XIXEncontrodeIniciaçãoàPesquisa UniversidadedeFortaleza 21 à 25 deoutubrode2013

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XIXEncontrodeIniciaçãoàPesquisa

UniversidadedeFortaleza 21 à 25 deOutubrode2013

DIFRATOMETRIA DE RAIOS X – TÉCNICA DE CARACTERIZAÇÃO DA

FLUORITA PELO SOFTWARE X’PERT HIGH SCORE PLUS

Fernanda Luiza Ferreira Uchôa 3* (A); Maria Eduarda Lustosa Sampaio 1(IC);Raianne Ferreira Buson1(IC); Felipe Nogueira de Sousa2 (IC); Hilana Bezerra Moura Frota3 (A); Luiz Gerson Lima Junior 4(PO).

1. Universidade de Fortaleza – Aluna do Curso de Engenharia Ambiental e Sanitária – Bolsista FUNCAP 2. Universidade de Fortaleza – Aluno do Curso de Engenharia Elétrica – Bolsista PAVIC

3.Universidade de Fortaleza – Aluna do Curso de Engenharia Ambiental e Sanitária 4. Universidade de Fortaleza – Docente do Curso de Engenharia Ambiental e Sanitária Email: nandaa_uchoa@hotmail.com.

Palavras-chave:Identificação de Fases. X’PertHighScore Plus. Difratometria de raios X.

Resumo

Diversos tipos de materiais podem ser analisados através da técnica de difração de raios X, uma técnica relativamente simples e rápida, que analisa os componentes presentes na amostra, podendo ser utilizado o programa X’PertHighScore Plus como auxílio para fazer a leitura do difratrograma. Verifica-se neste software variáveis como composição e identificação das principais fases presentes até a forma como eles estão organizados no sistema. Para que se utilize a difratometria de raios x, sem que haja interferências nos resultados obtidos, é necessário que o material passe por um processo de lavagens para que se retirem os componentes orgânicos e inorgânicos, e logo após ela seja homogeneizada, para que a reflexão dos feixes de raios X esteja com o mesmo ângulo no qual ele atingiu a amostra. Após estes tratamento e realização da prática de difratometria de raios-x sobre o material será possível, como dito, com auxilio do programa, caracterizar o material.

Introdução

A fluorita é a principal fonte comercial de flúor comercial. Sua composição química é CaF2corresponde

quando pura a 51,2% de Ca (cálcio) e 48,8% de F (flúor). As maiores reservas brasileiras encontram-se nos Estados do Paraná e de Santa Catarina, correspondendo respectivamente a 52% e 37% do total das reservas. Ela possui clivagem perfeita, é encontrada predominantemente na forma cúbica, com traço incolor, brilho vítreo e cores variando entre incolor, branco, verde, violeta, azul, amarelo e roxo (PEÇANHA, 2013).

Há varias práticas para caracterizar diversos tipos de matérias, sendo essencial conhecer suas composições e fases cristalinas. Uma técnica bastante utilizada para caracterizar essas fases é a difratometria de raios X (DRX), que se fundamenta no fato de que quando átomos dos planos cristalinos estiverem separados entre si por distâncias da mesma ordem de grandeza dos comprimentos de onda dos raios X, estes podem ser detectados em sua posição mediante o posicionamento de suas faces cristalinas (Scapin, 2003).

A difração de raios X acontece segundo a Lei de Bragg, a qual estabelece a relação entre o angulo de difração e a distancia entre os planos que a originaram (característicos para cada fase cristalina) (Alberset al, 2013). No equipamento de DRX, um feixe de raios X é lançado sobre um conjunto de planos cristalinos, com distância interplanar “d”, formando um ângulo “θ”. Ao incidir no plano cristalino, o feixe de raios X será refletido com mesmo ângulo de incidência e logo após é captado por um detector, que irá fazer a leitura dos

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dados. Se a diferença entre os caminhos ópticos for um número inteiro de comprimentos de ondas, isso resulta em difração (Rangel, 2011).Esses equipamentos podem ter diferentes formas, tipos e materiais, dependendo da finalidade da amostra.

Figura 02: Parte interna do difratômetro de raios X da UFC.

Fonte: Arquivo pessoal, 2013.

O feixe difratado é normalmente expresso através de picos que se destacam do background (ou linha de base), registrados num espectro de intensidade versus o ângulo 2θ (ou d), constituindo o padrão difratométrico ou difratograma(Rangel, 2011).Para analisar qual a fase do cristal, é necessário utilizar o método de Rietveld, que utiliza bancos de dados que contém os padrões difratométricos de vários tipos de argila, para fazer comparações com o difratograma calculado, onde irá comprovar qual será a fase da amostra quando os picos de maiores intensidadescoincidirem com um dos padrões salvos na base de dados.

A difratrometria de raios X é um método bastante prático e confiável, visto que ele traça um perfil para cada fase cristalina presente no argilomineral, facilitando assim o estudo destes para a produção de materiais hierarquizados, pois fornece informações gerais e especificas a cerca do material amostral analisado, tais como: caracterização química, distância interplanar e organização estrutural destes.

Metodologia

Foi feita a análise de uma amostra de fluorita (fluoreto de cálcio), encontrada em cristais cúbicos, de cor muito variável, usada principalmente na siderúrgica como fundente e na indústria de vidros e esmaltes. Para que tenhamos melhores resultados na análise de fases através do difratograma, foi necessário fazer a moagem do material para que ele ficasse homogeneizado, com suas faces planas e lisas, visto que o laser de raios X irá incidir sobre o material em diferentes ângulos. Foi utilizado o spinner, função do aparelho de raios X, que irá rotacionar a amostra, com fins de diminuir a margem de erro, caso a amostra não esteja completamente plana.

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Após a moagem, a amostra é colocada em cápsulas, e levadas ao difratômetro modelo X’Pert Pro, onde irá ficar por aproximadamente 36 minutos, recebendo feixes de raios X, que serão refletidos e captados por um tubo feito de cobre, logo em seguida gerando as informações no aparelho de contagem.

As informações geradas pelo equipamento são levadas ao programa X’PertHighScore Plus, onde foram detectados os picos principais, e analisados as fases da amostra através do método de Rietveld, que é feito através da comparação do padrão de difração de raios x observado, com um padrão calculado dos dados de estruturas (parâmetros cristalográficos) das fases existentes.

Para que a análise seja mais rápida e precisa, foi utilizado também o método da fluorescência de raios X, onde ela determinará, em porcentagem, quais os matérias pesados presentes na amostra, facilitando assim, a procura pelo padrão da fase correta, visto que haverá restrições que o programa deverá cumprir.

Para que seja feita a análise básica nesse programa, é necessário que os seguintes passos sejam seguidos:

1. Abrir o arquivo com os dados da amostra (ângulos e intensidades); 2. Ir em “treatment” e procurar os picos principais.

3. Fazer a análise geral, ou colocando as restrições dadas na fluorescência de raios X.

4. Comparar os picos da amostra com o padrão escolhido, até que ache o padrão mais próximo.

Resultados e Discussão

Através do software X’PertHighScore Plus, podemos construir o difratograma da amostra estudada em questão de segundos, e achar seus picos principais, que são característicos de cada mineral, conforme mostra a figura abaixo, a análise de uma amostra de fluorita, onde podemos observar os seus picos relacionados com o ângulo de incidência do feixe de raios X, com a intensidade dos elementos na amostra.

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Figura: Ampliação dos picos localizados em torno de 55º, visando melhor visualização.

Também podemos analisar os componentes de cada fase, visto que o software nos diz quem são os elementos encontrados, e de que forma eles estão agrupados, o que nos fez chegar à suposição de que a amostra se tratava de uma fluorita, que é composta principalmente por fluoreto de cálcio, analisando os picos característicos da amostra, onde contém fluoreto de cálcio, na posição 33,1º e 55,1º.

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Para concluir que realmente se trata de uma amostra de fluorita, o software funciona como uma base de dados, onde tem armazenado os difratogramas padrões de diversas amostras, trabalhando com o método de Rietveld, que usa as comparações dos picos, mostrando opções de difratogramas salvos, sendo os mais próximos os mais voltados para laranja e, à medida que se distancia do padrão salvo, a cor vai ficando mais escura, chegando a vermelho e até mesmo roxo, conforme a figura abaixo.

Figura: Padrões salvos no software para que seja feita a comparação e análise da amostra estudada.

Conclusão

Pode-se concluir que, ao utilizar o programa X’PertHighScore Plus, é possível obter um resultado rápido da análise de fase componente de uma mistura ou da amostra pura. É notável os elementos que compõem o material analisado, através da comparação dosdifratogramas daamostra com o difratrograma padrão mais aproximado com a base de dados padrão.

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De fato a amostra analisada demonstrou tratar-se de uma fluorita, onde foi possível comprovar através da comparação com os padrões salvos no software, que nos informaram os picos principais característicos desse mineral. Estes resultados encorajam as futuras análises de materiais façam parte de pesquisas de materiais de engenharia de aplicação comercial e/ou ambiental.

Referências

ALBERS, A. P. F. et al. Um método simples de caracterização de argilominerais por difração de raios

X. Disponível em: <http://www.scielo.br/pdf/ce/v48n305/a0848305.pdf>. Acesso em: 18 mar. 2013.

KALN, H.Difratograma de Raio X. Disponível em:

http://www.angelfire.com/crazy3/qfl2308/1_multipart_xF8FF_2_DIFRACAO.pdf. Acesso em: 18 de ago. de 2013.

MILLER, M. M. Fluorspar.U.S. Geological Survey Minerals Yearbook.Washington.p.28.1: 28.14; 1999.

PEÇANHA, R. M. Fluorita. Disponível em:

<http://www.dnpm.gov.br/assets/galeriadocumento/balancomineral2001/fluorita.pdf>. Acessoem: 30 ago. 2013.

RANGEL, G. W. A. Difração de Raios-X para análise do concreto. Disponível em: <http://www.gwar.com.br/admin/uploads/downloads/8/1308666824_0.17630276_difracao.pdf>. Acesso em: 18 mar. 2013.

SCAPIN, M. A. Aplicação da difração e fluorescência de raios x (WDXRF): ensaios em

argilominerais. Disponível em:

<http://pelicano.ipen.br/PosG30/TextoCompleto/Marcos%20Antonio%20Scapin_M.pdf>. Acesso em: 18 mar. 2013.

Agradecimentos

Ao professor Dr. Luis Gerson Lima Júnior, à Universidade de Fortaleza e à Fundação Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico (FUNCAP).