Aplicar a geociência aos desafios mais importantes da Austrália

Introdução

Ajustes de cobre variados. Fonte: Wikimedia Commons

Cada vez que acender uma luz, usar um aparelho em sua casa, ou abrir uma torneira, é o cobre que está entregando a eletricidade ou a água para você. O cobre é, portanto, um metal muito importante para os humanos e combina mais propriedades úteis do que provavelmente qualquer outro metal.

Uma casa de família média contém mais de 90 kg de cobre: 40 kg de fio eléctrico, 30 kg de canalização, 15 kg de ferragens de construção, 9 kg dentro de aparelhos eléctricos e 5 kg de artigos de latão. Um avião a jacto Boeing 747-200 contém cerca de 1,8 toneladas de cobre. A Estátua da Liberdade em Nova York contém mais de 27 toneladas de cobre.

Propriedades

Chalcopyrite. Fonte: Geoscience Australia

Cobre é o único metal natural, além do ouro, que tem uma cor distinta. Tal como o ouro e a prata, o cobre é um excelente condutor de calor e electricidade. É também muito maleável e dúctil. O cobre também é resistente à corrosão (não enferruja muito facilmente). O cobre é macio mas resistente. É facilmente misturado com outros metais para formar ligas como o bronze e o latão. Bronze é uma liga de estanho e cobre e latão é uma liga de zinco e cobre. O cobre e o latão são facilmente reciclados, talvez 70% do cobre agora em uso tenha sido reciclado pelo menos uma vez.

Usos

Cobre de hoje, por ser um bom condutor de eletricidade, é utilizado em geradores e motores elétricos para fiação elétrica e em produtos eletrônicos, como rádios e TVs. O cobre também conduz bem o calor, por isso é usado em radiadores de veículos motorizados, ar condicionado e sistemas de aquecimento doméstico.

Como o cobre não corrói facilmente, também é usado para canalizações de água. A sua maleabilidade significa que os tubos de cobre podem ser dobrados para contornar facilmente os cantos, sem se quebrarem.

O sulfato de cobre é usado como fungicida para impedir que as raízes das plantas bloqueiem drenos e sistemas de esgoto. A cor azul-esverdeada da madeira tratada é o resultado do naftanato de cobre e doarsenato de cobre-cromo que foram introduzidos sob pressão para ajudar a proteger a madeira das brocas.

Cobre também é utilizado para fazer moedas e instrumentos científicos, bem como em aplicações decorativas.

Há cerca de 15 gramas de cobre num telemóvel e, recentemente, o cobre tem vindo a substituir o alumínio em lascas de computador.

Bobina de fio de cobre. Fonte: Geoscience Australia

Placas de circuitos de computador contendo cobre. Fonte: Geoscience Australia: Geoscience Australia

História

Utensílios antigos de cobre expostos num restaurante de Jerusalém. Fonte: Wikimedia Commons

Cobre foi o primeiro metal usado pelas pessoas. Foi descoberto pelo Homem Neolítico há cerca de 9000 anos e usado no lugar da pedra, uma vez que era muito mais fácil de moldar. Os primeiros coppersmiths no Irão descobriram que o aquecimento do cobre o amaciava e martelar o cobre o tornava mais duro. Desta forma, podiam moldar o cobre em vários artigos úteis como recipientes e utensílios, um grande salto em frente para a raça humana. A sua bela cor também tornava o cobre atraente para o uso em jóias e ornamentos.

Existem provas de que o cobre era utilizado desde os primeiros tempos, um pedaço de tubo de cobre usado há 5000 anos foi descoberto pelos arqueólogos da Pirâmide de Cheops, no Egipto. Por volta de 4000 AC, o bronze (uma liga ainda mais dura) foi descoberto misturando o cobre com uma pequena quantidade de estanho. Foi utilizado para fabricar armas, armaduras, ferramentas e utensílios de decoração, iniciando-se assim a Idade do Cobre-Bronze. Embora o fabrico de ferramentas de bronze tenha caído em grande parte em desuso com o início da Idade do Ferro por volta de 1000 AC, o cobre continuou a ser utilizado pelas suas outras propriedades. Como um dos dois únicos metais coloridos, a sua beleza torna-o altamente desejável para fazer ornamentos e a sua resistência à corrosão torna-o adequado para utilização em, ou perto do mar.

A capacidade de bater o cobre em chapas e a sua resistência à oxidação tornou-o um material de cobertura popular em edifícios importantes.

Minneapolis City Hall com cobertura de cobre. Fonte: Wikimedia Commons

O crescimento da indústria do cobre tem estado intimamente ligado ao uso crescente de electricidade. As aplicações eléctricas continuam a ser o principal uso do metal, o que pode ser atribuído a duas propriedades físicas. É um excelente condutor eléctrico (e de calor) e é suficientemente dúctil para ser puxado para dentro de fios e batido em chapas sem fractura. O cobre é amplamente utilizado em componentes de canalizações e é um componente importante das ligas, muitas das quais são mais duras, fortes e resistentes do que os seus elementos constituintes individuais. Em 1837 Charles Wheatstone e William Cooke patentearam o primeiro telégrafo elétrico, usando fio de cobre. Em 1876 Alexander Graham Bell foi o primeiro a usar fio telefônico de cobre. Em 1878, Thomas Edison inventou a primeira luz elétrica, confiando no cobre para levar a corrente até ele. Em poucos anos, o uso em massa destas duas invenções causou um incrível aumento na mineração e produção de cobre.

Formação

Malaquita e azurite. R29797 Fonte: Geoscience Australia

Porque o cobre reage prontamente com outras substâncias, ele pode ser formado de várias maneiras na crosta terrestre. É frequentemente encontrado em depósitos com outros metais tais como chumbo, zinco, ouro e prata.

De longe as maiores quantidades de cobre são encontradas na crosta em corpos conhecidos como depósitos de cobre pórfiro. Estes depósitos foram outrora grandes massas de rocha fundida que arrefeceram e solidificaram na crosta terrestre. À medida que arrefeciam, alguns grandes cristais cresciam, que depois eram rodeados por cristais menores à medida que o arrefecimento se tornava mais rápido – os geólogos chamam a estes porfírios de rochas. No início, o cobre foi espalhado por toda a grande massa de rocha derretida em baixas concentrações. Quando o magma arrefeceu e os cristais começaram a se formar, a quantidade de derretimento se tornou menor. O cobre permaneceu no derretimento, tornando-se cada vez mais concentrado. Quando a rocha estava quase completamente sólida, contraiu-se e rachou e o fluido rico em cobre restante foi espremido nas fendas, onde finalmente se solidificou. Ao longo de muitos milhões de anos, as rochas que cobriam estes depósitos foram-se desgastando e os depósitos acabaram por aparecer à superfície. Exemplos de depósitos de pórfiro incluem Cadia Hill (NSW) e Cerro Colorado (Panamá).

Uma mistura de cobre, ferro e enxofre é chamada de calcopirita (CuFeS2) ou ‘ouro dos tolos’, e enganou muitos exploradores de antigamente! O calcopirita na Austrália é encontrado em rochas que têm mais de 250 milhões de anos. Bornite (Cu5FeS4), covelite (CuS) e calcocite (Cu2S) são importantes fontes de cobre no mundo e muitos corpos de minério também contêm algum malaquita (CuCO3.Cu(OH)2), azurite (Cu3(CO3)2.Cu(OH)2), cuprite (Cu2O), tenorite (CuO) e cobre nativo. Os sulfuretos, que produzem a maior parte do cobre produzido em todo o mundo, geralmente ocupam as partes mais profundas dos alojamentos que não foram expostas às intempéries. Perto da superfície são alterados pela oxidação e outras ações químicas para produzir óxidos e carbonatos. Estes minerais secundários de cobre podem formar minérios ricos nas partes superiores de muitos depósitos e, devido à sua característica cor verde ou azul, mesmo pequenas quantidades são facilmente vistas nas rochas em que ocorrem. Minerais contendo cobre são normalmente encontrados em associação com minerais que podem conter ouro, chumbo, zinco e prata.

Recursos

Na Austrália, a busca pelo cobre começou logo após o assentamento europeu. A primeira grande descoberta de cobre na Austrália foi em Kapunda, no Sul da Austrália, em 1842, quando Francis Dutton encontrou minério de cobre enquanto procurava por ovelhas perdidas. Nos anos 1860, a Austrália do Sul era conhecida como o ‘Copper Kingdom’ porque tinha algumas das maiores minas de cobre do mundo.

Austrália detém uma parte substancial do cobre do mundo e foi classificada em 2º lugar atrás do Chile em 2016, de acordo com o United States Geological Survey (USGS). Temos várias minas de cobre de importância mundial, incluindo a jazida de cobre- chumbo-zinco de Mt Isa em Queensland e a jazida de cobre-urânio-ouro da represa olímpica na Austrália do Sul, que está extraindo uma das maiores jazidas de cobre do mundo. Outros exemplos de importantes recursos de cobre estão nos depósitos de cobre-ouro Prominent Hill e Carrapateena no Sul da Austrália, Northparkes cobre-ouro, CSA cobre- chumbo-zinco e Girilambone depósitos de cobre em New South Wales, os depósitos de cobre Ernest Henry, Osborne e Mammoth e depósitos de cobre-ouro em Selwyn em Queensland e depósitos de cobre-zinco em Golden Grove e o depósito de cobre Nifty na Austrália Ocidental.

As maiores minas e depósitos de cobre da Austrália (2016). Fonte: Cobre: Geoscience Australia

Outras informações sobre recursos e produção.

Mineração

Embora grandes depósitos de cobre sejam minerados por métodos abertos em muitos dos principais países produtores, a maior parte do minério de cobre produzido na Austrália vem de minas subterrâneas. O método tradicional utilizado na maioria das minas envolve o minério sendo quebrado e trazido para a superfície para britagem. O minério é então moído finamente antes dos minerais de sulfureto de cobre serem concentrados por um processo de flutuação que separa os grãos de minério do material residual, ou gangue. Dependendo do tipo de minério de cobre no minério e dos processos de tratamento utilizados, o concentrado normalmente contém entre 25 e 30% de cobre, porém pode chegar a cerca de 60% de cobre. O concentrado é então processado numa fundição.

Processamento

Em algumas minas australianas, o cobre é lixiviado do minério para produzir uma solução rica em cobre que é posteriormente tratada para recuperar o metal de cobre. O minério é primeiro quebrado e colocado em lixiviados onde é dissolvido por uma solução de ácido sulfúrico para lixiviar o cobre. A solução rica em cobre é então bombeada para a planta de extração por solventes para separar o cobre como um complexo de cobre. Esta é concentrada e a solução é passada para a planta de eletrificação para recuperar o cobre. Os cátodos de cobre produzidos pela eletrogalvanização contêm 99,99% de cobre, o qual é adequado para usos elétricos. Todo este processo é conhecido como electrowinning de extracção de solventes (SX-EW).

Vários métodos de fundição são utilizados para converter os concentrados em cobre metálico. Um método é fundi-los com fluxos em um forno de fundição para produzir cobre mate, que é uma mistura principalmente de ferro e sulfuretos de cobre, geralmente contendo de 50 a 70% de cobre. O fosco fundido é vertido num convertedor, que contém mais fluxos e convertido em blister de cobre, que é cerca de 98 a 99% puro. O cobre blister é roscado, posteriormente refinado num forno anódico e finalmente refinado electroliticamente para cobre catódico puro.

Na Barragem Olímpica o concentrado é fundido directamente em cobre blister. Neste processo, o concentrado de cobre é introduzido na fundição com ar enriquecido com oxigénio. O concentrado fino reage ou “pisca” instantaneamente à medida que a fração de enxofre dos sulfetos de cobre é queimada e se transforma em gás de dióxido de enxofre. O cobre fundido e a escória caem para o coração da fundição. A escória forma uma camada na superfície da bolha de cobre derretida. O cobre de blister é removido periodicamente para posterior purificação em um forno anódico e refinado eletroliticamente.