Pedra calcária: a rocha sedimentar química do carbonato de cálcio

Contente

• O que é calcário?
• Como se forma o calcário?
• Formação de dolomita a partir de calcário
• Outros tipos de rocha carbonática
• Rochas de carbonato de mineração
• Usos de calcário
• A escassez de cimento Portland
• Fontes de calcário no futuro
• Padrões de produção de calcário
• Algumas questões na mineração de calcário
• A necessidade de entender um recurso essencial
• Consumo industrial de calcário nos EUA

Produtos feitos com calcário: O calcário é um bem mineral essencial de importância nacional. Alguns dos muitos produtos fabricados com calcário são mostrados nesta fotografia: cereais matinais, tintas, comprimidos de suplemento de cálcio, uma mesa de mármore, comprimidos antiácidos, papel de alta qualidade, grânulos para telhados brancos e cimento Portland. (Fotografia do USGS; o uso de nomes comerciais, de empresas ou de produtos é apenas para fins descritivos e não implica endosso pelo governo dos EUA.)

Calcário de Indiana no edifício Apex: Muitos edifícios na capital das Nações são cobertos com calcário. O Apex Building / Federal Trade Commission possui um exterior superior do calcário de Indiana. (Fotografia do USGS.)

O que é calcário?

"Calcário" significa qualquer rocha formada principalmente por carbonato de cálcio (CaCO₃), mas para os geólogos, o calcário é apenas um dos vários tipos de "rochas carbonáticas". Essas rochas são compostas por mais de 50% de minerais carbonáticos, geralmente os minerais calcita (CaCO puro₃) ou dolomita (carbonato de cálcio-magnésio, CaMg₂) ou ambos.

Como se forma o calcário?

A maioria das rochas carbonáticas foi depositada na água do mar. Essas rochas carbonáticas sedimentares são comuns em todos os continentes e se formaram ao longo da maior parte da história geológica; eles ainda estão se formando hoje nos trópicos como recifes de coral e no fundo de mares rasos.

O calcário marinho se forma porque a água do mar tem altas concentrações de dois produtos químicos dissolvidos-cálcio (Ca⁺⁺) e bicarbonato (HCO_3-) íons. Na camada quase superficial da maioria dos oceanos, corais, amêijoas e outras criaturas que habitam o mar usam esses dois produtos químicos para criar conchas protetoras, combinando-os para formar calcita ou "aragonita", que é a mesma composição química da calcita, mas tem uma forma de cristal diferente.

Sinkhole em Winter Park, Flórida: Grandes volumes de calcário podem ser dissolvidos e transportados pelas águas superficiais e subterrâneas. Isso cria cavernas, como as Cavernas de Carlsbad, no Novo México (foto abaixo). Em climas úmidos, a formação de cavernas é especialmente comum, e buracos podem se desenvolver onde os tetos caem. Um buraco de cerca de 90 metros de diâmetro ao nível do solo foi aberto em 1981 em Winter Park, Flórida, quando o teto de uma caverna de calcário subjacente desabou. A caverna e o sumidouro estão na Formação Cypresshead, que é um aqüífero importante no centro da Flórida. Nos aqüíferos cavernosos de calcário, os contaminantes das águas subterrâneas movem-se muito mais rapidamente do que em outros tipos de rochas, de modo que as pedreiras nessas áreas são preocupações especiais. (Fotografia do USGS.)

Formação de dolomita a partir de calcário

Alguns calcários foram alterados pela introdução de magnésio nas águas subterrâneas. O magnésio nas águas subterrâneas pode converter parte ou toda a calcita do calcário em dolomita. Além disso, algumas rochas formadas perto das margens de mares antigos em climas áridos eram principalmente dolomita no momento em que foram depositadas.

Caverna de calcário: As estalactites penduram no teto e as estalagmites sobem do chão das cavernas de Carlsbad, Novo México, dentro de um calcário de 260 milhões de anos. (Fotografia do Serviço Nacional de Parques.)

Outros tipos de rocha carbonática

Calcário vem em muitas variedades diferentes. O giz é um calcário marinho poroso, de grão muito fino, composto quase inteiramente de fósseis microscópicos. O travertino é um calcário sedimentar de água doce que possui camadas finas e crenuladas e é comumente formado nas nascentes. O mármore é uma rocha carbonática, geralmente um calcário marinho, que foi espremido e deformado como plástico por grande calor e pressão profundamente sob a superfície da Terra. Esse processo é chamado de "metamorfismo". Também existem raras rochas carbonáticas "ígneas" que cristalizaram a partir do magma derretido da mesma maneira que lavas ou granitos. Eles são chamados de "carbonatitos" e esse tipo de rocha é extraído em alguns lugares do mundo como calcário industrial.

Rochas de carbonato de mineração

Os depósitos sedimentares de calcário podem ser extensos, cobrindo centenas de quilômetros quadrados e podem ser relativamente uniformes em espessura e qualidade. Portanto, as pedreiras de calcário podem ter grandes e longas vidas, extraindo camadas de calcário que podem ter centenas de metros de espessura em áreas de vários quilômetros quadrados. Muitas pedreiras produzem vários produtos, e as rochas trituradas que não são puras o suficiente para certos usos ainda podem ser adequadas como agregados viários. Pedreiras de mármore também podem ser muito grandes. No entanto, essas rochas que antes eram deitadas regularmente foram transformadas em corpos de formas irregulares que são mais difíceis e caras para as minas.

Em grandes partes dos Estados Unidos, existem extensos depósitos de calcário marinho de várias idades, de alguns milhares a mais de 350 milhões de anos. Alguns depósitos têm graus químicos tão altos quanto 95% CaCO₃. No entanto, algumas áreas estão completamente sem depósitos adequados de calcário. A maior parte do custo do calcário para o cliente é determinada pela distância e pela remessa. O transporte por barcaça na água é mais barato que por trem, o que, por sua vez, é mais barato que o transporte por caminhão.

Usos de calcário

O calcário tem muitos usos industriais e pode ser usado como minerado ou processado em uma ampla variedade de produtos. É a matéria-prima para uma grande variedade de materiais de construção, agrícolas, ambientais e industriais.

O calcário é usado na construção em quase todos os lugares. Em 2007, o calcário triturado representava 68% de toda a rocha triturada produzida nos Estados Unidos. Além disso, o calcário é o ingrediente chave na fabricação de cimento Portland. Apesar da abundância de calcário em nossas Nações, houve escassez de cimento nos últimos anos.

Alguns dos mais puros calcários naturais são bolinhas de gude. Durante séculos, o mármore tem sido a pedra decorativa de escolha em prédios governamentais e estátuas públicas. Travertino também é usado como uma pedra de dimensão em azulejos e mesas. Algum calcário branco é simplesmente triturado e peneirado para uso em paisagismo e coberturas.

O calcário em pó é usado para remover as impurezas dos metais fundidos, como o aço. Também pode remover compostos tóxicos do escapamento de usinas de queima de carvão. O calcário é usado como material de enchimento em uma variedade de produtos, incluindo papel, plástico e tinta. O calcário mais puro é usado até em alimentos e medicamentos, como cereais matinais e pílulas de cálcio.

O calcário também é a matéria-prima para a produção de cal (CaO) usada no tratamento de solos, purificação de água e cheiro de cobre. O cal tem muitos usos adicionais nas indústrias químicas.

As dolomitas são geralmente menos adequadas do que outros calcários industriais para a maioria das aplicações. A maior parte da dolomita extraída é simplesmente triturada e peneirada para uso como agregado em concreto ou asfalto.

A escassez de cimento Portland

O cimento Portland é um dos produtos mais importantes feitos de calcário. É essencial em muitas aplicações de construção. Os Estados Unidos não são auto-suficientes em cimento e devem importá-lo de outros países para compensar déficits. As importações de clínquer (o produto da primeira etapa na fabricação de cimento) e cimento acabado representaram cerca de 23% do total de vendas de cimento dos EUA em 2006. Nos anos imediatamente anteriores a 2007, o cimento Portland estava seriamente em falta na Nação. A concorrência de outros países, um sistema de transporte marítimo inadequado e a necessidade de espaço para carga subestimada estavam entre as causas.

Quando o cimento Portland estava escasso, seu preço aumentou significativamente. Os consumidores procuraram substitutos. Eles usaram madeira tratada sob pressão, aço isolado e poliestireno em painéis e até rodapés de redesenhados para reduzir a quantidade de cimento necessária. A escassez de cimento também causou atrasos na construção que resultaram em aumento de custos para estradas, pontes e edifícios.

Fontes de calcário no futuro

O estabelecimento de novas pedreiras de calcário e fábricas de cimento nos Estados Unidos é um processo lento, e os déficits de fornecimento exigem tempo para serem corrigidos. Demora cerca de 2 anos para construir uma nova fábrica de cimento, e o processo de licenciamento pode demorar muito mais - 8 a 10 anos. Talvez um problema ainda mais desafiador seja o fato de as pessoas não receberem novas pedreiras e plantas em sua área. Apesar desses obstáculos, muitas empresas de cimento dos EUA estão em processo de expansão e modernização de suas operações.

Quando uma área de rocha adequada e minerável é engolida pelo crescimento urbano ou quando a mineração é proibida por legislação ou zoneamento, o resultado é chamado de "esterilização de recursos". O calcário é um material de importância nacional e a esterilização de recursos pode resultar em um transporte mais longo a um custo mais alto da pedreira para o cliente.

Padrões de produção de calcário

A maior parte do calcário extraído é triturada como agregado. A maioria da produção de pedra britada nos EUA vem de calcário há pelo menos 40 anos. Isso é verdade mesmo que as rochas carbonáticas representem apenas 25 a 35% das rochas na superfície.

As operações de pedra britada nos EUA têm diminuído em número, cerca de 20% de perda por década desde 1971. No entanto, de 2001 a 2006, a produção total anual de calcário nos EUA aumentou de acordo com os resumos de commodities minerais do US Geological Survey (USGS), portanto, o tamanho médio de um pedreira está aumentando. Em outras partes do mundo, a nova produção vem principalmente de algumas pedreiras muito grandes. Apesar do aumento da produção nos EUA, a Nação estava importando cada vez mais seus produtos de calcário até a recente desaceleração na construção. Essas importações vêm principalmente do Canadá, México e China. Com menos pedreiras, a distância média de transporte aumentará e os preços de calcário provavelmente aumentarão mais uma vez.

Algumas questões na mineração de calcário

O calcário é mais frequentemente extraído de uma pedreira. No entanto, minas subterrâneas de calcário são encontradas em locais no centro e leste dos Estados Unidos, especialmente nas cidades e nas proximidades. A mineração subterrânea de calcário tem algumas vantagens sobre a extração de superfície e provavelmente aumentará no futuro. As preocupações públicas típicas sobre a mineração de calcário incluem poeira, ruído, vibração por explosão e tráfego de caminhões e outros associados às operações das pedreiras.

Algumas pedras calcárias também são aqüíferos, ou seja, são unidades de rochas que podem fornecer água aos poços. Onde o calcário é um aqüífero, pode haver preocupações de que os contaminantes das operações de extração possam escapar para as águas subterrâneas.

Em muitas áreas dos Estados Unidos onde o calcário é encontrado, ele se dissolve gradualmente na água da chuva na superfície ou nas águas subterrâneas próximas à superfície. Em climas úmidos, grandes volumes de calcário se dissolvem e são levados pela água. Isso cria cavernas, e buracos podem se desenvolver onde o teto da caverna entra em colapso. Nos aqüíferos cavernosos de calcário, os contaminantes das águas subterrâneas movem-se muito mais rapidamente do que em outros tipos de rochas, de modo que as pedreiras nessas áreas são preocupações especiais.

A necessidade de entender um recurso essencial

O calcário está entre os recursos mais essenciais das nossas nações. Nossa compreensão desse recurso como mineral industrial é baixa, dada sua importância para nossa economia. Como o calcário é considerado uma rocha "comum", as pesquisas geológicas anteriores eram de escopo limitado. No passado, a maioria das pesquisas do USGS sobre calcário se concentrou no mapeamento de depósitos, bem como na compreensão de seus papéis como aqüíferos e reservatórios de petróleo. No entanto, são necessários dados diferentes para caracterizar o calcário adequado para a construção e outras indústrias. As rochas carbonáticas precisam atender aos requisitos de pureza química que variam de acordo com o uso pretendido. Alguns usos exigem que o calcário também tenha certas propriedades de engenharia favoráveis. Os padrões e requisitos para o uso de calcário estão aumentando, e é necessário um maior entendimento das características, variabilidade e propriedades de engenharia do calcário.

O calcário está entre os recursos mais essenciais das nossas nações. Nossa compreensão desse recurso como mineral industrial é baixa, dada sua importância para nossa economia. Como o calcário é considerado uma rocha "comum", as pesquisas geológicas anteriores eram de escopo limitado. No passado, a maioria das pesquisas do USGS sobre calcário se concentrou no mapeamento de depósitos, bem como na compreensão de seus papéis como aqüíferos e reservatórios de petróleo. No entanto, são necessários dados diferentes para caracterizar o calcário adequado para a construção e outras indústrias. As rochas carbonáticas precisam atender aos requisitos de pureza química que variam de acordo com o uso pretendido. Alguns usos exigem que o calcário também tenha certas propriedades de engenharia favoráveis. Os padrões e requisitos para o uso de calcário estão aumentando, e é necessário um maior entendimento das características, variabilidade e propriedades de engenharia do calcário.

Consumo industrial de calcário nos EUA

Os limites geológico e econômico certamente afetarão os fornecimentos futuros de calcário. Atualmente, os Estados Unidos consomem entre 5 e 10% da produção global de calcário industrial. Em 2007, a produção doméstica de calcário industrial foi de cerca de 1,3 bilhão de toneladas, avaliadas em mais de US $ 25 bilhões. No mesmo ano, a Nação importou cerca de 430.000 toneladas de calcário industrial e produtos calcários, avaliados em cerca de US $ 2,2 bilhões. A maioria dessas importações era de cimento Portland.

Enfrentar o desafio de suprir as necessidades das Américas de commodities minerais essenciais, como calcário industrial, requer dados científicos precisos e imparciais. O trabalho contínuo de cientistas com o Programa de Recursos Minerais do USGS fornece as informações cruciais para a criação de políticas sólidas que ajudarão a garantir o fornecimento futuro de recursos minerais.