Cultura – Conhecimento

Estanho Puro – Grau “A”

Elemento químico metálico obtido na fundição do minério de cassiterita. Após o refino metalúrgico atinge a pureza Grau “A”. Metal não tóxico, maleável, dúctil e baixo ponto de fusão (232º. C) utilizado na eletroeletrônica, fundição, metalurgia, automobilística, metal-mecânica, hidráulica e outras.

O estanho é um mineral relativamente raro e a maior parte das reservas é de baixo teor, o que dificulta ou inviabiliza sua exploração econômica. Contudo, a extração do metal, quando em teores mais elevados é bastante simples. O principal minério do estanho é a cassiterita ou óxido de estanho, geralmente associado a granitos, no entanto, a maior parte do estanho explorável economicamente é obtida de jazidas secundárias.

As reservas de estanho são suficientes para manter o consumo mundial nos patamares atuais por pouco mais de 20 anos. O Brasil está entre os países com maior potencial de reservas a serem exploradas.

A evolução do consumo do estanho pode ser estimada em relação à evolução da sociedade industrial, ou mais diretamente pelo consumo de embalagens alimentícias e ao consumo de veículos. As aplicações mais relevantes do estanho atualmente, contando o estanho contido, são respectivamente: as folhas de estanho, folhas-de-flandres (tinplates), consumindo, respectivamente, 32e 27% do consumo aparente LME (London Metal Exchange).

As aplicações mais relevantes continuam a ser o mercado de embalagem com as folhas-de-flandres e as soldas, para estas últimas, notadamente, destinadas às indústrias automobilísticas, de telecomunicações e de eletro-eletrônicos. A indústria do estanho sofreu também com a queda no consumo da indústria automobilística, que substituiu parcialmente a solda estanhada por outras técnicas, utilizando-se de outros metais não-ferrosos. O processo de redução da intensidade do uso do estanho não é propriamente uma novidade, visto que, mesmo na década de 1950 e 1960 o setor já vinha sofrendo, principalmente pelo seu elevado custo.

Vislumbra-se a possibilidade de aumento do consumo de estanho nos próximos anos, em função da substituição total (a Casa Seu Alfredo não utiliza e não comercializa peças que contenham chumbo), ou parcial do chumbo em diversos usos, inclusive ligas estanho/chumbo, devido à toxidade do chumbo, como por exemplo, em cápsulas para garrafas de vinho e projéteis de armas de fogo.

Em função da importância do Brasil no cenário internacional do estanho, na reunião do Comitê Executivo da ATPC (Association of Tin Producing Countries) de setembro de 1998 ficou decidida a transferência da sede da entidade para o Rio de Janeiro. Segundo o ITRI (Internacional Tin Research Institute) o aumento potencial do consumo mundial de estanho é de cerca de 30 mil toneladas nos próximos anos.

A indústria de extração mineral necessita de incentivos para investimentos de longo prazo, principalmente em pesquisas geológicas e em processos de extração. Portanto, medidas de políticas públicas específicas para o setor, políticas verticais, necessariamente passam por uma forma de viabilizar investimento privado induzindo o setor a agregar valor. Para isto, faz-se necessário o amortecimento do risco que acaba elevando-se com o alto custo financeiro, com o câmbio desvalorizado ou volátil e com um regime tributário pouco adequado ao investimento de risco. Uma outra necessidade que se deve retomar é a de infra-estrutura adequada, principalmente energia-elétrica e transporte, de forma a possibilitar o adequado tratamento nos locais de extração e o transporte em meios mais eficientes, reduzindo o custo do produto final, tornando-o mais competitivo e rentável.

O Brasil é o sétimo maior produtor de Estanho, com produção aproximada de 12 mil toneladas de Sn contido em 2007, o que representa cerca de 4% da produção mundial, que foi de 300 mil toneladas, como mostra a Figura 1. A China é o maior produtor mundial, com 130 mil toneladas.

Entre as principais aplicações do estanho e suas ligas, temos:

Revestimentos de Estanho – Atualmente a principal aplicação do estanho na indústria consiste na deposição deste elemento como revestimento na superfície de chapas de aço com o objetivo de aumento da resistência à corrosão, principalmente no caso de embalagens para alimentos. Os revestimentos em geral representam 40 % do total mundial do consumo de estanho.

Chapas de Aço Estanhadas (Folhas de Flandres) – O estanho isola o aço do contato com o ambiente corrosivo e assim o protege. Especificamente no caso de latas para embalagens de produtos alimentícios, o estanho confere proteção ao aço contra a ação corrosiva destes produtos, e as pequenas quantidades de estanho dissolvidas nestes produtos não acarretam nenhuma modificação sensível na sua qualidade, assim como não ocorre desprendimento de hidrogênio nesses ambientes. Entretanto, quando ocorre alguma falha no revestimento, a ação corrosiva nesta região é tão rápida que a perfuração de chapa de aço acontece de modo muito rápido.

Metais de enchimento para soldagem branca – O estanho líquido adere, de modo relativamente fácil, à superfície da maioria dos produtos metálicos, o que favorece seu uso como metal de enchimento no caso de soldagem branca.

Metais para fundição – Certas ligas para mancais podem ser fundidas em moldes de areia ou em moldes metálicos para a fabricação de diferentes tipos de peças com diversas finalidades aqui se inclui as peças artesanais de estanho.

Supercondutibilidade – O estanho transforma-se num supercondutor abaixo de 3,72 K e foi um dos primeiros supercondutores a ser estudado; o efeito Meissner, uma das características dos supercondutores, foi descoberto inicialmente em cristais supercondutores de estanho. O composto nióbio-estanho Nb₃Sn é comercialmente usado para produzir fios de imãs supercondutores. Os eletroímãs supercondutores que pesam alguns quilogramas são capazes de produzir campos magnéticos comparáveis a toneladas de eletroímãs convencionais.

Curiosidade: os compostos de estanho são usados na manufatura de vidros opacos e vernizes. O fluoreto de estanho é um dos componentes das pastas dentais com flúor. – O estanho liga-se com facilidade ao ferro, e por isso é usado na indústria automotiva para revestimento e acabamentos da lataria. – O estanho também é muito usado em telhas, correntes e âncoras.
– Os recipientes de aço blindados com estanho são muito usados para a conservação de alimentos. – Revestimentos de sais de estanho pulverizados sobre vidro conduzem eletricidade. Esses revestimentos podem ser usados em painéis luminosos e em pára-brisas para livrá-los de água ou gelo. A cor natural do estanho é brilhante como a prata, com a vantagem de não exigir a limpeza e polimento constantes desta. Observa-se que a cor escura tradicionalmente associada nada mais é do que o fruto de um processo longo de oxidação, suscetível de ser acelerado mediante tratamento especial para quem preferir o acabamento escuro.

As propriedades físicas, químicas, mecânicas e eletromagnéticas do material determinam a importância do material para as grandes áreas do conhecimento, como a engenharia de materiais, ligada intimamente à importância comercial e à gama de aplicações do material no cenário da ciência dos materiais.

MÉTODOS DE EXTRAÇÃO E PROCESSAMENTO MINERAL

O método de extração dos minerais de estanho é relativamente simples, devido à simplicidade do minério – estanho negro. Primeiramente, o minério é concentrado e separado das impurezas terrosas através de uma lavagem. Esse processo é facilmente realizado, pois o estanho tem elevado peso específico (6,8 a 7,0). O seguinte processo funciona bem para o estanho em grão, porém para o estanho de veio requer um tratamento mais complexo. Da mesma forma lava-se o minério triturado e por calcinação oxidante elimina-se o arsênio (Ar) e o enxofre (S). Usando um separador eletromagnético separa-se o tungstênio e o resíduo resultante da calcinação das piritas. A extração do estanho a partir dos concentrados de minérios é feita pela redução do minério em um forno de cuba ou de revérbero. Aquecendo assim a pedra de estanho com carvão em pedra no forno de revérbero. Logo o óxido é reduzido:

SnO₂ + 2C = 2CO + Sn

Retira-se o estanho metálico concentrado no fundo do forno e este é moldado em lingotes ou blocos com cerca de 99,5% de estanho metálico. A escória é retratada e recupera-se de 20 a 40 por cento do metal contido

REFINO

O refinamento do estanho é feito a partir do aquecimento a uma temperatura ligeiramente acima da necessária para a fusão do metal, na fornalha inclinada dentro de um forno de revérbero. O estanho, por sua vez, escoa até o fundo da fornalha deixando, o que seria a escória de refino, ou impurezas metálicas oxidadas. Depois deste processo o estanho ainda pode ser purificado agitando-se o metal com um pedaço de madeira. O metal é agitado pelo borbulhamento dos gases ascendentes e isto expõe o estanho subsequentemente à ação oxidante do ar. As impurezas são retiradas na forma de espuma, porém como a escória do refino contém grande quantidade de estanho, ela é refundida com o minério. A recuperação do estanho através de chapa e aparas de outros objetos é um importante processo. Tratando as aparas com cloro, em um cilindro de ferro fechado, forma-se cloreto estânico, volátil, que se transforma algumas vezes em hidreto (SnCl₄. 5H₂0) utilizado, dentre outras maneiras, na indústria de seda. Concluindo, num forno de fornalha aberta, fundem-se as aparas de ferro resultantes.

Importância do metal para a Engenharia de Materiais

A grande importância do estanho na engenharia de materiais compreende à formação de ligas com diferentes propriedades, assim como a maioria dos metais. As ligas, de acordo com suas propriedades, são aplicadas comercialmente. Já o estanho puro é utilizado para fabricação de embalagens, tintas, tanques de armazenamento, entre outras aplicações, sendo também relevante para a engenharia de materiais.

Há diversos tipos de estanho, com diferentes graus de refino, mas entre os diversos tipos de estanho refinado, o mais comumente usado é o estanho tipo A, que apresenta pureza máxima de 99,80. Este material é utilizado principalmente no processo de revestimento eletrolítico de chapas de aço. Existem outros tipos de estanho refinado, usados em aplicações mais específicas, com teores máximos de 99,95 e 99,98 %, na indústria química fina, produtos artesanais de estanho e na análise e pesquisa química. Outros tipos de estanho, com teores menos elevados, da ordem de 99,00 a 0,80 % de pureza, são usados na fabricação das ligas com bismuto, cobre e alumínio. As ligas de estanho estão classificadas em três grupos principais: a) Ligas de estanho para metal de enchimento de soldagem branca; b) Ligas de estanho para metais antifricção; c) Ligas para fundição e usos específicos (produtos artesanais).

Mais curiosidade: As telas touchscreen podem estar chegando ao fim. Saiba por quê

Por Renan Hamann

Elas estão por todos os lados. Os smartphones e tablets conquistam cada dia mais fãs por causa de um dispositivo que possuem: as telas sensíveis ao toque. O que já foi um grande desafio para as fabricantes, hoje funciona com primor para as mais diversas necessidades e garante que os usuários não precisem de teclados QWERTY e mouses para comandar os aparelhos.

O que pouca gente sabe é que o processo de fabricação de telas deste tipo demanda a utilização de elementos que não são muito abundantes na natureza. É possível que as telas como conhecemos hoje sejam eliminadas do mercado para a chegada de novas tecnologias, mas ainda não se sabe se existe alguma forma de reproduzir a mesma qualidade de resposta que os dispositivos atuais nos mostram.

A importância destas telas

Sensibilidade ao toque é um avanço que trouxe uma série de vantagens para os usuários. Antes, todas as ações precisavam ser comandadas por digitações ou cliques, o que não é um problema em computadores, mas para aparelhos menores pode ser um fator de complicação.

A chegada do touchscreen trouxe uma nova gama de possibilidades. Telas maiores (com teclados virtuais) no lugar de teclados QWERTY oferecem melhores resoluções para vídeos e jogos. Quem acha que jogar com poucos botões é complicado, precisa conhecer as facilidades que o touchscreen oferece, como a virtualização de botões (vários jogos para iOS utilizam este recurso).

 Outra palavra que merece destaque é: intuitividade. Apenas clicando sobre os ícones ou funções dos aplicativos, é muito mais simples do que utilizar teclas de um teclado numérico para comandar os softwares. Principalmente porque alguns usuários possuem dificuldades para associar números a controles direcionais, por exemplo.

Quais os materiais envolvidos?

Quem pensa que as telas sensíveis ao toque são limitadas à camada de LCD está muito enganado. Muitos outros materiais estão relacionados à fabricação deste tipo de dispositivo, incluindo capacitores e resistores microscópicos, responsáveis pelo reconhecimento dos gestos dos usuários e controle das funcionalidades.

Independente da tecnologia empregada (touchscreen capacitivo: iPhone e Galaxy Tab; resistivo: LG Optimus), as empresas de fabricação de telas sensíveis ao toque utilizam a mesma base de produção: Óxido de Índio-Estanho (OIE). Este elemento é composto principalmente por Índio, um substrato da mineração de chumbo e zinco.

Fragilidade e condutividade

O Óxido de Índio-Estanho causa muitas discussões por parte dos engenheiros eletrônicos e projetistas de produtos que demandam telas sensíveis. Por serem demasiadamente frágeis, é bastante difícil trabalhar com grandes porções deste material, causando desconforto e insegurança por parte das fábricas.

Por outro lado, o OIE é aclamado pelas montadoras de smartphones e tablets, pois até o momento não são conhecidos materiais que apresentem as mesmas propriedades de condutividade e opacidade para permitir que a luz seja emitida com qualidade e que o tempo de resposta dos toques sejam satisfatórios.

Isso ocorre porque o OIE oferece boa condutividade elétrica para garantir baixos tempos de resposta entre comandos e execução das ações. Isso soma-se à transparência que permite a permeabilidade de luz para que a qualidade das imagens emitidas não sofram a interferências, o que aconteceria se outros metais fossem utilizados.

Previsões de escassez

Assim como grande parte dos minerais valiosos da Terra, o Índio também vê suas reservas sendo diminuídas a cada dia, o que significa que em alguns anos não existirá mais a abundância do material. É claro que ainda podem ser descobertas novas fontes para a matéria-prima do OIE, mas as perspectivas não são muito otimistas.

Estima-se que grande parte das reservas de índio estejam localizadas na China, que controla o volume de exportações e utilização do produto há anos. Cálculos de pesquisadores da Universidade de Yale dão informações de que até 2020 não será mais possível utilizar o OIE em escala comercial, devido à escassez.

Há ainda uma enorme quantidade de Índio que não é aproveitada, pois mineradoras de chumbo e zinco nem sempre realizam as maneiras corretas para coletar os substratos de suas atividades. Esse desperdício pode custar caro nos próximos anos.

Quem seria afetado?

Todo mundo. Essa é a grande verdade, todo o mercado da tecnologia seria afetado se estas suspeitas forem confirmadas. Tablets e smartphones estão dominando o mercado e tirando até mesmo algumas parcelas de netbooks e notebooks, o que demanda muita capacidade da indústria de telas.

Mas não apenas os portáteis. Os sistemas operacionais para computadores estão cada vez mais próximos da compatibilidade total com comandos por toque na tela, o que significa que computadores maiores podem precisar da mesma tecnologia já nos próximos anos. O problema é que computadores maiores utilizam mais OIE, o que pode acelerar o esgotamento do produto.

Existem substitutos?

Sempre que algum material essencial para determinado tipo de aparelho chega próximo do esgotamento, toda a indústria relacionada a ele passa a buscar novas formas de continuar produzindo seus bens de consumo. Não poderia ser diferente com este mercado tão aquecido, logo, já começaram a ser buscados substitutos para o OIE.

Óxido de cádmio

Como ainda não são conhecidas formas de deixar o OIE totalmente de lado, uma opção que alguns pesquisadores estão cogitando é a utilização de Óxido de Cádmio. Esse composto é quase tão transparente quanto o Óxido de Índio-estanho e ainda com maior capacidade de condução.

Mas é bastante instável, deteriorando-se rapidamente. A forma de lutar contra isso é colocando cerca de 20% de OIE na composição, apenas o suficiente para criar uma película de proteção sobre o outro material, que ainda apresenta outros problemas bastante graves em relação ao meio-ambiente.

Óxido de Cádmio é um composto muito tóxico que demanda muitos cuidados na manipulação e, principalmente, no encaminhamento dos resíduos dos produtos. Estes problemas, se somados, mostram que o cádmio ainda não é uma opção viável para as telas touchscreen.

Nanomateriais de carbono

Se existe um elemento versátil, este elemento é o carbono. São inúmeras as possibilidades de subprodutos que podem ser criados com a alteração de algumas propriedades dele. Com isso, muitos estão pensando em utilizar o grafeno: composto carbônico que é fabricado em folhas e pode representar transistores de apenas 1 micrômetro.

Por ser finíssimo, o grafeno também oferece pouca opacidade, ou seja, permite a permeabilidade de luz, o que é essencial para uma superfície touchscreen. Logicamente essa tecnologia ainda é bastante cara, deixando poucos fabricantes empolgados com a utilização do material em seus aparelhos.

Mas o que anima os investidores é o fato de que no futuro é possível que haja uma equiparação nos valores cobrados por aparelhos com touchscreen OIE e aparelhos com nanotubos de carbono. Isso ocorrerá porque as telas OIE vão subir de valor na mesma velocidade com que o material vai se esgotando.

Somando isso ao constante crescimento do segmento do carbono (e a consequente queda nos preços), em alguns anos pode haver uma similaridade nos valores. Com isso, estas novas tecnologias tomarão, gradativamente, o lugar das tecnologias antigas no mercado tecnológico, até que o OIE não faça mais falta nos aparelhos.

Isso significa um aumento nos preços dos aparelhos?

Não necessariamente. Por mais que as telas possam ganhar alguns dólares a mais na fabricação, é importante notar que outros componentes de hardware dos dispositivos eletrônicos estão cada vez mais baratos. Processadores, memória e sistema operacional ganham mais funcionalidades e, devido ao volume de vendas, têm seus valores diminuídos.

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Será que serão encontradas fontes de Índio para a fabricação do OIE em larga escala antes de ocorrer uma escassez? As indústrias de telas e mineradoras não poupam esforços para encontrar alternativas que possam garantir a qualidade na resposta aos toques, sempre buscando formas de manter os preços para não esfriar o mercado.