pós-
tectónicos (Noronha, 1999). Deste modo, sempre que ocorrem estas duas
mineralizações, verifica-se um zonamento que segue a seguinte ordem:
pegmatitos estaníferos e/ou filões quartzosos estaníferos, filões quartzosos
estanho-volframíticos e filões quartzosos volframíticos (Thadeu, 1965)."
Geologia Local:
Este trecho foi integralmente transcrito da dissertação “Estudo da
distribuição do Estanho na Mina da Panasqueira” realizada por Filipe Miguel de
Vasconcelos Pinto em 2014.
"O mapa geológico de Portugal à escala de 1:500.000 mostra o contacto
entre o Complexo Xisto-Grauváquico do “Grupo das Beiras” e o Complexo
Granítico Varisco do Norte de Portugal (figura 8). O Grupo das Beiras” é formado
por uma densa série de lentículas finas de origem marinha, de pelitos e arenitos,
que sofreram depois metamorfismo regional de baixo grau (fácies dos xistos
verdes) durante as fases iniciais compressivas da orogenia Varisca (Kelly & Rye,
1979). As minas da Panasqueira localizam-se na grande mancha do Complexo
XistoGrauváquico do Grupo das Beiras, na Zona Centro Ibérica (ZCI). Trata-se
de uma região onde predominam formações sedimentares metamorfizadas, mas
onde ocorre também grande número de manifestações eruptivas ácidas e
básicas (Thadeu, 1951; Reis, 1971). A idade dos metassedimentos é atribuída
ao Câmbrico ou Pré-Câmbrico superior (Conde et al., 1971). As formações
metassedimentares são constituídas essencialmente por xistos argilo-gresosos
que passam a quartzitos impuros e grauvaques. Estas rochas assumem formas
lenticulares e irregulares, distinguindo-se, de quando em quando, níveis
constituídos pela alternância de finos leitos grauvacóides com outros xistos
argilosos, de aspeto de fácies flyschóide. Esta fácies flyschóide permite a
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verificação de uma 1ª fase de deformação, com grandes dobramentos de eixo
orientado NNE a ENE, e de uma 2ª fase de deformação, com formação de
clivagem xistenta de plano axial NW-SE, subvertical. A 1ª fase de deformação,
mascarada pela 2ª, apresenta uma idade ante-varisca (anteF1) e a 2ª fase
corresponde a F1 varisca (Conde et al., 1971; Thadeu, 1980; 1989).
Há rochas básicas intrusivas que foram identificadas como doleritos e que
ocorrem sob a forma de filões de 0,5 a 3m de possança, com orientação
predominantemente N-S e inclinação vertical. Thadeu (1951) descreve-as de cor
cinza escura, grão fino e micro-porfiríticas, encontrando-se alterado no contacto
com os filões mineralizados. Apresentam fraturas irregulares e disjunção
poliédrica. Mineralogicamente são essencialmente constituídos por labradorite,
hornblenda, clorite e piroxena anfibolitizada. Não afetam a mineralização e são
intersetadas pelo sistema de filões hidrotermais. Estes diques são posteriores às
duas fases de deformação.
Na zona Este do Couto Mineiro ocorrem xistos mosqueados com blastos de
biotite e clorite, e menos frequentemente de quiastolite e cordierite que
correspondem a uma auréola de metamorfismo de contacto, que foi considerada
como indicação da presença de uma intrusão de um corpo magmático em
profundidade (Thadeu, 1951)."
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Figura 8: Excerto da Carta Geológica de Portugal à escala 1: 500.000 dos Serviços Geológicos de Portugal – Lisboa, 5ª edição, 1992, com o enquadramento das Minas da Panasqueira.
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Exploração de estanho na mina da Panasqueira:
A exploração de estanho na mina da Panasqueira não foi muito significativa
até aos anos cinquenta, após uma descida drástica da cotação do volfrâmio, a
exploração de cassiterite aumentou.
Atualmente a mina é propriedade do Grupo Japonês Sojitz Corporation, através
da Joint Venture Sojitz Beralt Tin & Wolfram (Portugal) S.A. desde 2007, e
encontra-se em exploração sendo, conjuntamente com a de Neves-Corvo, a
principal produtora de concentrados de Cassiterite em Portugal e nela trabalham
cerca de 320 mineiros.
Método de exploração na mina da Panasqueira:
O método de câmaras e pilares é o método de exploração que é
atualmente usado, e tem sido utilizado desde a década de setenta pois, esta
técnica dispensa temporariamente suporte e fornece condições de segurança, é
rentável (recupera 85% do recurso) e adapta-se à morfologia do jazigo.
Neste método, o minério é escavado ficando apenas pilares de suporte do teto
e dos hasteais, tendo sempre em atenção a altura mínima das câmaras para
evitar diluições dos teores na rocha encaixante.
Em primeiro lugar, são efetuadas sondagens para identificar os filões a explorar
e posteriormente realizando-se avaliações do teor dos minerais presentes em
galerias de prospeção (inclinadas).
Depois prossegue-se para a fase de desmonte que consiste em três fases.
Elementos Metálicos – Estanho : Projeto FEUP 2015/2016
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Numa primeira fase são
efetuadas travessas num
quadriculado de 11x11m, o que
corresponde a câmaras de secção
de 5m de largura e 2,2m de altura
segundo a malha topográfica da
Mina (NNESSW e WNW-ESE).
Nesta primeira fase, 51% da
área é explorável pela definição de
pilares 11x11m.
Numa segunda fase, os
pilares são novamente
“desmontados” até atingirem as
dimensões de 3x11m permitindo
recuperar 36% (dos pilares
11x11m).
Finalmente, cada pilar destes é
desmontado por uma nova
travessa de 5x2,2m, restando
nessa fase pilares de 3x3m
(dimensões que levam ao
abandono) o que permite uma
recuperação de 45% dos pilares
3x11m.
Figura 9: Esquema do método em Câmaras e Pilares.
1- Pilares em 11x11m (recurso recuperado estimado de 51%)
2- Pilares em 3x11m (recurso recuperado estimado de 36%) 3- Pilares em 3x3m (recurso recuperado estimado de 45%)
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Método de Lavra:
Os métodos usados no desmonte das rochas estão ligados com o tipo de
minério a ser lavrado.
Existem dois tipos de minérios: os minérios primários que correspondem
à rocha dura, que não passou pelos processos de intemperismo e concentração
de cassiterite e os minérios secundários (normalmente cassiterite) que se
encontram localizados em sedimentos aluvionares ou coluvionares nos
depósitos tipo plácer, ou seja, depósitos naturais de minerais que se encontram
geralmente nas curvas dos rios. A maior parte das minas de estanho explora
reservas de minérios secundários.
Se o depósito estiver localizado profundamente (minério primário), como na
Bolívia ou Inglaterra, em Portugal na mina da Panasqueira e no Brasil nas minas
Pitinga e numa das oito frentes de lavra da mina de Bom Futuro, será necessário
o uso de túneis e a lavra é
realizada através do desmonte
mecânico da rocha por
explosivos ou por tratores de
esteira, seguida de cominuição
por britagem e moagem para a
liberação dos minerais de
minério.
Por outro lado, na Indonésia, Malásia e Tailândia os depósitos estão
localizados mais à superfície (minérios secundários) e a lavra é realizada a céu
Figura 10: Desmonte com explosivos – EUA
Figura 12: Lavra de estanho a céu aberto – Vietname Figura 11: Fundo de uma mina na ilha de Bangka na Indonésia.
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aberto (open pit), são usadas dragas, retro escavadoras e monitores hidráulicos
ou jatos de água a alta pressão para chegar ao minério.
Para além do desmonte convencional existe outro tipo de lavra denominada
lavra garimpeira que consiste na apanha livre de cassiterite em áreas ricas no
minério ou em rejeitos das grandes minas de estanho, podendo o processo ser
realizado de forma mecanizada, atingindo grandes áreas, ou até mesmo manual.
Os trabalhadores desta atividade são normalmente contratados por cooperativas
de garimpeiros, que vendem o minério extraído para as grandes mineradoras.
Esta atividade pode estar
regularizada apresentando
maior organização e
melhores condições de
trabalho para os garimpeiros
ou, como é mais frequente,
ocorre ilegalmente, e nestes
casos os garimpeiros
enfrentam péssimas
condições de trabalho.
Processamento:
No ceio de uma exploração a céu aberto (por dragagem ou desmonte
hidráulico), após a primeira fase de extração é feita uma lavagem do minério.
Primeiro passa por vários crivos vibratórios para eliminar os materiais mais finos
que vêm agregados. De seguida, o minério resultante é colocado num tanque
com água e com suspensões de partículas densas de modo a criar uma
densidade compreendida entre a de cassiterita e do quartzo onde há a separação
do minério das partículas de sílica, visto que estas têm uma densidade bastante
menor, por isso flutua enquanto a cassiterite afunda. Por fim é feita uma secagem
e o minério passa por um separador magnético para remover partículas de ferro,
Figura 13: Lavra garimpeira clandestina de cassiterite
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não sendo o ferro totalmente removido. Podemos dizer que no final desta fase é
obtido um concentrado com aproximadamente 70% de estanho.
Fundição
O estanho não é um metal muito reativo que pode por isso ser extraído por
reação com o carbono. Por esta razão nesta fase é adicionado carbono ao
concentrado obtido na fase anterior. São atingidas as temperaturas que oscilam
entre 1200 e 1300ºC.A cassiterite ( SnO2) reage com o monóxido de carbono
originando estanho e dióxido de carbono segundo a seguinte equação,
SnO2 + 2CO →Sn +CO2 Pode ser também adicionada areia e cascalho de modo reagirem com a sílica
e ferro presentes.
Refinação
Como o estanho tem um ponto de fusão bastante menor que a maioria dos
outros metais (232ºC), com quem aparece habitualmente, esta propriedade é
usada em proveito da sua separação das impurezas que possa conter. Este
processo denomina-se liquidificação e consiste no seguinte: o estanho é
colocado numa fornalha que é lentamente aquecida ate ao ponto de fusão
alcançado e este funde e de seguida é extraído. Deste modo tanto o ferro como
o cobre são eliminados porque têm ponto de fusão acima de 1000ºC.
Nesta fase também podem ser aplicados outros métodos de refinação como
por exemplo a destilação em vácuo e eletrólise.
Por fim, o estanho é armazenado em barras ou lingotes e o produto final tem
uma pureza acima dos 90%.
.
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Utilizações e aplicações do estanho
Diversidade do estanho
O estanho é um metal que devido às suas características é muito usado em
diversas industrias tais como a indústria elétrica, a alimentar, a industria de
telecomunicações, metalúrgica entre outras.
Este é um excelente condutor de calor, bem como de eletricidade, tem boa
resistência á corrosão, é facilmente soldável (solda macia e ligas) e o facto de
ser altamente dúctil faz com que o estanho possa ser tão versátil.
No entanto este metal tem quatro industrias fulcrais:
Figura 14: Refinação do estanho Figura 15: Refinação do estanho
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Indústria de telecomunicações e elétrica
No que diz respeito á industria
eletrónica e de telecomunicações o
estanho é utilizado em componentes
eletrónicos, em circuitos impresso,
semicondutores, elétrodos de
condensadores e em fusíveis. Este
metal, quando passa a óxido estanico
(SnO2) é usado em resistências
elétricas.
Os estanatos de chumbo, bário, cálcio e cobre são indispensáveis na
manufatura de condensadores elétricos.
Indústria Química e Farmacêutica
Nesta indústria, o estanho é utilizado no fabrico de tanques de
armazenamento, tanques de soluções químico-farmacêuticas e também é usado
sob a forma de fluoreto estanoso como aditivo em pastas dentífricas.
Figura 16: Circuito impresso
Figura 18: Pasta dentífrica Figura 18: Pasta dentífrica Figura 17: Tanque de armazenamento de químicos
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Industria Alimentar
O estanho é um dos metais ideais para a indústria
alimentar porque tem um grande poder anticorrosivo tal
como o chumbo, o zinco entre outros metais, mas
contrariamente aos metais anteriores, este não é
venenoso. Deste modo torna-se assim no metal mais
indicado para evitar a oxidação das latas ou dos
utensílios de cozinha, protegendo assim os alimentos.
Este é utilizado também nas latas de bebidas
carbonatadas.
Outras Industrias
Quando o estanho se encontra sobre a forma de pó, este é usado no fabrico
de tintas, sprays. Caso seja sulfureto de estanho, este é
utlizado na prevenção e acabamento de artigos plásticos
e de madeira. No entanto, caso este esteja sobre a
forma de sal, é usado na produção de espelhos, papeis
e remédios. Como composto orgânicos o estanho pode
ser usado como inseticidas e fungicida, além de também
poder ser utilizado em artigos de bijuteria.
Devido á sua grande ductilidade, este metal é
também usado na construção de molas bem como em
válvulas e em outros materiais tais como telhas,
correntes, âncoras e nas embalagens de doces e
cigarros.
Figura 19: Latas de produtos alimentares
Figura 20: Fungicida - Direitos reservados a datuopinion.com
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Estanho como protetor de corrosão
Folha flandres
As folhas de flandres resultam do
revestimento com estanho de finas laminas
de aço ou ferro. O estanho é usado para
revestir estas laminas pois tem uma maior
resistência à oxidação. Assim, este protege
o aço ou o ferro das laminas contra a
corrosão e age também como lubrificante.
Este revestimento ocorre geralmente por imersão.
Estas laminas são usadas em diversas
ocasiões, quer na fabricação de latas para
produtos alimentares, quer na proteção de tubos de cobre, quer para recobrir fios
de cobre
Galvanoplastia
Como já foi referido anteriormente o estanho é utilizado em diversos
processos industriais de todo o tipo em especial na galvanoplastia.
O facto deste metal ser muito resistente aos meios corrosivos naturais, tais
como água do mar e o ar, é utilizado para evitar a corrosão de outros metais
como o ferro. Para tal é utilizada a galvanoplastia. Esta técnica, consiste em
aplicar um revestimento de estanho à peça metálica que pretendemos proteger
da corrosão. Assim, o primeiro metal em contacto com o ar é o estanho que, por
ter um potencial de oxidação superior, oxida -se primeiro, protegendo o ferro, ou
outro metal.
Figura 21: Folha de flandres em rolo-direitos reservados a snipview.com
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Existem vários métodos:
Imersão
O revestimento de superfícies metálicas
também pode ocorrer por meio da imersão do
metal que se quer revestir no metal fundido
que irá revesti-lo. No processo de imersão, o
controle da espessura do revestimento dá-se
pela velocidade com que a peça passa pelo
banho metálico, da temperatura do forno e da
aplicação de um jato de nitrogênio no final do
processo provocando um arrefecimento
rápido.
Eletrodeposição
A estanhagem eletrolítica consiste na deposição de uma camada
de estanho sobre o metal desejado, o qual dá à peça uma aparência brilhante
ou fosca.
No processo de eletrodeposição, a peça metálica que irá ser revestida será
o cátodo duma célula eletrolítica que contem o banho de deposição, que é
constituído pelos sais iónicos do metal a ser depositado.
Figura 22: Imersão em estanho. Direitos reservados a infoescola.com
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Pela lei de Faraday, a quantidade
dos iões libertados no cátodo ou no
ânodo durante a eletrólise é proporcional
á quantidade de eletricidade que passa
através da solução (banho). Ou seja, a
espessura depositada é proporcional ao
tempo de deposição.
Este processo permite uma
cobertura mais homogénea.
Processo de Pilkington (Float)
Na produção de vidro e, de
modo a que este resulte numa
superfície plana, utiliza-se o
processo Pilkington. Este método
consiste num banho de estanho
fundido vertido em vidro derretido.
Devido à diferença de densidades
destes dois materiais, o vidro
flutuará (nome do processo-
Float). Em seguida o vidro é
retirado e conduzido para
máquinas onde irá terminar a sua fabricação.
Figura 23: Esquema eletrólise. Direitos reservados a wmnett.com.br
Figura 24: Vidro após processo Float
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Aplicações do Estanho e respetivas ligas
Ligas
É entendido como uma liga qualquer material metálico composto por 2 ou
mais elementos (sendo pelo menos um deles metálico) juntos para que a sua
separação não seja possível através de meios físicos.
Podemos encontrar vários usos para as ligas cuja composição contem
estanho, sendo que até algumas destas remontam à antiguidade. De entre elas
iremos referir aquelas que mostraram maior relevo ao longo dos tempos.
Bronze
Primariamente composto por cobre e cerca de 12% de estanho pode ainda
ser complementado com outros metais, por exemplo, alumínio, manganês, níquel
ou zinco; ou por até não metais (como o arsênico, fósforo ou o silício), tratando-
se da mais antiga aplicação do estanho de que há registo. Desde o início da sua
produção por volta do ano 3000 AC, o bronze foi sempre tendo um papel
fundamental na história da humanidade; inicialmente usado como alternativa aos
metais puros, sendo este mais resistente e fácil de trabalhar, ainda é hoje muito
necessário pelas suas inúmeras ramificações, cada uma apresentando
características diferentes de acordo com os metais que são adicionados à liga.
Algumas destas ligas com base no bronze são:
-Ligas para sinos
-Bronze estatuário
-Bronze fosforoso
-Bronze de manganês
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Peltre (Pewter)
O peltre, mas conhecido como pewter
nos países anglo-saxónicos de onde o seu
uso provem, é uma liga composta de 85 a
99% por estanho sendo a restante
percentagem cobre, antimônio, bismuto e
chumbo, cujos conferem ao metal uma maior
dureza e resistência.
O seu uso data desde a idade media até
meados do seculo XX, época a partir da qual
se deu o seu declínio devido ao aumento da produção em massa de porcelanas.
O peltre esteve sempre relacionado com os materiais de cozinha e os objetos do
dia-a-dia e de uso comum, como pratos, copos, colheres, botões, de entre outros,
tanto pela sua fácil produção e trabalho como pelo seu baixo custo.
Soldas
Uma outra aplicação relativamente moderna do estanho trata-se da sua
presença na área das soldas. Dentro destas destaca-se a solda de estanho-
chumbo que teve grande destaque principalmente na área da eletrónica até ao
ano de 2006, altura em que o seu o uso foi restrito na União Europeia devido ao
conteúdo de chumbo, metal pesado e toxico.
Este composto geralmente aparece sobre a forma de uma mistura de 63%
estanho e 37% chumbo, números estes que resultam numa solda com
resistência e condutividade máximas, enquanto mantem uma temperatura de
fusão relativamente baixa, facilitando assim os processos de fusão e diminuindo
o risco de dano aos componentes eletrónicos.
Este rácio 63/37 é ainda conhecido como o ponto eutéctico do estanho-
chumbo, isto é, ponto em que a liga se comporta como um metal puro, tendo
Figura 25: Utensílios de peltre; direitos reservados a www.pewtersociety.org
Elementos Metálicos – Estanho : Projeto FEUP 2015/2016
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apenas uma temperatura de solidificação. Obtém-se assim uma mais valia do
ponto de vista técnico sendo que depois da solda derreter pela aplicação de
calor, solidifica imediatamente pela remoção do mesmo, sem atravessar um
estado pastoso permitindo assim soldas mais previsíveis e rápidas.
Ligas para rolamentos
Um dos principais usos modernos do estanho provem da sua aplicação nos
rolamentos onde as ligas desempenham um papel vital na física do contacto
entre superfícies. Sendo compostas em grande parte por estanho, e a restante
percentagem por antimónio e cobre, este conjunto de ligas também conhecidas
como ligas de Babbitt (seu inventor) são maioritariamente usadas para cobrir
superfícies de contacto como por exemplo em motores. Estas, devido à sua
estrutura cristalina e propriedades físicas dos elementos constituintes permitem
um melhor deslize entre superfícies de contacto e também uma melhor
lubrificação dos componentes mecânicos.
Uso monetário
Uma outra faceta não tao conhecida do estanho foi o seu uso na cunhagem
de moedas. Alguns dos exemplos mais relevantes do seu emprego encontram-
se nas moedas de 1 cêntimo. Tanto nos Estados Unidos como no Canada estas
contiveram durante algum tempo uma composição parcial de estanho. No caso
dos EUA, este intervalo ocorreu brevemente entre 1837 e 1857 tendo sido
retomado de 1864 até 1962, data em que o uso de estanho na cunhagem
Estadunidense cessou por completo.
Por outro lado, a presença deste metal na cunhagem Canadense esteve
sempre presente de uma forma mais regular; desde a introdução da moeda
nacional de 1 cêntimo esta registou sempre na sua composição o estanho, até
ao ano de 1996 em que finalmente o metal foi completamente removido da sua
cunhagem.
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Nióbio-Estanho
Outro uso cada vez mais
importante das ligas de estanho trata-
se desta sua aplicação no campo dos
supercondutores, encontrando-se aqui
presente nos fios de eletroímans de alta
potência na forma de uma liga de
nióbio-estanho, geralmente a 75%/25%
respetivamente.
Devido às suas características físicas, que lhe conferem uma elevada
temperatura critica (18 K) e um elevado campo magnético (25 T), esta liga de
estanho permite assim que um conjunto de eletroímanes com os respetivos fios
e com a mesma massa de um eletroíman tradicional produza campos magnéticos
de dimensões muito superiores aquelas atingíveis por meios normais. É por estas
razões que a liga de Nb/Sn é vista como uma das melhores opções quando se
trata da construção de eletroímanes e indispensável nos instrumentos de
ressonância magnética nuclear, de espectroscopia de massa e numa das suas
mais recentes aplicações, em reatores de fusão experimental.
Figura 26: Fios com liga de nióbio-estanho aplicados nos eletroímanes supercondutores; direitos reservados a www.supercon-wire.com
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Estanho/chumbo na tubagem metálica de órgãos
O composto estanho/chumbo já uma das aplicações mais antigas das ligas
de estanho, foi sendo utilizado deste sempre como um dos principais materiais
na construção das tubagens de órgãos de tubos. Geralmente distribuídos em
quantidades de 75% estanho/ 25% chumbo, os elementos nesta liga, como em
todas as outras, complementam-se igualitariamente. O estanho, com as suas
propriedades físicas, torna a liga maleável e de fácil trabalho, com uma baixa
temperatura de fusão e resistente à corrosão; por outro lado o chumbo age como
que um consolidante, dando à liga a integridade necessária para as tubagens se
susterem e também uma resistência maior ao calor do processo de soldagem.
Então assim, tanto pela sua aparência bela e muito similar à da prata, como pelo
seu fácil trabalho e resistência à
corrosão, esta liga foi sempre uma das
principais escolhas pelos produtores
de órgãos para a manufaturação dos
melhores e mais valiosos
instrumentos.
Figura 27: Moeda de 1 cêntimo do dólar Estadunidense (1937)
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Conclusão
Durante o desenvolvimento do trabalho foi criado uma aprendizagem sobre
um conjunto de conceitos importantes para a engenharia metalúrgica e de
materiais e para a engenharia de minas tais como, extração e recuperação de
metais, fundição, revestimentos, tratamento de superfícies …
O estanho é um metal fundamental para a engenharia metalúrgica e de
materiais e também para a engenharia de minas, uma vez que devido às suas
propriedades e dimensões podemos formar ligas com diferentes propriedades,
de modo a melhorar o metal. Estas ligas são aplicadas principalmente a nível
comercial. Já o estanho puro é utilizado para fabricação de embalagens, tintas,
entre outras aplicações, sendo relevante para a engenharia de materiais.
Elementos Metálicos – Estanho : Projeto FEUP 2015/2016
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