Alumínio
Índice
- 1. ASPECTOS GERAIS
- 2. GEOLOGIA
- 3. LAVRA E PROCESSAMENTO
- 4. APLICAÇÕES
- 5. ASPECTOS ECONÔMICOS
- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. ASPECTOS GERAIS
O alumínio (Al) é um elemento químico de número atômico 13, massa atômica de 27u e classificado como metal de pós transição (USGS 2018). É o segundo elemento metálico mais abundante na crosta terrestre, depois do silício. Possui características físico-químicas de grande relevância para a indústria como: baixa densidade, leveza, maleabilidade e ductilidade (facilmente usinado e moldado), além de excelente durabilidade e resistência a corrosão (Emsley 1998). Ele não é encontrado em seu estado natural na crosta terrestre, sendo obtido a partir de seus óxidos e hidróxidos que formam a bauxita (ABAL 2017).
A bauxita (Figura 1) é uma rocha formada por minerais hidratados de alumínio. Tais minerais são formados nos processos de intemperismo e alteração de rochas aluminosas, em clima tropical e subtropical (Villar 2002). É rica em ferro e alumínio e pobre em silício e metais alcalinos, quando comparada à composição da rocha mãe. Pode ser maciça, coesa, terrosa ou argilosa, com coloração variando entre vermelho, amarelo, marrom e branco. Segundo Sampaio et al. (2008) a proporção de óxidos de ferro determina a cor da rocha. A bauxita branca contém de 2 a 4% de minerais de ferro, ao passo que, quando avermelhada pode conter até 25%. Além das impurezas de ferro, é comum a ocorrência de óxidos e hidróxidos de titânio e manganês, além de argilominerais e fragmentos de rocha (Villar 2002).
Figura 1. Amostra de bauxita. Foto da coleção de mineralogia IGC-UFMG.
Segundo Villar (2002), o nome bauxita refere-se à cidade de Les Baux, na França, onde o minério foi identificado pela primeira vez pelo geólogo Pierre Berthier, em 1821. Tal fato ocorreu antes mesmo do conhecimento do próprio elemento químico alumínio, que só viria a ser reconhecido em 1825, pelo dinamarquês Hans Christian Oersted (Oliveira 2011). Segundo Carvalho (1989), em 1950 obteve-se pela primeira vez quantidades consideráveis de alumínio derivado de rochas a partir de processos químicos. Na mesma época desenvolvia-se o processo de eletrólise, e no final do século XIX iniciou-se a primeira produção e fundição do metal na Inglaterra.
Na segunda metade do século XIX, a França dominava a quase totalidade da produção de bauxita, que era empregada, basicamente, como mordente na indústria têxtil (Sampaio et al. 2008). Com o desenvolvimento do processo de Hall-Héroult em 1886, a alumina começou a ser empregada na produção do alumínio metálico, o que permitiu sua aplicação metalúrgica.
Os primeiros depósitos conhecidos localizavam-se no sul da França e Europa Central. Eles eram associados às rochas carbonáticas, que foram, portanto, consideradas rochas-mãe da bauxita. Porém, posteriormente, a descoberta desses depósitos em regiões tropicais sobre rochas ígneas e metamórficas fez com que a percepção da sua formação fosse repensada. A partir de então, o termo bauxita passou a ser usado para designar produtos lateríticos e sedimentares de rochas aluminosas (Carvalho 1989).
Nos atuais parâmetros, as ocorrências econômicas de bauxita devem conter no mínimo 55% de Al2O3 e no máximo 7% de SiO2 reativa, 8% de Fe2O3 e 4% de TiO2. Segundo Mártires (2009), 92% da bauxita extraída é utilizada para produção de alumina e, ademais, é empregada nas indústrias químicas (sulfato de alumínio), de abrasivos e de cimentos.
O alumínio é o segundo metal mais consumido no mundo, depois do ferro. O maior consumidor desse elemento é a China, que apresenta um consumo per capita de 7,8 kg/hab. Os países desenvolvidos apresentam consumos per capita maiores, girando em torno de 25 kg/hab, enquanto nos emergentes esse valor é por volta de 6 kg/hab. No Brasil, o consumo está por volta de 5,1 kg/hab (USGS 2017, 2018). Mundialmente a demanda por alumínio cresce desde 1990, com pequenos períodos de recessão em 2009 e 2013 (DIIS 2017). A participação da Ásia no consumo de alumínio aumenta consideravelmente desde 2002, sendo o crescimento chinês o principal responsável pelo aumento (Figura 2).
Figura 2. Consumo mundial de alumínio. Fonte: Modificado de DIIS 2017.
As reservas mundiais de bauxita estão em torno de 70 bilhões de toneladas, quantidade suficiente para atender à demanda dos mercados globais pelos próximos 250 a 300 anos, segundo as projeções. O Brasil se destaca nas reservas de bauxita, pois além de serem de excelente qualidade (mais de 40% de Al2O3), também estão entre as maiores do mundo, atrás apenas de Guiné e Austrália (USGS 2017).
1.1. Mineralogia
Os minerais aluminosos estão presentes em todos os tipos de rochas (ígneas, sedimentares, metamórficas) e nos solos, variando a concentração de Al em decorrência do material originário e do pH. No quadro a seguir (Tabela 1) encontram-se os teores médios deste elemento na crosta terrestre, nos tipos de rocha e nos solos (Reimann & Caritat 1998).
Tabela 1. Teores médios de alumínio na crosta terrestre, nos tipos de rocha e solos (Reimann & Caritat 1998).
| Tipos de rocha e solos | Teores médios de alumínio |
|---|---|
| Crosta Continental | 7,96% |
| Crosta Continental Superior | 7,74% |
| Granitos, Granodioritos | 7,30% |
| Arenitos, Quartzitos | 3,70% |
| Argilitos, Xistos | 9,10% |
| Solos | 8,00% |
O alumínio é naturalmente encontrado no estado de oxidação +3 e comumente se coordena com o oxigênio em arranjos octaédricos – 6 ligações – ou tetraédricos – 4 ligações (Figura 3). Ele compõe minerais de quase todas as classes e é o 3º elemento mais abundante da crosta terrestre. Destacam-se os silicatos, óxidos e hidróxidos de alumínio, sendo importante ressaltar que ele não ocorre em estado elementar (Klein & Dutrow 2012).
Figura 3. Arranjo tetraedral e octaedral.
Os minerais mais abundantes, hospedeiros desse elemento, são os feldspatos, as micas e os argilominerais, porém ele só é economicamente extraído dos seus hidróxidos, dos quais se destacam a gibbsita (ou hidrargilita ou trihidrato) – Al(OH)3, diásporo – αAlO(OH) – e a boehmita – γAlO(OH) – (Klein & Dutrow 2012). Também compõem a bauxita, em pequenas quantidades, argilominerais (principalmente a caulinita), quartzo e óxidos/hidróxidos de Fe. Entretanto, a presença de diásporo não é desejada em minérios de grau metalúrgico, isso porque ele exige uma temperatura muito mais elevada para que ocorra sua solubilização (Arenare 2008).
A boehmita é a forma de AlO(OH) mais comum em bauxitas da região do mediterrâneo. Ela ocorre junto com a gibbsita em depósitos do Terciário ao Cretáceo Superior. Em muitas bauxitas de camadas mais antigas do Mesozoico, a boehmita é o único hidróxido de alumínio. O sistema cristalino é ortorrômbico e pode apresentar hábito tabular, mas comumente ocorre em agregados pisolíticos e maciços. A estrutura cristalina é descrita por Wefers & Misra (1987) como camadas duplas com o oxigênio em empacotamento cúbico. Essas camadas são compostas por cadeias formadas por moléculas de AlOOH. As moléculas de hidroxila de uma das camadas ocupam o vazio entre os íons de OH de camadas adjacentes. As camadas duplas interagem entre si por ligações de hidrogênio entre íons de hidroxila (Figura 4).
Figura 4. Estrutura e visualização do empacotamento da boehmita. Fonte: Modificado de Wefers & Misra (1987).
O diásporo é o dimorfo da boehmita e ocorre em argilas aluminosas, como constituinte majoritário, na Grécia, Romênia e oeste da Rússia. Ele foi identificado em folhelhos aluminosos chineses como mineral metamórfico (Wefers & Misra 1987). Sua associação com depósitos europeus mais antigos e rochas metamorfizadas mostra que sua formação admite temperaturas e pressões mais elevadas. Assim como a boehmita, o diásporo pertence ao sistema cristalino ortorrômbico e o elemento básico de sua estrutura cristalina são cadeias duplas (Figura 5). O que diferencia os dois minerais é o empacotamento próximo ao hexagonal do diásporo.
Figura 5. Estrutura e visualização do empacotamento do diásporo. Fonte: Modificado de Wefers & Misra (1987).
A gibbsita é o principal mineral componente da bauxita em regiões tropicais, incluindo o Brasil, sendo registradas algumas ocorrências importantes na América do Norte e na Europa. Este mineral está predominantemente, mas não exclusivamente, associado a depósitos do terciário ao atual. O sistema cristalográfico é monoclínico e usualmente seu hábito natural é pseudohexagonal tabular. A estrutura cristalina da gibbsita é descrita por Wefers & Misra (1987) como duplas camadas de OH- com cátions de alumínio ocupando 2/3 dos interstícios. Os grupos de hidroxilas se alinham uns com os outros acima e abaixo, porém não no menor empacotamento possível (Figura 6). As folhas estão quase sempre associadas duas a duas.
Figura 6. Estrutura e visualização do empacotamento da gibbsita. Fonte: Modificado de Wefers & Misra (1987).
Além da gibbsita, existem outras formas mais raras de hidróxidos de alumínio trihidratados: a nordstrandita, descrita inicialmente na Jamaica, e a bayerita, produzida artificialmente. Elas se diferenciam pelo número de cadeia duplas ligadas (Figura 7).
Figura 7. Comparação do empacotamento e estrutura dos minerais trihidratados de Al. Fonte: Wefers & Misra (1987).
No Brasil, a nordstrandita foi identificada unicamente no município de Lages em Santa Catarina e associada a rochas fonolíticas. Dani et al. (2001) justifica a ocorrência do mineral, devido às condições muito particulares do arcabouço geológico da área. A interação restrita de água meteórica com feldspato alcalino da rocha hospedeira teria sido capaz de promover o enriquecimento do fluido em álcalis, tornando o pH extremamente básico, condição necessária para a formação da nordstrandita.
Usa-se a nomenclatura de bauxitas trihidratadas quando são compostas predominantemente por gibbsita e apresentam no máximo 2% de bohemita. As bauxitas monohidratadas são compostas principalmente por bohemita e as bauxitas mistas são constituídas majoritariamente por gibbsita, porém podem apresentar mais de 2% de boehmita (Arenare 2008). As principais impurezas que acompanham a bauxita são caulinita, quartzo, hematita, goethita, rutilo e anatásio (Sampaio et al. 2008).
2. GEOLOGIA
De acordo com Sampaio et al. (2008), os depósitos de alumínio são formados a partir do produto residual final da alteração de rochas alumino-silicosas, sob condições extremas de lixiviação. Assim são considerados depósitos supergênicos (formados a partir de processos intempéricos). Os processos atuantes são muito similares aos da formação das lateritas de ferro, porém, segundo Bardossy & Aleva (1990), a bauxitização é um caso mais intenso. Para que os processos de alteração e lixiviação ocorram é essencial a atuação de um clima tropical que alterne estações secas e úmidas.
Uma característica importante das regiões tropicais é a rápida degradação da matéria orgânica. Quando isso não acontece, como é o caso dos ambientes frios, formam-se ácidos orgânicos que reduzem o pH das águas a valores de até 5, o que propicia o processo de acidólise. Em faixas de pH características de ambientes tropicais e equatoriais, ocorre outro processo que é o de hidrólise. As reações por quebra com água permitem que silicatos e argilominerais sejam decompostos e que maior parte da sílica seja removida. Como Al e Fe são elementos imóveis eles se concentram nos horizontes mais superficiais do perfil de intemperismo. Portanto, é comum que impurezas de ferro estejam associadas aos hidróxidos de alumínio na bauxita.
Fatores geomorfológicos e climáticos são determinantes para a gênese das lateritas. Bardossy & Aleva (1990 in Soares 2013) demonstram a predominância dos depósitos bauxíticos em áreas com temperatura média anual de 22 °C e precipitação média de 1.200 mm. Condições que também contribuem para maior taxa de formação de bauxita são: elevada porosidade da rocha, cobertura vegetal com atividade bacteriológica, topografia plana ou pouco acidentada, longo período de estabilidade e intensa alteração das condições climáticas. Assim os ambientes geológicos tectonicamente estáveis são os mais favoráveis para ocorrência dos depósitos. Segundo Bardossy (1983 in Soares 2013), 96% da tonelagem de bauxita está localizada sobre plataformas continentais, somente 3% sobre cinturões orogenéticos e menos de 1% sobre ilhas oceânicas.
Nota-se que o controle litológico também existe, porém não é o predominante, uma vez que a bauxita pode ser formada em quase todos os tipos de rochas aluminosas. Deve-se considerar, entretanto, que a litologia influi fortemente na composição final da bauxita.
Segundo Sampaio et al. (2008), pode-se individualizar alguns processos de formação de depósitos lateríticos, sejam eles ferrosos ou aluminosos. Segundo o autor tem-se a formação de lateritas por:
- Intemperismo e lixiviação “in situ” de rochas;
- Enriquecimento em alumínio e ferro a partir de sedimentos ou rochas alteradas por ação de águas subterrâneas;
- Erosão e redeposição das crostas lateríticas que formam depósitos alóctones.
De acordo com Carvalho (1989), as jazidas de bauxita são encontradas em quatro tipos de posicionamento distintos de depósitos: camadas tabulares superficiais, bolsões, entre camadas de solos e/ou rochas (Figura 8) e depósitos de detritos (alóctone). Os depósitos podem apresentar extensões laterais quilométricas. Já sua espessura, em média, varia de 4 a 6 metros, mas em situações anômalas pode atingir até 40 m.
Figura 8. Perfil esquemático de camadas de solos com horizontes de bauxita entre intercalados a horizontes argilosos e lateríticos. Fonte: Modificado de Villar (2002).
Uma das classificações mais conhecidas paras as bauxitas é a de Tardy et al. (1995), que as discrimina da seguinte maneira:
Protobauxitas: São horizontes ricos em gibbsita, considerados como um tipo de solo sensível a bauxitização. Gibbsita, goethita e hematita são dominantes e caulinita e quartzo menos abundantes.
Ortobauxitas: São essencialmente formadas por gibbsita, não possuem nódulos, concreções ou pisólitos. Ocorrem em algumas ocasiões em contato com rochas inalteradas e conservam estruturas da rocha mãe.
Criptobauxitas: Ocorrem intercaladas por caulinita ou em locais em que a gibbsita se forma a partir de antigos ferricretes. São formadas por processos indiretos químicos e/ou biológicos, como os gerados por térmitas (cupins).
Metabauxitas: Horizontes que apresentam bohemita e estrutura pisolítica. São caracterizados pela deferruginação no topo e ferruginação na base do perfil.
Como os depósitos lateríticos são superficiais ou pouco profundos, eles são facilmente erodidos e poucos resistem no tempo geológico. Assim, a maioria das formações de bauxita conhecidas tem idade terciária/quaternária, embora sejam também relatadas ocorrências do paleozoico e do final do mesozoico (Carvalho 1989).
No Brasil. as principais reservas de bauxita estão nos estados do Pará (90%), Minas Gerais (7%), São Paulo e Goiás (Pinheiro et al. 2016). No território mineiro, as minas mais produtivas em operação estão nas cidades de Poços de Caldas e Miraí. O desempenho das maiores empresas mineradoras de bauxita em 2017 foi divulgado pela revista Minérios & Minerales (2017). Um recorte dos dados foi feito (Tabela 2) a fim de destacar as empresas atuantes em Minas Gerais:
Tabela 2. Desempenho das empresas mineradoras de bauxita em Minas Gerais em 2017. Fonte: modificado de Minérios e Minerales (2017).
| Nome da Mina | Localização | Mineradora | ROM (t)/ANO BASE 2016 |
|---|---|---|---|
| Miraí | Miraí -MG | CBA | 1.794.278 |
| Planalto Poços de Caldas | Poços de Caldas – MG | CBA | 561.886 |
| Campo do Meio | Poços de Caldas – MG | Mineração Caldense | 340.000 |
| Santa Maria | Miraí -MG | Bauminas Mineração | 317.590 |
| Bom Jardim | Miraí -MG | Bauminas Mineração | 297.912 |
| Sítio Santo Antônio | Poços de Caldas – MG | Companhia Geral de Minas -GCM | 199.000 |
Outros depósitos e ocorrências de minério de alumínio já foram identificados e explorados no território mineiro e são apresentadas na Figura 9.
Figura 9. Mapa com a localização das Jazidas e principais ocorrências de bauxita do estado de Minas Gerais. A numeração se refere aos itens da Tabela 1. Mapa geológico modificado de Pinto & Silva 2014.
Tabela 3. Jazidas e principais ocorrências de bauxita do estado de Minas Gerais.
| TOPONÍMIA | MUNICÍPIO | STATUS ECONÔMICO | LATITUDE | LONGITUDE | |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Av. Geraldo Martins Costa/ Ribeirão das Antas | Poços de Caldas | Mina | -21,82639 | -46,613667 |
| 2 | Fazenda Vila Campo do Meio | Poços de Caldas | Mina | -21,887933 | -46,631045 |
| 3 | Sítio Santo Antônio | Poços de Caldas | Mina | -21,860709 | -46,488883 |
| 4 | Distrito sede de Poços de Caldas | Poços de Caldas | Garimpo | -21,787761 | -46,478342 |
| 5 | 2 km a leste do vilarejo Santo Antônio do Rio Preto – Miraí | Miraí | Mina | -21,061492 | -42,567303 |
| 6 | Fazenda Sobrasil | Miraí | Mina | -21,207342 | -42,716142 |
| 7 | São Sebastião da Vargem Grande | Miraí | Não Explorado | -21,090193 | -42,62433 |
| 8 | Fazenda Boa Vista | Miraí | Não Explorado | -21,094952 | -42,654073 |
| 9 | Dores de Vitória | Miraí | Não Explorado | -21,105758 | -42,612031 |
| 10 | Fazenda Macuquinho | Miraí | Não Explorado | -21,110418 | -42,5351 |
| 11 | Distrito de Andradas | Andradas | Não Explorado | -22,018413 | -46,597929 |
| 12 | Fazenda do Cristovão | Dores do Turvo | Não Explorado | -21,022463 | -43,11474 |
| 13 | Serra dos Caramonas | Dores do Turvo | Não Explorado | -21,083853 | -43,227527 |
| 14 | Fazenda Quebra Coco | Dores do Turvo | Não Explorado | -21,026594 | -43,180443 |
| 15 | Ribeirão Grama | Descoberto | Não Explorado | -21,453132 | -43,04037 |
| 16 | Rio Novo | Descoberto | Não Explorado | -21,465203 | -43,045924 |
| 17 | Fazenda Santa Maria | Muriaé | Não Explorado | -21,225402 | -42,460259 |
| 18 | Fazenda da Serra | Muriaé | Não Explorado | -21,06687 | -42,489808 |
| 19 | Neblina | Cataguases | Não Explorado | -21,209058 | -42,736775 |
| 20 | Sereno | Cataguases | Não Explorado | -21,310203 | -42,669532 |
| 21 | Bom Jardim | Goianá | Não Explorado | -21,598784 | -43,159403 |
| 22 | Monte Alto | Santana dos Cataguases | Não Explorado | -21,230668 | -42,580071 |
| 23 | Canteiro | São Sebastião da Vargem Alegre | Mina | -21,019647 | -42,568142 |
| 24 | Distrito de Roça Grande | São João Nepomuceno | Não Explorado | -21,558709 | -42,959338 |
| 25 | Distrito de Ituí | São João Nepomuceno | Não Explorado | -21,518123 | -42,860768 |
| 26 | Fazenda São Domingos | São João Nepomuceno | Não Explorado | -21,524123 | -43,050719 |
| 27 | Espera Feliz | Espera Feliz | Não Explorado | -20,660203 | -41,875914 |
| 28 | Fazenda da Pedra | Leopoldina | Não Explorado | -21,466192 | -42,792664 |
| 29 | Serra da Pedra Dourada | Luisburgo | Não Explorado | -20,484859 | -42,088204 |
| 30 | Cabeceira do rio Manhuaçuzinho | Manhuaçu | Não Explorado | -20,132787 | -42,140991 |
| 31 | Vau Verde | Mercês | Não Explorado | -21,078608 | -43,319712 |
| 32 | Fazenda Freitas | Mercês | Não Explorado | -21,160699 | -43,337558 |
| 33 | Arranca Toco | Mercês | Não Explorado | -21,109448 | -43,327095 |
| 34 | Fazenda Três Cachoeiras | Rodeio | Não Explorado | -21,25305 | -42,838125 |
| 35 | Serra Bocaiú | Silverânia | Não Explorado | -21,141571 | -43,418577 |
| 36 | Cascalhão | Silverânia | Não Explorado | -21,127387 | -43,19836 |
| 37 | Piedade de Cima | Visconde do Rio Branco | Não Explorado | -20,957757 | -42,897007 |
| 38 | Fazendão – Santa Rita Durão | Mariana | Não Explorado | -20,145669 | -43,418578 |
| 39 | Morro do Fraga (Bento Rodrigues) | Mariana | Mina | -20,202698 | -43,441479 |
| 40 | Serra Monjolo | Mariana | Não Explorado | -20,442143 | -43,381202 |
| 41 | Cascalheira da Andorinha | Ouro Preto | Exaurido | -20,361587 | -43,502591 |
| 42 | Morro do Cruzeiro | Ouro Preto | Exaurido | -20,39742 | -43,510925 |
| 43 | Fazenda Tesoureiro | Ouro Preto | Não Explorado | -20,437976 | -43,520925 |
| 44 | Fazenda Faria Macaquinhos | Catas Altas | Não Explorado | -20,135197 | -43,356756 |
| 45 | Fazenda da Vargem | Santa Bárbara | Exaurido | -20,028124 | -43,591251 |
| 46 | Arranca Toco | Santa Bárbara | Não Explorado | -19,999375 | -43,461868 |
| 47 | Fazenda Sapé, Pires e Mesquita | Barão de Cocais | Não Explorado | -19,89603 | -43,45759 |
| 48 | Retiro José Antônio | Itabirito | Mina | -20,218808 | -43,887871 |
| 49 | Vargem dos óculos | Nova Lima | Mina | -20,057418 | -43,977594 |
| 50 | Sumidouro | Serro | Não Explorado | -18,618247 | -43,468976 |
| 51 | Deputado Augusto Clementino | Serro | Não Explorado | -18,709844 | -43,452797 |
As bauxitas em Minas Gerais estão associadas ao clima tropical/tropical úmido do terciário/quaternário que atuou em diferentes rochas aluminosas. Neste trabalho serão detalhadas as ocorrências no Quadrilátero Ferrífero, na Zona da Mata e em Poços de Caldas. As poucas ocorrências na região do Serro estão associadas ao intemperismo de rochas ultramáficas intrudidas nas rochas do Supergrupo Espinhaço (Knauer & Grossi Sad 1997).
2.1. Bauxita no Quadrilátero Ferrífero
Os depósitos bauxíticos do Quadrilátero Ferrífero estão majoritariamente associados ao Grupo Itabira, pertencente ao Supergrupo Minas (Carvalho et al. 1997). O arcabouço rochoso é composto por rochas metassedimentares, e os perfis aluminosos formam-se, principalmente, em filitos e dolomitos das formações Gandarela e Cauê. Mineralogicamente, são formados majoritariamente por gibbsita, goethita, hematita, quartzo e anatásio (Varajão 1988).
Segundo Varajão (1988), os perfis de bauxitização dos depósitos no Quadrilátero Ferrífero podem ser simplificadamente esquematizados como:
a) Feição basal → fácies de bauxita maciça, ou em estado inicial de degradação, formam pseudo-brechas;
b) Feição intermediária → fácies de bauxita nodular, acompanhada ou substituída no topo por fácies ferro-aluminosas;
c) Feição de topo → fácies de solo que contém nódulos de bauxita.
Observa-se que as ocorrências apresentam controle altimétrico e, por este critério somado ao geomorfológico, foram classificadas por Boulangé et al. (1997) como bauxitas de: altos platôs (tipo I), declives de colinas (tipo II), depressões (tipo III) e baixos platôs (tipo IV). As do tipo I localizam-se em altitudes acima de 1.500 m, enquanto que as do tipo II podem ser encontradas em altitudes que variam de 800m a 1400m. As do tipo III estão associadas às depressões em diferentes elevações, mas sempre relacionadas com as do tipo II. As ocorrências de tipo IV ocupam regiões mais baixas, atingindo no máximo 900 m.
Além da diferenciação altimétrica, Boulangé et al. (1997) mostram variação geoquímica dos tipos de depósitos (Figura 10). Os do tipo II apresentam maiores concentrações de Fe e os do Tipo III são os mais ricos em Al.
Figura 10. Diagrama ternário de Al, Fe e Si dos depósitos bauxíticos. Fonte: Boulangé et al. (1997).
Varajão (1988) postula uma estreita relação entre as variações altimétricas e litoestruturais. Como a evolução do modelamento do relevo se deu sob condições de estabilidade tectônica, a suavização dos contornos ocorreu respeitando e evidenciando variações geológicas. Assim, segundo o autor, a erosão diferencial teria sido responsável pela geração dos níveis altimétricos. Tal interpretação vai contra a corrente que acredita que as superfícies altimétricas do Quadrilátero Ferrífero correspondem a ciclos de paneplanação (ex. Fleicher et al. 1968).
O fato de os tipos de depósitos apresentarem perfis muito semelhantes aponta para gêneses concomitantes. Logo, é razoável admitir que as diferenças altimétricas já existiam na época de formação das bauxitas (Boulangé et al. 1997). As diferenças composicionais são explicadas pelas diferenças litológicas. A idade de formação é considerada tanto para Boulangé et al. (1997) quanto para Varajão (1988) como eocênica.
2.2. Bauxita na Zona da Mata
Os depósitos de bauxita da Zona da Mata mineira fazem parte de um importante cinturão aluminoso de orientação NE-SW, que se estende de São João Nepomuceno até Miraí, prolongando-se até o Espírito Santo. Estão concentrados entre as cotas de 700 m e 900 m e localizam-se nos topos das encostas das serras da região. Os perfis de alteração e bauxitização podem alcançar até 10 m, mas não ocupam grandes extensões em superfície. Mostram forte preferência de formação sobre charnockitos e paragnaisses granulíticos do Complexo Juiz de Fora (Soares 2013, Romano & Castañeda 2006, Lopes & Carvalho 1989).
Mineralogicamente, as bauxitas da região são formadas essencialmente por gibbsita, goethita e hematita; quartzo e caulinita ocorrem em quantidades subordinadas. Os teores de alumínio variam entre 40% a 60% e as reservas ultrapassam 100 Mt (Romano & Castañeda 2006).
A maior parte dos trabalhos das décadas de 1980 e 1990 estudaram as bauxitas da Zona da Mata de maneira local com extrapolação para interpretação regional (ex. Roeser et al. 1984, Lopes & Branquinho 1988, Valeton & Melfi 1988, Lopes & Carvalho 1989). Para os autores, a gênese das bauxitas estaria relacionada a evolução geomórfica da superfície erosiva Sulamericana durante as pediplanações terciárias e quaternárias.
Lopes & Carvalho (1989), seguindo essa linha de pensamento, propõem a evolução do perfil laterítico de maneira polifásica (Figura 11). As diferentes fases imprimem distintas fácies no perfil e revelam mudanças de clima úmido para seco.
Figura 11. Proposta de formação de bauxita polifásica para os depósitos da Zona da Mata. Fonte: Modificado de Lopes & Carvalho (1989).
Romano & Castañeda (2006), a partir do mapeamento geológico do Projeto Sul de Minas, apontam para o fato de que as ocorrências estão distribuídas em uma faixa NE-SW e que tal orientação é coincidente com a foliação das rochas regionais e com os grandes alinhamentos estruturais. Dessa forma surge a questão: este alinhamento é original, construído durante a formação da bauxita, ou foi imposto posteriormente a sua constituição. Para os autores, apesar de se admitir que os dois fatores possam ter contribuído, o segundo é o mais relevante. Assim, os processos tectônicos posteriores a formação seriam os grandes responsáveis pela atual configuração das bauxitas na Zona da Mata mineira.
A hipótese levantada é que a gênese da bauxita foi condicionada pela existência de um extenso pediplano (eoterciário) que marcava o nível de base regional e era bem irrigado por um sistema hídrico volumoso. Posteriormente, a atuação de uma tectônica pós-mesozoica, de caráter distensível e relacionada a abertura do Atlântico, foi essencial para geração de estruturas do tipo horst e hemigrabens alinhados e paralelos a atual costa brasileira. Na região, a estrutura mais importante é o denominado Horst da Serra da Boa Vista, com orientação NE-SW. A ascensão dessa estrutura e a manutenção do sistema de drenagem possibilitou a continua formação das bauxitas e o aprofundamento do nível de alteração intempérica. A ascensão máxima da estrutura levou a um rejuvenescimento do relevo, exumação e erosão dos níveis bauxíticos, além da formação de leques coluviais e aluviais associados. A grande contribuição de Romano & Castañeda (2006) foi considerar a existência de uma tectônica distensiva que, até o momento, não era levada em conta.
2.3. Bauxita em Poços de Caldas
Nas proximidades de Poços de Caldas, os depósitos são oriundos do intemperismo de nefelina sienitos, fonolitos e tinguaítos pertencentes ao complexo alcalino de Poços de Caldas (Tedeschi et al. 2015). As rochas alcalinas que compõem o maciço são insaturadas em sílica e ricas em sódio e potássio, o que gera soluções reativas alcalinas.
As bauxitas formam uma grossa camada descontinua no complexo e ocorrem mais extensivamente na parte centro-norte, sendo mais raras na parte sul. Observa-se uma distinção clara entre dois tipos de depósitos que Parisi (1988) denominou como:
Jazidas de Serra: Estão localizadas principalmente na parte norte, são formadas nas bordas do maciço, nas suas regiões mais altas, que apresentam feições rugosas. Os perfis são bem drenados, mas sua camada de alteração é fina, devido à erosão. Normalmente, são também homogêneos, com alto teor de alumina e pequena participação de argila e/ou contaminação de ferro. Assim, formam minérios de excelente qualidade. A principal característica desses depósitos é o contato direto da camada de bauxita com o protólito (Figura 12).
A gibbsita é o mineral predominante, compondo aproximadamente 80% do material aluminoso. Haloisita e caulinita são frequentes, mas em pequenas quantidades, exceto em veios de argila que cortam o minério bauxítico. Os compostos de ferro não são expressivos, mas ocorre goethita associada a magnetita e litioforita.
Jazidas de Campo: Estão localizadas no interior do planalto, onde a topografia é mais suave. Os perfis são menos espessos quando comparados com as Jazidas da Serra, estão protegidos da erosão e não são tão bem drenados. A falta de irrigação inibe os processos de lixiviação e origina depósitos mais heterogêneos e contaminados, principalmente, por argila. Possuem proporções consideráveis de sílica reativa, o que também contribui para serem depósitos menos econômicos que as Jazidas de Serra. A principal característica desse tipo de jazida é a existência de um horizonte argiloso entre a bauxita e a rocha mãe (Figura 12). É também comum que ocorram intercalações de horizontes de argilas no próprio perfil laterítico.
Figura 12. Perfis esquemáticos de bauxitas dos tipos Jazida de Serra e Jazida de Campo em Poços de Caldas. Fonte: Parisi (1988).
A composição mineral dos horizontes bauxíticos tem a gibbsita como principal constituinte (50-70%). A caulinita e haloisita são também importantes para composição da rocha e perfazem aproximadamente 30%. Boehmita, goethita, magnetita e anatásio ocorrem subordinadamente. Para esse tipo de jazida as concentrações de Al2O3 ficam em torno de 50%, de SiO2 6% e Fe2O3 10%.
Observa-se, portanto, que os principais fatores que determinam as características dos depósitos em Poços de Caldas são: topografia, tipo de rocha e drenagem. Vale ressaltar que segundo Almeida (1977), outras rochas que fazem parte do maciço como rochas hidrotermais, vulcânicas máficas e sedimentares não produzem minério por intemperismo.
3. LAVRA E PROCESSAMENTO
O ciclo de vida de uma jazida de bauxita é ilustrado na Figura 13. Durante todas as etapas, deve-se ter a preocupação de conciliar o aproveitamento econômico com as exigências legais e ambientais.
Figura 13. Percurso de vida de uma jazida de bauxita. Fonte: Modificado de ABAL (2017).
Da etapa de prospecção até a produção ocorrem uma série de atividades. Elas são descritas por Choudhuri & Mukherjee (1992) e aqui apresentadas resumidamente como:
- Estágio de reconhecimento (ex.: avaliação do mapeamento geológico e geofísico regional);
- Estágio de prospecção preliminar (ex.: mapeamento geológico detalhado, coleta de amostras, petrografia de rochas, análises geoquímicas, estudos geoestatísticos e levantamentos geofísicos terrestres);
- Estágio de prospecção detalhada (ex.: mapeamento detalhado da mineralização, estudos hidrogeológicos, determinação do teor de partículas desejáveis e indesejáveis e instalação de trincheiras).
A área onde se pretende minerar é, normalmente, coberta pela vegetação típica do bioma onde está localizado o solo orgânico. Abaixo desse solo encontra-se os estéreis, que são rochas mineralizadas com pouco ou nenhum mineral útil e, portanto, sem interesse econômico. Essa camada pode ter de poucos centímetros a metros de espessura.
Após as etapas de avaliação do potencial econômico do depósito ocorre o delineamento da jazida e planejamento de lavra. Segundo Sampaio et al. (2008) menos de 20% da produção mundial é obtida por métodos de lavra subterrânea. No Brasil, a mineração de bauxita é feita a céu aberto, segundo o método por tiras (strip mining). Compõe o método uma série de operações sequenciais:
- Remoção planejada da vegetação e do solo orgânico;
- Remoção e disposição do estéril;
- Lavra do minério.
A rocha mineralizada é escavada em forma de blocos retangulares (tiras) paralelos e adjacentes. As tiras são retiradas sequencialmente por equipamentos e/ou explosivos, e depositada na tira lavrada anteriormente (Carli 2013).
O processamento mineral da bauxita é considerado simples. O beneficiamento inicia-se na britagem, que visa a redução do tamanho dos aglomerados. Após a britagem o minério é lavado com água, a fim de retirar a parcela de granulometria mais fina que é rica em sílica. Depois o material é peneirado e separado, a fim de reduzir o volume total que será transportado até as refinarias. Em alguns casos é realizada a secagem para facilitar o manuseio e reduzir os custos de transporte (ABAL 2017).
O produto final do beneficiamento pode ser usado tanto no processo de calcinação (no caso de uso não metalúrgico), quanto no processo Bayer (no caso de uso metalúrgico), sendo que o último corresponde a quase totalidade do consumo.
A recuperação ambiental da área minerada requer a remoção criteriosa da vegetação, do solo orgânico e da camada de estéreis na etapa de lavra. O solo é reutilizado no replantio das espécies e os estéreis na recomposição da área. Para a retomada da vegetação, sementes e mudas devem ser coletadas. Elas são colocadas para geminarem em viveiros e, quando finalizada a exploração são usadas para o reflorestamento.
4. APLICAÇÕES
A bauxita é o primeiro elemento da cadeia produtiva da indústria do alumínio e a partir dela gera-se a alumina e, posteriormente, o alumínio primário. Da reciclagem de artigos aluminosos obtém-se o alumínio secundário. Tanto o alumínio primário quanto o secundário serão as matérias primas dos produtos semimanufaturados e acabados (Figura 14). Para a produção de 2 toneladas de alumina são necessárias 5 a 7 toneladas de bauxita (ABAL 2017).
Figura 14. Fluxograma da cadeia industrial dos produtos e subprodutos da bauxita. Fonte: ABAL (2017).
Hoje, no Brasil, a obtenção do alumínio secundário através da reciclagem da sucata atua com altíssimos índices de eficácia, acima até da média mundial, reciclando praticamente toda a sucata disponível (ABAL 2017).
As principais aplicações dos produtos de bauxita metalúrgica são: construção civil, transporte, indústria de eletricidade, bens de consumo, embalagens, máquinas e equipamentos.
A aplicação do alumínio na produção de embalagens para gêneros alimentícios se consagrou por apresentar qualidade, eliminar desperdícios, reduzir peso e custos em transporte. Na indústria de eletricidade é usado na transmissão aérea de energia a grandes distâncias no formato de cabos.
Para fins não metalúrgicos, a bauxita tem restrições específicas em relação às impurezas de alumina, sílica, ferro e titânio. Elas são usadas majoritariamente para produção de abrasivos, refratários, produtos químicos e cimento. Quando a bauxita é dita calcinada, os constituintes mais voláteis são liberados concentrando uma mistura de coríndon e mulita, cujo teor de Al2O3 fica em torno de 80% a 90% (Sampaio et al. 2008).
4.1. Bauxita para Abrasivos
A bauxita destinada ao uso em abrasivos é utilizada na produção de alumina fundida. Ela é aplicada na fabricação de equipamentos de moagem (ex. Figura 15) e de polimento.
Figura 15. Produto de alumina utilizado para moagem de material cerâmico. (Foto da autora)
Segundo Dompieri et al. (2009), o minério é britado e calcinado, sendo posteriormente misturado com cavaco de ferro (15%) e coque (5%). Essa mistura é levada para a fornalha. O coque reage com o ferro das impurezas no minério que se depositam no fundo da fornalha. Após a reação finalizada é realizado o resfriamento em condições controladas, a fim de se obter a tamanho desejado dos cristais. A massa é então britada, peneirada e limpa.
Obtêm-se abrasivos aluminosos de dureza de até 9,4 mol, resistentes a altas temperaturas. Para aumento da dureza e rigidez é adicionado cromo, principalmente em ocasiões onde seja desejada uma menor temperatura de operação. Outra mistura comum é a alumina-zirconita, que confere imensa durabilidade e é utilizada em fundições e condicionamento do aço.
4.2. Bauxita para Refratários
A bauxita para uso refratário deve conter menos de 4% de impurezas de dióxido de titânio e baixos teores de ferro e álcalis. Tais exigências excluem a grande parte das bauxitas comuns para uso refratário, assim apenas três países, China, Guiana e Brasil, dominam as reservas desse minério.
A partir da bauxita refratária é produzida a alumina refratária. Utiliza-se o processo de calcinação a temperaturas que variam entre 952 e 1.040 °C. Para produzir bauxita calcinada são utilizadas duas toneladas de bauxita beneficiada. No processo de transformação em alumina é removida toda a água livre ou combinada, ocorre reações convertendo argilominerais em mulita e transformações de fases dos minerais de alumínio. Assim parte da alumina é absorvida com a sílica e outra parte forma alumina-alfa (coríndon).
4.3. Bauxita para Produtos Químicos
A bauxita com grau químico gera, como produtos mais importantes: sulfatos, cloretos e fluoretos de alumínio, além de aluminato de sódio e acetato de alumínio.
Os sulfatos são os mais utilizados e para sua produção direta é necessário avaliar a solubilidade relativa em solução sulfúrica das fases presentes (Sampaio et al. 2008). Dentre os três minerais que compõe majoritariamente a bauxita, a gibbsita é a mais solúvel, a boehmita tem solubilidade intermediária e o diásporo é o menos solúvel e indesejado. Outro parâmetro analisado é a razão alumina/ferro, que tem como relação mínima exigida 23/1, de forma que proporcione uma solução amarela pálida. As principais aplicações do sulfato de alumínio estão associadas a liberação de Al3+. O íon atua como agente coagulante no tratamento de águas, por exemplo.
Outros usos de sais de alumínio são: perspirante, clarificador para gorduras e óleos, desodorizador, descolorizador nos processos petrolíferos, integrante de materiais resistentes ao fogo e pigmento para tingimento de couro.
4.4. Bauxita para Cimento
Segundo Sampaio et al. (2008) é possível produzir dois tipos de cimento a partir da bauxita. Eles se diferenciam principalmente pelo teor de ferro. O cimento chamado de aluminato de cálcio possui baixo teor de ferro. Ele é usado como cimento refratário para unir peças refratárias de alta alumina. A adição de componentes aluminosos nesse tipo de cimento confere maior densidade e menor porosidade, propriedades importantes para reduzir a penetração de metal fundido no alto forno.
O cimento de alta alumina contém de 55 a 56% de Al2O3 e menos de 4% de SiO2. Para produção desse tipo de cimento são fundidos calcário e bauxita no cimento Portland. A massa resultante é moída. Esse cimento é composto de aluminatos de cálcio e aluminossilicatos que proporcionam ao material alta resistência a corrosão por água do mar. Além do uso em construções marítimas, ele também é útil onde é necessário que a resistência estrutural se desenvolva dentro de 24h e em refratários.
Algumas bauxitas de baixo teor de alumínio e relativamente elevados teores em ferro e sílica são usados como aditivos para a produção de cimento Portland.
5. ASPECTOS ECONÔMICOS
O Brasil é o 4º maior produtor mundial de bauxita, detentor da 3ª maior reserva mineral, é o 3º maior produtor de alumina e o 7º de alumínio primário. Dentro das principais substâncias metálicas, o alumínio representa aproximadamente 5% do valor da produção mineral comercializada em 2015 (Figura 16, Pinheiro et al. 2016).
Figura 16. Gráfico mostrando a participação das principais substâncias metálicas no valor da produção mineral comercializada – 2015. Fonte: Pinheiro et al. 2016
Os dados econômicos referentes ao ano de 2014, disponíveis no Sumário Mineral de 2015 estão descritos a seguir (Ichihara 2016).
Produção Interna: Em 2014 o Brasil produziu 35,4 Mt de bauxita com uma série de dificuldades provenientes da estagnação do preço, o custo crescente e a inflação alta. O Pará produziu 32,2 Mt, o que significa, aproximadamente, 91% da produção brasileira, sendo as principais empresas atuantes no estado: MRN, NORSK, HIDRO e ALCOA. A produção de alumina atingiu 10,4 Mt apresentando alta em relação ao ano anterior. O aumento foi impulsionado pela elevação do preço da alumina no mercado externo. A produção do alumínio primário no Brasil foi de 962 mil t e a de metal reciclado de 540 mil t.
Importação: Em 2014 a importação brasileira de alumínio primário e semiacabados alcançou US$ 1,97 bilhões, o que representou um crescimento de 50% em relação ao ano anterior. Os bens semimanufaturados atingiram valores de compras de US$ 968,5 milhões e os manufaturados US$ 717,8 milhões.
Exportação: Em 2014, as exportações totais de alumina chegaram a US$ 2,3 bilhões, com aumento de 30% em relação ao ano anterior. As exportações de bauxita permaneceram estáveis em 8,4 Mt. A exportação do metal primário caiu atingindo 456,9 mil t, devido ao aumento do consumo interno e reflexo do fechamento de fábricas no Brasil.
Consumo Interno: O consumo interno aparente de bauxita cresceu 6,4% em 2014, devido ao aumento da produção dos produtos secundários e da queda nas exportações. A alumina apresentou uma retração de 20% no consumo. O metal primário, sucatas, semiacabados e outros oscilaram acima de 4% com o aumento do consumo pelas indústrias de embalagens, de transporte e de consumo.
Projetos em andamento e/ou previstos:
- Projeto Rio Tinto Alcan “Jaguaquara” (BA) está aguardando a construção da ferrovia de integração oeste-leste e da melhora da conjuntura mundial.
- Projeto Amrun da Rio Tinto foi aprovado e a previsão de produzir 22,8 milhões t de bauxita é iniciar as atividades em 2019.
- Projeto “Alumina Rondon” (PA) da empresa Votorantim Metais foi adiado para 2019.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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USGS – United States Geological Survey. 2018. Aluminum Statistic and Information. USGS. Disponível em https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/index.html#pubs. Acesso em 19/1/2018.