Avançam as pesquisas sobre o uso do laser

Avançam as pesquisas sobre o uso do laser

Apesar de parecer futurista, patentes datam desde a década de 1970

A Vale em parceria com a Pontifícia Universidade Católica (PUC-Rio) e a Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), sob a coordenação do professor Arthur Martins Braga, do Departamento de Engenharia Mecânica da PUC-Rio, trabalha no desenvolvimento de um sistema a laser voltado à aplicação na perfuração de rochas em operações de desmonte.

 

Prof. Arthur Martins Braga, do Departamento de Engenharia Mecânica da PUC-Rio

 

Iniciado no final de 2008, o projeto “Sistema a Laser para Perfuração de Rochas” busca, especificamente, realizar estudos experimentais e teóricos que possam fornecer condições ao dimensionamento desse sistema em relação aos parâmetros de operação do laser e da sua interação com a rocha, além de estudar a implementação de um subsistema integrado de monitoramento on-line das propriedades geometalúrgicas e geomecânicas da formação perfurada.

Financiado inicialmente com verba das duas instituições de ensino para desenvolvimento da patente conceitual, o trabalho teve aprovada para manutenção do projeto, em 2010, a verba de R$ 390.000,00 pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, da qual a Vale participa como patrocinadora.

Baseada em semicondutores, tecnologia é eficaz na perfuração de rochas

O projeto contribui para o aprimoramento, a eficiência e a sustentabilidade da mineração, e dá continuidade à linha de pesquisa desenvolvida e coordenada pela PUC-Rio. Leva em consideração que, atualmente, várias tecnologias de lasers, baseadas em semicondutores, fibra óptica, gás ou cristal, mostram-se eficazes na perfuração de rochas.

A pesquisa também revela as possíveis vantagens da utilização quando comparada aos métodos tradicionais, tais como: aumento da eficiência de perfuração; redução no número de partes mecânicas móveis presentes no sistema de perfuração; capacidade de perfurar diferentes materiais (rochas diversas, metais, etc.); redução nos custos com manutenção; e diminuição dos riscos de movimentação tectônica pelo fato de não haver contato entre a broca óptica e a superfície a ser perfurada.

No momento, só foi desenvolvido o protótipo de laboratório e, com o final do convênio em julho, a universidade procurará novas parcerias para o financiamento do equipamento de campo, o qual precisa ser mais leve e móvel. Segundo o coordenador, até agora o grupo de desenvolvimento não estava voltado à questão, pois, “o foco era à interação do laser com a rocha, nas questões térmicas que promovem a perfuração e nas ondas adequadas para cada tipo de minério”, explica.

O coordenador da equipe do laser, composta por cinco doutores, dois mestres e cinco alunos de pós-graduação, todos da PUC-Rio, explica que o processo utilizado na perfuração é a espalação (spallation), ou seja, fissão nuclear que ocorre quando um átomo é desintegrado pelo impacto de uma partícula altamente energética, ou seja, basicamente se produz uma tensão térmica localizada na rocha a expandindo, daí ocorre a sua quebra.

Dificuldade enfrentada está na profundidade de perfuração e restrições de ondas

A espalação induzida por laser é uma técnica usado para criar um impulso de tensão compressiva no substrato, no qual se propagará e refletirá como uma onda de tensão na fronteira livre. Esse impulso de tensão, ao propagar-se em direção ao substrato, descasca o filme fino. Usando a teoria de propagação de ondas em meios sólidos é possível derivar a resistência da interface. O impulso de tensão criado por esse método tem duração de 3 a 8 nanosegundos, enquanto a sua magnitude varia em função da fluência do laser. Devido à ausência de contato físico na aplicação da carga, essa técnica é muito adequada à espalação de filmes ultrafinos (1 micrometro ou menos de espessura).

O protótipo da PUC-Rio possui diâmetros de meia polegada e atua com consumo energético médio de cerca de 10 kW. A taxa de penetração depende muito da rocha, mas como exemplo, um furo de 25 mm X 10 mm de diâmetro é feito em alguns poucos segundos, explica o coordenador, e o tempo necessário é diretamente proporcional à profundidade. Para a retirada da rocha é feita a injeção de gás ou líquido, contudo, a grande dificuldade está em definir o comprimento de onda adequado para não se perder a intensidade na interação com o material injetado.

Em relação ao valor de investimento necessário para uma mineradora utilizar um equipamento a laser para perfuração, Martins Braga conta que esse seria maior do que o previsto para compra de uma perfuratriz tradicional. No entanto, esse investimento se compensaria no custo benefício atingido com o maior tempo de utilização do laser, menor manutenção, uma vez que não há contato entre ele e a rocha, refletindo diretamente na disponibilidade do aparelho, e custo operacional menor, podendo otimizar a atividade acima dos parâmetros tradicionais.

O coordenador afirma que, “a primeira das vantagens no uso do laser para mineração é em relação ao aumento da eficiência, ou seja, na taxa de perfuração. Ainda, visto a falta de necessidade do uso de brocas específicas para cada tipo de rocha durante a operação, se reduz o tempo com as trocas pelo ajuste no comprimento de onda do laser para o minério na superfície, e há mais precisão na geometria do furo”, explica Martins Braga.

A grande dificuldade enfrentada no momento se vê na relação profundidade e restrições de transmissão de ondas com alta potência por distâncias longas através de fibras óticas, o que pode se transformar num limitador de penetração. Outra barreira está na necessidade do fluido a ser utilizado na perfuração ter de ser “invisível” para o comprimento de onda determinado para o minério, ou seja, o ajuste da cor do laser precisa ser compatível com o fluido e a rocha.

Essa não é a primeira patente desse tipo no mundo. A precursora foi desenvolvida na década de 1970, contudo, naquela época não havia a tecnologia necessária para um protótipo funcional. Nos anos 80, com a sombra da Guerra Fria no mundo e o programa militar “Guerra nas Estrelas”, do governo de Ronald Reagan, nos EUA, a ciência teve um salto nesse campo, o que auxiliou para que novas patentes fossem criadas até o ano 2000.

Atualmente há pelo menos mais um projeto com funcionalidade similar em estudo no mundo sendo realizado pela Foro Energy, que prepara uma tecnologia híbrida entre perfuração com brocas e laser para utilização na indústria petrolífera. Há também um trabalho similar a partir de um spin-off entre o laboratório da PUC-Rio e a Petrobras para o desenvolvimento de tecnologia laser para perfuração de poços de petróleo no Brasil.


Vale participa como patrocinadora do projeto e contribui para o aprimoramento, eficiência e sustentabilidade da mineração

Produção mineral recua, mas investimentos no setor continuam crescendo

13 de setembro de 2013 -

C1 Santa Luz na Bahia

A queda nos preços do minério de ferro e do ouro, que são os dois principais produtos da cesta mineral do País, fizeram a produção mineral brasileira recuar US$ 4 bilhões em 2012 em relação ao ano anterior.  A estimativa é do Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM) e do Instituto Brasileiro de Mineração (IBRAM). Para os próximos anos a expectativa é que a produção mineral brasileira continue o seu ciclo de crescimento, tendo em vista os investimentos programados até 2016. Apesar da redução de preços, o minério de ferro continua atraindo o maior volume de investimentos. De acordo com o IBRAM, dos US$ 475 bilhões a serem investidos no setor, até 2016. O ouro segue a mesma tendência. A previsão do IBRAM é que nos próximos anos o segmento receba investimentos da ordem de US$ 3 bilhões. Há vários projetos programados ou já em implantação no Brasil. Entre os que já estão em operação, o destaque fica por conta da Yamana Gold, que está concluindo três projetos, entre eles o C1 Santa Luz na Bahia. A Rio Tinto Alcan também anunciou planos de investimento da ordem de US$ 4 bilhões na Bahia para exploração de bauxita e construção de uma refinaria em Amargosa, com a geração de 600 empregos diretos e produção de 1,8 milhão de toneladas/ano na primeira etapa do projeto.

País terá comercialização de diamantes por leilão

País terá comercialização de diamantes por leilão

Entrará brevemente em funcionamento no país de um novo modelo de comercialização de diamantes por leilão – reportou a RNA.

Pelo ministro da geologia e minas, Francisco Queirós.

“É uma experiência que nós estamos a estudar, nós temos orientações muito precisas sobre essa matéria que é uma forma mais transparente, mais interessante para os produtores, sobretudo, os que têm esse mineral”, esclareceu.

Mineral, Rocha ou Pedra?

Mineral, Rocha ou Pedra?

Alguns geólogos (ou ainda serão muitos ?) fazem cara feia quando alguém se refere a um mineral ou rocha como pedra. Aos seus ouvidos técnicos, pedra soa como uma demonstração de ignorância até compreensível, mas que nem por isso deixa de arranhar os tímpanos.

Cada setor profissional tem seu linguajar específico e o correto emprego da terminologia especializada é importante, principalmente quando se trata das ciências ditas exatas. Mas, analisando de modo honesto e tolerante, essa aversão pela palavra pedra não procede.

É óbvio que todos os leigos - aqui entendidos como qualquer um que não seja geocientista - conhecem as palavras pedra, rocha e mineral. Mas é também óbvio que se todos têm clara noção do que é uma pedra, o mesmo não ocorre com mineral e rocha. É preciso, pois que sejamos pacientes e compreensivos neste aspecto.

Por outro lado, convém lembrar que todos, inclusive os geólogos, usam normalmente a expressão pedra preciosa. E os geólogos que são também gemólogos (especialistas em gemas) ouvem e empregam com muita freqüência também pedra apenas, no significado restrito de pedra preciosa ou gema. Que pedra é essa ? é pergunta que eles ouvem e fazem habitual e naturalmente.

Mas, não é só isso. Há as rochas monominerálicas, ou seja, aquelas que são formadas por um único mineral (calcários, quartzitos, arenitos, turmalinitos, etc.). Nesses casos, é forçoso convir, a distinção entre rocha e mineral já não é tão clara.

E há mais: o lápis-lazúli, uma pedra preciosa bem conhecida, é rocha, não mineral, o mesmo acontecendo com a obsidiana.

Mas, você que está lendo isso lê e não é geólogo pode muito bem querer saber como distinguir um mineral de uma rocha, já que são materiais diferentes. Se você perguntar a um geólogo quais são as características que tornam um diferente do outro, talvez ele fique um tanto surpreso, pois, embora saiba diferenciar rochas de minerais, é bem possível que nunca lhe tenham pedido que comparasse as características de ambos.

Entretanto, pensando um pouco, ele lhe apontará algumas diferenças mais flagrantes.

Conceito - Mineral é um sólido natural, inorgânico, homogêneo, de composição química definida, com estrutura cristalina. Rocha é um agregado natural de minerais (geralmente dois ou mais), em proporções definidas e que ocorre em uma extensão considerável. Esses conceitos, bem como as características citadas a seguir, admitem várias exceções, mas não as vamos analisar aqui.

Morfologia – as belas formas geométricas dos cristais caracterizam os minerais, não as rochas. Estas costumam mostrar-se maciças ou em camadas.

Brilho - as rochas não costumam ser brilhantes, os minerais sim. Brilho metálico ou semelhante ao de vidro, por exemplo, são típicos de minerais. As exceções existem, mas é válida a generalização.

Cor – se o material é uma massa com grãos de duas ou mais cores, deve ser uma rocha (ex. granito). Em algumas rochas, a cor distribui-se não em grãos, mas em faixas e/ou áreas irregulares (gnaisses e alguns mármores, por exemplo).

Excluindo as rochas ornamentais (sobretudo os mármores e granitos), as demais não costumam ter cores atraentes.

Transparência – as rocha são sempre opacas; transparência se vê é em minerais (mas não em todos !).

Densidade – os minerais de brilho metálico costumam ser bem mais densos que as rochas.

Volume - se o material forma massas grandes, de vários metros cúbicos, provavelmente é uma rocha. O material que forma um morro é rocha, não mineral. Os grãos de areia são fragmentos de minerais, não de rocha.

Uso - material que se usa para calçar ruas ou passeios; para revestir paredes e pisos; para fazer concreto, muros, alicerces, etc. é rocha, não mineral. Material que se usa para fazer jóias é mineral, não rocha.

Repetimos: todas as afirmações acima são relativas e admitem várias, quando não muitas, exceções.

Nomes – Para terminar, lembre que os nomes de rochas costumam ter a terminação ito (granito, arenito, siltito, argilito, andesito, riolito, quartzito, etc.), mas há muitas exceções (mármore, basalto, xisto, folhelho, conglomerado, etc.). Observe que os nomes citados são todos masculinos, mas há algumas poucas exceções, como ardósia.

Os nomes de minerais costumam ter a terminação ita ou lita (pirita, calcita, cassiterita, crisólita, marcassita, fluorita, sodalita, calcopirita, hematita, malaquita, alexandrita, etc.), mas muitos dos nomes mais antigos fogem à regra: galena, opala, granada, esmeralda, ágata, safira, turmalina, etc. Ao contrário dos nomes de rochas, os de minerais costumam ser femininos, mas também aqui há, entre os mais antigos, muitas exceções: topázio, quartzo, diamante, feldspato, rubi, ônix, jaspe, talco, olho-de-trigre, etc.

Os Minerais e os Colecionadores

Os Minerais e os Colecionadores

Colecionar coisas faz parte da natureza humana. Desde a infância temos a tendência de juntar objetos de determinada espécie, de modo ordenado ou não. Quando meninos, colecionamos figurinhas, moedas, selos, etc. Adultos, passamos a preferir objetos de maior valor, como relógios e obras de arte. Até podemos continuar colecionando selos e moedas, mas com outra visão e atentos ao seu valor monetário, não apenas pelo prazer de ter grande quantidade daquilo de que se gosta.

Assim, colecionar minerais não é nenhum hobby estranho. Pelo contrário, é muito comum em vários países, como Estados Unidos e Itália. No Brasil, apesar da grande diversidade de nossas riquezas minerais, em especial pedras preciosas, ainda há poucos colecionadores. Até alguns anos atrás - diríamos até o fim dos anos 80 -, eles eram até raros. De lá para cá, a crescente busca por cristais para energização, para cura e para outros fins ditos esotéricos despertou muito o interesse da população por esse tipo de coleção e hoje já não é difícil encontrar quem colecione minerais.

Esse crescente interesse verifica-se também entre as crianças brasileiras, embora não saibamos a que atribui-lo exatamente.

Por que colecionar minerais ?

Podendo-se colecionar tantas coisas, por que escolher especificamente minerais ?

Uma boa razão é a sua beleza, principalmente a daqueles bem cristalizados. Mas essa é uma razão por demais óbvia, pois todo colecionador busca objetos agradáveis ao olhar.

Uma razão mais específica é a possibilidade de se obter peças para a coleção sem precisar comprá-las ou fazer trocas. As coleções, sejam do que forem, costumam crescer bastante através de compras e do intercâmbio com outros colecionadores. Mas, os minerais, por ocorrerem na natureza, podem ser colecionados sem que se tenha necessariamente de usar esses meios. Isso é particularmente válido para colecionadores que trabalham no setor mineral, como geólogos e engenheiros de minas.

Outra característica da coleção de minerais é sua universalidade. Coleções de moedas, selos, obras de arte freqüentemente estão muito ligadas a um determinado país ou região da Terra. Elas podem, é claro, ter uma abrangência internacional, mas não são, como os minerais, naturalmente internacionais. Além disso, que outro tipo de coleção pode contar com peças provenientes de fora da Terra, se não uma coleção e rochas e minerais, com seus meteoritos, tectitos e amostras coletadas na Lua ?

Por mais antigo que seja um documento, uma obra de arte, uma moeda, o que é sua idade – medida em séculos ou milênios – diante da idade das rochas e minerais, medida em milhões de anos ?

Outra característica marcante dos minerais é serem substâncias produzidas sem a participação do Homem. São obras da natureza e, como tal, não estão sujeitos a avaliações pessoais quanto à habilidade de quem as fez, sobre o gosto artístico de quem as produziu, etc. Os minerais, belos ou não, são como são porque a natureza assim os fez, não porque mãos mais ou menos habilidosas sobre eles agiram.

Além disso, características que poderiam ser classificadas como defeito podem ser - e muitas vezes o são de fato - detalhes que tornam a peça muito rara, se não única.

Para o geólogo e outros geocientistas, colecionar minerais é o melhor meio de se aprender a reconhecê-los. O manuseio constante, o exame comparativo de indivíduos da mesma espécie procedentes de diferentes regiões, a observação de particularidades que não influenciam na sua classificação mas que lhe são típicas, tudo isso leva o colecionador a desenvolver uma aguda percepção das características do material que coleciona, percepção esta que nem os melhores manuais de Mineralogia conseguem proporcionar.

Embora haja um bom número de minerais facilmente suscetíveis a sofrer danos, por terem baixa dureza, sensibilidade à luz, sensibilidade à umidade, etc. , os minerais têm uma resistência física muito superior à dos seres vivos, e até mesmo maior que a de objetos como quadros, selos, fotografias, etc.

Como colecionar minerais ?

A primeira grande decisão de quem decide colecionar minerais é que tipo de material coletar. As coleções sistemáticas abrigam todo tipo de mineral e tem na diversidade seu objetivo maior e seu maior valor. Ela são a melhor opção para quem está começando. Com o tempo, o colecionador poderá optar por especializar-se, colecionado um grupo específico de minerais.

Para quem não dispõe de bastante espaço ou não conta com muitos recursos para obter peças novas, pode ser bem melhor uma coleção menos abrangente. Sem um bom espaço para crescer, uma coleção sistemática dificilmente será importante. Já uma coleção específica poderá rivalizar com acervos de bons museus.

Um bom exemplo disso é dado por Jules Sauer, um dos maiores joalheiros do Brasil. Embora tenha condições de adquirir ampla variedade de minerais de todo o mundo, coleciona apenas turmalinas.

Outro aspecto intimamente relacionado com espaço é o tamanho das peças do acervo. Quem dispõe de área restrita, obviamente não poderá ter muitas peças grandes, devendo optar por aquelas que os colecionadores norte-americanos chamam e cabinet, thumbails ou mesmo micromounts.

Mas, aí cabe uma advertência: as peças da coleção não podem ser tão pequenas a ponto de tornar muito difícil a identificação do mineral. Minerais comuns em peças que exigem leitura da etiqueta de identificação para saber de que se trata, certamente são pequenos demais. As características distintivas devem ser facilmente reconhecíveis.

Não é só através de troca de minerais que uma coleção se torna grande e importante. Também através das trocas de informações entre os colecionadores. Mesmo um mineralogista experiente, com sólido conhecimento geológico, pode perfeitamente ficar em dúvida ao tentar identificar uma peça que outro, menos especializado, sabe de que se trata. O mesmo pode acontecer com relação à procedência do mineral. Amostras de procedência ignorada podem ter sua origem diagnosticada por um colecionador experiente com base em algumas características físicas típicas da localidade de onde provém.

Esse intercâmbio é particularmente salutar quando feito através de associações de mineralogistas ou de colecionadores. Lá as informações abrangem maior público e têm seu valor cientifico reconhecido e aproveitado.

Outra preciosa fonte de informações para quem coleciona são os museus. Aprecie suas belas peças, aprenda sobre sua composição e procedência e proponha troca de materiais e informações.

O respeito pelos demais colecionadores é uma característica do colecionador consciente. Ao coletar amostras de um afloramento, não traga mais do que as necessárias, muito menos danifique as que por alguma razão não poderá trazer. Outros colecionadores ou cientistas passarão por ali e merecem a oportunidade de encontrar também o que você encontrou.

Pode haver exceções: em pedreiras onde toda a rocha removida é usada para produção de brita, não só o colecionador pode como deve coletar tudo o que estiver ao seu alcance, repassando a sobra para museus, escolas e, é claro, outros colecionadores.

Colecionar minerais ? Por que não ?

Perguntamos, no inicio, Por que colecionar minerais ?

Segundo Fredrick H. Pough, um dos maiores mineralogistas norte-americanos, entre as ciências de base, só a Mineralogia é um passatempo educativo; ela combina a Química, a Física e a Matemática.

Assim, a pergunta a fazer talvez seja então não Por que colecionar minerais ?, mas sim Por que não colecionar minerais ?