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1. INTRODUÇÃO
1.1. História
A palavra chumbo vem do latim plumbum (chumbo). Ele começou a ser usado à cerca de
3.500 a.C., com os egípcios, que o utilizavam para a cunhagem de moedas e fabricação de
cosméticos. Os jardins suspensos da Babilônia, construídos em 600 a.C., tinham calhas de
chumbo para manter a umidade. Os gregos exploravam as jazidas de chumbo de Laurium no
quinto século a.C., e os romanos fabricaram canos de chumbo no século III a.C. Na idade
média, usou-se o chumbo para armar os vitrais das igrejas, e em calhas, escoadouros,
encanamentos e nos tetos das catedrais, mosteiros e castelos. O chumbo foi também usado
na guerra, graças ao baixo ponto de fusão, para lançá-lo derretido sobre os invasores, e à
densidade, para fabricação de balas de canhão e outros projéteis.
A produção de chumbo acentuou-se no século XIX, quando aumentaram suas aplicações
industriais. Metais leves e resistentes, como o titânio, vieram substituí-lo, com a
consequente queda no volume de produção. Entre os compostos de chumbo destaca-se o
mínio, empregado como protetor do ferro contra corrosão. O chumbo é empregado como
protetor de tubulações e cabos subterrâneos condutores de eletricidade. Não deve,
entretanto ser empregado para conduzir água. Por absorver radiações de ondas curtas, é
usado como protetor de reatores nucleares, aceleradores de partículas, equipamentos de
raios X e transporte e armazenagem de material radioativo.
1.2. Características
O Chumbo é um metal representativo de número atômico igual a 82, sua massa atômica
ponderada 207,2 u. e o seu símbolo químico é Pb. Por causa das suas características
atômicas, inclui-se no grupo dos metais pesados: é bastante nocivo à boa parte dos
organismos (dentre eles o humano).
Na condição ambiente é sólido, maleável e de cor branco azulado se cortado recentemente;
caso contrário, quando exposto ao ar, adquire coloração acinzentada. Não é encontrado
puro na natureza, mas na forma de compostos minerais, geralmente, sulfurados (como o
sulfeto de chumbo). Seu potencial de oxidação em relação ao hidrogênio é de + 0,126 V,
sendo assim, é relativamente resistente à corrosão – ainda mais porque o óxido formado
que recobre o metal serve de proteção e apassiva o processo de corrosão.
É um metal considerado semicondutor, já que possui resistência relativamente elevada e
dificulta passagem de corrente elétrica. Em contrapartida, o óxido de chumbo é muito
utilizado na fabricação de baterias de automóveis.
4
2. DESENVOLVIMENTO
2.1 Ocorrência e obtenção
Em seu estado primário, o chumbo raramente é encontrado. A Galena (PbS) é o mineral mais
comum com 86,6% de chumbo na sua composição. Existem outros minerais onde o chumbo
também é encontrado em grande quantidade como o PbCO3 (cerusita), que apresenta cerca
de 77% de chumbo e o PbSO4 (anglesita) com cerca de 68% de chumbo. O chumbo também
pode ser encontrado com minerais de zinco, prata, ouro, cádmio, bismuto, arsênio e
antimônio. Os principais fornecedores são URSS 17%, Austrália 14%, Estados Unidos 10%,
Canadá 9% e Peru, México e China 6% cada um.
Figura 1 - Galena, principal minério de chumbo
Fonte: http://nautilus.fis.uc.pt/st2.5/scenes-p/elem/e08220.html, acesso em 27/11/12
A galena é minerada e depois separada de outros metais por flotação. Há dois métodos para
a obtenção do elemento:
1 – Aquecimento na presença de ar para formar PbO, seguido da redução com coque ou CO
num alto forno.
2PbS + 3 O2  2PbO + 2SO2 + Coque 2Pb (líquido) + CO2 (gás)
2 – O PbS é parcialmente oxidado pela passagem de ar através do material aquecido. Depois
de um tempo o fornecimento de ar é interrompido mantendo-se o aquecimento. Nessas
condições ocorre uma reação de auto-redução da mistura.
3PbS aquecimento na presença de ar PbS + 2 PbO
aquecimento na ausência de ar 3Pb (líquido) + SO2 (gás)
O chumbro obtido contém diversas impurezas metálicas: Cu, Ag, Au, Sn, As, Sb, Bi e Zn. Eles
são removidos por resfriamento até próximo do ponto de fusão do chumbo, quando
solidifica primeiro o Cobre e depois o Zinco contendo a maior parte do Ouro e da Prata.
Arsênio, Antimônio e Estanho são oxidados antes do Chumbo a As2O3, Sb2O3 e SnO2, que
flutuam na superfície do metal fundido, podendo assim ser removidos.
5
A produção mundial de chumbo foi de 5,3 milhões de toneladas em 1992, sendo que 3,1
milhões foram obtidos a partir do PbS como matéria prima. Os principais produtores de
minérios de chumbo são a Austrália 19%, Estados Unidos 13%, Canadá 11% e China 10%.
2.2 Aplicações do Chumbo
O chumbo é um dos elementos mais utilizados na indústria, sendo consumido na forma de
metal, puro ou ligado a outros metais, ou com outros compostos químicos, principalmente
na forma de óxidos.
Propriedades determinantes para a ampla aplicação industrial do chumbo e sua importância
comercial são: o baixo ponto de fusão, grande maleabilidade, alta resistência à corrosão, alta
densidade, grande opacidade aos raios X e gama, reatividade com o ácido sulfúrico e
estabilidade química no ar, solo e água.
A principal aplicação para o chumbo e seu óxido (PbO) é na fabricação de acumuladores de
energia, um seguimento em que mais de 78% do metal é consumido em todo o mundo.
Além dessa, outras aplicações importantes são na fabricação de forros para cabos,
pigmentos, soldas suaves, munições e também está presente na construção civil e em
pigmentos. Uma aplicação que caiu em desuso devido a regulamentações ambientais está
na fabricação do chumbo tetraetílico, um composto utilizado como aditivo em gasolina e
que no Brasil deixou de ser usado como antidetonante desde 1978.
Flexibilidade e resistência a corrosão são propriedades que tornam o chumbo um excelente
composto para revestimento de cabos, como os usados em televisores e telefones, pois
pode ser estirado para formar revestimentos contínuos em torno dos condutores internos.
Também é utilizado em mantas protetoras para aparelhos de raio X por não permitir a
passagem desse tipo de radiação através dele.
Por ser um metal altamente resistente à corrosão, o chumbo encontra grande aplicação na
indústria da construção civil e nas indústrias químicas. Tem a capacidade de resistir ao
ataque de ácidos por formar uma película protetora de óxido, o que o torna bastante útil na
fabricação e manejo do ácido sulfúrico.
Dentre os pigmentos contendo chumbo, os mais conhecidos são o amarelo de Nápoles
(Pb3(SbO3)) e o branco de chumbo (2PbCO3 · Pb(OH)2 e 4PbCO3 · 2Pb(OH)2 · PbO)). Outros
pigmentos importantes são o sulfato básico de chumbo e os cromatos de chumbo. A
utilização desses pigmentos tem diminuído muito com o passar do tempo devido a sua
toxicidade, sendo inclusive proibida a sua produção em determinados países, como Estados
Unidos e Inglaterra.
Silicatos, carbonatos e sais de ácidos orgânicos contendo chumbo formam diversos
compostos que são usados como estabilizadores contra o calor e a luz em plásticos de
cloreto de polivinila (PVC). Os silicatos de chumbo também são muito utilizados para
fabricação de vidros e cerâmicas.
6
Compostos organoplúmbicos têm sido desenvolvidos para diversas aplicações, como na
produção de agentes biocidas contra bactérias gram-positivas, na fabricação de espumas de
poliuretano. É também um ingrediente tóxico utilizado em pinturas navais que tem por
finalidade impedir a incrustação nos cascos de navios ou para a proteção da madeira contra
brocas e fungos marinhos. Outras aplicações são como agentes molusquicidas, anti-
helmínticos e agentes redutores do desgaste em lubrificantes e inibidores da corrosão do
aço.
Devido a sua toxicidade o chumbo vem sendo substituído por outros compostos mais
eficientes, baratos e ecologicamente corretos. O ramo da construção civil tem substituído
tubulações metálicas a base de chumbo por materiais sintéticos, como resinas e polímeros
que são mais resistentes e possuem maior trabalhabilidade, além de não serem tóxicos. No
setor de cabos, os revestimentos têm sido trocados por plásticos. O chumbo tem sido
substituído amplamente pelo alumínio e também por películas de resinas inteligentes que
apresentam vantagens econômicas e funcionais na fabricação de papel, tubos, bisnagas e
cápsulas.
Apesar de não surgirem novas aplicações para o chumbo em produtos ou serviços, o que
levaria a pensar que este metal estaria em decadência, não é o que se comprova pelo
consumo mundial de chumbo que está em crescimento. Esse fato ocorre devido a elevada
concentração do consumo de chumbo em um único setor, o de acumuladores de energia,
que como dito anteriormente, responde por mais de 78% do consumo no mundo.
2.3 Toxicologia e precauções
O Chumbo é extremamente tóxico ao organismo se exposto em doses elevadas. Os níveis de
chumbo nos produtos alimentícios além de serem muito variáveis, podem ser parcialmente
removidos (lavando-se ou descascando-se o alimento). Organizações internacionais
propõem que a tolerância de ingestão semanal seja de 3 mg de chumbo para adultos ( 400 a
450 m g/dia ). Os alimentos (incluindo água potável e bebidas alcoólicas) são as maiores
fontes de exposição da população ao chumbo. Crianças podem ter exposição adicional
vindas de solo e poeiras.
Vias de exposição
As principais vias de exposição são a oral, inalatória e cutânea.
• A ingestão é a principal via de exposição para a população em geral, sendo
especialmente importante nas crianças.
• No caso da exposição ocupacional a via de maior importância é a inalação.
• Contudo, os efeitos tóxicos são os mesmos, qualquer que seja a via de exposição.
A absorção de partículas de chumbo após inalação envolve a deposição das partículas no
trato respiratório e a sua absorção e libertação para a circulação. A via de absorção tem
pouco efeito na distribuição do chumbo. O chumbo absorvido é transportado pelo sangue e
distribuído por três compartimentos:
7
• Sangue;
• Tecidos mineralizados (ossos e dentes);
• Tecidos moles (fígado, rins, pulmões, cérebro, baço, músculos e coração).
O chumbo pode ser encontrado na água potável através da corrosão de encanamentos de
chumbo. Isto é comum de ocorrer quando a água é ligeiramente ácida. Este é um dos
motivos para os sistemas de tratamento de águas públicas ajustarem o pH das águas para
uso doméstico. O seu uso durante o Império Romano em encanamentos de água (e seu sal
orgânico, acetato de chumbo, conhecido como “açúcar de chumbo”, usado como adoçante
em vinhos) é considerado por alguns como causa da demência que afetou muitos
dos imperadores romanos.
O chumbo pode causar vários efeitos indesejáveis, tais como:
• Perturbação da biossíntese da hemoglobina e anemia;
• Aumento da pressão sanguínea;
• Danos aos rins;
• Abortos;
• Alterações no sistema nervoso;
• Danos ao cérebro;
• Diminuição da fertilidade do homem através de danos ao esperma;
• Diminuição da aprendizagem em crianças;
• Modificações no comportamento das crianças, como agressão, impulsividade e
hipersensibilidade.
• O chumbo pode atingir o feto através da placenta da mãe, podendo causar sérios
danos ao sistema nervoso e ao cérebro da criança.
Prevenção
1. Substituição por substâncias menos tóxicas: substituição das tintas à base de carbonato
de chumbo (chumbo branco) ou óxidos de chumbo (chumbo vermelho) por outras livres de
chumbo,
2. Planejamento de novas plantas ou processos industriais: o encapsulamento e outros
métodos de isolamento previnem a dispersão dos fumos e poeiras. A mecanização e a
automação reduzem o número de trabalhadores expostos, e geralmente impede a liberação
do chumbo para a atmosfera.
3. Ventilação: apesar de a poeira de chumbo ser mais pesada do que o ar, pequenas
partículas de chumbo podem permanecer em suspensão por longos períodos. Por isso, é
mais eficaz posicionar a coifa exaustora acima do que abaixo do processo industrial;
4. Medidas gerais: devem existir locais adequados para lavagem, incluindo pias, chuveiros, e
cada empregado deve utilizar roupas e protetores adequados.
8
5. Monitoração do chumbo no ar. As medições do chumbo no ar devem ser realizadas a cada
seis meses.
2.4 O chumbo e o meio ambiente
O chumbo e seus compostos estão associados a disfunções no sistema nervoso, problemas
ósseos, circulatórios, etc Devido sua baixa solubilidade, a absorção se dá principalmente por
via oral ou respiratória. Sua disseminação no ambiente é resultado da atividade humana.
Durante muitos anos foram utilizados compostos de chumbo em tintas, tubulações e como
antidetonante em combustíveis, usos estes banidos em praticamente todos os países.
Como já foi mencionado o principal uso de chumbo nos dias atuais é na fabricação de
baterias de chumbo-ácido. Quando se discute o impacto ambiental desta atividade, deve-se
levar em consideração desde a extração de chumbo nas minas até sua utilização na
indústria. O Brasil praticamente não possui reservas minerais deste elemento. Assim, a
maior parte do chumbo existente no país procede de importações.
O chumbo utilizado pela indústria de baterias pode ser classificado como primário
(proveniente de minas) e secundário (obtido pelo refino através de material reciclado). Um
dos bens com maior índice de reciclagem no mundo é a bateria de chumbo, superando em
muito o papel e o vidro, atingindo em alguns países números próximos a 100%. Neste
contexto, a sucata de baterias é um material estratégico para a indústria de baterias no
Brasil. A Convenção de Genebra proíbe a exportação de lixos perigosos, incluindo-se aí
sucatas de baterias. Para um país como o nosso isso significa que para aumentarmos nossa
produção, somos obrigados a importar chumbo refinado (primário ou secundário). Apesar
de contarmos com instalações de reciclagem, por força desta Convenção, elas praticamente
são impedidas de reciclar sucata internacional.
O efeito da produção de baterias sobre o ambiente pode ser dividido em dois aspectos:
ocupacional, devido à contaminação do ambiente interior à fábrica e ambiental, devido à
emissão de efluentes para as regiões externas à fábrica. O risco de exposição a compostos
de chumbo no interior das fábricas de baterias existe em praticamente todos os setores
diretamente ligados à produção. Com isto, em praticamente todos os setores o uso de
equipamento de proteção individual é obrigatório. Além disto, por questões da legislação
trabalhista um acompanhamento do nível de chumbo na circulação sanguínea é realizado
periodicamente em todas as pessoas que trabalham com chumbo.
O processo de produção de óxido de chumbo a partir de chumbo metálico e oxigênio é
exotérmico e em princípio, não deveria consumir energia. Como já dito anteriormente,
existem dois tipos de processos para a obtenção do chumbo. Os dois processos resultam em
um pó que necessita ser corretamente armazenado. Este pó possui uma fração apreciável de
chumbo não oxidado, e, portanto é um material sujeito a posterior oxidação no ambiente.
Do ponto de vista ambiental, o transporte desse material aumentava o risco de exposição a
chumbo. O óxido de chumbo é um pó e, portanto pode ocorrer na atmosfera na forma de
partículas suspensas e de poeira espalhada pelo piso. O uso de silos de armazenagem é
9
comum em diversas fábricas no mundo inteiro existindo diversos sistemas disponíveis no
mercado.
Na masseira, o óxido de chumbo é transformado em uma massa que será aplicada sobre as
grades de chumbo. O óxido armazenado nos silos é pesado automaticamente e transferido
para a masseira sem contato com o operário. Isto torna o processo mais confiável e minimiza
os riscos de contaminação. A massa é manuseada por operadores de empastadeira e neste
setor além de máscara é obrigatório o uso de luvas. As placas obtidas nesse processo são
acondicionadas pelos operários em cavaletes que são transportados por empilhadeiras para
estufas de cura e secagem. Em todo este setor, nos postos de trabalho existem coifas
exaustoras para aspiração contínua de pó para minimizar a exposição do operário a
compostos de chumbo. Este pó é filtrado e o ar emitido é isento de chumbo. Como o
transporte de placas leva inevitavelmente à dispersão de pó no piso da fábrica, a mesma é
varrida e aspirada continuamente. A lavagem do piso também é um procedimento
frequente.
A produção de grades de chumbo é feita por fundição e à gravidade. Ou seja, o chumbo
fundido escorre para os moldes que são resfriados. Aqui novamente, a emissão de vapores é
uma fonte de contaminação, minimizada pelo resfriamento ambiente dos mesmos.
A próxima etapa, o processamento das placas, é realizada com exaustão para aspiração dos
pós-liberados. Existem ainda alguns pontos aonde vapores de chumbo são emitidos
(fabricação de conexões e levantamento de bornes), mais uma vez controlados com
exaustão e resfriamento.
Todo o pó, massa, lama produzido no interior da fábrica têm essencialmente dois destinos:
filtros e tanques. Os filtros devem ser limpos periodicamente e os tanques, decantados.
Todo o material sólido assim obtido é encaminhado à metalúrgica para reciclagem.
O segundo rejeito mais importante da fábrica é o ácido sulfúrico. Ele é empregado na
produção de massa, na formação das baterias e no acabamento. Todo o ácido é recolhido e
neutralizado antes de ser descartado como efluente. Para a produção de baterias seladas o
controle de impurezas dos componentes é bastante rígido, apesar disto, a empresa
conseguiu adotar um sistema de reaproveitamento de soluções de ácido sulfúrico que
anteriormente era perdido como rejeito através de um monitoramento constante dos níveis
de contaminação nos estoques de ácido, sem alteração das tolerâncias nas especificações de
impureza. Este procedimento minimiza custos e permite que menos efluentes sejam
produzidos.
A fábrica deve possuir um sistema de drenagem onde todo líquido em seu interior (incluindo
águas pluviais) é direcionado para tanques de decantação e neutralização. A decantação
remove partículas sólidas contendo compostos de chumbo (principalmente óxidos e
sulfatos). A neutralização reduz a acidez e abaixa a solubilidade de compostos de chumbo
resultando em um efluente praticamente isento de chumbo. Existem basicamente duas
opções para neutralização: com sonda cáustica e com cal. No primeiro processo o
subproduto é sulfato de sódio enquanto que no segundo é sulfato de cálcio. Em ambos,
10
alguns hidróxidos também são formados, incluindo-se aí hidróxido de ferro originário dos
diversos equipamentos e instalações. Todo esse efluente é jogado em lagoas de decantação.
Como ainda não foi encontrado uso comercial para os subprodutos sólidos, eles são
acondicionados em aterros apropriados. No caso específico, como o custo da cal é bastante
inferior ao da soda cáustica, a primeira vem sendo empregada.
Para que a empresa se certifique segundo esta norma a mesma deve estabelecer um rígido
sistema de controle de emissões, e passar por um processo de auditoria.
Reaproveitamento de sucatas
Este processo, que no passado era feito manualmente, atualmente é feito de forma
automática. As sucatas de baterias são quebradas e passam por um processo de separação
baseada na densidade: o material é flotado: os compostos de chumbo são separados da
matéria plástica e o efluente líquido é neutralizado. O material plástico é reaproveitado na
fábrica de caixas e tampas e o material contendo compostos de chumbo segue para o refino.
Como na fábrica de baterias, todo efluente é contido no interior da planta e redirecionado
para uma estação de tratamento de efluente que essencialmente faz a neutralização e
decantação do mesmo. O resíduo sólido consiste em sua quase totalidade de sulfato de
cálcio. Não existe processo de reciclagem com 100% de reaproveitamento.
No caso da metalúrgica, existe como subproduto a escória. Esta escória poderá ser mais ou
menos rica em chumbo, dependendo da eficiência do processo. Atualmente, esforços estão
sendo direcionado para a obtenção da chamada escória verde: escória com mínimo teor de
chumbo e que poderia ser reaproveitada em outros processos industriais (por exemplo,
pavimentação), sem a necessidade de ser contida em aterros específicos. Com a crescente
conscientização por parte da sociedade de que os processos industriais necessitam ser
ecologicamente corretos, as indústrias para sua própria sobrevivência, têm procurado
soluções as mais diversas para seus problemas específicos. Na fabricação de baterias de
chumbo-ácido que manuseia rotineiramente toneladas de um elemento tóxico, o chumbo
foi encontrado soluções que permitem colocar no mercado um produto com elevada
qualidade e sem riscos ambientais.
2.5 Curiosidades
• Chumbo em excesso acarreta loucura.
• Só dá para detectar desnível nas taxas de minerais fazendo exame. Mas se existir
excesso de chumbo, a língua fica azulada na lateral e o lábio, por dentro, também.
• Antigamente as massinhas de modelar que eram brinquedos das crianças eram feitas
de chumbo. Hoje é proibido.
• Alguns dos enlatados utilizam o chumbo na borda que fecha a latinha. Na latinha de
cerveja essa borda é de alumínio.
• Todo escurecedor de cabelo leva chumbo. É proibido, só que as indústrias
escamoteiam, e a fórmula não inclui esse dado.
11
• O chumbo tem o número atômico mais elevado entre todos os elementos estáveis
(Isso é bom para blindagem!). Durante muito tempo se tem empregado o chumbo
como manta protetora para os aparelhos de Raio-X. Em virtude das aplicações cada
vez mais intensas da energia atômica, torna-se cada vez mais importante as
aplicações do chumbo na blindagem contra a radiação. É também utilizado no
transporte e armazenamento de produtos radioativos (inclusive o lixo radioativo,
proveniente de usinas nucleares).
• Um conjunto de cerca de 70 livros – cada um com entre 5 e 15 “folhas” de chumbo
presas por aros de chumbo – foi aparentemente descoberto em um vale remoto e
árido no norte da Jordânia, entre 2005 e 2007 após uma enchente.
3. CONSIDERAÇÕES FINAIS
A partir da pesquisa realizada sobre o elemento Chumbo, pode-se obter informações
importantes até então desconhecidas. O objetivo do trabalho foi alcançado, visto que, as
informações adquiridas serão de suma importância no curso.
4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
LEE, John David. D. Química Inorgânica: não tão concisa. 5 ed. São Paulo: Edgard Blucher, 1999. p
202.
Chumbo >>> disponível em: <http://www.icz.org.br/chumbo.php> acesso em 29 de novembro de
2012.
Chumbo >>> disponível em: <http://www.infoescola.com/elementos-quimicos/chumbo/> acesso
em 29 de novembro de 2012.
Os benefícios da reciclagem das baterias de chumbo-ácido no leste de Minas >>> disponível em:
<http://pt.scribd.com/doc/91381542/5/Fontes-de-ocorrencia-e-obtencao> acesso em 29 de
novembro de 2012.
As baterias de chumbo e o meio ambiente>>> disponível em: <
http://www.coladaweb.com/quimica/eletroquimica/as-baterias-de-chumbo-e-o-meio-ambiente>
acesso em 4 de dezembro de 2012.
12
• O chumbo tem o número atômico mais elevado entre todos os elementos estáveis
(Isso é bom para blindagem!). Durante muito tempo se tem empregado o chumbo
como manta protetora para os aparelhos de Raio-X. Em virtude das aplicações cada
vez mais intensas da energia atômica, torna-se cada vez mais importante as
aplicações do chumbo na blindagem contra a radiação. É também utilizado no
transporte e armazenamento de produtos radioativos (inclusive o lixo radioativo,
proveniente de usinas nucleares).
• Um conjunto de cerca de 70 livros – cada um com entre 5 e 15 “folhas” de chumbo
presas por aros de chumbo – foi aparentemente descoberto em um vale remoto e
árido no norte da Jordânia, entre 2005 e 2007 após uma enchente.
3. CONSIDERAÇÕES FINAIS
A partir da pesquisa realizada sobre o elemento Chumbo, pode-se obter informações
importantes até então desconhecidas. O objetivo do trabalho foi alcançado, visto que, as
informações adquiridas serão de suma importância no curso.
4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
LEE, John David. D. Química Inorgânica: não tão concisa. 5 ed. São Paulo: Edgard Blucher, 1999. p
202.
Chumbo >>> disponível em: <http://www.icz.org.br/chumbo.php> acesso em 29 de novembro de
2012.
Chumbo >>> disponível em: <http://www.infoescola.com/elementos-quimicos/chumbo/> acesso
em 29 de novembro de 2012.
Os benefícios da reciclagem das baterias de chumbo-ácido no leste de Minas >>> disponível em:
<http://pt.scribd.com/doc/91381542/5/Fontes-de-ocorrencia-e-obtencao> acesso em 29 de
novembro de 2012.
As baterias de chumbo e o meio ambiente>>> disponível em: <
http://www.coladaweb.com/quimica/eletroquimica/as-baterias-de-chumbo-e-o-meio-ambiente>
acesso em 4 de dezembro de 2012.
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Chumbo

  • 1. 1. INTRODUÇÃO 1.1. História A palavra chumbo vem do latim plumbum (chumbo). Ele começou a ser usado à cerca de 3.500 a.C., com os egípcios, que o utilizavam para a cunhagem de moedas e fabricação de cosméticos. Os jardins suspensos da Babilônia, construídos em 600 a.C., tinham calhas de chumbo para manter a umidade. Os gregos exploravam as jazidas de chumbo de Laurium no quinto século a.C., e os romanos fabricaram canos de chumbo no século III a.C. Na idade média, usou-se o chumbo para armar os vitrais das igrejas, e em calhas, escoadouros, encanamentos e nos tetos das catedrais, mosteiros e castelos. O chumbo foi também usado na guerra, graças ao baixo ponto de fusão, para lançá-lo derretido sobre os invasores, e à densidade, para fabricação de balas de canhão e outros projéteis. A produção de chumbo acentuou-se no século XIX, quando aumentaram suas aplicações industriais. Metais leves e resistentes, como o titânio, vieram substituí-lo, com a consequente queda no volume de produção. Entre os compostos de chumbo destaca-se o mínio, empregado como protetor do ferro contra corrosão. O chumbo é empregado como protetor de tubulações e cabos subterrâneos condutores de eletricidade. Não deve, entretanto ser empregado para conduzir água. Por absorver radiações de ondas curtas, é usado como protetor de reatores nucleares, aceleradores de partículas, equipamentos de raios X e transporte e armazenagem de material radioativo. 1.2. Características O Chumbo é um metal representativo de número atômico igual a 82, sua massa atômica ponderada 207,2 u. e o seu símbolo químico é Pb. Por causa das suas características atômicas, inclui-se no grupo dos metais pesados: é bastante nocivo à boa parte dos organismos (dentre eles o humano). Na condição ambiente é sólido, maleável e de cor branco azulado se cortado recentemente; caso contrário, quando exposto ao ar, adquire coloração acinzentada. Não é encontrado puro na natureza, mas na forma de compostos minerais, geralmente, sulfurados (como o sulfeto de chumbo). Seu potencial de oxidação em relação ao hidrogênio é de + 0,126 V, sendo assim, é relativamente resistente à corrosão – ainda mais porque o óxido formado que recobre o metal serve de proteção e apassiva o processo de corrosão. É um metal considerado semicondutor, já que possui resistência relativamente elevada e dificulta passagem de corrente elétrica. Em contrapartida, o óxido de chumbo é muito utilizado na fabricação de baterias de automóveis. 4
  • 2. 2. DESENVOLVIMENTO 2.1 Ocorrência e obtenção Em seu estado primário, o chumbo raramente é encontrado. A Galena (PbS) é o mineral mais comum com 86,6% de chumbo na sua composição. Existem outros minerais onde o chumbo também é encontrado em grande quantidade como o PbCO3 (cerusita), que apresenta cerca de 77% de chumbo e o PbSO4 (anglesita) com cerca de 68% de chumbo. O chumbo também pode ser encontrado com minerais de zinco, prata, ouro, cádmio, bismuto, arsênio e antimônio. Os principais fornecedores são URSS 17%, Austrália 14%, Estados Unidos 10%, Canadá 9% e Peru, México e China 6% cada um. Figura 1 - Galena, principal minério de chumbo Fonte: http://nautilus.fis.uc.pt/st2.5/scenes-p/elem/e08220.html, acesso em 27/11/12 A galena é minerada e depois separada de outros metais por flotação. Há dois métodos para a obtenção do elemento: 1 – Aquecimento na presença de ar para formar PbO, seguido da redução com coque ou CO num alto forno. 2PbS + 3 O2  2PbO + 2SO2 + Coque 2Pb (líquido) + CO2 (gás) 2 – O PbS é parcialmente oxidado pela passagem de ar através do material aquecido. Depois de um tempo o fornecimento de ar é interrompido mantendo-se o aquecimento. Nessas condições ocorre uma reação de auto-redução da mistura. 3PbS aquecimento na presença de ar PbS + 2 PbO aquecimento na ausência de ar 3Pb (líquido) + SO2 (gás) O chumbro obtido contém diversas impurezas metálicas: Cu, Ag, Au, Sn, As, Sb, Bi e Zn. Eles são removidos por resfriamento até próximo do ponto de fusão do chumbo, quando solidifica primeiro o Cobre e depois o Zinco contendo a maior parte do Ouro e da Prata. Arsênio, Antimônio e Estanho são oxidados antes do Chumbo a As2O3, Sb2O3 e SnO2, que flutuam na superfície do metal fundido, podendo assim ser removidos. 5
  • 3. A produção mundial de chumbo foi de 5,3 milhões de toneladas em 1992, sendo que 3,1 milhões foram obtidos a partir do PbS como matéria prima. Os principais produtores de minérios de chumbo são a Austrália 19%, Estados Unidos 13%, Canadá 11% e China 10%. 2.2 Aplicações do Chumbo O chumbo é um dos elementos mais utilizados na indústria, sendo consumido na forma de metal, puro ou ligado a outros metais, ou com outros compostos químicos, principalmente na forma de óxidos. Propriedades determinantes para a ampla aplicação industrial do chumbo e sua importância comercial são: o baixo ponto de fusão, grande maleabilidade, alta resistência à corrosão, alta densidade, grande opacidade aos raios X e gama, reatividade com o ácido sulfúrico e estabilidade química no ar, solo e água. A principal aplicação para o chumbo e seu óxido (PbO) é na fabricação de acumuladores de energia, um seguimento em que mais de 78% do metal é consumido em todo o mundo. Além dessa, outras aplicações importantes são na fabricação de forros para cabos, pigmentos, soldas suaves, munições e também está presente na construção civil e em pigmentos. Uma aplicação que caiu em desuso devido a regulamentações ambientais está na fabricação do chumbo tetraetílico, um composto utilizado como aditivo em gasolina e que no Brasil deixou de ser usado como antidetonante desde 1978. Flexibilidade e resistência a corrosão são propriedades que tornam o chumbo um excelente composto para revestimento de cabos, como os usados em televisores e telefones, pois pode ser estirado para formar revestimentos contínuos em torno dos condutores internos. Também é utilizado em mantas protetoras para aparelhos de raio X por não permitir a passagem desse tipo de radiação através dele. Por ser um metal altamente resistente à corrosão, o chumbo encontra grande aplicação na indústria da construção civil e nas indústrias químicas. Tem a capacidade de resistir ao ataque de ácidos por formar uma película protetora de óxido, o que o torna bastante útil na fabricação e manejo do ácido sulfúrico. Dentre os pigmentos contendo chumbo, os mais conhecidos são o amarelo de Nápoles (Pb3(SbO3)) e o branco de chumbo (2PbCO3 · Pb(OH)2 e 4PbCO3 · 2Pb(OH)2 · PbO)). Outros pigmentos importantes são o sulfato básico de chumbo e os cromatos de chumbo. A utilização desses pigmentos tem diminuído muito com o passar do tempo devido a sua toxicidade, sendo inclusive proibida a sua produção em determinados países, como Estados Unidos e Inglaterra. Silicatos, carbonatos e sais de ácidos orgânicos contendo chumbo formam diversos compostos que são usados como estabilizadores contra o calor e a luz em plásticos de cloreto de polivinila (PVC). Os silicatos de chumbo também são muito utilizados para fabricação de vidros e cerâmicas. 6
  • 4. Compostos organoplúmbicos têm sido desenvolvidos para diversas aplicações, como na produção de agentes biocidas contra bactérias gram-positivas, na fabricação de espumas de poliuretano. É também um ingrediente tóxico utilizado em pinturas navais que tem por finalidade impedir a incrustação nos cascos de navios ou para a proteção da madeira contra brocas e fungos marinhos. Outras aplicações são como agentes molusquicidas, anti- helmínticos e agentes redutores do desgaste em lubrificantes e inibidores da corrosão do aço. Devido a sua toxicidade o chumbo vem sendo substituído por outros compostos mais eficientes, baratos e ecologicamente corretos. O ramo da construção civil tem substituído tubulações metálicas a base de chumbo por materiais sintéticos, como resinas e polímeros que são mais resistentes e possuem maior trabalhabilidade, além de não serem tóxicos. No setor de cabos, os revestimentos têm sido trocados por plásticos. O chumbo tem sido substituído amplamente pelo alumínio e também por películas de resinas inteligentes que apresentam vantagens econômicas e funcionais na fabricação de papel, tubos, bisnagas e cápsulas. Apesar de não surgirem novas aplicações para o chumbo em produtos ou serviços, o que levaria a pensar que este metal estaria em decadência, não é o que se comprova pelo consumo mundial de chumbo que está em crescimento. Esse fato ocorre devido a elevada concentração do consumo de chumbo em um único setor, o de acumuladores de energia, que como dito anteriormente, responde por mais de 78% do consumo no mundo. 2.3 Toxicologia e precauções O Chumbo é extremamente tóxico ao organismo se exposto em doses elevadas. Os níveis de chumbo nos produtos alimentícios além de serem muito variáveis, podem ser parcialmente removidos (lavando-se ou descascando-se o alimento). Organizações internacionais propõem que a tolerância de ingestão semanal seja de 3 mg de chumbo para adultos ( 400 a 450 m g/dia ). Os alimentos (incluindo água potável e bebidas alcoólicas) são as maiores fontes de exposição da população ao chumbo. Crianças podem ter exposição adicional vindas de solo e poeiras. Vias de exposição As principais vias de exposição são a oral, inalatória e cutânea. • A ingestão é a principal via de exposição para a população em geral, sendo especialmente importante nas crianças. • No caso da exposição ocupacional a via de maior importância é a inalação. • Contudo, os efeitos tóxicos são os mesmos, qualquer que seja a via de exposição. A absorção de partículas de chumbo após inalação envolve a deposição das partículas no trato respiratório e a sua absorção e libertação para a circulação. A via de absorção tem pouco efeito na distribuição do chumbo. O chumbo absorvido é transportado pelo sangue e distribuído por três compartimentos: 7
  • 5. • Sangue; • Tecidos mineralizados (ossos e dentes); • Tecidos moles (fígado, rins, pulmões, cérebro, baço, músculos e coração). O chumbo pode ser encontrado na água potável através da corrosão de encanamentos de chumbo. Isto é comum de ocorrer quando a água é ligeiramente ácida. Este é um dos motivos para os sistemas de tratamento de águas públicas ajustarem o pH das águas para uso doméstico. O seu uso durante o Império Romano em encanamentos de água (e seu sal orgânico, acetato de chumbo, conhecido como “açúcar de chumbo”, usado como adoçante em vinhos) é considerado por alguns como causa da demência que afetou muitos dos imperadores romanos. O chumbo pode causar vários efeitos indesejáveis, tais como: • Perturbação da biossíntese da hemoglobina e anemia; • Aumento da pressão sanguínea; • Danos aos rins; • Abortos; • Alterações no sistema nervoso; • Danos ao cérebro; • Diminuição da fertilidade do homem através de danos ao esperma; • Diminuição da aprendizagem em crianças; • Modificações no comportamento das crianças, como agressão, impulsividade e hipersensibilidade. • O chumbo pode atingir o feto através da placenta da mãe, podendo causar sérios danos ao sistema nervoso e ao cérebro da criança. Prevenção 1. Substituição por substâncias menos tóxicas: substituição das tintas à base de carbonato de chumbo (chumbo branco) ou óxidos de chumbo (chumbo vermelho) por outras livres de chumbo, 2. Planejamento de novas plantas ou processos industriais: o encapsulamento e outros métodos de isolamento previnem a dispersão dos fumos e poeiras. A mecanização e a automação reduzem o número de trabalhadores expostos, e geralmente impede a liberação do chumbo para a atmosfera. 3. Ventilação: apesar de a poeira de chumbo ser mais pesada do que o ar, pequenas partículas de chumbo podem permanecer em suspensão por longos períodos. Por isso, é mais eficaz posicionar a coifa exaustora acima do que abaixo do processo industrial; 4. Medidas gerais: devem existir locais adequados para lavagem, incluindo pias, chuveiros, e cada empregado deve utilizar roupas e protetores adequados. 8
  • 6. 5. Monitoração do chumbo no ar. As medições do chumbo no ar devem ser realizadas a cada seis meses. 2.4 O chumbo e o meio ambiente O chumbo e seus compostos estão associados a disfunções no sistema nervoso, problemas ósseos, circulatórios, etc Devido sua baixa solubilidade, a absorção se dá principalmente por via oral ou respiratória. Sua disseminação no ambiente é resultado da atividade humana. Durante muitos anos foram utilizados compostos de chumbo em tintas, tubulações e como antidetonante em combustíveis, usos estes banidos em praticamente todos os países. Como já foi mencionado o principal uso de chumbo nos dias atuais é na fabricação de baterias de chumbo-ácido. Quando se discute o impacto ambiental desta atividade, deve-se levar em consideração desde a extração de chumbo nas minas até sua utilização na indústria. O Brasil praticamente não possui reservas minerais deste elemento. Assim, a maior parte do chumbo existente no país procede de importações. O chumbo utilizado pela indústria de baterias pode ser classificado como primário (proveniente de minas) e secundário (obtido pelo refino através de material reciclado). Um dos bens com maior índice de reciclagem no mundo é a bateria de chumbo, superando em muito o papel e o vidro, atingindo em alguns países números próximos a 100%. Neste contexto, a sucata de baterias é um material estratégico para a indústria de baterias no Brasil. A Convenção de Genebra proíbe a exportação de lixos perigosos, incluindo-se aí sucatas de baterias. Para um país como o nosso isso significa que para aumentarmos nossa produção, somos obrigados a importar chumbo refinado (primário ou secundário). Apesar de contarmos com instalações de reciclagem, por força desta Convenção, elas praticamente são impedidas de reciclar sucata internacional. O efeito da produção de baterias sobre o ambiente pode ser dividido em dois aspectos: ocupacional, devido à contaminação do ambiente interior à fábrica e ambiental, devido à emissão de efluentes para as regiões externas à fábrica. O risco de exposição a compostos de chumbo no interior das fábricas de baterias existe em praticamente todos os setores diretamente ligados à produção. Com isto, em praticamente todos os setores o uso de equipamento de proteção individual é obrigatório. Além disto, por questões da legislação trabalhista um acompanhamento do nível de chumbo na circulação sanguínea é realizado periodicamente em todas as pessoas que trabalham com chumbo. O processo de produção de óxido de chumbo a partir de chumbo metálico e oxigênio é exotérmico e em princípio, não deveria consumir energia. Como já dito anteriormente, existem dois tipos de processos para a obtenção do chumbo. Os dois processos resultam em um pó que necessita ser corretamente armazenado. Este pó possui uma fração apreciável de chumbo não oxidado, e, portanto é um material sujeito a posterior oxidação no ambiente. Do ponto de vista ambiental, o transporte desse material aumentava o risco de exposição a chumbo. O óxido de chumbo é um pó e, portanto pode ocorrer na atmosfera na forma de partículas suspensas e de poeira espalhada pelo piso. O uso de silos de armazenagem é 9
  • 7. comum em diversas fábricas no mundo inteiro existindo diversos sistemas disponíveis no mercado. Na masseira, o óxido de chumbo é transformado em uma massa que será aplicada sobre as grades de chumbo. O óxido armazenado nos silos é pesado automaticamente e transferido para a masseira sem contato com o operário. Isto torna o processo mais confiável e minimiza os riscos de contaminação. A massa é manuseada por operadores de empastadeira e neste setor além de máscara é obrigatório o uso de luvas. As placas obtidas nesse processo são acondicionadas pelos operários em cavaletes que são transportados por empilhadeiras para estufas de cura e secagem. Em todo este setor, nos postos de trabalho existem coifas exaustoras para aspiração contínua de pó para minimizar a exposição do operário a compostos de chumbo. Este pó é filtrado e o ar emitido é isento de chumbo. Como o transporte de placas leva inevitavelmente à dispersão de pó no piso da fábrica, a mesma é varrida e aspirada continuamente. A lavagem do piso também é um procedimento frequente. A produção de grades de chumbo é feita por fundição e à gravidade. Ou seja, o chumbo fundido escorre para os moldes que são resfriados. Aqui novamente, a emissão de vapores é uma fonte de contaminação, minimizada pelo resfriamento ambiente dos mesmos. A próxima etapa, o processamento das placas, é realizada com exaustão para aspiração dos pós-liberados. Existem ainda alguns pontos aonde vapores de chumbo são emitidos (fabricação de conexões e levantamento de bornes), mais uma vez controlados com exaustão e resfriamento. Todo o pó, massa, lama produzido no interior da fábrica têm essencialmente dois destinos: filtros e tanques. Os filtros devem ser limpos periodicamente e os tanques, decantados. Todo o material sólido assim obtido é encaminhado à metalúrgica para reciclagem. O segundo rejeito mais importante da fábrica é o ácido sulfúrico. Ele é empregado na produção de massa, na formação das baterias e no acabamento. Todo o ácido é recolhido e neutralizado antes de ser descartado como efluente. Para a produção de baterias seladas o controle de impurezas dos componentes é bastante rígido, apesar disto, a empresa conseguiu adotar um sistema de reaproveitamento de soluções de ácido sulfúrico que anteriormente era perdido como rejeito através de um monitoramento constante dos níveis de contaminação nos estoques de ácido, sem alteração das tolerâncias nas especificações de impureza. Este procedimento minimiza custos e permite que menos efluentes sejam produzidos. A fábrica deve possuir um sistema de drenagem onde todo líquido em seu interior (incluindo águas pluviais) é direcionado para tanques de decantação e neutralização. A decantação remove partículas sólidas contendo compostos de chumbo (principalmente óxidos e sulfatos). A neutralização reduz a acidez e abaixa a solubilidade de compostos de chumbo resultando em um efluente praticamente isento de chumbo. Existem basicamente duas opções para neutralização: com sonda cáustica e com cal. No primeiro processo o subproduto é sulfato de sódio enquanto que no segundo é sulfato de cálcio. Em ambos, 10
  • 8. alguns hidróxidos também são formados, incluindo-se aí hidróxido de ferro originário dos diversos equipamentos e instalações. Todo esse efluente é jogado em lagoas de decantação. Como ainda não foi encontrado uso comercial para os subprodutos sólidos, eles são acondicionados em aterros apropriados. No caso específico, como o custo da cal é bastante inferior ao da soda cáustica, a primeira vem sendo empregada. Para que a empresa se certifique segundo esta norma a mesma deve estabelecer um rígido sistema de controle de emissões, e passar por um processo de auditoria. Reaproveitamento de sucatas Este processo, que no passado era feito manualmente, atualmente é feito de forma automática. As sucatas de baterias são quebradas e passam por um processo de separação baseada na densidade: o material é flotado: os compostos de chumbo são separados da matéria plástica e o efluente líquido é neutralizado. O material plástico é reaproveitado na fábrica de caixas e tampas e o material contendo compostos de chumbo segue para o refino. Como na fábrica de baterias, todo efluente é contido no interior da planta e redirecionado para uma estação de tratamento de efluente que essencialmente faz a neutralização e decantação do mesmo. O resíduo sólido consiste em sua quase totalidade de sulfato de cálcio. Não existe processo de reciclagem com 100% de reaproveitamento. No caso da metalúrgica, existe como subproduto a escória. Esta escória poderá ser mais ou menos rica em chumbo, dependendo da eficiência do processo. Atualmente, esforços estão sendo direcionado para a obtenção da chamada escória verde: escória com mínimo teor de chumbo e que poderia ser reaproveitada em outros processos industriais (por exemplo, pavimentação), sem a necessidade de ser contida em aterros específicos. Com a crescente conscientização por parte da sociedade de que os processos industriais necessitam ser ecologicamente corretos, as indústrias para sua própria sobrevivência, têm procurado soluções as mais diversas para seus problemas específicos. Na fabricação de baterias de chumbo-ácido que manuseia rotineiramente toneladas de um elemento tóxico, o chumbo foi encontrado soluções que permitem colocar no mercado um produto com elevada qualidade e sem riscos ambientais. 2.5 Curiosidades • Chumbo em excesso acarreta loucura. • Só dá para detectar desnível nas taxas de minerais fazendo exame. Mas se existir excesso de chumbo, a língua fica azulada na lateral e o lábio, por dentro, também. • Antigamente as massinhas de modelar que eram brinquedos das crianças eram feitas de chumbo. Hoje é proibido. • Alguns dos enlatados utilizam o chumbo na borda que fecha a latinha. Na latinha de cerveja essa borda é de alumínio. • Todo escurecedor de cabelo leva chumbo. É proibido, só que as indústrias escamoteiam, e a fórmula não inclui esse dado. 11
  • 9. • O chumbo tem o número atômico mais elevado entre todos os elementos estáveis (Isso é bom para blindagem!). Durante muito tempo se tem empregado o chumbo como manta protetora para os aparelhos de Raio-X. Em virtude das aplicações cada vez mais intensas da energia atômica, torna-se cada vez mais importante as aplicações do chumbo na blindagem contra a radiação. É também utilizado no transporte e armazenamento de produtos radioativos (inclusive o lixo radioativo, proveniente de usinas nucleares). • Um conjunto de cerca de 70 livros – cada um com entre 5 e 15 “folhas” de chumbo presas por aros de chumbo – foi aparentemente descoberto em um vale remoto e árido no norte da Jordânia, entre 2005 e 2007 após uma enchente. 3. CONSIDERAÇÕES FINAIS A partir da pesquisa realizada sobre o elemento Chumbo, pode-se obter informações importantes até então desconhecidas. O objetivo do trabalho foi alcançado, visto que, as informações adquiridas serão de suma importância no curso. 4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS LEE, John David. D. Química Inorgânica: não tão concisa. 5 ed. São Paulo: Edgard Blucher, 1999. p 202. Chumbo >>> disponível em: <http://www.icz.org.br/chumbo.php> acesso em 29 de novembro de 2012. Chumbo >>> disponível em: <http://www.infoescola.com/elementos-quimicos/chumbo/> acesso em 29 de novembro de 2012. Os benefícios da reciclagem das baterias de chumbo-ácido no leste de Minas >>> disponível em: <http://pt.scribd.com/doc/91381542/5/Fontes-de-ocorrencia-e-obtencao> acesso em 29 de novembro de 2012. As baterias de chumbo e o meio ambiente>>> disponível em: < http://www.coladaweb.com/quimica/eletroquimica/as-baterias-de-chumbo-e-o-meio-ambiente> acesso em 4 de dezembro de 2012. 12
  • 10. • O chumbo tem o número atômico mais elevado entre todos os elementos estáveis (Isso é bom para blindagem!). Durante muito tempo se tem empregado o chumbo como manta protetora para os aparelhos de Raio-X. Em virtude das aplicações cada vez mais intensas da energia atômica, torna-se cada vez mais importante as aplicações do chumbo na blindagem contra a radiação. É também utilizado no transporte e armazenamento de produtos radioativos (inclusive o lixo radioativo, proveniente de usinas nucleares). • Um conjunto de cerca de 70 livros – cada um com entre 5 e 15 “folhas” de chumbo presas por aros de chumbo – foi aparentemente descoberto em um vale remoto e árido no norte da Jordânia, entre 2005 e 2007 após uma enchente. 3. CONSIDERAÇÕES FINAIS A partir da pesquisa realizada sobre o elemento Chumbo, pode-se obter informações importantes até então desconhecidas. O objetivo do trabalho foi alcançado, visto que, as informações adquiridas serão de suma importância no curso. 4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS LEE, John David. D. Química Inorgânica: não tão concisa. 5 ed. São Paulo: Edgard Blucher, 1999. p 202. Chumbo >>> disponível em: <http://www.icz.org.br/chumbo.php> acesso em 29 de novembro de 2012. Chumbo >>> disponível em: <http://www.infoescola.com/elementos-quimicos/chumbo/> acesso em 29 de novembro de 2012. Os benefícios da reciclagem das baterias de chumbo-ácido no leste de Minas >>> disponível em: <http://pt.scribd.com/doc/91381542/5/Fontes-de-ocorrencia-e-obtencao> acesso em 29 de novembro de 2012. As baterias de chumbo e o meio ambiente>>> disponível em: < http://www.coladaweb.com/quimica/eletroquimica/as-baterias-de-chumbo-e-o-meio-ambiente> acesso em 4 de dezembro de 2012. 12