Introdução

Este artigo descreve o que são depósitos de minério e como eles se formam. Ainda há muitas questões em aberto, e este é um tema quente de pesquisa, porque todos os metais dos quais dependemos para a vida cotidiana vêm de depósitos de minério. A demanda por metais continua aumentando à medida que a população mundial cresce, e mudamos dos combustíveis fósseis para a energia verde ecologicamente correta. A energia verde descreve a energia que vem de fontes renováveis, como a energia eólica ou solar. A reciclagem ajuda a fornecer alguns metais, mas não o suficiente para satisfazer a demanda [ 1].

A Figura 1 mostra as curvas de oferta e demanda de platina, um metal de alto valor e com grande demanda por tecnologias de energia verde. Estas são apenas previsões, mas de acordo com o enredo, o fornecimento de platina proveniente da mineração e reciclagem não atenderá à crescente demanda. Isto significa que devemos aumentar a oferta – através da descoberta de novas jazidas ou através de uma melhor reciclagem – ou reduzir a demanda.

O que são os depósitos de minério?

Os depósitos de minério são locais na Terra onde os processos geológicos concentraram metais em quantidade suficiente para que possamos extraí-los com eficiência. Os metais na maioria dos depósitos de minério foram originalmente dissolvidos e transportados em fluidos nas profundezas da terra, muitas vezes por longas distâncias, antes de se cristalizarem na forma de minério sólido. Além disso, existem muito poucos metais em sua forma pura na natureza. O ouro é uma exceção, mas quase todos os outros se combinam com elementos como oxigênio, carbono ou enxofre para formar o que chamamos de minerais-minério[1] . Após a mineração, os minérios devem ser processados ​​para obter o metal puro. O processamento consome muita energia e água, e as sobras devem ser recicladas ou armazenadas em lixões. Estes são aspectos negativos da mineração.

Existem muitos tipos de depósitos de minério [1], portanto este artigo descreve apenas os dois que são a fonte mais importante de metais para tecnologias de energia verde. Eles são chamados de depósitos hidrotérmicos e magmáticos, um depósito de minério formado pela cristalização de um magma, e a diferença entre eles é a forma como os metais são dissolvidos e transportados. Em depósitos hidrotérmicos, que é um depósito de minério formado pela cristalização de um fluido hidrotérmico, os metais são dissolvidos em água quente (algo semelhante às fontes termais), mas em depósitos magmáticos, os metais são transportados em rocha líquida derretida chamada magma (imagine algo semelhante à lava).

Depósitos hidrotérmicos são frequentemente encontrados em veios de quartzo que preenchem fissuras abertas nas rochas (Figura 2). Os minérios hidrotérmicos foram transportados por fluidos quentes que circulam na Terra, por isso é fácil perceber porque são encontrados em fendas e fissuras como nesses veios. Mas fluidos quentes também podem permear (absorver) materiais porosos. Diz-se que um material é poroso quando contém espaços abertos ou poros, como uma esponja, rochas como arenito ou calcário, por exemplo. Esse processo forma minérios hidrotérmicos que se espalham pelas rochas porosas.

Os depósitos magmáticos contêm metais que foram transportados por rocha derretida chamada magma. A maioria das pessoas conhece o magma como a lava que flui de um vulcão, mas ele se forma nas profundezas da Terra. A temperatura de fusão das rochas é de cerca de 1.000°C, mas a temperatura exata depende dos minerais que a rocha contém. Se os minerais em fusão contiverem metais, eles serão liberados no magma. Como o magma é líquido e geralmente menos denso que a rocha sólida, ele flui para cima através da crosta. Às vezes, o magma irrompe na superfície como lava ou cinza vulcânica. Mas nas profundezas de cada vulcão existe um reservatório de magma chamado câmara magmática. Os depósitos de minério podem se formar tanto no ambiente superficial quanto em câmaras magmáticas, conforme explicado abaixo.

Como se formam os depósitos de minério hidrotérmico?

Os depósitos hidrotérmicos se formam pela interação de água quente, chamada de fluido hidrotérmico, com as rochas. Os fluidos hidrotérmicos estão entre cerca de 200 e 500°C e reagem quimicamente com as rochas por onde passam, fazendo com que os minerais das rochas se dissolvam liberando metais no fluido. Exatamente quais metais e quanto deles se dissolvem depende da solubilidade. Este termo descreve quanto de uma substância pode ser dissolvida em outra dos minerais que os contêm. Por exemplo, o sal-gema é um mineral muito solúvel em água, mesmo à temperatura ambiente. Outros minerais como feldspatos e micas são muito menos solúveis que o sal, mas podem se dissolver em altas temperaturas, liberando metais como chumbo, ferro, titânio, estanho e lítio no fluido hidrotérmico.

Uma vez dissolvidos, os metais podem se mover por longas distâncias através de rachaduras e poros. Os depósitos de minério se formam quando os metais saem da solução novamente e cristalizam como minérios. Cristalização é o processo de formação de cristais pela transformação de líquido em sólido ou por ultrapassagem do limite de solubilidade, muitas vezes acontece quando o fluido hidrotérmico flui para rochas mais frias e esfria – como as balas crescendo a partir de uma solução de açúcar. Outros processos como ebulição, reação com oxigênio ou alterações no pH também podem causar cristalização. Os geólogos estudam os depósitos de minério em detalhes para descobrir o que causou a cristalização dos minerais no local onde ocorreram. Esse conhecimento os ajuda a decidir onde procurar por mais minerais.

Como se formam os depósitos de minério magmático?

Os depósitos de minério magmático se formam pela fusão de minerais em rochas profundas, transportando os metais para cima no magma líquido e cristalizando os minerais de minério para formar um depósito. Existem dois locais onde essa cristalização acontece. Um está perto ou na superfície de vulcões. Como a pressão é muito baixa, formam-se bolhas no magma – como quando se abre uma garrafa de refrigerante. Este processo é denominado de desgaseificação, o processo de perda de gás de uma solução excedendo o limite de solubilidade, como o CO2 liberado da água carbonatada. (perda de gás) e libera vapor de água, dióxido de carbono e enxofre no ar.

A desgaseificação é a razão pela qual alguns vulcões têm uma nuvem de “fumaça” (na verdade, vapor) acima deles e por que cheiram a enxofre. A desgaseificação pode formar depósitos de minério porque os fluidos quentes liberados contêm metais. Tecnicamente, estes são depósitos hidrotérmicos porque se formam a partir de fluidos quentes. Porém, como os fluidos provêm do magma, usamos um termo especial: magmático-hidrotérmico. Grande parte do cobre mundial vem de depósitos magmático-hidrotérmicos. A cristalização de minerais a partir de fluidos magmático-hidrotermais segue os mesmos processos descritos para depósitos hidrotermais.

O segundo local onde se formam os minérios magmáticos são as câmaras magmáticas. Elas estão localizadas em profundidade suficiente (vários quilômetros abaixo da superfície) para que o magma esfrie lentamente – ao longo de centenas ou milhares de anos. Isso dá tempo para que os minerais cristalizem e se separem do magma líquido, flutuando ou afundando dentro da câmara. Se os cristais formarem camadas, o conteúdo metálico nas camadas pode ser alto o suficiente para a mineração (Figura 3).

Assim, a formação de minério em câmaras de magma envolve a cristalização de minerais de minério e sua concentração em depósitos lavráveis. Muitos fatores desempenham um papel aqui. A temperatura e a composição do magma determinam quais minerais cristalizam e quando. A densidade determina se os cristais afundam ou flutuam. A fluidez do magma afeta a rapidez com que os cristais se separam. E a taxa de resfriamento determina se há tempo suficiente para os cristais se assentarem em camadas antes que o magma se solidifique. Os geólogos devem compreender esses fatores para encontrar novos depósitos.

Por que a perfuração científica é importante?

É incomum encontrar depósitos de minério expostos na superfície da Terra. Geralmente, eles são pelo menos parcialmente cobertos por grama, árvores, neve ou areia do deserto, ou podem estar profundamente erodidos. Portanto, para estudar detalhadamente os depósitos de minério, nada melhor do que perfurar a Terra e retirar um cilindro de rocha chamado núcleo de perfuração. Os núcleos de perfuração têm geralmente de 5 a 10 cm de espessura e de várias centenas de metros a mais de 3.000 m de comprimento. Além disso, muitos projetos de perfuração fazem mais de um furo, para que possam obter um registro 3D das rochas sob nossos pés.

Um registro 3D detalhado dos depósitos de minério permite que os geólogos procurem características nos minérios e nas rochas circundantes que forneçam pistas sobre o processo de formação do minério. Exemplos são fissuras e zonas porosas na rocha, mudanças na cor ou textura e mudanças no tipo e abundância de minerais. O próximo passo é levar amostras ao laboratório e determinar o teor de metal e os tipos de minérios presentes. Os núcleos de perfuração são ideais para análises químicas e minerais porque são amostras “frescas do solo”, não afetadas por anos de intemperismo e erosão na superfície da Terra.

O Programa Internacional de Perfuração Científica Continental (ICDP, na sigla em inglês) é uma organização multinacional que fornece dinheiro e consultoria técnica para projetos de pesquisa que utilizam perfuração para pesquisa científica. O maior projeto do ICDP para estudar depósitos de minério é o Bushveld Drilling Project (BVDP) na África do Sul.

O alvo do BVDP é o maior depósito de minério magmático de platina e metais relacionados do mundo [2]. Esses metais têm muitas aplicações e espera-se um aumento na demanda por tecnologias de energia verde [3]. Os minérios de platina de Bushveld são encontrados como camadas em uma câmara de magma antiga e agora sólida como rocha (Figura 3).

Ninguém sabe exatamente como essas camadas se formaram, e a única maneira de descobrir é estudá-las detalhadamente, juntamente com as rochas acima e abaixo. Quando concluído, em 2024, o projeto BVDP terá coletado mais de 10 quilômetros de testemunhos de perfuração através da câmara magmática e suas camadas de minério. Esta coleção de testemunhos de perfuração será estudada por equipes internacionais de geólogos para descobrir como as camadas de minério se formaram. Se pudermos responder a isso, será mais fácil encontrar outros depósitos de platina no futuro.

Olhando para o futuro

A platina é um dos vários metais que são ingredientes essenciais para fontes de energia ambientalmente seguras, pelo que o nosso futuro depende de um abastecimento adequado. Mais e melhor reciclagem fará parte da solução, mas os depósitos de minério serão a principal fonte de metais durante muitos anos. Como os depósitos atuais estão esgotados pela mineração, é necessário encontrar novos. A investigação científica desempenha aqui um papel fundamental, porque a Terra é um lugar grande e saber onde encontrar novos depósitos de minério exige compreender como se formam.

Glossário

Energia Verde: A expressão energia verde descreve a energia proveniente de fontes renováveis, como a energia eólica ou solar.

Depósito Magmático: Um depósito de minério formado pela cristalização de um magma.

Depósito Hidrotérmico: Um depósito de minério formado pela cristalização de um fluido hidrotérmico.

Poroso: Diz-se que um material é poroso quando contém espaços abertos ou poros, como uma esponja.

Fluido Hidrotérmico: O termo significa literalmente fluido aquoso quente, geralmente água rica em sal dissolvido e minerais em temperaturas de 200 a 500°C.

Solubilidade: Este termo descreve quanto de uma substância pode ser dissolvida em outra.

Cristalização: Processo de formação de cristais pela transformação de líquido em sólido ou por ultrapassagem do limite de solubilidade.

Desgaseificação: Processo de perda de gás de uma solução excedendo o limite de solubilidade, como o CO2 liberado da água gaseificada.

Núcleo de Perfuração: Um cilindro de rocha extraído do solo por perfuração. Os núcleos de perfuração têm geralmente de 5 a 10 cm de espessura e de várias centenas de metros a mais de 3.000 m de comprimento.

Referências

[1] Arndt, N. T., Fontboté, L., Hedenquist, J. W., Kelser, S. E., Thompson, J. F., e Wood, D. G. 2017. Global mineral resources. Geochem. Perspect. Eur. Assoc. Geochem. 6:1–171. doi: 10.7185/geochempers.6.1

[2] Mungall, J. E., e Naldrett, A. J. 2008. Ore deposits of the platinum-group elements. Elements 4:253–8. doi: 10.2113/gselements.4.4.253

[3] Smith, B. J., Graziano, D. J., Riddle, M. E., Liu, D.-J., Sun, P., Iloeje, C., et al. 2022. Platinum Group Metal Catalysts: Supply Chain Deep Dive Assessment. Washington, DC: Departamento de Energia dos Estados Unidos. doi: 10.2172/1871583

 

Citação

Trumbull RB and Codeço MS (2023) How Do Ore Deposits Form?. Front. Young Minds. 11:1237650. doi: 10.3389/frym.2023.1237650

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