| Figura 1 – Lascas de quartzo natural classificada por inspeção visual | 14 |
| ultrassonora | 15 |
| Figura 3 – Tetraedros silício-oxigênio | 18 |
| Figura 4 – Quartzo incolor | 24 |
| Figura 5 – Ametista | 24 |
| Figura 6 – Quartzo rosa | 25 |
| Figura 7 – Quartzo enfumaçado | 25 |
| Figura 8 – Citrino | 25 |
| Figura 9 – Quartzo leitoso | 25 |
| Figura 10 – Olho-de-gato | 26 |
| Figura 1 – Quartzo rutilado | 26 |
| Figura 12 – Aventurina | 26 |
| base em sementes barra Y e placa Z (b) (NDK, 2004) | 30 |
| piezelétricos e subgrupos baseados na simetria | 32 |
| Tabela 1 – Polimorfos de SiO2 | 17 |
| Tabela 2- Características do Quartzo | 21 |
| Tabela 3- Constantes Piezelétricas | 24 |
| 1 INTRODUÇÃO | 8 |
| 2 QUARTZO | 9 |
| 2.1 DEFINIÇÃO | 9 |
| 2.2 OCORRÊNCIA | 9 |
| 2.3 ONDE ENCONTRAR | 10 |
| 2.4 EXTRAÇÃO | 12 |
| 2.5 POLIMORFOS DE SiO2 | 16 |
| 2.6 CRISTALOGRAFIA | 18 |
| 2.7 PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS | 20 |
| 2.8 PROPRIEDADE PIROELÉTRICA | 2 |
| 2.9 PROPRIEDADE PIEZOELÉTRICA | 23 |
| 2.10 TIPOS DE QUARTZO | 24 |
| 2.1 APLICAÇÕES | 28 |
| 2.12 QUARTZO CULTIVADO | 30 |
| 3 PIEZOELETRICIDADE | 31 |
| 3.1 HISTÓRIA | 31 |
| 3.2 PIEZELETRICIDADE | 31 |
| 3.3 CERÂMICA | 34 |
| 3.4 APLICAÇÕES | 35 |
| 4 JUSTIFICATIVA | 37 |
| 5 CONCLUSÃO | 38 |
1. INTRODUÇÃO
Com o crescimento populacional, avanço da tecnologia e aumento da produção industrial, torna-se necessário uma maior demanda de fontes de energia, mas o grande problema é obter uma energia limpa e renovável. Atualmente discute-se muito a respeito de sustentabilidade.
A descoberta da propriedade de alguns cristais produzirem energia elétrica através de impulsos mecânicos é uma nova opção para a conservação ambiental e produção inesgotável de energia. Sendo o quartzo o mais adequado, pela sua abundância.
A variação sintética do quartzo conhecida como quartzo cultivado reduziu bastante o preço do quartzo natural o que torna este cristal mais próximo de tornar-se um elemento ativo na produção de energia em larga escala.
2. QUARTZO
2.1 DEFINIÇÃO
O nome quartzo é uma palavra germânica de derivação antiga. 1
É possível que tenha sido derivado da palavra saxônica querkluftertz e então para quartzo: esta hipótese é reforçada pelo nome antigo da sílica cristalina na cornualha, “espato cruzador”.2 s.m. Mineral comum, encontrado em muitas rochas. (Sin.: cristal de rocha.) &151; Sua fórmula química é SiO2. Pode ser facilmente reconhecido porque se assemelha a pedaços de vidro quebrado. Também se apresenta sob a forma de pequenos grãos em arenito, quando calcita ou mica o aglutinam. O quartzo é o mais duro de todos os minerais comuns. Somente minerais raros como topázio, coríndon e diamante são mais duros. O quartzo não é facilmente alterado por condições climáticas ou pela umidade. (AURÉLIO)
Antigamente era conhecido apenas como cristal ou “cristal de rocha”.2 É o mais comum dos minerais, presente em rochas ígneas, metamórficas e sedimentares.
Também ocorre como sedimento inconsolidado, sendo o constituinte principal dos depósitos arenosos. 3
2.2 OCORRÊNCIA:
O quartzo é um dos minerais mais abundantes e ocorre como constituinte principal de muitas rochas ígneas, sedimentares e metamórficas.2
O quartzo presente nas rochas ígneas possui um excesso de sílica, tais como o granito, o riólito e o pegmatito. 1
Também ocorre como sedimento inconsolidado, sendo o constituinte principal dos depósitos arenosos.3
Ocorre, também nas rochas metamórficas, como os gnaisses e xistos, formando praticamente o único mineral dos quartzos. Deposita-se muitas vezes a partir de uma solução e é o mineral mais comum de veio e de ganga. 1
Encontra-se como mineral acessório e mineral, e como mineral secundário em filões e jazigos metassomáticos. 2
É extremamente resistente tanto ao ataque químico como ao físico e, assim, a desintegração das rochas ígneas que o contêm produz grãos de quartzo que podem acumular e formar a rocha sedimentar, arenito. 1
Também ocorre como material secundário, formando muitas vezes a cimentação dos sedimentos.2
Quartzo secundário deposita-se frequentemente em torno de grãos préexistentes (de quartzo e de outros minerais) e é um material de cimentação frequente nos sedimentos. Em alguns arenitos relativamente porosos o quartzo secundário pode depositar-se em continuidade cristalográfica com o quartzo detrítico, sendo o limeite netre as duas gerações de sílica apenas visível pela presença ocasional de uma auréola de pigmentação ferruginosa sobre os grãos detríticos. O quartzo autigênico ocorre por vezes em calcários, onde pode formar cristais bem desenvolvidos, tenso sido encontrados pequenos cristais de quartzo bipiramidado embutidos em limonite num arenito ferruginoso que substituíam a dolomite. (W. A. DEER – R. A. HOWIE – J. ZUSSMAN, 2000)
O quartzo é também um constituinte frequente dos filões hidrotermais. 2
Geralmente pode estar associado com calcita, calcopirita, ilvaíta, ortoclásio, microclínio, almandina, muscovita, cianina, biotita e cordierita, entre outros. 3
Formas como o sílex depositam-se com a greda no fundo do mar, em massas nodulares. As soluções contendo sílica podem substituir as camadas de calcário por um quartzo criptocristalino, granular, conhecido por chert, ou camadas descontínuas de “chert” podem formar-se, contemporaneamente com o calcário. Nas rochas, o quartzo está associado, principalmente com o feldspato e amoscovita; nos filões, com quase toda a série de minerais de veios. O quartzo ocorre em grandes quantidades, como areia, nos leitos dos rios e sobre as praias, e como um constituinte do solo. (JAMES D. DANA, 1969)
Em granitos, microgranitos, tonalitos, etc., o quartzo ocorre sob a forma de grãos anédricos, mas pode apresentar contornos euédricos em riolitos de grão fino arrefecidos rapidamente, vitrófiros e pórfiros quartzíferos. 2
Nas rochas ígneas de acidez intermédia a quantidade de quartzo é menor e ocorre geralmente em quantidades inferiores a 5 por cento, embora seja mais abundante em alguns doleritos quartzosos e rochas semelhantes. 20
2.3 ONDE ENCONTRAR:
O cristal de rocha encontra-se amplamente distribuído pelo mundo.1 Dos quais, pode-se citar: No Brasil, as ocorrências mais significativas encontram-se
Na Bahia (Campo Formoso); Novo Horizonte – quartzo rutilado);
Goiás (Depósito do granito Pedra Branca);
Minas Gerais (Distrito Pegmatítico de Juiz de Fora, Araçuaí, Jequitinhonha, Corinto e Diamantina; Lavra da Ilha, em Itinga);
Pará (Depósitos de Alto Bonito, Pau D'Arco e Conceição do Araguaia – ametista); Piauí (Pedro I – opala); Rondônia (Depósito de Bom Futuro, em Ariquemes); Mato Grosso do Sul; Tocantins; Amazonas;
Rio Grande do Sul (maior produtor de ametista do mundo, no Alto e Médio Uruguai – Ametista do Sul, e ágata, no Salto do Jacuí).
No mundo, os principais jazimentos situam-se no:
Afeganistão (Depósitos de Pech, Kunar e Nuristan); Alemanha (Idar-Oberstein); Austrália (Broken Hill, em Nova Gales do Sul – opala);
Canadá (minas de Thunder Bay e Rose Quartz, Quadeville, em Ontário – quartzo róseo);
Casaquistão (Agadir); Egito (Depósitos da Península do Sinai); Escócia (Cairngorm Montains – quartzo enfumaçado); Espanha (depósitos de Valência);
Estados Unidos da América(minas de Oxford, no Maine; HotSprings, no Arkansas – cristal-de-rocha; Little Falla, Herkimer e Ellenville, em Nova Iorque – cristal-de-rocha; Virgin Valley e Humboldt, em Nevada – opala; Pikes Peak, no Colorado – quartzoenfumaçado; Jaspe, no Oregon - Jaspe);
França (La Gardette - cristal-de-rocha);
Índia (depósitos de Swda, jalgaon e Maharashtra);
Inglaterra (depósitos de Dover);
Itália (Ossola, em Novara; Montes Apeninos, Carrara, Ilha de ELba, Turim e Grosseto – opala);
Madagascar (depósitos de Maharitra, Betafo e Ambrosita – quartzo-róseo); Marrocos (Monte Atlas – calcedônia);
México (Minas de Julimes, em Chihuahua e Queretaro – opala; Charcas, em São Luís de Potosí – citrino);
Polônia (Szklary – crisoprásio);
República Tcheca (minas de PodrlKonosí, Ofiovice e Nova Paka – cornalina, Suki e Netín);
Romênia (minas de Baldut e Cavnic, em Maramures);
Rússia (minas de Murzinka, nos Montes Urais – ametista e Jaspe; First Sovietskyi, em Dalgenorsk);
Suíça (São Gotardo, em Uri; Maderanertal, Grimsel, Furka e Mont Blanc); Ucrânia (Maciço de Korostenskiy); Uruguai (Departamento de Artigas – excepcionais ametistas).3
2.4 EXTRAÇÃO
Lavra
A exploração do quartzo natural no Brasil ocorre manualmente, sobretudo em lavras a céu aberto. As lavras subterrâneas, em quantidade muito menor, ocorrem na forma de poços ou túneis. 5 Em torno de um afloramento, são iniciadas escavações utilizando pás e picaretas ou, quando muito, carregadeiras frontais de pequeno porte. 20
A exploração dos veios hidrotermais ocorre verticalmente. Uma vez encontrado, a massa de quartzo, constituída por regiões leitosas e hialinas, é removida pela ação mecânica de marretas, martelos e punções e explosivos. Geralmente, a quantidade de quartzo hialino não ultrapassa 1% do total do quartzo explorado. (STOIBER ET AL., 1945; MARKO ET AL., 2006)
Os blocos resultantes são fragmentados manualmente dando origem a blocos menores (lascas) com o objetivo de separar os fragmentos em função de sua transparência visual. 6
Se remanescentes das operações de fragmentação, os blocos euédricos hialinos são removidos das cavidades e inspecionados visualmente.
As frentes de lavra podem chegar até centenas de metros de comprimento e dezenas de metros de profundidade.5
Os quartzos dos corpos pegmatíticos são geralmente subprodutos oriundos da explotação de gemas como água-marinha, berilo, topázio e turmalinas ou ainda daquela de feldspatos. 5
Os pegmatitos são lavrados em subsuperfície, segundo escavação de galerias de pequeno porte, abertas com pá e picareta na cobertura de alteração. 5
As lavras a céu aberto concentram-se principalmente em depósitos secundários, em aluviões, colúvios e elúvios e em pegmatitos intemperizados. 5
Já a lavra dos geodos de ametista é feita na rocha inalterada e pode se desenvolver a céu aberto ou em galerias horizontais subterrâneas que atingem em média 50 a 100 m de comprimento. 5
Acredita-se que a explotação artesanal de um depósito por um pequeno grupo de garimpeiros seja mais produtiva do que o uso de explosivos e equipamentos sofisticados. Entretanto, em razão da cultura instalada pela alta demanda provocada pela I GM, quando a prioridade era produzir a qualquer custo, consolidou-se a prática de executar uma lavra ambiciosa, em muito facilitada pelo grande número de veios e pegmatitos aflorantes (Luz et al., 2003).
Atualmente, é provável que muitos depósitos de quartzo localizados nas tradicionais regiões produtoras se encontrem em estado de completo abandono. 12 A pesquisa e prospecção dos veios hidrotermais e corpos pegmatíticos de quartzo são praticamente inexistentes, comprometendo tanto a avaliação econômica quanto o seu projeto de lavra dos depósitos. 6 No Brasil, essa situação não diz respeito apenas ao quartzo, mas à maioria dos minerais industriais. 5
O volume e a distribuição esparsa das ocorrências dificulta a explotação sistematizada desses recursos naturais, tanto em mecanização quanto no emprego de mão-de-obra especializada em planejamento e gerência da lavra. 5
Por outro lado, esta peculiaridade pode ser considerada como um fator positivo quando se leva em conta a grande disponibilidade de mão-de-obra pouco qualificada. 5
Tecnicamente assistidos e assegurados por um preço de mercado que lhes dê condição digna de existência, inúmeras frentes de lavra poderiam ser conduzidas pelos garimpeiros.5
Processamento
O quartzo natural é processado em função do seu tamanho, da sua transparência visual e da definição de sua morfologia externa, ou seja, da existência de faces naturais. 19
Com o propósito de suprir a demanda das indústrias de dispositivos eletrônicos e ópticos, o seu processamento ocorre com duas finalidades: a produção de lascas e o processamento dos monocristais de grandes dimensões. 12
A maior parte do quartzo natural lavrado dos veios hidrotermais destina-se à produção de pequenos fragmentos, da ordem de 20 a 50 g, conhecidos internacionalmente como lascas. 12
De acordo com sua transparência visual, as lascas são classificadas em seis classes: primeira, mista, segunda, terceira, quarta e quinta. 6
Apesar desta classificação ser meramente subjetiva, ela está associada ao teor de inclusões fluidas (regiões leitosas) e fissuras contidas na peça. 6
Uma lasca de primeira é aquela com transparência total, desprovida de inclusões e fissuras internas que possam ser observadas a olho nu em ambiente bem iluminado. 12
Para as classes subseqüentes, a transparência visual diminui gradativamente, pois o teor de inclusões e fissuras tende a aumentar. 12
O critério visual de classificação das lascas não está baseado em nenhum parâmetro que leve em consideração aspectos como pureza ou perfeição cristalina. 12
No passado, vários estudos foram efetuados com o objetivo de estabelecer uma relação entre a graduação visual.18
Por exemplo, análises químicas na estrutura e nas inclusões fluidas revelaram que a concentração de Al, Fe e Li, não estão relacionados à transparência visual. 19
Enquanto as concentrações de Na e K aumentam à medida que a transparência visual das lascas diminui.19
As lascas de primeira são usadas na obtenção de sílicavítrea de alta pureza para confecção de vidros especiais e pré-formas de fibras ópticas pelo processo MCVD (deposição fase vapor quimicamente modificado).12
As lascas de terceira são destinadas à produção de quartzo cultivado. Enquanto que as lascas de terceira, quarta e quinta são hoje usadas na produção de silício grau metalúrgico que, após purificação química, é empregado na produção de fibras ópticas e silício grau semicondutor. 12
As lascas de transparência inferior também são destinadas a diversas aplicações convencionais como a produção de vidros, tintas anticorrosivas, etc.12
Os blocos de quartzo natural de alta transparência com pelo menos uma das faces naturais identificada são destinados a dois segmentos estratégicos na obtenção de:19 (i) sementes para a produção das barras-mãe de quartzo cultivado; (i) ressonadores monolíticos de geometria tridimensional destinados à produção de sensores de pressão que atuam em ambientes severos.19
Em ambas as situações, as etapas de processamento estão associadas às operações de corte, orientação cristalográfica, lapidação e ataque químico. 7
A orientação cristalográfica é a etapa crucial no processamento dos grandes blocos.
Com base nelas, é possível determinar a direção do eixo Z para, em seguida, determinar a direção e o sentido do eixo X. 12
Com base nas figuras de corrosão em lâminas cortadas perpendiculares às direções +X e
–X é possível determinar a natureza enantiomorfa do cristal, se direita ou esquerda. 12
Em seguida define-se o sistema de eixos ortogonais do qual os cortes cristalinos serão efetuados. 18
As técnicas empregadas na orientação cristalográfica são: (i) corte usando serra diamantada; (i) ataque químico em solução de HF ou NH4F2; (i) inspectoscopia usando luz polarizada; (iv) goniometria por difração de raios-X (Heising, 1946). 19
2.5 POLIMORFOS DE SiO2
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