Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais

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(1)UFPE. UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO Centro de Ciências Exatas e da Natureza Departamento de Química Fundamental Programa de Pós-Graduação em Química. Dissertação de Mestrado. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais. Sheila Alves Bezerra da Silva. Recife-PE Brasil Junho / 2008.

(2) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. ii. UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA NATUREZA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA FUNDAMENTAL PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais Sheila Alves Bezerra da Silva Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Química da UFPE como parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre em Química. Orientador: Prof. Dr. Manfred Oswald Erwin Schwartz Co-orientador: Prof. Dr. Belarmino Barbosa Lira. Recife-PE Brasil Junho / 2008 Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(3) Silva, Sheila Alves Bezerra da Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais / Sheila Alves Bezerra da Siva. – Recife : O Autor, 2008. xx, 123 folhas : il., fig., tab. Dissertação(mestrado) - Universidade Federal de Pernambuco. CCEN. Química Fundamental, 2008. Inclui bibliografia e anexo 1. Química inorgânica. 2. Argilominerais. 3. Cerâmica. 4. Pigmentos. I. Título. 546. CDD (22.ed.). FQ2008-030.

(4) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. iv. FOLHA DE APROVAÇÃO. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(5) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. v. DEDICO. A minha única irmã, Danielle Alves B. da Silva que por morar na Europa me enche de saudades e que sempre diz ter muito orgulho de mim.. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(6) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. vi. AGRADEÇO. Primeiramente ao meu Deus que me deu o fôlego de vida e sempre está comigo durante todos os momentos da minha existência me ajudando, me orientando. Aos meus pais Maria José Alves e José Bezerra aos quais eu devo tudo que sou hoje como pessoa; que nunca mediram esforços para que eu tivesse uma educação de qualidade e sempre me ensinaram com amor e paciência os valores da família e de dignidade. Ao meu sobrinho Gabriel Fernando Braz (8 anos) pelo amor, respeito, beijos e abraços com os quais sempre me recepciona em nossos encontros e por me fazer voltar a ser criança ao me envolver em suas brincadeiras. Ao meu orientador e grande amigo Dr. Manfred O. E. Schwartz que me aceitou na pesquisa, investiu em mim, me ajudou em tudo que precisei para o bom desenvolvimento desse trabalho e para meu crescimento acadêmico. Ao meu querido amigo e co-orientador, Dr. Belarmino Barbosa Lira que sempre esteve presente com seu vasto conhecimento sobre argilominerais e engenharia de Minas; que investiu em mim e que me presenteou com seu bom humor tornando muito mais leve meus dias de pesquisa. As professoras, Lucila Prado Borges e Ingrid Távora Weber que aceitaram o convite da pós-graduação para compor a banca examinadora e que muito contribuíram com suas sugestões e críticas construtivas ao meu trabalho.. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(7) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. vii. Ao amigo Álvaro Carvalho do Departamento de Engenharia de Mecânica /CTG/UFPE que me auxiliou nas difrações de raios – X e em especial pelo apoio espiritual que muito me confortou nos momentos de incerteza. Ao amigo Alex Moraes do departamento de Geologia/CTG/UFPE que se fez disponível sempre que precisei, me ajudou com os infravermelhos e com os espectros no origin e interpretação dos meus dados. A minha amiga Cybelle Carvalho do departamento de Genética/CCB/UFPE que sempre me escutou quando precisei e sempre me deu forças embora também estivesse envolvida em suas pesquisas. A minha amiga e companheira de profissão Sheila Gomes que esteve sempre presente inclusive nos tão necessários momentos de lazer. A minha amiga Waldelange Santos que me ajudou a normatizar a dissertação nos padrões da ABNT. Aos meus amigos do DQF Nélho Galvão, Carlos André, Gilson Ferreira, Renato Augusto, Gerson Paiva, Robson Barros, Natércia Miranda, Natália Miranda e Adriana por todo apoio. A minha amiga Yonara Karine (Luna) que me ajudou no preparo das amostras e ao Robson Ferreira que antecedeu a Luna nos trabalhos e também muito me ajudou com o processamento de minhas amostras. Ao LACMAR, Laboratório de Comunidades Marinhas dessa Universidade, na pessoa do professor Roberto Botelho que me permitiu fazer todos os tratamentos térmicos nas minhas amostras e sempre me recebeu muitíssimo bem em seu laboratório e aos alunos e amigos Glória e Hilquias e Paulo Henrique Bonifácio.. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(8) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. viii. Ao LACOM, Laboratório de Combustíveis e Materiais da UFPB, na pessoa da professora Ieda Garcia onde fiz as análises de cor. Ao NEGLABISE, Núcleo de Estudos Geológicos Laboratório de Isótopos Estáveis da UFPE pelas as análises de Fluorescência de raios – X. Ao meu amigo Marcelo Gomes técnico do LTM, Laboratório de Tecnologia Mineral - UFPE por me ajudar nos ensaios de cominuição das minhas amostras e por sempre me receber com muito bom humor. Aos meus amigos da Central Analítica, Lúcio, Eliete, Conceição, Ricardo, Tibúrcio e Érida que me dedara todo apoio durante essa pesquisa. A todos os laboratórios do DQF por onde passei com meus experimentos. Aos amigos Patrícia e Maurílio que desempenham como ninguém suas funções na secretaria da pós-graduação e sempre me ajudaram com a parte burocrática esclarecendo e orientando também. A todos o meu muito obrigada porque sem vocês esse trabalho com certeza não teria sido realizado.. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(9) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. ix. RESUMO. Os argilominerais que recobrem os horizontes de gipsita da bacia sedimentar do Araripe são constituídos por uma grande variedade de materiais, onde se pode encontrar entre outros feldspatos, quartzo e principalmente calcita e gipsita. Essa dissertação é resultado de um estudo de caracterização dos argilominerais distribuídos em camadas em níveis diferentes localizadas acima das jazidas de gipsita encontradas na região de Araripina – PE, bem como, o estudo da possibilidade de se utilizar esses argilominerais para obtenção de pigmentos inorgânicos para a indústria cerâmica. Esses argilominerais divididos em camadas de acordo com a disposição natural dos horizontes na própria jazida apresentam em condições normais (sem tratamento térmico) cores distintas que variam entre bege e vermelhas, e após tratamento térmico suas cores ficam ainda mais distintas e em tons muito interessantes à indústria cerâmica em geral e possivelmente às indústrias que utilizam tons mais claros como a polimérica e a indústria de tintas. Os argilominerais presentes nessas argilas pertencem ao grupo das Esmectitas, das micas e caulinitas. Para a caracterização foram aplicadas diversas técnicas tais como a de Fluorescência de Raios-X (FRX), Difração de Raios-X (DRX), Infravermelho (IV) e Análise Colorimétrica. Para a interpretação dos resultados foi feita uma análise quimiométrica através do método de Análise dos Componentes Principais (PCA). Para a purificação dos argilominerais foram testados técnicas de processamento mineral. Os resultados observados mostram que os argilominerais estudados podem ser utilizados como pigmentos para indústria cerâmica, no desenvolvimento de novos materiais ao associá-los a polímeros e tintas.. PALAVRAS-CHAVES: argilominerais, esmectitas, pigmentos, caracterização.. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(10) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. x. ABSTRACT. Clay minerals that recover gypsum of the sedimentary basin of Araripe are constituted by a great variety of materials Among them are feldspat, quartz and mainly calcite and gypsum. That present work is the result of a study characterizing these clay minerals distributed in layers at different levels located above the gypsum of the area of Araripina - PE, as well as, the study of the possibility of using these clay minerals as inorganic pigments for the ceramic industry. These clay minerals divided in layers in agreement with the natural disposition present even under natural conditions (without thermal treatment) different colors that vary from beige, green to red, and after thermal treatment its colors become more intense and then very interesting for the ceramic industry in general and possibly to the industries that use clearer tones as the polymeric and ink industry. Clay minerals in those clays belong to the group of smectites and the ones of micas and kaolins. For their characterization there were applied several techniques such as X-Ray Fluorescence (XRF), X-Ray Difraction (XRD), infrared (IV) and Colour analysis. Towards interpretation of the results was made a analyze quimiometric through the method of Analysis of the Main Components (PCA). For the purification of the clay minerals mineral processing techniques were tested. The observed results show that the studied clay minerals can be used as pigments for the ceramic industry, in the development of new materials associating them with polymers ones and paints.. KEY WORDS: clay minerals, smectites, pigments, characterization. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(11) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. xi. SUMARIO GERAL RESUMO.....................................................................................................................ix ABSTRACT...................................................................................................................x LISTAS DE ABREVIATURAS E SIMBOLOS.............................................................xvi LISTAS DE FIGURAS E FOTOGRAFIAS................................................................xviii LISTA DE TABELAS..................................................................................................xxi LISTA DE EQUAÇÕES.............................................................................................xxii. CAPITULO I – INTRODUÇÃO...................................................................................23 1.1 – JUSTIFICATIVA................................................................................................23 1.2 – DEFINIÇÃO DO PROBLEMA...........................................................................24 1.3 – OBJETIVOS......................................................................................................26 1.3.1 – Objetivo Geral.................................................................................................26 1.3.2 – Objetivo Específico.........................................................................................26. CAPITULO II – LOCALIZAÇÃO E ASPECTOS GEOLÓGICOS..............................27 2- LOCALIZAÇÃO E ASPECTOS GEOLÓGICOS DA BACIA DO ARARIPE............27 2.1 – RELEVO............................................................................................................27 2.2 – CLIMA................................................................................................................27 2.3 – HIDROGRAFIA..................................................................................................28 2.4 – VEGETAÇÃO....................................................................................................28 2.5 – SOLOS..............................................................................................................28 2.6 – GEOLOGIA........................................................................................................29 2.6.1 – Geologia Regional..........................................................................................29. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(12) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. xii. CAPITULO III – ESTADO DA ARTE.........................................................................32 3- ESTADO DA ARTE................................................................................................32 3.1 – Argilas................................................................................................................32 3.1.1 – Definições.......................................................................................................32 3.2 – Propriedades das argilas...................................................................................36 3.3 – Classificação dos argilominerais.......................................................................36 3.3.1 - Classificação mineralógica..............................................................................36 3.3.2 - Classificação geológica...................................................................................38 3.3.2.1 - Argilas primárias...........................................................................................38 3.3.2.2 - Argilas secundárias ou sedimentares..........................................................39 3.4 - Transformações topotáticas sofridas pelos argilominerais com a temperatura................................................................................................................39 3.4.1 - Classificação das reações topotáticas sofridas pelos argilominerais.............40 3.4.1.1 - Reações em baixas temperaturas...............................................................40 3.4.1.1.1 - Mecanismos de desidroxilação.................................................................41 3.4.1.2 - Reações em altas temperaturas..................................................................41 3.5 – Distribuição relativa dos argilominerais no mundo............................................43 3.5.1 - Ocorrência mundial.........................................................................................43 3.5.2 – Argilominerais esmectíticos...........................................................................45 3.5.2.1 – Características gerais dos argilominerais esmectíticos..............................46 3.6 – Propriedades dos argilominerais esmectíticos.................................................48 3.6.1 – Estrutura cristalina.........................................................................................48 3.6.2 – Substituição isomórfica..................................................................................49 3.6.3 – Capacidade de troca de cátions (CTC)..........................................................50 3.7 – Esmectitas do Nordeste do Brasil.....................................................................53 3.7.1 – Ocorrências na região....................................................................................53 3.8 – Argilominerais e indústria de cerâmica vermelha..............................................55 3.8.1 – Argilas de queima avermelhada.....................................................................56 3.8.2 – Argilas plásticas..............................................................................................56 3.8.2.1 - Classificação e características individuais das argilas plásticas..................57 3.8.2.1.1 - Argilas para grés.......................................................................................57 Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(13) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. xiii. 3.8.2.1.2 – Caulim ou argila da china.........................................................................57 3.8.2.1.3 – Argila refratária.........................................................................................58 3.8.2.1.4 - Argilas de bola (ball clay)..........................................................................58 3.8.2.1.5 – Bentonita..................................................................................................58 3.8.2.1.6 – Argila natural............................................................................................58 3.8.2.1.7 – Argilas expandidas...................................................................................59 3.8.2.2 – Tipo 1...........................................................................................................59 3.8.2.3 – Tipo 2...........................................................................................................59 3.8.2.4 – Tipo 3...........................................................................................................59 3.9 – Materiais cerâmicos...........................................................................................60 3.9.1 – Massas ou pastas cerâmicas.........................................................................60 3.9.1.1 – Porcelanas...................................................................................................60 3.9.1.2 – Porcelana de ossos - (boné china)..............................................................60 3.9.1.3 – Louça...........................................................................................................61 3.9.1.4 – Grés.............................................................................................................61 3.9.1.5 – Terracota ou argila vermelha.......................................................................61 3.9.1.6 – Massas refratárias.......................................................................................61 3.9.1.7 – Pasta egípcia...............................................................................................61 3.10 – Cor...................................................................................................................62 3.10.1 – Definição.......................................................................................................62 3.10.2 – A Teoria das Cores.......................................................................................62 3.10.2.1 – Percepção de cor......................................................................................63 3.10.3 – Características e medição da cor.................................................................65 3.10.4 – A química da cor...........................................................................................68 3.11 – Corantes..........................................................................................................70 3.11.1 – Definição.......................................................................................................70 3.12 – Pigmentos........................................................................................................71 3.12.1 – Pigmentos inorgânicos.................................................................................72 3.12.1.1 – Comparação entre pigmentos inorgânicos e orgânicos............................74 3.12.2 – Pigmentos cerâmicos...................................................................................75 3.12.3 – Poder colorífico.............................................................................................77 3.12.4 – Propriedades que caracterizam um bom pigmento cerâmico......................77 Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(14) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. xiv. 3.12.4.1 – Estabilidade do pigmento..........................................................................77 3.12.5 - Classificação de Pigmentos Cerâmicos.......................................................78 CAPITULO IV – MATERIAS E MÉTODOS...............................................................79 4- MATERIAIS E MÉTODOS.....................................................................................79 4.1 – Coleta das amostras.........................................................................................79 4.2 – Formação das amostras....................................................................................80 4.2.1 – Homogeneização da amostra........................................................................80 4.2.1.1 – Amostragem e quarteamento......................................................................81 4.3 – Mecanismos e processos de separação de minérios.......................................81 4.3.1 – Classificação..................................................................................................82 4.3.2 – Peneiramento.................................................................................................82 4.3.3 – Concentração gravimétrica............................................................................83 4.3.3.1 – Classificação granulométrica......................................................................83 4.4 – Técnicas de caracterização..............................................................................84 4.4.1 – Difratometria de Raios – X (DRX)..................................................................84 4.4.2 – Fluorescência de Raios-X (FRX)...................................................................84 4.4.3 – Espectroscopia da região do infravermelho (IV)............................................85 4.5 – Análise colorimétrica.........................................................................................85 4.5.1 – Preparação da amostra..................................................................................85 4.6 – Análise Quimiométrica......................................................................................86 4.6.1 – Análise dos Componentes Principais............................................................86 CAPITULO V – RESULTADOS E DISCUSSÕES.....................................................87 5 - RESULTADOS E DISCUSSÕES..........................................................................87 5.1 – Analise por difração de Raios – x (DRX)...........................................................87 5.2 – Análise por fluorescência de Raios-x (FRX).....................................................96 5.2.1 – Análise química na temperatura de sinterização (a partir de 600ºC)..........104 5.3 – Análise por espectroscopia no infravermelho.................................................104 5.3.1 – Área 1: Absorções entre 700 – 1150 cm-1...................................................115 Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(15) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. xv. 5.3.2 – Área 2: Absorção entre 1300 – 1900 cm-1....................................................117 5.3.3 – Área 3: Absorção entre 2300 – 2600 cm-1....................................................118 5.3.4 – Área 4: Absorção entre 3300 – 3800 cm-1....................................................118 5.4 – Análise da observação colorimétrica...............................................................120 5.4.1 – Resultados obtidos pelo colorímetro para amostras antes e depois do tratamento térmico....................................................................................................120 5.5 – Análise dos componentes principais (PCA)....................................................124. CAPITULO VI – CONCLUSÕES.............................................................................128 6- CONCLUSÕES....................................................................................................128 6.1 – Para as amostras In Natura............................................................................128 6.2 – Para amostras após calcinação em diferentes temperaturas.........................128. CAPITULO VII – PERSPERCTIVAS DE PESQUISAS FUTURAS.........................130 7 – Perspectivas futuras...........................................................................................130 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS....................................................................131 9. ANEXOS..............................................................................................................143. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(16) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. xvi. LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS. Å. Angstron. a*. parâmetro a* (avermelhar – esverdear). ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. ATG. Análise Termogravimétrica. b*. Parâmetro b* (amarelar – azular). C. Caulinita. CCEN. Centro de ciências Exatas e da Natureza. CIE. Comissão Internacional sobre Iluminação. CPRM. Companhia de Pesquisa e Recursos Minerais. CT. Cátions Trocáveis. CTC. Capacidade de Troca de Cátions. CTG. Centro de Tecnologia e Geociências. d001. Distância Interplanar Basal. DNPM. Departamento Nacional de Produção Mineral. DQF. Departamento de Química Fundamental. DRX. Difração de Raios-X. DTA. Análise Térmica Diferencial. E. Esmectíta. Eq.. Equação. F. Feldspato. FRX. Fluorescência de Raios-X. G. Gipsita. I. Ilita. IV. Infravermelho. L*. parâmetro L* (luminosidade). LABISE. Laboratório de Isótopos Estáveis. LACOM. Laboratório de Combustíveis e Materiais. M. Mulita. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(17) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. xvii. Mc. Metacaulinita. meq. miliequivalente. MET. Microscopia Eletrônica de Transmissão. MEV. Microscopia Eletrônica de Varredura. NEG. Núcleo de Estudos Geológicos. PCA. Análise dos Componentes Principais (Principal Component Analysis). PF. Perda ao Fogo. Q. Quartzo. RGB. Roxo, verde e azul (inglês). ROM. run of mine. s.f. Substantivo feminino. s.m. Substantivo masculino. SAED. Difração Eletrônica de Área Selecionada. SUDENE. Superintendência de Desenvolvimento do Nordeste. UFPB. Universidade Federal da Paraíba. UFPE. Universidade Federal de Pernambuco. UV. Ultravioleta. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(18) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. xviii. LISTA DE FIGURAS E FOTOGRAFIAS. Figura 2.1 – Mapa de localização da Bacia do Araripe (Pólo Gesseiro de Pernambuco)..............................................................................................................30 Fotografia 2.2 - Mina Rancharia, indústria de mineração SUPERGESSO................31 Fotografia 2.3 - Mina Rancharia, indústria de mineração SUPERGESSO................31 Figura 3.1 – Argila......................................................................................................33 Figura 3.2 – Estruturas cristalográficas de silicatos...................................................35 Figura 3.3 - Distribuição mundial relativa de Caulinita nos oceanos, concentração de carbonato-livre < 2 µm classificados segundo o tamanho da fração.........................43 Figura 3.4 - Distribuição mundial relativa de llita nos oceanos, concentração de carbonato-livre < 2 µm classificados segundo o tamanho da fração.........................44 Figura 3.5 - Distribuição mundial relativa de Clorita nos oceanos, concentração de carbonato-livre < 2 µm classificados segundo o tamanho da fração.........................45 Figura 3.6 - Distribuição mundial relativa de Esmectitas nos oceanos, concentração de carbonato-livre < 2 µm classificados segundo o tamanho da fração....................46 Figura 3.7 - Estrutura cristalina do argilomineral esmectítico....................................47 Figura 3.8 – Diagrama esquemático da estrutura cristalina da Esmectitas...............49 Figura 3.9 – Lâmina tipo 2:1 de argilominerais esmectíticos.....................................50 Figura 3.10 – Hidratação interlamelar de cátions em esmectitas..............................53 Figura 3.11 - Produtos desenvolvidos à base de argila.............................................55 Figura 3.12 - Tipos de argilas plásticas existentes....................................................56 Figura 3.13 - Espectro Eletromagnético.....................................................................64 Figura 3.14 - Círculo das cores complementares de Goethe....................................64 Figura 3.15 - Diagrama cromático CIELAB D 65........................................................66 Figura 3.16 - Espectro de cores e comprimentos de onda........................................68 Figura 3.17 – Diagrama CIELAB para os principais pigmentos cerâmicos...............76 Fotografia 4.1 - Campo de coleta da Mina Rancharia................................................79 Figura 4.2 – Esquema de um classificador hidráulico................................................83 Figura 4.3 - Colorímetro Greatj Macbeth Color-Eye 2180..........................................85 Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(19) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. xix. Figura 5.1 – Difratograma para as amostras in natura...............................................87 Figura 5.2 – Difratograma e fotografia da camada 1..................................................89 Figura 5.3 – Difratograma e fotografia da camada 2..................................................89 Figura 5.4 – Difratograma e fotografia da camada 3..................................................90 Figura 5.5 – Difratograma para duas amostras de argilominerais bentoníticos (K e W) em estado natural (sem queima, ou interferências de influencias químicas) encontradas na literatura............................................................................................91 Figura 5.6 – Difratograma 1 para amostras de bentonitas encontradas na literatura......................................................................................................................91 Figura 5.7 – Difratograma 2 para amostras de bentonitas encontradas na literatura......................................................................................................................92 Figura 5.8 – Difratograma e fotografia da camada 4..................................................92 Figura 5.9 – Difratograma e fotografia da camada 5..................................................93 Figura 5.10 – Difratograma e fotografia da camada 6................................................93 Figura 5.11 – Difratograma e fotografia da camada 7................................................94 Figura 5.12 – Difratograma e fotografia da camada 8................................................94 Figura 5.13 – Difratograma de uma amostra de esmectita monocatiônica cálcica...95 Figura 5.14 – Espectro de absorção infravermelho do argilomineral de Araripina em função da temperatura da queima...........................................................................105 Figura 5.15 – Espectro de absorção infravermelho da argila entre 3300 e 3800 cm-1 em função da temperatura da queima.....................................................................106 Figura 5.16 – Espectro de absorção infravermelho da argila, entre 800 e 1200 cm-1, para diferentes temperaturas...................................................................................106 Figura 5.17 - Espectros no infravermelho para a amostra 1....................................107 Figura 5.18 - Espectros no infravermelho para a amostra 2....................................108 Figura 5.19 - Espectros no infravermelho para a amostra 3....................................109 Figura 5.20 - Espectros no infravermelho para a amostra 4....................................110 Figura 5.21 - Espectros no infravermelho para a amostra 5....................................111 Figura 5.22 - Espectros no infravermelho para a amostra 6....................................112 Figura 5.23 - Espectros no infravermelho para a amostra 7....................................113 Figura 5.24 - Espectros no infravermelho para a amostra 8....................................114. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(20) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. xx. Figura 5.25 - Espectro de absorção no infravermelho para todas as amostras antese depois do tratamento térmico...................................................................................115 Figura 5.26 – PCA dos dados da análise química...................................................125 Figura 5.27 – PCA dos dados da analise química...................................................126 Figura 5.28 – Gráfico da razão SiO2/Fe2O3..............................................................129. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(21) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. xxi. LISTA DE TABELAS. Tabela 3.1 - Classificação segundo tipo e grupo dos argilominerais.........................38 Tabela 3.2 - Cátions predominantes em diferentes Esmectitas.................................47 Tabela 3.3 - Dados de Capacidade de troca de cátions (CTC) média de argilominerais segundo GRIM....................................................................................51 Tabela 3.4 - Propriedades dos Corantes Orgânicos X Inorgânicos...........................71 Tabela 3.5 - Propriedades dos Corantes X Pigmentos.............................................72 Tabela 5.1 - Distâncias interplanares características de alguns argilominerais............................................................................................................95 Tabela 5.2 – Análise Química das Amostras In natura.............................................97 Tabela 5.3 – Análise Química das Amostras calcinadas a 600ºC (Temperatura de sinterização)..............................................................................................................98 Tabela 5.4 – Análise Química das Amostras calcinadas a 1000ºC..........................99 Tabela 5.5 - vibrações importantes para caracterização dos argilominerais..........105 Tabela 5.6 - Coordenadas Cromáticas....................................................................121 Tabela 5.7: Resultados das cores observadas no colorímetro para amostras in natura e queimadas a diferentes temperaturas......................................................122. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(22) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. xxii. LISTA DE EQUAÇÕES. Equação 3.1: Expressão matemática que define o parâmetro L*..............................67 Equação 3.2: Expressão matemática que define o parâmetro a*..............................67 Equação 3.3: Expressão matemática que define o parâmetro b*..............................67 Equação 3.4: Diferença Absoluta das Três Coordenadas Cromáticas......................68 Equação 5.1: Reação de decomposição da Calcita.................................................101 Equação 5.2: Reação de síntese da cal hidratada...................................................101 Equação 5.3: Reação de carbonatação da Cal hidratada........................................101 Equação 5.4: diferença entre leitura da amostra e padrão L*..................................123 Equação 5.5: diferença entre leitura da amostra e padrão a*..................................123 Equação 5.6: diferença entre leitura da amostra e padrão b*..................................123. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(23) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. 23. CAPITULO I – INTRODUÇÃO 1- INTRODUÇÃO. 1.1 – JUSTIFICATIVAS Desde os remotos tempos da pré-história o homem se utiliza de substâncias naturais para obtenção de pigmentos o que dá origem a toda a variedade de cores. Em princípio esses pigmentos naturais podem ser de três tipos: minerais, animais ou vegetais. Apesar das três possíveis classificações a grande maioria dos pigmentos naturais utilizados é proveniente das rochas (solos), ou seja, tem origem mineral. Todavia, com o crescimento e avanço tecnológico da indústria cerâmica têm sido utilizados cada vez mais pigmentos sintéticos devido à facilidade de obtenção e preparo. Portanto, o volume de investimentos e pesquisas sobre pigmentos cerâmicos, tem crescido de modo notável. Isto se deve ao fato de que os pigmentos cerâmicos se constituem como uma matéria-prima de elevado valor agregado (GOUVEIA et al., 1999). Além disso, a preocupação com o meio ambiente e a crescente conscientização ecológica são responsáveis pelo aumento da procura por substâncias que não causem danos à natureza e não produzam rejeitos agressores ao meio ambiente. O campo de aplicação desses pigmentos é amplo, porém o mais conhecido é realmente o da indústria cerâmica que os utiliza na obtenção de cores para suas peças. A implantação de indústrias de revestimentos cerâmicos nos Estados do Nordeste surge como uma oportunidade de negócios muito interessantes, pois esta região possui grandes jazidas dos principais minerais industriais necessários à produção de materiais cerâmicos. Pigmentos são definidos como partículas sólidas, geralmente classificadas como orgânicas e inorgânicas que apresentam uma cor característica ou até mesmo fluorescência, sendo insolúvel no substrato onde será utilizado, e que não devem reagira com o mesmo (RAMALHO et al., 2004). Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(24) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. 24. Vários fatores devem ser considerados na escolha de um pigmento como: estabilidade térmica, a intensidade e a uniformidade das cores obtidas, o tamanho das partículas do pó e a própria capacidade do pigmento de desenvolver a cor (RAMALHO et al., 2004). A estabilidade da cor também é um fator importante na escolha do pigmento, tendo em vista que está diretamente relacionado com a qualidade do material e sua capacidade de permanência, considerando, por exemplo, que se aplicado a uma tinta para parede externa esse pigmento não pode sofrer alterações em virtude das intempéries.. 1.2- DEFINIÇÃO DO PROBLEMA. A região do Araripe localizada no interior do estado de Pernambuco apresenta grandes reservas de argilominerais. Esses argilominerais encontram-se em uma extensão de 7 a 15 metros acima de jazidas de gipsita e possuem uma variedade de cores distintas. Não existe até então conhecimento se esses argilominerais são adequados à produção de pigmentos naturais de origem mineral. Atualmente, a região do Araripe se desenvolve principalmente através das atividades desenvolvidas pelas indústrias de extração mineral da gipsita, no entanto as camadas sobrepostas acima das jazidas são consideradas rejeitos de exploração e não tem um destino aproveitável que gere outra fonte de renda e conseqüentemente de desenvolvimento para essa região. As empresas de mineração de gipsita instaladas no pólo gesseiro retiram as muitas camadas de argilominerais da parte superior da jazida e dessa forma apenas transportam o montante de material de um local para outro, causando um grande acúmulo de material que não se aproveita adequadamente e que ainda dificulta a sua retirada e pode causar problemas ambientais . No ano de 1995, segundo dados da Companhia de Pesquisa e Recursos Minerais (CPRM) havia 342 empresas responsáveis pelas unidades produtoras de gipsita, que se encontra em Araripina, Ipubi e Trindade. As reservas totais de gipsita do Pólo Gesseiro nesse mesmo ano somaram em torno de Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(25) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. 25. 36% das reservas medidas do país. Até o ano 2001 existiam cerca de 45 decretos de lavras e diversas unidades fabris e de transformação associadas (CPRM, 2001). Ao final do ano de 2000 foram registradas no país um total de 65 minas de gipsita, desse total 47 delas estão em Pernambuco sendo 28 ativas. A inequívoca supremacia de Pernambuco esteve, no último ano do período, centrada em apenas seis empresas que, operando nove minas localizadas nos municípios de Ouricuri, Ipubi, Trindade e Araripina, geraram 78% da produção estadual e 68% da produção brasileira ROM (run of mine), com a seguinte distribuição por empresa: Mineradora São Jorge S.A. (Grupo Laudenor Lins), 19%; Mineradora Ponta da Serra Ltda. (Grupo Votorantim), 16%; Empresa de Mineração Serrolândia Ltda. (Grupo Valdemar Vicente de Souza), 12%; Mineradora Rancharia Ltda./Supergesso S.A. Ind. e Com. (Grupo Inojosa), 12%, Holdercim Brasil S.A. (Grupo Holderbank), 10% e CBE – Cia. Brasileira de Equipamento (Grupo João Santos), 10% (DNPM, 2001). Atualmente, segundo dados do SINDUGESSO o Pólo Gesseiro conta com 29 minas de gipsita, das 36 em operação no país, 138 indústrias de calcinação e cerca de 380 indústrias de pré-moldados (SINDUGESSO, 2008).. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(26) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. 26. 1.3 – OBJETIVOS. 1.3.1- Objetivo Geral. Esse trabalho tem como objetivo caracterizar e identificar aplicações técnicas para os argilominerais existentes na Região do Araripe-PE com o foco na sua utilização como pigmentos naturais. Os argilominerais em análise são os que se encontram na capa da jazida de gipsita da Mina Rancharia pertencente à Empresa de Mineração SUPERGESSO localizada na Região do Araripe – PE. Salientamos que estes materiais que se sedimentaram após a gipsita na Região do Pólo Gesseiro são característicos de todas as jazidas da área em apreço.. 1.3.2- Objetivo Específico. Determinar a coloração após queima e a várias temperaturas 200°, 400°, 600°, 800° e 1000°C; Amostrar e caracterizar os argilominerais utilizando técnicas como Difração de Raios – X, Fluorescência de raios – X, Análise colorimétrica e Espectroscopia no Infravermelho; Estudar a possibilidade do uso desses argilominerais como pigmentos para indústria de tintas e de polímeros.. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(27) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. 27. CAPITULO 2 – LOCALIZAÇÃO E ASPECTOS GEOLOGICOS. 2- LOCALIZAÇÃO E ASPECTOS GEOLÓGICOS DA BACIA DO ARARIPE Nesse capitulo, encontra-se um sumário dos aspectos fisiográficos e geológicos importantes para o reconhecimento e a caracterização dos depósitos minerais sedimentares que ocorrem na Região de Araripina PE.. 2.1 – RELEVO. A vasta superfície plana da Chapada do Araripe é terminada por escarpas abruptas. A partir da borda da bacia estende-se uma peneplanície levemente ondulada, interrompida por elevações residuais (SUDENE, 1973). Podem ser individualizadas em três zonas geomórficas distintas: 1) Zona da Chapada, formando uma superfície sub-horizontal; 2) Zona de Talude, que margeia o sopé da chapada; 3) Zona de Pediplano, que também é chamada de Vale do Cariri, e constitui uma depressão com 1.500 km2 de extensão.. 2.2 – CLIMA. O clima dominante da região é o quente, semi-árido tipo estepe caracterizado por duas estações distintas; uma de chuvas irregulares concentradas em curto período do ano (mais especificamente do mês de fevereiro ao mês de maio) com pluviometria media anual de 750 mm; e outra de estiagem. As temperaturas médias anuais variam de 25º C a 30º C (SUDENE, 1973).. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(28) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. 28. 2.3 – HIDROGRAFIA. A chapada do Araripe constitui um divisor de águas entre as bacias hidrográficas dos rios São Francisco, ao sul, Jaguaribe, ao norte, e o Paraíba, a oeste. Na zona da chapada a drenagem é praticamente inexistente, em virtude da fácil infiltração das águas, que extravasam formando fontes. Na zona de pediplano a drenagem tem um padrão dendritíco-retangular denso e os rios são intermitentes (Baraúna, 1991).. 2.4 – VEGETAÇÃO. A vegetação predominante do topo da Chapada varia de arbustiva a arbórea e constitui o cerrado (savana). A vegetação das terras baixas corresponde ao chamado “Sertão do Araripe” é menos densa e corresponde a caatinga (estepe) (SUDENE, 1973).. 2.5 – SOLOS. A predominância absoluta é do litossolo formado sobre rochas do embasamento cristalino. Os solos desenvolvidos sobre as rochas sedimentares são mais espessos e apresentam todos os horizontes desenvolvidos. Os solos sobre formações argilocalcárias são melhores para a agricultura (SUDENE, 1973).. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(29) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. 29. 2.6- GEOLOGIA. 2.6.1 – Geologia Regional. “Série Araripe” foi o termo inicialmente utilizado para designar toda a seqüência sedimentar que correspondem a Chapada do Araripe (SMALL, 1913). A Bacia do Araripe formava uma extensa área sedimentar na região nordeste do Brasil. Atualmente, a expressão geomorfológica que mais se destaca desta outrora extensa área deposicional é a Chapada do Araripe. Trata-se de um extenso planalto situado entre os estados do Ceará, Pernambuco e Piauí com 160 km de comprimento no seu eixo principal (leste-oeste) e aproximadamente 50 km de largura na direção norte-sul. De uma maneira geral, a Bacia do Araripe foi formada a partir dos eventos tectônicos causadores em particular da fragmentação do Gondwana, e está particularmente associada com a abertura do Oceano Atlântico Sul. O rifteamento causado pela separação das placas continentais da América do Sul e da África influenciou a sedimentação e a evolução desta bacia a exemplo do que foi verificado em outras bacias do nordeste brasileiro (KELLNER, 2006). A bacia sedimentar do Araripe ocupa parte dos Estados do Ceará, Pernambuco e Piauí, tendo como limites estruturais o lineamento Patos, ao norte, e uma “cuesta” de erosão associada ao recuo da falha de Conceição. Essa seqüência sedimentar apresenta comportamento evolutivo semelhante às demais ocorrências sedimentares do interior do Nordeste do Brasil (ROLIM, 1973).. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(30) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. 30. Figura 2.1 – Mapa de localização da Bacia do Araripe (Pólo Gesseiro de Pernambuco) Fonte: Adaptado de Geologia e Recursos Minerais do Estado de Pernambuco (CPRM), 2001.. Dessa forma, os sedimentos mesozóicos da seqüência Araripe, a exemplo das demais ocorrências sedimentares interiores (Iguatu, Iço, Rio do Peixe, Souza, São Jose do Belmonte, Mirandiba, entre outras), não foram consideradas no passado como bacias sedimentares e sim como frações de uma cobertura mais extensa aprisionada em falhas do embasamento. O caráter de bacia sedimentar, no entanto, é atribuído por Brito Neves (1990) a seqüência sedimentar do Araripe, com base na classificação de Kingston. As fotografias 2.2 e 2.3 mostram trechos da bacia sedimentar de onde foram extraídas as amostras utilizadas para os estudos nessa dissertação.. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(31) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. 31. Fotografia 2.2 - Mina Rancharia, indústria de mineração SUPERGESSO Fonte: Autora, 2006. Fotografia 2.3 - Mina Rancharia, indústria de mineração SUPERGESSO Fonte: Autora, 2006. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(32) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. 32. CAPITULO 3 – ESTADO DA ARTE. 3- ESTADO DA ARTE. Neste capitulo encontra-se a revisão detalhada da literatura que aborda definições e aspectos relevantes ao tema em referência.. 3.1 – ARGILAS. 3.1.1 – Definições. Argilas são essencialmente silicatos hidratados de alumínio geralmente cristalinos denominados argilominerais, podendo conter ferro e magnésio. Podem conter ainda outros minerais, matéria orgânica e sais solúveis. Sob o ponto de vista físico-químico, as argilas podem ser consideradas como sistemas dispersos de minerais, nos quais predominam partículas de diâmetro abaixo de 2 µm (GRIM, 1953). A maioria dos argilominerais é subdividida em função de suas propriedades estruturais e são essas propriedades que fornecem o desempenho desse material para as mais diversas aplicações (GRIM, 1963). O termo argila “sensu lato” é empregado para designar um material inorgânico natural, de granulometria fina, com partículas de poucos micrômetros, que apresenta comportamento plástico quando adicionada uma determinada quantidade de água. Do ponto de vista sedimentológico e granulométrico, a fração argila corresponde ao conjunto de partículas inferiores a 2 µm ou 4 µm, segundo as escalas de Attemberg e Wentworth, respectivamente (MOTTA, 2004).. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(33) Dissertação de Mestrado. Figura 3.1 – Argila. Sheila Alves Bezerra da Silva. 33. Fonte: Oliveira, 2008. O termo “argila” foi inicialmente definido por Mackenzie, Bailey e Weaver (MACKENZIE, 1963; BAILEY E WEAVER, 1980). Recentemente a Association Internacionale Pour L’Etude dês Argiles (AIPEA) e a Clay Mineral Society (CMS) redefiniram o termo “argila” (de forma que a palavra argila se refere ao material natural composto fundamentalmente por um mineral de grãos finos, o qual é geralmente plástico com uma quantidade de água própria e que endurece quando seca ao ar livre ou se calcina (GUGGENHEIM E MARTIN, 1995 citado em VIOTTI, 2006). Essas definições são aceitas, mas não mencionam a qualidade presente nos argilominerais. Portanto, define como uma fração granulométrica. O termo argila, para Meira (2001), permite vários conceitos, subjetivos e interpretativos, tornando-o, de certa forma, indefinível e com vários sentidos. Os vários conceitos de argilas são funções da formação profissional, quer pela sua gênese, suas propriedades e aplicações. De fato, para um ceramista a argila é um material natural que quando misturado a água se converte numa massa plástica, para um sedimentologista representa um termo granulométrico em que dominam as partículas com diâmetro equivalente inferior a 2 µm, para um petrologista é uma rocha, para um mineralogista é um mineral ou mistura de minerais argilosos que. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(34) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. 34. apresentam estrutura essencialmente filitosa e granulometria muito fina e para um leigo é um barro (OLIVEIRA, 2008). Para SOUZA et al. 2004, argilas são matérias-primas cerâmicas constituídas predominantemente por silicatos de alumínio hidratados, podendo também conter minerais acessórios, como feldspato e quartzo, bem como, matéria orgânica e outras possíveis impurezas. Por esse motivo, é mais conveniente utilizar-se o termo “argilominerais” ao se referir a uma mostra de argila, tendo em vista que, uma argila em geral não ocorre na jazida na sua forma pura, ou seja, sem a ocorrência de outros minerais acessórios. Os argilominerais, segundo COELHO et al. 2007, podem ser classificados pelo tipo de estrutura. Nas estruturas do tipo 1:1 (duas camadas) estão os grupos: da caulinita; das serpentinas e; dos argilominerais ferríferos. Nas estruturas do tipo 2:1 (três camadas) estão os grupos: do talco-pirofilita; das micas; das esmectitas; das vermiculitas; das cloritas; da paligorsquita (atapulgita) – sepiolita. As quatro dezenas de argilominerais existentes distribuem-se por estes dois tipos de estruturas. Além de argilominerais associados podem-se encontrar outros materiais e minerais como matéria orgânica, sais solúveis, partículas de pirita, mica, calcita, dolomita e outros materiais residuais, e podem conter também minerais amorfos. Argila é uma rochas. A composição química mais comum é:. 2SiO2, Al2O3, 2H2O, Silicato aluminoso hidratado.. Os silicatos hidratados possuem estrutura em camadas constituídas por folhas contínuas formadas por tetraedros de silício (ou alumínio) e oxigênio, e folhas formadas por octaedros de alumínio magnésio ou ferro e oxigênio, e hidroxilas, conforme ilustra a figura 3.2 (NEUMANN et al., 2000).. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(35) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. 35. Figura 3.2 – Estruturas cristalográficas de silicatos: a) tetraedros de silício/oxigênio formando as folhas tetraédricas e os octaedros de alumínio/oxigênio formando as folhas octaédricas; b) idealização das folhas tetraédricas e octaédrica formando uma camada de uma argila do tipo 2:1. Fonte: NEUMANN et al., 2000.. As camadas tetraédricas e octaédricas se unem através de oxigênios. Os vértices no compartilhamento contêm grupos OH. Existem duas classes de camadas octaédricas: trioctaédricas e dioctaédricas. Quando todos os octaédros estão ocupados, as camadas são conhecidas como sendo trioctaédricas. E quando dois terços dos octaedros estão ocupados, estas camadas passam a ser chamadas dioctaédricas. A sobreposição de camadas com cátions interlamelares compensadores de carga, forma os chamados “tactóides” (NEUMANN et al., 2000). Estão espalhados pela superfície da terra chegando a basicamente 75% das rochas sedimentares do planeta. Há uma grande variedade de materiais passíveis de classificação neste grupo, quase todos possuem composição semelhante, mas há pequenas variações (LIRA, 2006).. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(36) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. 36. 3.2 – PROPRIEDADES DAS ARGILAS. As Argilas apresentam características comuns como: composição química, estruturas das camadas e tamanho das partículas. As argilas têm grande afinidade por água, podem dobrar sua espessura em até 100% quando postas em contato com ela, exemplo: a 10Å a espessura de uma argila pode atingir 19,5 Å quando colocada em água (VELDE, 1995). Muitas das argilas têm habilidade adsorver íons da solução quando imersas em água (átomos e moléculas eletricamente carregados) e liberá-los quando as condições físico-químicas da polpa mudam. Moléculas de água são fortemente adsorvidas a superfície das argilas conferindo-lhes uma propriedade denominada de plasticidade muito interessante à indústria de cerâmica.. 3.3 – CLASSIFICAÇÃO DOS ARGILOMINERAIS. 3.3.1 - Classificação Mineralógica Os argilominerais podem ser classificados por diversos critérios. De acordo com CABRAL et al. 2005 os argilominerais são constituídos predominantemente de filossilicatos, e seus tipos mais comuns são formados de folhas tetraédricas (T) de silício e octaédricas (O) de alumínio, e, com menor freqüência, de magnésio e/ou ferro e constituem unidades estruturadas na proporção 1:1 (TO) ou 2:1 (TOT) (OLIVEIRA, 2008). Além do arranjo estrutural, o espaçamento basal dessas unidades tipifica os argilominerais dos diversos agrupamentos, destacando-se os grupos da caulinita, illita e esmectíta como os mais importantes do ponto de vista cerâmico. Juntamente com as partículas de argilominerais ocorrem outros minerais, geralmente nas Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(37) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. 37. frações silte (2 µm = 0,002 mm < Φ > 0,62 mm) e areia (Φ > 0,62 mm). Nessas granulometrias maiores, o mineral mais comum é o quartzo, seguido de micas, feldspatos e minerais opacos. A argila, por se tratar de um material extremamente fino, muitas vezes de mineralogia mista, torna-se difícil a sua identificação e classificação precisas, propiciando uma farta difusão de terminologia (MOTTA, 2004). As argilas são classificadas, de acordo com COELHO et al. 2007, em duas categorias, denominadas de argilas industriais e argilas especiais. As argilas industriais, assim designadas pelo "U.S. Bureau of Mines" são aquelas utilizadas em grande escala pelas indústrias de processamento químico, como: caulim; "ball clay" (argila plástica para cerâmica branca); argila refratária; bentonita; terra fuller; argila para fins de construção civil (cerâmica vermelha); vermiculita; talco; pirofilita; amianto ou asbesto. As argilas especiais, assim designadas pela revista inglesa "Industrial Minerals", são aquelas que se distinguem das argilas industriais por ser comercialmente raras, ocorrerem em quantidades grandes em localidades restritas, por serem produtos industriais modificados quimicamente e, por isso, possuírem elevado valor agregado. A maior parte das argilas especiais foi desenvolvida comercialmente para produtos novos ou incomuns, ou para aplicações específicas. Esses desenvolvimentos foram baseados nas características especiais da composição química e da estrutura cristalina de alguns argilominerais (OLIVEIRA, 2008). Os argilominerais também podem ser classificados em grupos ou famílias em função das suas composições químicas e das características da estrutura cristalina apresentados; ou seja, os argilominerais se classificam em função de como estão organizadas as diferentes células unitárias. Essa classificação é representada como mostra a tabela 3.1. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(38) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. 38. Tabela 3.1 - Classificação segundo tipo e grupo dos argilominerais.. ELEMENTOS DOMINANTES Al Al Mg, Fe2+ SiO2. TIPO 1:1 1:1 2:1 2:1. Al, Mg, Na, Fe+2 Mg, Fe+2, Al, Fe3+ Mg, Fe, Al. 2:1 2:1 2:1. Mg, Al Mg, Fe , K, Al, Fe3+, Na, Ca. 2:1 Regularmente Interestratificada Irregularmente Interestratificada 2:7. +2. Mg, Fe2+ Mineralóides. GRUPO Caulinita Serpentinas Talco-pirofilita Micas Esmectitas ou Montmorilonitas Vermiculitas Cloritas Paligorsquita ou sepiolita Ilita-montmorilonita Montmorilonitavermiculita Alofanos. Fonte: Adaptado de VIOTTI, 2006.. 3.3.2 - Classificação Geológica. Geologicamente os argilominerais se classificam em duas categorias: Argilas Primárias e Argilas Secundárias também conhecidas como sedimentares.. 3.3.2.1 - Argilas Primárias. São formadas no mesmo local da rocha mãe e têm sido pouco atacadas pelos agentes atmosféricos. Possuem partículas mais grossas e coloração mais clara, são pouco plásticas, porém de grande pureza e possuem alto nível de fusão. O caulim é um exemplo dessas argilas (LIRA, 2006).. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(39) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. 39. 3.3.2.2 - Argilas Secundárias ou Sedimentares. São as que têm sido transportadas para mais longe da rocha mãe pela água, pelo vento e incluindo ainda o degelo. A água especialmente tritura a argila em partículas de diferentes tamanhos, fazendo com que as mais pesadas se depositem primeiro, as outras vão se depositando de acordo com seu peso pelo decorrer do caminho, sendo que as partículas mais leves se depositam onde a água pára (LIRA, 2006). As secundárias são mais finas e plásticas que as primárias, podendo, no entanto conter impurezas ao se misturarem com outras matérias orgânicas. O mineral básico das argilas é a caulinita.. 3.4. -. TRANSFORMAÇÕES. TOPOTÁTICAS. SOFRIDAS. PELOS. ARGILOMINERAIS COM A TEMPERATURA. As transformações de fase, cristalinas e não-cristalinas sofridas pelos argilominerais com aumento da temperatura, tem sido objeto permanente de pesquisas com o intuito de determinar com precisão a natureza das fases formadas e os mecanismos envolvidos nessas transformações. Inicialmente esses estudos foram feitos com o auxílio de técnicas como XRD, métodos ópticos, e por métodos térmicos (DTA e TGA) (SOUZA SANTOS, 1989). Porém, as pesquisas tiveram um grande avanço por volta de 1959 através dos trabalhos de Brindley e Nakahira e em 1960 com os trabalhos de Comer utilizando simultaneamente XRD, Microscopia Eletrônica de Alta Resolução (MET) e Difração Eletrônica de Área Selecionada (SAED) para o estudo dos monocristais milimétricos de caulinita. Esses trabalhos demonstraram certa cristalinidade para uma metacaulinita supostamente não cristalina, além de verificar também a. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(40) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. 40. existência de uma fase cristalina cúbica semelhante à alumina-gama, porém com defeitos de substituição isomórfica (SOUZA SANTOS, 1989). É importante enfatizar que muitos, senão todos os argilominerais se desidroxilam topotaticamente, isto é, cada monocristal do material dá início a algo que se aproxima do monocristal do produto que é formado com uma orientação bem definida e reprodutível. Logo, o termo topotáticas significa que as fases originais e os produtos mantêm relações cristalográficas simples entre si. Essas relações envolvem não somente direções dos eixos cristalográficos, mas também os parâmetros de rede nessas direções (SOUZA SANTOS, 1989).. 3.4.1 - Classificação das reações topotáticas sofridas pelos argilominerais.. Basicamente, essas reações de transformação podem ser divididas em dois tipos de acordo com a temperatura de ocorrência, são elas as reações em baixas e em altas temperaturas com uma margem de separação arbitrária de 1000°C de diferença.. 3.4.1.1 - Reações em baixas temperaturas Das reações ocorridas em baixas temperaturas pode-se destacar como sendo as mais importantes as reações de desidroxilação que ocorrem em um intervalo térmico de 500°- 700°C e dependem da composição e estrutura cristalina dos argilominerais envolvidos. Frequentemente, uma ou mais fases de transição metaestáveis são formadas, antes da recristalização em altas temperaturas (SOUZA SANTOS, 1989). Ainda segundo Souza Santos, nas esmectitas ricas em ferro o pico de perda das hidroxilas acontece entre 500 a 550 ºC. (SOUZA SANTOS, 1989).. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..

(41) Dissertação de Mestrado. Sheila Alves Bezerra da Silva. 41. 3.4.1.1.1 - Mecanismos de desidroxilação. As primeiras idéias sobre mecanismos não-homogêneos para desidroxilação de minerais foram propostas em 1961 por Taylor e Ball (1963). De acordo com Taylor, a desidroxilação por um mecanismo não-homogêneo ocorre em três etapas: a) migração de cátions; b) formação de moléculas de água como um gás em uma região doadora e sua expulsão subseqüente, e c) reempacotamento do arranjo de oxigênio dentro de uma região receptora (SOUZA SANTOS, 1989). Taylor e Ball, afirmaram que a reação de desidroxilação do talco, por exemplo, ocorre por um mecanismo não-homogêneo e que na fase inicial da desidroxilação, ocorre a expulsão da água como um gás da região doadora, formando então um produto sólido e desordenado. As micrografias obtidas a 900ºC (temperatura de desidroxilação) mostraram estriações, ou seja, possíveis fissuras por onde o vapor de água pode ter sido expulso das ripas desidroxiladas de acordo com os estudos realizados por SOUZA SANTOS, 1989. A hipótese básica do mecanismo de desidroxilação não-homogênea é a de que nenhum átomo de oxigênio se perde nas regiões receptoras. Em 1988, Souza Santos e Yada mostraram que os resultados ópticoeletrônicos obtidos no estudo do talco confirmam o mecanismo não-homogêneo.. 3.4.1.2 - Reações em altas temperaturas. Ocorrem acima de 1000°C e suas fases desenvolvidas são principalmente aquelas previstas pelos diagramas de equilíbrio de fases, e são geralmente dependentes dos componentes principais (óxidos) (SOUZA SANTOS, 1989). Isso foi enfatizado pioneiramente em 1965 por Grimm Bradley e seus colaboradores que demonstraram um desenvolvimento topotático de fases em altas temperaturas, onde a transformação de fase ocorre de maneira ordenada. A. Estudos para a utilização dos argilominerais das jazidas de gipsita do Araripe PE para produção de pigmentos naturais..