Grafita: o mineral do futuro
Grafita: Mineralogia e Propriedades
O carbono, conhecido como “elemento da vida”, é o 15° elemento químico mais abundante na crosta terrestre e o 4° mais abundante no universo, depois do hidrogênio, hélio e do oxigênio. Originado da palavra latina “carbo”, que significa carvão, o carbono pode ocorrer naturalmente na forma de diamante ou grafita. Embora compartilhem a mesma composição química, carbono puro, estes minerais exibem propriedades físicas, químicas, estruturais e cristalográficas distintas devido às diferentes condições de pressão e temperatura durante sua formação.
Por ser estável em temperaturas e pressões relativamente baixas, quando comparada ao diamante, a grafita apresenta estrutura cristalina menos densa, em que os átomos se organizam em camadas hexagonais, com ligações fracas entre elas, conhecidas como forças de Van der Waals. Por outro lado, no diamante, cada átomo de carbono forma ligações covalentes com outros quatro átomos dispostos nos vértices de um tetraedro, conferindo uma estrutura mais compacta e densa.
A grafita é um elemento nativo composto de carbono, embora possa estar contaminada por óxido de ferro, argila e outros minerais, cujo nome provém de “graphein”, do grego, que significa “escrever”, em alusão ao seu uso nos lápis. Se trata de um mineral não metálico, inerte, com coloração que varia do cinza-escuro ao preto, peso específico entre 2,1 e 2,3 g/cm3, brilho metálico, ocasionalmente terroso, clivagem perfeita {0001}, macio, com dureza entre 1 a 2 na escala de Mohs, cristalografia hexagonal e traço preto. Além disso, pode possuir hábito tabular, colunar, terroso, maciço, foliado, compacto ou globular com estrutura radial.
É conhecida por sua excelente capacidade de condução de calor e eletricidade, sendo considerada a melhor entre os não metais. Com ponto de fusão de 3.927 °C, a grafita é altamente refratária e exibe propriedades lubrificantes, compressíveis e maleáveis. Além disso, possui notável resistência química, térmica e à oxidação, o que a torna um mineral de grande interesse para a mineração e a indústria, devido à sua versatilidade e ampla gama de aplicações.
Aplicações
Considerado um mineral com propriedades exclusivas, a grafita é uma inovadora referência para a aplicação em produtos de alta tecnologia. Isso porque, ela é o melhor condutor térmico entre os não-metais e apresenta uma química inerte, além de sua capacidade para refratar. Em função dessas características, cita-se aplicações, como:
- Atividades metalúrgicas, como aditivos de carbono e carburantes para diferentes tipos de ferro;
- Fabricação de tijolos e polímeros, como plásticos e borrachas;
- Componente de peças de refração;
- Lubrificantes sólidos ou a base de água para serem utilizados na agricultura (em fertilizantes e sementes) e forjarias;
- Eletrodos, em lâmpadas, por exemplo;
- Construção de baterias, como Íon Lítio e Alcalinas, além de peça para células de combustíveis;
Reservas
A geologia da grafita é diversa, pois apresenta formações em rochas ígneas, sedimentares e metamórficas, mas também em materiais, como meteoritos de ferro-níquel. As principais reservas registradas explotam as rochas metamórficas, uma vez que apresentam melhores condições de rendimento econômico, seja em lavra, seja em beneficiamento.
Além disso, as reservas mundiais de grafitam ultrapassam as 390.000 toneladas – sendo a maior concentração na China, com 55% das estimativas totais.
Do mesmo modo, no que tange ao Brasil, as reservas totalizam 28,3% daquelas descobertas no mundo, com destaque para os estados de Minas Gerais, Ceará e Bahia, que, juntos, somam, aproximadamente, 105 milhões de toneladas do mineral Grafita. A maior ocorrência em território brasileiro é a região de Pedra Azul, no interior de MG.
Embora a nação verde-amarela configure como uma das maiores detentoras de jazida de Grafita, o país ainda precisa investir na extração, haja vista que, figura no terceiro lugar dos principais produtos, em escala mundial.
Grafeno
Material que deu Prêmio Nobel de Física para os pesquisadores, Andre Geim e Konstantin Novoselov, o grafeno é uma forma de carbono composta por uma fina camada de átomos na estrutura hexagonal. O grafeno é uma das formas alotrópicas do carbono, assim como o grafite e o diamante (MARTUCHI, 2023).
Tem como principais características a leveza, resistência mecânica, flexibilidade, condutividade elétrica semelhante com a do cobre e excelente condutor térmico.
O grafeno abriu diversas oportunidades para a exploração de equipamentos de alta tecnologia, como baterias com rápido armazenamento e transistores/ semicondutores eletrônicos. Do mesmo modo, o bem mineral pode ser utilizado em outros fins, tais quais:
- Dessalinização e purificação da água do mar, por meio de membranas de grafeno
- Sensores bio corporais para o rastreio de doenças
- Robustez e maior leveza em concretos para construção civil
- Pneus mais firme e leves com adição de grafeno
Embora, esses benefícios ainda estejam em fase de experimentos, a complexidade do grafeno já permite medir suas particularidades para a construção de um futuro mais sustentável.
Projeto Mggrafeno
O projeto MGgrafeno, resultado da parceria entre Companhia de Desenvolvimento de Minas Gerais (Codemge), Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear (CDTN), tem como missão desenvolver um processo de produção de grafeno e incentivar o desenvolvimento de novos produtos e processos de alta tecnologia, assim agregando valor ao grafite produzido no Estado de Minas Gerais.
Em conjunto com a produção de Grafeno foram feitos mais de 20 aplicações e materiais, por exemplo:
- Superfícies hidrofóbicas
- Supercapacitores
- Baterias
Autores: Artur Costalonga e Eduardo Henrique
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