O quartzo é um cristal sem eixo de simetria que, quando pressionado
mecanicamente, gera pólos positivos e negativos em suas extremidades,
gerando assim um
potencial elétrico.
Essa propriedade de um mineral em ficar com sua superfície carregada
eletricamente quando é submetido a uma pressão nos extremos de seus
eixos cristalográficos, ou
vice versa, de sofrer pequenas mudanças de volume quando lhe é aplicada uma voltagem elétrica é chamada piezoeletricidade.
| 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 |
LISTA DE FIGURAS Figura 2 -
Microscopia eletrônica
de varredura de superfícies de quartzo usinadas por abrasão Figura 13 –
Esquema de uma autoclave (a) (adaptado de Brice, 1985) e quartzo
cultivado com Figura 14: a) efeito piezelétrico direto e b) efeito
piezelétrico inversoFigura 15: Relação dos Figura 15: Relação dos
piezelétricos e subgrupos baseados na
simetria......................................3
| Tabela 1 – Polimorfos de SiO2 | 17 |
| Tabela 2- Características do Quartzo | 21 |
| Tabela 3- Constantes Piezelétricas | 24 |
LISTA
DE TABELAS Tabela 4 – Porcentagem de impurezas nos tipos de
quartzo........................................................26
| 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 |
SUMÁRIO
6
REFERÊNCIAS..........................................................................................................
39
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
Figura 1 – Lascas de quartzo natural classificada por inspeção visual
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
Figura 2 – Microscopia eletrônica de varredura de superfícies de quartzo usinadas por abrasão ultrassonora (Guzzo et al., 2003).
2.5 POLIMORFOS DE SiO2
A agente de saúde
do posto da SUCAM, Maria do Socorro, microscopista pela prefeitura de
Itaituba, disse que já fez até 50 lâminas por dia, a média não baixa de
18 ao dia. Ela observa que faltam médicos, medicamento, um Posto de
Saúde da Família (PSF) e transportes para tantos doentes. Mesmo assim a
corrida pelo ouro não pára.
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