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INTRODUÇÃO
Fig.1 – Primeira Pilha
comercial de 1934. Não só as pilhas contribuem para a destruição do ambiente, mas a exploração dos metais também o faz e há muito mais tempo. Desde a idade do Ferro, à milénios atrás que esta exploração decorre ininterruptamente, mas é com a revolução industrial que as matérias-primas metálicas, são exploradas largamente, provocando infiltrações de iões metálicos em lençóis freáticos, contaminando águas, populações e seres vivos e esta exploração também está relacionada com as Pilhas, pois muitos dos compostos destas são metais pesados que só podem ser obtidos através da explorado mineira de metais. Nas últimas décadas temos assistido a diversas mudanças no que diz respeito a estas situações, na Europa essencialmente, começou a ser feita a reciclagem de pilhas e acumuladores, e já no que diz respeito a exploração de metais, normas e leis foram criadas para proteger o meio que as envolve. Exploração Mineira de Metais Historia:
A exploração de metais
terá começado a mais de dez mil anos
Mais tarde o Cobre e o Bronze já eram produzidos através de fornos, mas é na Grécia antiga, que são exploradas as primeiras minas de Chumbo em 2 a.C., já nos tempos do Império Romano a mineração avança com os novos dispositivos de extracção de agua de dentro das minas. Fig.2 – Mina de Ferro na Escócia (1867) Na idade media, aparece o primeiro registo de exploração mineira, mas só no século XIX e que a mineração se torna uma indústria de peso, Alfred Nobel descobre a dinamite (1865), quase cem anos mais tarde é inventada a primeira escavadora para minas e atingimos a mineração dos dias de hoje. Procedimentos de Exploração de Metais: A vida de uma exploração mineira é composta por um conjunto de etapas que se podem resumir a: . Pesquisa para localização do minério. . Prospecção para determinação da extensão e valor do minério localizado. . Estimativa dos recursos em termos de extensão e teor do depósito. . Planeamento, para avaliação da parte do depósito economicamente extraível. . Estudo de viabilidade para avaliação global do projecto e tomada de decisão entre iniciar ou abandonar a exploração do depósito. . Desenvolvimento de acessos ao depósito que se vai explorar. . Exploração, com vista à extracção de minério em grande escala. . Recuperação da zona afectada pela exploração para que tenha um possível uso futuro. Relativamente ao modo de escavação as minas podem dividir-se em dois tipos principais: minas subterrâneas e minas a céu aberto.
Fig.3 – Mina de Chuquicamata (Chile) é a maior mina a céu-aberto de cobre do mundo. Consequenciais Ambientais da Exploração de Metais Actualmente as companhias mineiras são obrigadas a cumprir normas ambientais, de encerramento e de funcionamento bastante restritas, de forma a assegurar que a área afectada pela exploração mineira regressa à sua condição inicial, ou próxima da inicial e em alguns casos até melhor que a inicial.
Alguns métodos de
exploração antiquados tiveram,
e continuam a ter em países com fraca regulamentação, efeitos
devastadores no ambiente e na sa Pode ocorrer contaminação química grave do solo nas áreas afectadas, a qual pode ser ampliada e alastrada por exemplo pela água, criando situações de contaminação maciça. Muitos dos minérios explorados, são minérios de metais pesados que em contacto com a água, tornam-na muito perigosa para a saúde humana e animal, pois os metais pesados acumulam-se nos organismos vivos, e podem provocar cancros, morte por envenenamento entre outras desgraças.
Fig. 4 - Precipitado de
hidróxido de ferro num regato recebendo águas ácidas de uma mina de
carvão (Missouri, Estados Unidos). Outros problemas ambientais possíveis são a erosão, subsistência, abandono de resíduos perigosos, perda de biodiversidade e contaminação de aquíferos e cursos de água. No entanto, as explorações mineiras modernas têm práticas que diminuíram significativamente a ocorrência destes problemas, sendo alvo de apertado escrutínio ambiental. Caso de Portugal Portugal, é geologicamente rico em metais não muito comuns, como Volfrâmio, Urânio, Ouro e Cobre, tendo varias minas a funcionar actualmente. O nosso país representa um dos maiores exportadores de Urânio e Volfrâmio do mundo, através a exploração nas minas de Arouca (W) e das minas de da Cunha Baixa, Mangualde (U), contudo estas minas já não tem a importância que tiveram durante a 2º guerra mundial, estando muitas delas abandonadas. As minas da Panasqueira, largamente exploradas no sec. XX e actualmente abandonadas representam agora um grande problema ambiental resultante da ma gestão de exploração, poços de agua a 16Km de distancia em Cabeço do Peão, apresentavam elevadas concentrações de Arsénico, Chumbo, Cobre e Zinco. A lei portuguesa já estabelece normas para a exploração de metais e minérios, mas muitos danos já foram feitos no passado, estando agora a reflectir-se um bocado por todo a o pais, desde águas radioactivas, elevadas concentrações de iões de metais pesados à lixiviaçao das águas provenientes das minas, que afectam a saúde das populações.
Fig.5 – Tabela com a produção de minérios metálicos de Portugal. (1991-2000) Utilizações das Pilhas Comerciais Historia: Muitos cientistas distinguiram-se na formulação de teorias sobre a electricidade, mas apenas um consegui criar a primeira pilha eléctrica do mundo.
Alessandro Volta,
cientista Italiano, concebeu a primeira pilha do mundo, a chamada pilha
de Volta que consta de uma sobreposição de
O seu trabalho da época foi tão aclamado, que altas individualidades como Napoleão e o Imperador da Áustria lhe conferiram títulos e lugares em universidades de física conceituadas. Como as pilhas eram feitas através de electrólitos líquidos e guardados em potes de cerâmica, tornaram-se muito pouco viáveis, mas no fim do sec. XIX com a invenção das pilhas secas, que utilizam uma pasta como electrólito, a industria das pilhas cresceu rapidamente ate aos dias de hoje.
Fig.6 – Pilha de Volta (1800) O que é uma pilha?
Pilha é uma fonte portátil
de energia, resultante de reacções químicas que ocorrem no seu interior. Como funciona uma pilha? A pilha é composta de três itens básicos: um ânodo, um cátodo e um electrólito.
Ânodo – Eléctrodo
Negativo da Pilha (pólo negativo) Estes três componentes podem ser feitos de muitos materiais diferentes e também podem ser combinados de várias formas. A escolha do material a ser usado, o tipo, e a qualidade destes materiais são importantes para determinar os níveis de energia e de desempenho da pilha.
Tipos de Pilhas:
Consequências da Utilização das Pilhas Comerciais Dos constituintes das pilhas aqueles que apresentam maiores problemas para o ambiente, principalmente pelo seu elevado tempo de permanência, são os metais pesados. A perspectiva ambiental define os metais pesados como elementos traço ¾ que ocorrem na litosfera abaixo de 0,1% em massa ¾ que dão origem a reacções biogeoquímicas com libertação de substâncias radioquímicas. Quando as pilhas são depostas no solo e ao longo do tempo vão-se deteriorando, os seus componentes espalham-se e infiltram-se provocando a contaminação dos solos e podendo mesmo atingir os lençóis freáticos. O tempo de permanência dos metais pesados no solo é elevadíssimo, dando-se ao longo de muitos anos a incorporação na cadeia alimentar com consequências, por exemplo, ao nível da toxicidade dos metais.
Fig.8 – Rio no Brasil após descarga ilegal duma indústria de mercúrio. Particularmente, no processo de compostagem, a presença das pilhas reduz significativamente a qualidade do adubo orgânico, podendo inclusivamente inviabilizar a sua utilização para a agricultura devido ao excesso dos metais pesados. Aquando da deposição na água, dá-se a absorção dos metais pelos sedimentos de matéria orgânica e da argila presentes na água. Este meio torna-se então equivalente ao solo em termos de tempo de permanência. Os metais decompõem-se em tóxicos bioacumulativos com incorporação na cadeia alimentar (moluscos, peixes,…). O mercúrio por exemplo, quando incorporado no corpo humano provoca problemas ao nível do sistema nervoso central com consequências aos níveis sensorial, motor e psicológico). Por seu turno o Cádmio provoca problemas a nível ósseo com deformação e facilidade de fractura. O lítio liberta gases inflamáveis, o chumbo também se acumula no organismo levando mesmo ao cancro ou envenenamento. Reciclagem das Pilhas: Caracterização da reciclabilidade: Quanto à reciclabilidade das pilhas a situação divide-se em: a) Pilhas que podem ser recicladas de acordo com processos actualmente existentes, como os processos aplicados a pilhas de botão (de óxido de prata e óxido de mercúrio) e também os que se utilizam na recuperação dos metais dos acumuladores de Níquel-Cádmio. b) Pilhas cuja reciclagem depende de processos de «alta tecnologia»: . Tecnologia de reciclagem das pilhas alcalinas e de Zinco-Carvão. É altamente custosa devido à eliminação obrigatória do mercúrio ( a sua presença inviabiliza o processo). . Tecnologia necessária à reciclagem de pilhas que não foram sujeitas a triagem prévia. c) Pilhas para as quais a reciclagem é actualmente inviável. Por exemplo, as pilhas de lítio não contêm na sua composição materiais de valor que justifiquem a sua recuperação. Outros problemas se verificam na recuperação dos produtos constituintes das pilhas: o mercúrio e o zinco recuperados pelos processos existentes apresentam sempre contaminação por cádmio. Este é um factor limitante da comercialização destes produtos a não ser que sejam sujeitos a tratamento adicional com implicações nos custos globais. Por outro lado, existem ainda actualmente algumas dúvidas quanto às aplicações de alguns dos produtos recuperados nos processos referidos.
Fig.10 – A pilha reciclada; Processos de reciclagem A reciclagem de pilhas envolve geralmente três fases: a triagem, o tratamento físico e o tratamento metalúrgico. O tratamento físico consiste na moagem e posterior separação de constituintes. O tratamento metalúrgico consiste de um de dois processos, consoante a tecnologia adoptada pela unidade de reciclagem: Processo Pirometalúrgico – após a moagem, o ferro é separado magneticamente. Os outros metais são separados tendo em conta os diferentes pontos de fusão. Uma queima inicial permite a total recuperação do mercúrio e do zinco nos gases de saída. O resíduo é então aquecido acima de 1000ºC com um agente redutor, ocorrendo nesta fase a reciclagem do manganésio e de mais algum zinco. Trata-se portanto de um processo térmico que consiste em evaporar à temperatura precisa cada metal para recuperá-lo depois, por condensação. Processo Hidrometalúrgico – opera geralmente a temperaturas que não excedem os 100ºC. As pilhas usadas, sujeitas a moagem prévia, são lixiviados com ácido hidroclórico ou sulfúrico, seguindo-se a purificação das soluções através de operações de precipitação ou electrólise para recuperação do zinco e do dióxido de manganésio, ou do cádmio e do níquel. Muitas vezes o mercúrio é removido previamente por aquecimento. Caso de Portugal Portugal tem recolha de pilhas desde 1993, mas só apenas em 2002 é que surgiu o sistema integrado de recolha de pilhas e acumuladores, Ecopilhas. A Ecopilhas foi licenciada como Entidade Gestora do Sistema Integrado de Pilhas e Acumuladores Usados, no dia 14 de Outubro de 2002 por decisão do Ministério das Cidades e Ordenamento do Território e Ambiente. Desde a publicação da lei, os operadores económicos são responsáveis pela gestão das pilhas e acumuladores usados, pela sua recolha selectiva, e valorização ou eliminação em unidades legalizadas para o efeito.
Fig.11 – Gráfico da evolução da recolha de pilhas em Portugal. Curiosidade: A pilha de Bagdad
É feita de um pequeno vaso de argila no qual reside um tubo de chapa de cobre, com diâmetro aproximado de 2,5 cm por 10cm de comprimento, a sua base é selada por um disco de cobre, e do interior sai uma barra de ferro, aparentemente corroída por ácido, com uma tampa de asfalto. Inicialmente foi catalogado como um simples objecto de culto e posto na secção de arqueologia religiosa do Museu de Bagdad, até que o arqueólogo alemão Wilheim Konig examinou o objecto e chegou a uma conclusão inacreditável: se o vaso fosse realmente preenchido por alguma solução ácida, poderia de fato ter funcionado como uma bateria eléctrica rudimentar. Outra hipótese é de que a pilha era usada por comerciantes para galvanizar objectos metálicos com ouro, para que pudessem ser vendidos a um preço maior
Fig. 13 – Pilha de Bagdad Conclusão Pode-se concluir que as pilhas comerciais foram uma das grandes invenções da humanidade, contudo esta invenção traz consigo problemas graves, que podem ser resolvidos, evitando a destruição do meio ambiente em redor, através da reciclagem das pilhas poupamos o ambiente e as nossas vidas. Da mesma forma a exploração mineira de metais que também esta relacionada com as pilhas, pois é ela que faculta as matérias-primas que virão a compor uma pilha, é poupada se reciclarmos e se todas as medidas e normas referentes as minas de metais forem cumpridas não haverá aquíferos contaminados, nem solos, nem pessoas doentes. Assim a nossa missão dos dias de hoje é tentar evitar que estas desvantagens ocorram a nossa volta, se o fizermos estamos a salvar-nos a nos mesmos dum fim triste e duro.
Fig.12 – Mina de Ferro a sul de Paris Bibliografia Internet: . www.google.com . www.ecopilhas.pt . http://nelsonfq.blogs.sapo.pt/4285.html . http://www.ecopilhas.pt/portal/index.php?id=69 . http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_(electricity) . http://www.batteriesplus.com/t-battery-recycling-process.aspx . http://en.wikipedia.org/wiki/Baghdad_Battery . http://www.windsun.com/Batteries/Battery_FAQ.htm . www.wikipedia.pt Livros: . Enciclopédia Luso-Brasileira de Cultura, Lisboa: Editorial Verbo, 2000; . Diciopédia 2004, Porto Editora. . 12Q, Química 12ºano – Texto Editores 2007 . Preparar para os Testes, Química 12ºANO – Areal Editores, 2007 Outros Trabalhos Relacionados
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Alessandro
Volta não imaginava, à 200 anos atrás, as
consequências
da sua descoberta. Ao criar a primeira pilha eléctrica, mudou o rumo da
história e o mundo evolui-o de tal forma que hoje não podemos viver sem
ela, mas esta descoberta ao longo do tempo revelou-se dramática para o
ambiente onde nos inserimos, a falta de reciclagem de pilhas, que
essencialmente são compostas por metais pesados, contaminou solos e
aguas que por sua vez, levaram a contaminação de cadeias alimentares
inteiras.
atrás
como a utilização de Ouro e Prata, como motivos ornamentais, estes
metais são raros
mas são mais fáceis de encontrar na fórmula simples e não de minério.
úde
pública. 
discos
de cobre e zinco, soldados dois a dois e dispostos na mesma ordem,
ficando cada par separado do imediato por uma rodela de pano ou de
cartão embebida em ácido sulfúrico. Volta notou entre as placas da base
e as do alto, uma diferença de potencial que dava origem a fenómenos
eléctricos.
Pilha
Salina (1860) – os eléctrodos são zinco como ânodo, que serve
também de caixa, e grafite como cátodo, a solução electrolítica e uma
pasta de óxidos de magnésio, NH4Cl e ZnCl2.
Pilha
Alcalina (1959) – essencialmente igual a pilha salina, mas em
vez de ter NH4Cl, tem KOH ou NaOH, estas pilhas tem um tempo de via útil
superior, pois o ânodo zinco sofre menos desgaste em condições básicas.
Pilha
de Mercúrio (1945) – são muito utilizadas em calculadoras e
relógios, pois são muito pequenas, utilizam zinco como ânodo e óxido de
mercúrio (altamente tóxico) como cátodo e KOH como electrólito.
Pilha
de Níquel-Cádmio (1899) – os eléctrodos são o cádmio e o óxido
de níquel. Estas pilhas são recarregáveis por aplicação de uma tensão
inversa para inverte ro sentido da reacção.
Acumulador
de Chumbo (1859) – Os eléctrodos são o chumbo e os óxidos de
chumbo, e o electrólito é o Acido Sulfúrico. São vulgarmente utilizados
nos automóveis e dão para recarregar.
Pilha
de Lítio (1991) – Esta pilha utiliza solventes orgânicos como
electrólito, combinado com o Lítio faz uma pilha com capacidades
energéticas muito maiores. São largamente utilizadas nos telemóveis e
máquinas fotográficas.
Apesar
de Volta ser aclamado em Itália como
o inventor das pilhas modernas (Prata-Zinco), antigas baterias foram encontradas
em ruínas numa vila
de Bagdad chamada Khujut Rabu, em 1936, datado de 250 a.C.
