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14/08/2016

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Introdução à Engenharia Geotécnica

Minerais

Vítor Pereira Faro Sidnei Helder Cardoso [email protected] [email protected]

Agosto 2016

Minerais

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MINERAIS• A história da utilização dos minerais resulta da observação dos achados arqueológicos.

• O homem pré‐histórico, para cobrir as suas necessidades, fez uso do sílex e outras variedades de quartzo.

• Nas sociedades neolíticas, o homem usou gemas ( minerais utilizados em joalharia e ourivesaria ) como moeda de troca.

• Quando descobriu os metais ( ouro, cobre, estanho, ferro ) passou a fazer uso deles.

• O conhecimento dos metais e a sua utilização caracterizou alguns períodos da antiguidade, como a Idade do bronze ou a Idade do ferro.

• Actualmente, o homem faz uso directo ou indirecto de quase todos os minerais conhecidos, mais de 4.000 espécies minerais.

Monazite Ce(PO4)

Conceito: Minerais“É uma substância sólida homogênea (cristalina) de ocorrêncianatural, de composição química definida (mas em geral não fixa) e com um arranjo atômico altamente organizado. É usualmenteformado por processos inorgânicos.” (Klein e Hurlbut, 1995, Manual of Mineralogy)

– Um mineral é qualquer substância sólida inorgânica

EXCEÇÕES: o petróleo e o âmbar são considerado minerais, embora sejam matéria orgânica e o petróleo não possuir composição química definida.

Mineralogia: ciência que estuda as propriedades, composição, maneira de ocorrência e gênese dos minerais.

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Conceito: MineraisSuas propriedades podem ser vectoriais ou escalaresconforme dependem ou não da direção em que são medidas ou observadas.

A dureza, a clivagem, a resistência à compressão são exemplos de propriedades vectoriais enquanto que o peso específico e a porosidade são propriedades escalares.

As propriedades vectoriais podem ser contínuas (ex. resistência à compressão) ou descontínuas (ex. clivagem).

Isotropia ‐ mesmo valor para uma determinada propriedade independentemente da direcção em que esta é medida.Caso contrário – Anisotropia

Conceito: CristalFormados quando há um ambiente favorável (aquecimento lento). As moléculas se juntam em forma ordenada. É definido numa geometria em que as faces são planas.

"Toda formação em Cristal é identificado como matéria mineral, mas nem todo mineral se apresenta em forma de cristais".

Os minerais se formam por cristalização, a partir de líquidos magmáticos ou soluções termais, pela recristalização em estado sólido e, ainda, como produto de reações químicas entre sólidos e líquidos.

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Outros Conceitos

Mineralóide: qualquer sólido que ocorra naturalmente e que não possua arranjo sistemático dos átomos (estrutura cristalina).

Minério: todo mineral ou rocha que contém um metal ou mineral explorável em condições econômicas.

Gema: mineral, rocha ou substâncias orgânicas (ex. âmbar), naturais ou artificiais, que apresentam raridade, beleza e durabilidade e podem ser utilizados em joalharia.

Propriedades Físicas dos Minerais

• Hábito• Clivagem• Brilho• Transparência• Dureza

• Cor e Cor do traço• Densidade relativa• Propriedade magnética• Propriedades organolépticas

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Propriedades Físicas dos Minerais

• As propriedades físicas constituem a base da identificação dos minerais em amostra de mão.• A identificação inconteste de um mineral só pode ocorrer em laboratório (difração de raios X e análise química).

DurezaÉ a resistência ao risco, dada pela escala empírica de MOHS. A variação da dureza dessa escala não é proporcional.

É função da composição química e da estrutura cristalina:‐ Compostos de metais pesados (Au, Ag, Cu, Pb): moles‐ Sulfetos em geral: moles‐ Sulfetos e óxidos de Fe, Ni ou Co: duros‐ Óxidos e silicatos (especialmente com Al): duros‐ Diamante e grafite são formados por C. A diferença de dureza é em função da estrutura

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Dureza – escala Mohs

Riscado com a unha

Riscado c/ plástico comum e prego

Riscado c/ prego e canivete de aço

Riscado c/ lima de aço ou vidro

Material que constitui osso animal

Dureza do vidro. Resiste ao prego

Resiste ao canivete e vidro comum

Resiste à lima de aço

Corresponde ao abrasivo “alundum”

Não é riscável


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Talco Gipsita Calcita Fluorita Apatita

Feldspato Quartzo Topázio Coríndon Diamante

Traço

Dureza > 7(porcelana) causa sulco nesta, e dizemos que tem traço incolor.

O traço nem sempre apresenta a cor do mineral. Ex:‐ Hematita (Fe2O3) (preto‐cinzento): traço vermelho‐sangue‐ Pirita (FeS2) (amarelo‐latão): traço preto‐esverdeado ou castanho

É a propriedade do mineral deixar um risco de pó quando friccionado contra uma superfície não polida de porcelana branca.

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Clivagem

É a propriedade de os minerais se partirem em determinados planos ou já apresentarem esses planos, de acordo com suas direções de fraqueza. Pode ser:

‐ Proeminente: mineral apresenta plano evidente e quase perfeito. Ex: mica (folhas //) e calcita (romboedro)‐ Perfeita: plano apresenta aspereza. Ex: feldspatos‐ Distinta: planos com pequeno grau de escalonamento. Ex: Fluorita‐ Indistinta: Apatita

ClivagemMicas – biotite andmuscovite

Orthoclase

Halite, galena

Calcite,Dolomite

Fluorite,diamond

Cleavage in onedirectione

Cleavage in twodirections at rightangles

Cleavage in threedirections at rightangles

Cleavage in threedirection, not atright angles

Cleavage in four directions

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FraturaQuando os minerais não se partem em planos, mas segundo uma superfície irregular.

‐ Conchoidal: concavidades ± profundas

‐ Igual ou Plana: superfície com pequenas elevações e depressões, mas próxima a um plano

‐ Desigual ou Irregular: superfície irregular

Tenacidade

É a resistência ao choque de um martelo, ou ao corte de uma lâmina de aço.

‐ Quebradiços ou friáveis: reduzem‐se a pó quando submetidos à pressão. Ex: calcita

‐ Sécteis: podem ser cortados por uma lâmina. Ex: gipsita

‐ Maleáveis: redutíveis a lâminas pelo martelo. Ex: ouro

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Flexibilidade

Propriedade que os minerais possuem de sofrerem deformações

‐ Def. Elástica: Deixa de existir quando retirado o esforço Ex: mica

‐ Def. Plástica: Permanece após a retirada do esforço. Ex: talco

Densidade‐ Indica quantas vezes certo volume do mineral é mais pesado que o mesmo volume de água.‐ Minerais formadores de rocha oscila entre 2,5 a 3,3.‐ Minerais com elementos de alto peso atômico (Ba, Pb, Sr...) apresentam densidade > que 4.‐ Fatores que influenciam na densidade:a) natureza dos átomos: > Peso Atômico, > Densidade (G)b) estrutura atômica:

‐ diamante: compacto (3,5)‐ grafita: menor número de átomos (2,2)

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Densidade

HábitoÉ a maneira mais frequente como um cristal ou mineral se apresenta. Todos os minerais estão enquadrados em um dos tipos de sistema cristalino. Ex:

- Quartzo: Prismático, terminando por faces de romboedro.- Feldspatos: Prismas monoclínicos ou triclínicos.- Micas: Placas tabulares.- Calcita e dolomita: romboédrico- Pirita: cúbico- Gipsita: prismático fibroso

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Propriedades Ópticas: Brilho

É o aspecto da reflexão da luz na superfície do mineral. Pode ser:

‐ Metálico: Semelhante ao dos metais polidos. São geralmente escuros e opacos. Ex.: galena, pirita

‐ Não metálico: são geralmente claros e, quando delgados, são transparentes.

‐ Outros: vítreo (quartzo), resinoso (blenda), graxo (gipsita), adamantino (anglesita), sedoso (gipsita)

Propriedades Ópticas: CorObservação em superfície de fratura recente, pois a superfície exposta ao ar se transforma, formando películas de alteração. Ex. minerais ferruginosos podem apresentar uma película amarela de oxidação.

Substituições moleculares também mudam a cor. Ex: Blenda (ZnS) pode ter o Zn substituído por Fe, passando da cor cinza p/ preta.

Micas podem ser incolores, brancas, pretas, esverdeadas. Quartzo pode ser incolor, branco, amarelo, violeta, enfumaçado. Feldspatos são cinzas, róseos ou brancos. (são alocromáticos)

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Classificação dos minerais

A classificação dos minerais baseia-se na composição

química do ânion ou do grupo aniônico, de acordo com a

proposta inicial de Berzelius.

Minerais com mesmo radical aniônico apresentampropriedades físicas e morfológicas muito maissemelhantes entre si que minerais com o mesmo cátion.

Minerais com mesmo radical aniônico tendem a ocorrerassociados na natureza, sendo originados por processosfísico-químicos semelhantes.


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Identificação das rochasPode ser feita pelo tipo de mineral que as integra:

∙ Mineral essencial: o mineral caracteriza um tipo de rocha. Ex: granito, constituído por quartzo, micas e feldspatos;

∙ Minerais acessórios: revelam condições especiais decristalização;

∙ Minerais secundários: aparecem na rocha após suaformação, i.e., formados pela alteração de outros minerais

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Identificação das rochas

*Minerais Máficos: Contém Fe e Mg em sua composição química. São escuros.

*Minerais Félsicos: Não contém Fe e Mg. São de cor clara.

Características dos silicatos Silicatos: Compostos químicos mais presentes na constituição das rochas

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Características dos silicatos


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