Geologia e caracterização do minério de areia da Extratora União, Pontal do Paranapanema - SP

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO DE FILOSOFIA E CIÊNCIAS HUMANAS

DEPARTAMENTO DE GEOCIÊNCIAS

GEOLOGIA E CARACTERIZAÇÃO DO MINÉRIO DE AREIA DA

EXTRATORA UNIÃO, PONTAL DO PARANAPANEMA - SP

José Arthur A. Francisco

Trabalho de Conclusão de Curso submetido a banca examinadora para a obtenção do Grau de Bacharel em Geologia.

Orientador: Prof. Dr. Neivaldo Araújo de Castro

Florianópolis 2019

AGRADECIMENTOS

Pelo imenso apoio e incentivo por parte de meus familiares, amigos que a graduação me proporcionou e os de longa data. À Extratora União pela troca de experiência entre mercado e academia a partir do desenvolvimento do trabalho em conjunto. Ao meu orientador e professores que sempre estiveram receptivos às discussões técnicas e científicas envolvidas no desenvolvimento deste. À Universidade Federal de Santa Catarina, pelo ensino e infraestrutura de laboratórios disponibilizados – Laboratório de Bacias Sedimentares e Reservatórios, Laboratório de Sedimentologia e Laboratório Central de Microscopia Eletrônica – ao Laboratório de Análise de Minerais e Rochas da Universidade Federal do Paraná pela receptividade e rapidez ao processamento das amostras geoquímicas. Ao quadro de funcionários da empresa, especialmente ao gerente Marcos Silva, o qual promoveu ótimas discussões sobre aspectos regionais e das operações de extração, carregamento e transporte do minério de areia.

RESUMO

O presente trabalho utiliza de levantamentos bibliográficos, interpretação de imagens de sensores remotos, análises granulométricas, morfoscópicas, mineralógicas e químicas para caracterizar a geologia e o minério de areia extraído em 2017 pela empresa Extratora União no médio curso do rio Santo Anastácio, oeste do Estado de São Paulo. Relações entre a pluviometria regional e padrões sedimentológicos do depósito são exploradas para compreensão de sua dinâmica sazonal e posterior definição de estratégias de beneficiamento e mercado. O minério possui 98,1% em conteúdo de SiO2 e

características influenciadas pela pluviosidade da região, o que varia o seu potencial de aplicação ao longo do ano. Suas características são favoráveis para produção de argamassa e fibra isolante durante todo o ano, próximo ao período de estiagem possui alto potencial para aplicação direta em produção de vasilhame colorido, com necessidade de pequenas reduções em Fe2O3 e TiO2 para confecção de

vaso de cristal. Tais impurezas possuem implicações na planta de beneficiamento sugerida para destinos industriais e tecnológicos, por limitarem sua aplicabilidade no mercado.

ABSTRACT

The present work uses bibliographical surveys, interpretation of remote sensor images, granulometric, morphoscopic, mineralogical and chemical analyzes to characterize the geology and sand ore extracted in 2017 by the company Extratora União in the middle course of the Santo Anastácio river, western of São Paulo State. Relationships between regional rainfall and sedimentological patterns of the deposit are explored to understand its seasonal dynamics and further define beneficiation and market strategies. The ore has 98.1% SiO2 content and characteristics influenced by precipitation in the region, which varies its application potential throughout the year. Its characteristics are favorable for mortar and insulating fiber production all year round, near the drought period has high potential for direct application in production of colored containers, requiring small reductions in Fe2O3 and TiO2 for crystal vessel making. Such impurities have implications for the suggested processing plant for industrial and technological destinations, as they limit their applicability in the market.

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 – Planta de situação do empreendimento com localização das estações meteorológicas

utilizadas no estudo ... 2

Figura 2 - Sistema mineralizador sedimentar ... 4

Figura 3 - Fluxograma ... 5

Figura 4 – Classificação dos padrões de canais fluviais ... 6

Figura 5 - Depósitos sedimentares de vales fluviais ... 7

Figura 6 - Elementos arquiteturais e perfil típico de rio de sistema meandrante ... 8

Figura 7 - Etapas de extração, tratamento e estocagem do minério ... 9

Figura 8 – Amostragem ...10

Figura 9 - Fluxograma de análise granulométrica ...10

Figura 10 - Gráfico de quantificação de parâmetros de esfericidade e arredondamento ...14

Figura 11 - Preparo de amostras para análise em MEV ...15

Figura 12 - Distribuição granulométrica para fabricação de vidro ...19

Figura 13 - Especificações para molde de fundição ...19

Figura 14 - Mapa geológico da porção oriental da Bacia Bauru ...21

Figura 15 – Carta litoestratigráfica da porção oriental da Bacia Bauru ...22

Figura 17 - Aerofotografias do médio curso do rio Santo Anastácio ...25

Figura 18 - Mapa fotointerpretativo dos depósitos fluviais ...27

Figura 19 - Gráfico de pluviometria mensal acumulada ...28

Figura 20 – Histogramas de frequência granulométrica das amostras de janeiro a junho (2017) ...29

Figura 21 - Histogramas de frequência granulométrica das amostras de julho a dezembro (2017) ...30

Figura 22 - Curvas de distribuição granulométrica anual ...33

Figura 23 - Diagrama ternário das razões AM / AF / AmF ...34

Figura 24 – Gráfico e diagrama de caixa dos valores de média granulométrica ...34

Figura 25 - Diagramas de caixa para os valores de média granulométrica (seca x chuva) ...35

Figura 26 - Gráfico e diagrama de caixa dos valores de seleção ...36

Figura 27 - Diagramas de caixa para os valores de seleção (seca x chuva) ...36

Figura 28 - Gráfico e diagrama de caixa dos valores de assimetria ...37

Figura 29 - Diagramas de caixa para os valores de assimetria (seca x chuva) ...38

Figura 30 - Gráfico e diagrama de caixa dos valores de curtose ...38

Figura 31 - Diagramas de caixa para os valores de curtose (seca x chuva) ...39

Figura 32 - Fotomicrografias (janeiro e julho) ...40

Figura 33 - Gráfico e diagrama de caixa dos valores de esfericidade ...40

Figura 34 - Diagramas de caixa para os valores de esfericidade (seca x chuva) ...41

Figura 36 - Diagramas de caixa para os valores de arredondamento (seca x chuva) ... 42

Figura 37 - Prancha de fotomicrografias da variedade mineral (janeiro e julho) ... 43

Figura 38 - Prancha de fotomicrografias da variedade mineral (janeiro e julho) cont. ... 44

Figura 39 - Micrografias MEV e resultados EDX (grãos de quartzo) ... 45

Figura 40 - Micrografias MEV e resultados EDX (impurezas) ... 45

Figura 41 - Gráficos de composição química (janeiro e julho) ... 46

Figura 43 – Curva de distribuição granulométrica do minério x valores recomendados ... 52

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1 - Escalas granulométricas e terminologias descritivas... 11

Tabela 2 - Fórmulas dos cálculos realizados pelo método dos momentos (granulometria) ...12

Tabela 3 - Fórmulas dos cálculos realizados por medidas gráficas (granulometria) ...13

Tabela 4 - Granulometria de minérios da bibliografia utilizados em aplicações industriais ... Error! Bookmark not defined. Tabela 5 - Compilação de teores de elementos químicos de minérios e suas aplicações ...18

Tabela 6 – Teores de impurezas para aplicações de alta tecnologia ...20

Tabela 7 - Características das litologias do substrato ...23

Tabela 8 - Parâmetros granulométricos e classificações dos minérios de janeiro a junho (2017). ...31

Tabela 9 - Parâmetros granulométricos e classificações dos minérios de julho a dezembro (2017) ...32

Tabela 10 - Comparatívo entre características do minério e estoque. ...50

Tabela 11 – Comparativo entre os teores da bibliografia e resultados de FRX (janeiro e julho) ...51

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

LCME – Laboratório Central de Microscopia Eletrônica NPG – Núcleo de Pesquisas Geológicas

LABSED –Laboratório de Sedimentologia

LABAC – Laboratório de Bacias Sedimentares e Reservatórios LAMIR – Laboratório de Análise de Minerais e Rochas UFPR – Universidade Federal do Paraná

CIIAGRO – Centro Integrado de Informações Agrometeorológicas UNOESTE – Universidade do Oeste Paulista

EMA – Estação Meteorológica Automática INMET – Instituto Nacional de Meteorologia UNESP – Universidade Estadual Paulista MEV – Microscopia Eletrônica de Varredura EDX – Energia Dispersiva de raio X

FRX – Fluorescência de raio X SSB – Supersequência Bauru Fm – Formação

BHRSA – sub-Bacia Hidrográfica do rio Santo Anastácio CPRM – Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais

SUMÁRIO

1. Introdução...1

2. Objetivos...3

3. Justificativa...3

4. Método de trabalho e materiais...5

4.1. Introdução...5

4.2. Caracterização geológica de depósitos aluvionares...6

4.3. Caracterização do minério...8

4.3.1 Dados pluviométricos...9

4.3.2 Amostragem...9

4.3.3 Granulometria...10

4.3.4 Micropetrografia...14

4.3.4.1 Morfoscopia...14

4.3.4.2 Mineralogia...14

4.3.5 Microscopia eletrônica de varredura (MEV)...15

4.3.6 Geoquímica...15

4.3.7 Tratamento dos dados e informações...16

4.3.8 Especificações de usos...16

4.3.8.1 Argamassa de revestimento e assentamento...17

4.3.8.2 Usos industriais...17

4.3.8.3 Usos avançados...20

5. Contexto geológico...21

5.1. Introdução...21

5.2. Unidades litoestratigráficas da Bacia do Paraná (substrato rochoso)...22

5.2.1 Grupo Caiuá...22

5.2.2 Grupo Bauru...23

5.3. Depósitos aluvionares da sub-bacia hidrográfica do rio Santo Anastácio...24

6. Resultados...26

6.1. Introdução...26

6.2. Cartografia dos depósitos inconsolidados...26

6.3. Caracterização do minério...28

6.3.1 Dados pluviométricos e características sazonais do minério...28

6.3.2.1 Média...34

6.3.2.2 Seleção...35

6.3.2.3 Assimetria...37

6.3.2.4 Curtose...38

6.3.3 Micropetrografia...39

6.3.3.1 Morfoscopia (esfericidade e arredondamento)...39

6.3.3.2 Mineralogia...42

6.3.4 Microscopia eletrônica de varredura...44

6.3.5 Geoquímica...46

7. Discussão...47

7.1. Aspectos sedimentares...47

7.2. Planejamento de uso e beneficiamento...50

7.2.1 Planejamento de uso...50

7.2.2 Beneficiamento...53

8. Conclusões e recomendações...55

Referências bibliográficas...57

Anexos...61

Anexo A – Mapa geológico regional...62

Anexo B – Fichas granulométricas...63

1. INTRODUÇÃO

O emprego de métodos multidisciplinares para compreensão da qualidade, quantidade e gênese de recursos minerais é fundamental para a avaliação de seu potencial em aplicações específicas. Neste trabalho foram aplicadas análises sedimentológicas, cartográficas e estatísticas resultando em discussões abordando sugestões de beneficiamento e aplicações do minério extraído pela empresa Extratora de Areia União (Figura 1).

O minério em questão é extraído desde 2001 de depósitos aluvionares presentes no rio Santo Anastácio e tem sido utilizado na contrução civil, e mais recentemente, devido à sua composição e características físicas específicas, vem sendo mencionado cada vez mais como de relativo potencial para outras aplicações, como na indústria de equipamentos fotossensíveis, para produção de módulos de sílica que compõem painéis solares.

Após explicitar os objetivos e justificativas que nortearam a proposta de trabalho em execução, será abordado inicialmente questões relativas ao método de trabalho empregado para a obtenção dos objetivos propostos. Em seguida, uma síntese dos trabalhos existentes destinados à caracterização geológica da região é considerada, primeiramente em termos do substrato rochoso e depois considerando a geologia e os depósitos aluvionares da região de estudo. A seção seguinte trata dos resultados obtidos, os quais foram compartimentados da seguinte forma: i) caracterização geológica: cartografia, unidades estratigráficas e sistema deposicional; ii) características do minério; iii) descrição da variabilidade temporal do sedimento associado a porção renovável do recurso. Ao final, será exposta uma breve discussão dos resultados obtidos considerando principalmente a relação entre o contexto e as características geológicas e específicas do minério, bem como algumas questões adicionais relativas ao beneficiamento e estratégias de aproveitamento do potencial do minério dentre possíveis aplicações. O capítulo de conclusões e recomendações encerra o trabalho ressaltando os principais pontos relativos aos resultados obtidos, interpretações e questões apontadas como de potencial a serem melhor exploradas por trabalhos futuros.

2. OBJETIVOS

O objetivo central do presente trabalho é a caracterização do minério de areia extraído no médio curso do rio Santo Anastácio pela empresa Extratora de Areia União. Para isso, o trabalho concentrou-se nos principais parâmetros sedimentológicos de relevância para controle de qualidade e determinação de seu uso, além da geologia envolvida nos processos inerentes à sedimentologia do depósito.

Como objetivos adicionais podem ser apontados: i) cartografar os depósitos fluviais locais, ii) apresentar a variação das propriedades sedimentológicas do minério extraído ao longo do ano de 2017 iii) avaliar a influência da pluviosidade local na variabilidade das características do minério, iv) discutir brevemente sugestões de beneficiamento e aplicação no mercado.

3. JUSTIFICATIVA

A caracterização de um minério e sua variabilidade (espacial ou temporal) é de extrema relevância em depósitos minerais pois fornece informações necessárias para o melhor planejamento e execução das atividades mineiras, permitindo a elaboração de um plano de aproveitamento econômico de lavra mais eficiente, sobre o real potencial mineral do recurso. A empresa em questão tem atuado há dezoito anos na extração de areia fina em leito de canal, em concordância com a taxa de reposição sedimentar do depósito, sendo a explotação do bem mineral restrita a porção renovável do recurso devido a razões econômicas e/ou ambientais. Portanto, o estudo desenvolveu-se exclusivamente sobre a variabilidade sazonal das características do material reposto e posteriormente minerado.

Usualmente o principal objetivo na avaliação de um recurso é a compreensão da variabilidade espacial das características do minério interna ao depósito, sendo tal entendimento de maior relevância em depósitos em que os processos geológicos responsáveis pela geração de porção expressiva da mineralização encontram-se concluídos. Por outro lado, depósitos sedimentares recentes associados a ambientes de relativamente elevada energia, caso dos depósitos arenosos, são recursos minerais gerados por sistema mineralizador dinâmico e em desenvolvimento. Nesse contexto, aplicando o modelo geral de sistemas mineralizadores tal como presente em Biondi (2003), o modelo para a geração do depósito mineral arenoso em questão assume a configuração exibida na Figura 2. Além disso, a variabilidade sazonal ainda imprime características variáveis à própria qualidade do minério explotado, sendo o seu entendimento responsável pela definição de estratégias de beneficiamento, aplicação mercadológica e controle de qualidade do minério na geração de produtos que possuem qualidade diretamente ligada aos parâmetros sedimentológicos analisados.

Figura 2 – Representação esquemática do sistema mineralizador sedimentar, responsável pela geração do depósito mineral arenoso trabalhado. Entre colchetes são ressaltados os principais elementos dos sistemas mineralizadores (estoque, remobilização, canalização, armadilha e preservação). Adaptado de Biondi, 2003.

4. MÉTODO DE TRABALHO E MATERIAIS

4.1. INTRODUÇÃO

A Figura 3 traz o fluxograma geral que descreve o método de trabalho empregado para a obtenção dos objetivos propostos.

Primeiramente definiu-se o local, objetivos e justificativa do estudo, considerando a disponibilidade de recursos e oportunidade de desenvolvimento de trabalho de aplicação direta na área de mineração. A aquisição e análise de informações e dados existentes na literatura foram realizadas para cartografia geológica dos depósitos fluviais, imagem de sensor remoto, dados pluviométricos, climatológicos e geológicos da região, análises de caracterização – granulometria, micropetrografia e geoquímica – e especificações de aplicações.

A caracterização geológica de depósitos aluviais da região foi realizada utilizando de referências extraídas da literatura, seguido de sua cartografia em escala 1:10.000 através da fotointerpretação de imagens orbitais de domínio público. Na fase laboratorial do projeto foram realizadas caracterizações granulométricas, morfoscópicas, mineralógicas e químicas composicionais. O plano de amostragem implementado, por não focar na variabilidade espacial do depósito, foi realizado na pilha de secagem da mineradora, última etapa de disposição do minério anterior ao carregamento e transporte ao mercado consumidor.

4.2. CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICA DE DEPÓSITOS ALUVIONARES

A caracterização geológica dos depósitos aluvionares foi realizada a partir de levantamento bibliográfico e cartografia dos depósitos como mencionado. A definição do padrão de canal do rio Santo Anastácio foi obtida em estudos pretéritos realizados no mesmo e através da análise comparativa do padrão observado em aerofotografias e imagens de satélite com as classificações apontadas por Schumm (1981, 1985) - (Figura 4).

Figura 4 – Classificação dos padrões de canais fluviais. Canais retilíneos (1 a 4), meandrante (5 a 9), talvegue meandrante (10 e 11), anastomosado (12), ilha entrelaçada (13) e entrelaçado (14). Fonte: adaptado de Schumm, 1981 e 1985.

A cartografia dos depósitos presentes no médio curso do rio em questão foi realizada na escala 1:10.000 sobre imagens do satélite da Google® a partir da identificação de geometria e posicionamento típicos dos depósitos (Figura 5) apresentados em modelos geomorfológicos fluviais (Happ, 1940; Charlton, 2007). Tais imagens foram tomadas na data 18/10/2013, sendo as mais recentes disponíveis pela plataforma no momento de desenvolvimento do trabalho.

Figura 5 - Depósitos sedimentares comuns em vales fluviais (A), características de planícies de inundação de rios meandrantes não coesivos de média energia (B), e tipos de barras de canal (C). Fonte: adaptado de Charlton (2007).

Sistemas fluviais meandrantes arenosos (Figura 6) foram o primeiro estilo a ser amplamente estudado; possuem alta sinuosidade do canal além de transportar o sedimento principalmente por suspensão, formando depósitos em canal ativo, barras em pontal e planície de inundação. No geral, possuem ripples assimétricas como principais estruturas de fluxo e padrão de empilhamento granodecrescente ascendente (Miall, 2006).

Figura 6 - Elementos arquitetônicos sedimentológicos e seção vertical típica de sistema fluvial meandrante. Fonte: Adaptado de Miall (1985 e 2006).

4.3. CARACTERIZAÇÃO DO MINÉRIO

A caracterização do minério de areia foi realizada com base na determinação e análise das seguintes características: granulometria, morfoscopia, mineralogia e geoquímica. Na Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) as análises foram realizadas no Laboratório Central de Microscopia Eletrônica (LCME) e em laboratórios pertencentes ao Núcleo de Pesquisas Geológicas (NPG) – Laboratório de Sedimentologia (LABSED) e Laboratório de Bacias Sedimentares e Reservatórios (LABAC), as análises químicas por espectrometria de fluorescência de raio X foram realizadas no Laboratório de Análise de Minerais e Rochas (LAMIR) da Universidade Federal do Paraná (UFPR).

Devido a variação sazonal intrínseca ao depósito de estudo, valores de pluviometria mensal acumulada registradas em estações meteorológicas localizadas a montante do depósito são apresentadas. Tais valores, em conjunto com as caracterísitcas mensais do minério embasam discussões acerca de suas inter-relações a partir de princípios sedimentológicos.

Dados pluviométricos

A aquisição de dados históricos da pluviosidade registrados dentro da área de captação da bacia (Figura 1) foi realizada no site do Centro Integrado de Informações Agrometeorológicas – CIIAGRO (www.ciiagro.sp.gov.br), para o período de janeiro a dezembro de 2017. A pluviometria mensal acumulada foi calculada com base em medidas realizadas na estação meteorológica localizada na Universidade do Oeste Paulista (UNOESTE). Para rápida verificação e aumento da confiabilidade dos dados utilizados, foram compilados valores pluviométricos dos acúmulos mensais da Estação Meteorológica Automática (EMA) do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) instalada na Universidade Estadual Paulista (UNESP) - campus de Presidente Prudente.

Segundo Carvalho (1997), o clima local é de transição entre subtropical e tropical (Aw na classificação de Köppen-Geiger) devido a circulção de três diferentes correntes atmosféricas na região (Massa Polar Continental, Massa Polar Atlântica e Massa Tropical Continental), marcada por estação chuvosa no verão e seca no inverno, sendo o sistema tropical prevalente na maior parte do ano.

Amostragem

O minério analisado foi amostrado na pilha de secagem e estocagem da mineradora, sendo este o local de disposição final do minério após as etapas de lavra por dragagem, passagem em peneira de 1 mm, separação sólido/líquido em bacia de desaguamento e carregamento (Figura 7). As amostras analisadas são pertencente sempre ao último lote extraído mensalmente ao longo do ano de 2017, e representam da melhor maneira possível, o material comercializado no mercado.

Figura 7 - Ilustração das etapas de extração, tratamento e estocagem do minério executados pela mineradora (A). Draga utilizada em frente de lavra (B); Peneira e bacia de desaguamento (C); transporte em pá-carregadeira (D) para pilha de secagem natural e estocagem (E).

Para cada amostra, aproximadamente 5 kg de material foram retirados da pilha de minério, seguido de quarteamento por pilha cônica, armazenagem em recipiente plástico de 300 ml cada e identificação (Figura 8). A identificação das amostras foi realizada a partir da numeração de ano e mês de coleta (Ex: 2017-04 – para amostra de abril de 2017). Tal identificação é atualmente utilizada pela sedimentoteca da empresa. Dessa forma, resultaram 12 amostras, cada uma representativa de um mês do ano de 2017.

Figura 8 – Quarteamento, armazenagem em recipientes plásticos e identificação das amostras.

Granulometria

A análise granulométrica por peneiramento consiste na separação mecânica dos grãos em classes dimensionais, onde um conjunto de peneiras empilhadas verticalmente é agitado por um período de tempo a uma determinada frequência. Os procedimentos e práticas laboratoriais foram realizados seguindo o apresentado por Dias (2004), sintetizados na Figura 9. O empilhamento das peneiras se dá de modo a possuir, gradativamente, menor abertura para a base, sendo adotado conjunto de nove peneiras em intervalos de ½ ϕ para o desenvolvimento deste estudo - destacados na Tabela 1. Após o peneiramento, a massa retida em cada peneira é medida em balança de precisão sendo a frequência de cada intervalo calculada em porcentagem da massa total da amostra analisada.

Os parâmetros associados com a distribuição granulométrica são os principais a serem analisados na etapa de caracterização de sedimentos inconsolidados, sendo o peneiramento o método mais amplamente usado e difundido para a análise em frações arenosas. A medida da abertura do conjunto de peneiras é comumente designada em três tipos de escalas, escala phi (ϕ - logarítmica) de Krumbein (1938), escala métrica (µm - exponencial) e escala Mesh (# - número de furos por polegada linear), utilizada na área de tratamento de minérios. A Tabela 1 apresenta as escalas granulométricas comumente utilizadas em análises sedimentológicas e a classificação adotada pelo software utilizado.

Tabela 1 - Escalas granulométricas e terminologias descritivas amplamente utilizadas em análises sedimentológicas e pelo software utilizado. Fonte: adaptado de Blott e Pye (2001).

Os parâmetros de média, seleção, assimetria e curtose foram calculados no programa GRADISTRAT (Blott e Pye, 2001), um conjunto de processos de cálculos e exibições gráficas desenvolvido para operar em ambiente de planilha do Microsoft Excel®. O software em questão realiza os cálculos por cinco diferentes técnicas, o dos momentos (Tabela 2) – nas escalas aritmética, geométrica e logarítmica – e o das medidas gráficas (Folk e Ward, 1957) - (Tabela 3), nas escalas logarítimica e geométrica.

Devido a sua maior acurácia por utilizar toda a população amostral (Krumbein e Pettijohn, 1938; Friedman e Johnson, 1982), os valores obtidos pelo método dos momentos em escala geométrica foram adotados no desenvolvimento desse trabalho.

Tabela 2 - Fórmulas dos cálculos realizados pelo programa GRADISTAT na análise dos padrões de granulometria pelo método dos momentos, sendo as escalas: (A) – aritmética; (B) – geométrica e (C) – logarítmica. Fonte: adaptado de Blott e Pye (2001).

Tabela 3 - Fórmulas de cálculos utilizados pelo programa GRADISTAT na análise dos padrões de granulometria por medidas gráficas: (D) – originalmente proposta por Folk e Ward (1957) em escala logarítmica; (E) – adaptada para escala geométrica. Fonte: adaptado de Blott e Pye (2001).

A partir dos resultados obtidos após aplicação dos cálculos em questão, os valores de média foram utilizados para definir a granulometria do minério em suas assinaturas mensais e anual, os valores de desvio padrão (dispersão granulométrica) foram utilizados inversamente para definição do grau de seleção da amostra (uniformidade granulométrica), a assimetria definiu o sentido e intensidade de deformação da distribuição granulométrica, e a curtose o achatamento da distribuição. A fim de adequação ao Sistema Internacional de Unidades, os valores e classificações utilizados na continuidade do trabalho (elaboração de gráficos, definição das assinaturas e descrição da variabilidade sazonal) foram os obtidos pelo método dos momentos em escala métrica. O erro associado foi definido como a diferença entre a massa inicial e final da análise em relação a inicial.

Micropetrografia

A avaliação morfoscópica foi realizada no Laboratório de Sedimentologia (LABSED – NPG) utilizando lupa de mesa modelo SZ2-LGB da marca Olympus. O método desenvolvido por Krumbein e Sloss (1963) permite a rápida caracterização e quantificação dos parâmetros de forma mais importante das partículas (esfericidade e arredondamento). O método é implementado através da utilização do gráfico desenvolvido pelos autores (Figura 10), sendo a análise efetuada unicamente através da comparação visual, entre os grãos e os padrões gráficos fornecidos para 50 grãos por amostra.

Figura 10 - Gráfico de quantificação de parâmetros de esfericidade e arredondamento por estimativa visual. Tabelas no canto inferior direito apresentam as classificações utilizadas neste trabalho. Fonte: adaptado de Krumbein e Sloss (1963).

MINERALOGIA

A montagem e análise mineralógica de duas lâminas petrográficas foi realizada no Laboratório de Bacias Sedimentares e Reservatórios (LABAC), seguindo rotina proposta por Ulery e Drees (2008) para confecção de lâminas temporárias de grãos submergidos em óleo próprio para microscopia. A identificação mineralógica dos grãos foi realizada a partir de suas morfologias e propriedades ópticas específicas, descritas em Deer et al. (1992) e Mange e Maurer (1992).

Microscopia eletrônica de varredura (MEV)

A separação e fixação manual dos grãos em stubs de cobre (Figura 11) foi realizada em lupa de mesa no Laboratório de Bacias Sedimentares e Reservatórios (LABAC), seguido para tratamento e análise em Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) modelo JEOL JSM-6390LV no Laboratório Central de Microscopia Eletrônica (LCME).

A utilização de MEV para imageamento e análise composicional semiquantitativa de grãos de areia por energia dispersiva de raio X (EDX), teve início na década de 60, principalmente com o propósito de melhor compreensão dos mecanismos de transporte sedimentar e/ou estudos de proveniência (Mahaney, 2002).

Figura 11 - Stubs utilizados para análise em MEV. Preparo em lupa de mesa (A) e armazenagem em placa de Petri (B).

No escopo do presente trabalho o MEV foi utilizado como complemento na caracterização morfológica dos grãos e identificação mineralógica/composicional das impurezas de maior participação em volume total do minério (incluindo películas de recobrimento). Os grãos selecionados pertencem às três frações com maior representatividade identificadas na etapa de peneiramento – as retidas em 250 μm, 177 μm e 125 μm – que juntas representam aproximadamente 90% da massa analisada.

Geoquímica

No presente estudo, a composição química em dez óxidos maiores - SiO2; Al2O3; Fe2O3;

K2O; TiO2; Na2O; CaO; MgO; P2O5 e MnO é capaz de fornecer as principais informações úteis na

definição dos possíveis usos industriais para minérios de areia. As análises foram realizadas no LAMIR - UFPR por espectrometria de fluorescência de raios X (FRX). As amostras avaliadas foram as dos meses de janeiro e julho, escolhidas de modo a representar o minério extraído de situações sazonais extremas de pluviosidade, ou seja, respectivamente os picos das estações chuvosa e de

estiagem.

O quantitativo dos óxidos avaliados foram comparados aos resultados oriundos da análise mineralógica definida em microscópio petrográfico e aos resultados das análises químicas semi-quantitativas realizadas por EDX no MEV. Isso permitiu a compreensão da contribuição química dos minerais presentes, otimizando o planejamento das etapas de beneficiamento.

Tratamento dos dados e informações

A avaliação estatística dos parâmetros sedimentológicos do conjunto amostral foi realizada considerando populações normais (estatística paramétrica), a partir de cálculos das medidas de tendências centrais e dispersão através do software STATISTICA®, disponibilizado pela UFSC aos seus alunos via Terminal Acadêmico de Softwares. Através da ferramenta também foi realizado a elaboração de seus respectivos gráficos de dispersão, ternários e diagramas de caixa, com consequente identificação e subdivisão das amostras em diferentes condições de pluviosidade. Para cada variável definiu-se: mínimo, máximo, 1° quartil, mediana, 3° quartil, média, variância, desvio padrão e coeficiente de variação conforme as Equações 1 a seguir.

Equações 1 - Cálculos das estatísticas utilizadas na análise das variações sazonais dos parâmetros sedimentares.

Especificações de usos

Minérios de areia fina são aplicados em diferentes segmentos de mercado, sendo subdivididos principalmente para uso como agregado em contrução civil e industrial. Como agregado, o minério é utilizado no preparo de ligas cimentantes – para assentamento de tijolos e revestimento de paredes – que devido a sua granulometria, promove aspecto liso e homogêneo. Este tipo de minério é comumente designado como areia de quartzo em usos industriais; algumas aplicações abrangem sua utilização em equipamentos de filtragem e como agente de carga na produção de materiais plásticos, borrachas e tintas. Outros usos a utilizam como principal fornecedor de sílica para geração de diversos produtos, como por exemplo: corpos e esmaltes cerâmicos refratários, variados tipos de vidro e em produtos de alto nível tecnológico, como células fotovoltaicas, lâmpadas especiais e chips eletrônicos.

ARGAMASSA DE REVESTIMENTO E ASSENTAMENTO

Segundo Walther (2012), o tamanho dos grãos utilizados em argamassas de revestimento/ acabamento (render) e de assentamento (mortar) são caracterizadas por uma estreita distribuição granulométrica entre 0,3 - 0,5 mm; e para uso em revestimento, fração muito fina. A norma européia DIN EN 13139:2011-03 é apontada como de relevância pelo autor na definição dessas características, porém, devido a grande diversidade de requerimentos e a existência de norma para estes materiais, o autor não apresentou valores tabelados.

A areia utilizada em ambos tipos de argamassa deve possuir <1% de umidade além de estar livre de argilominerais, que devido a sua alta taxa de encolhimento resulta em fissuras. Um requerimento especial dessa indústria é a crescente demanda por areia muito clara, não apenas para acabamento, mas também para confecção de argamassa de assentamento branca, ambas com propósitos estéticos.

USOS INDUSTRIAIS

Devido a suas propriedades químicas e físicas específicas, a areia de quartzo é empregada em vários segmentos industriais, como no da cerâmica, como sílica tripoli para tinta, plástico e borracha, em filtragens e produção de diferentes tipos de vidros. Luz e Lins (2005) abordam os diferentes usos industriais da areia de quartzo e suas características particulares, a partir de autores pretéritos (Tabela 5).

A granulometria da areia é o parâmetro físico mais importante para defnição de uso e geração de produtos de boa qualidade. Há pouca informação deste tipo na literatura além de estar apresentada em diferentes padrões (Error! Reference source not found.).

Tabela 4 - Compilação da granulometria de minérios utilizados em diferentes aplicações industriais. Fonte: adaptado de Luz e Lins (2005).

Tabela 5 - Compilação dos teores de óxidos maiores componentes de minérios destinados a diferentes aplicações. Fonte: Baseado na compliação de Luz e Lins (2005) e Platias (2014).

No ramo cerâmico, o minério de areia é utilizado na confecção do corpo cerâmico e de esmaltes refratários (normal e vitrificado). Quando finamente moída (10 a 1µm) para ser usada como carga na indústria de plástico, borracha e tinta é denominada como tripoli, confere resistência a compressão e reflexão ao plástico, além de propriedade dielétrica, possibilitando aplicações em usos elétricos. Proporciona à tinta maior resistêcia a ataques químicos além de aspectos ligados a sua durabilidade e manuseio (Kendal, 1995).

Na indústria de vidro o quartzo é utilizado na produção de diversos produtos que possuem exigências específicas de teores e granulometria. Os valores de Fe2O3 e Cr2O3 são críticos por atribuir

manchas ao vidro, impurezas que devem ser minimizadas para produção de material com coloração consistente (Luz e Lins, 2005). Frações finas possuem concentração de minerais pesados – ilmenita, leucoxênio, zircão dentre outros – que além de fornecerem elementos químicos que mancham o vidro, são refratários, proporcionando partículas não totalmente fundidas no produto final. Areias com ampla dispersão granulométrica geram problema similar a partir de frações grossas, com partículas, mesmo que de quartzo, não fundidas por completo, que gera vidro de baixa qualidade (Luz e Lins 2005; Platias 2014), sendo recomendado média granulométrica entre 0,25 e 0,325 mm (Figura 12).

Figura 12 - Distribuição granulométrica típica de minério de areia utilizado na fabricação de vidro. Fonte: Platias (2014).

Em moldes de fundição, a areia deve conter no mínimo 98% de teor de sílica (Luz e Lins, 2005). A AFS (American Foundry Society) e a norma NBR-12672 especifícam os valores (Figura 13) e procedimentos a serem feitos para determinação da potencialidade para emprego no uso em questão.

Além das análises comumente empregadas nos demais usos (granulometria e química), são necessários ensaios de superfície específica real, permeabilidade base, demanda de ácido e expansão por choque térmico, que permitem o cálculo dos índices variados de módulo de finura, superfície específica teórica e coeficiente de angularidade. Afim de complementar o estudo dos aspectos de superfície dos grãos ainda é aconselhado o imageamento em MEV.

USOS AVANÇADOS

A areia quartzosa também é utilizada em setores de tecnologia avançada, tais como na produção de células fotovoltaicas monocristalinas através do método Czochralski e semicondutores que integram chips na indústria de eletroeletrônica. Nestas circunstâncias a pureza do material é extremamente elevada (High Purity Quartz – HPQ), podendo ser como de baixo (99,95%), médio (99,99%) e alto (99,997%) teor de SiO2 (Jung 1992). Na caracterização em questão inicialmente

analisam-se 15 elementos traços, que por possuírem concentrações muito baixas necessitam de múltiplas análises e adequação a padrões externos – como por exemplo o certificado IOTA®, para promover alto nível de confiança ao produto (Tabela 6). Metais alcalinos, cálcio e minerais pesados são críticos na produção de tubos de lâmpadas e semicondutores; urânio e tório comprometem a qualidade de microeletrônicos, enquanto boro e fósforo têm implicações na produção de célula fotovoltaica (Götze, 2012).

Tabela 6 – Teores típicos de impurezas controlodas em aplicações de alta tecnologia. Fonte: Jung (1992) e IOTA®.

5. CONTEXTO GEOLÓGICO

5.1. INTRODUÇÃO

O Planalto Ocidental Paulista (Figura 14) é uma região com geologia associada a rochas sedimentares da Bacia do Paraná pertencentes a Supersequência Bauru (SSB) de idade cretácica entre 100 – 65 Ma (Milani et al. 2007). As litologias da SSB constituem o substrato dos depósitos aluviais estudados e são constituídas preferencialmente por rochas arenosas decorrentes de sedimentação oriunda em ambiente semi-árido a desértico tendo por sua vez como embasamento os basaltos da Formação Serra Geral do Cretáceo Inferior (Fernandes, 2004; Milani et al. 2007). A SSB é composta pelos grupos cronocorrelatos e lateralmente interdigitados Caiuá e Bauru (Figura 15).

Pela cartografia geológica disponível (Anexo A), na área da bacia do rio Santo Anastácio e imediações afloram as Formações Rio Paraná e Santo Anastácio do Grupo Caiuá, e Formações Vale do Rio do Peixe e Presidente Prudente do Grupo Bauru.

Figura 15 – Carta litoestratigráfica da porção oriental da Bacia Bauru. Fonte: adaptado de Fernandes e Coimbra (2000).

5.2. UNIDADES LITOESTRATIGRÁFICAS DA BACIA DO PARANÁ (SUBSTRATO

ROCHOSO)

Grupo Caiuá

A Fm. Rio Paraná é composta essencialmente de quartzo-arenitos, secundariamente subarcoseanos, finos a médios, de avançada maturidade mineralógica e boa maturidade textural. Possuem participação subordinada de frações areia muito fina e grossa, boa seleção, estratificação cruzada tabular e tangencial de médio a grande porte em sets tabulares com geometria interna cuneiforme, correspondendo a depósitos de complexos de dunas de médio e grande porte (Fernandes 1992).

A Fm. Santo Anastácio corresponde a depósitos de lençóis de areia de clima seco depositados em extensas e monótonas planícies desérticas, marginais ao sand sea (Fernandes, 2004). É composta por arenitos quartzosos subarcoseanos finos a muito finos; na porção aflorante a sul do rio Tietê prevalecem as frações média a fina. Possui grãos subangulosos pobremente selecionados em estratos tabulares sub-horizontais de espessura métrica, maciço e por vezes estratificação plano-paralela mal definida ou de baixa inclinação e raramente intercalados com lamitos e argilitos (Fernandes, 1992).

Grupo Bauru

A Fm Vale do Rio do Peixe corresponde a depósitos essencialmente eólicos na forma de lençóis de areia e campos de dunas baixas e possui maior frequência de intercalações lamíticas e de estratificações cruzadas de origem eólica de maior porte em relação a Fm. Santo Anastácio. É composta por arenitos muito finos a finos marrom-claro rosado a alaranjado, moderadamente a bem selecionados em estratos tipicamente tabulares de espessura submétrica, aspecto maciço ou estratificação cruzada tabular e acanalada de médio a pequeno porte, sendo o contato entre essas duas formações/grupos gradual e com passagem para Fm. Santo Anastácio para oeste e sudoeste (Fernandes, 2004); a maior frequência de lamitos e argilitos na unidade está associada a variações no nível freático nas porções baixas entre as dunas, segundo o autor.

A Fm Presidente Prudente corresponde a depósitos de sistema fluvial meandrante de canais amplos e rasos com presença de depósitos de rompimento de diques marginais. É composta por arenitos finos a muito finos e por lamitos arenosos, sendo a geometria dos arenitos tabular com estratificação sigmoide; porções areníticas a sílticas também tabulares podem apresentar estratificação plano-paralela e estruturas de fluxo aquoso além de lamitos argilosos maciços em estratos tabulares.

De modo geral, estas unidades apresentam decréscimo do grau de esfericidade e arredondamento de SW para NE, assim como ocorre com a maturidade mineralógica e textural. As características consideradas de maior importância para o desenvolvimento deste trabalho foram compiladas a seguir (Tabela 7).

Tabela 7 - Características das litologias da região (Fernandes 19924 e 1998), descrições que abrangem mais de uma unidade foram realizadas para a antiga Fm Adamantina, subdividida após proposta do própio autor.

5.3. DEPÓSITOS ALUVIONARES DA SUB-BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO SANTO

ANASTÁCIO

A sub-Bacia Hidrográfica do rio Santo Anastácio (BHRSA) possui geomorfologia de morrotes e colinas médias. Tal geomorfologia associa-se a solos arenosos de granulometria fina a muito fina e teor de argila inferior a 30% (Sudo, 1980). Posteriormente, tais solos foram classificados por Rocha (2014) como latossolo (vermelho escuro) e argissolo (vermelho e amarelo), sendo o primeiro associado a áreas de relevo plano ou suavemente ondulados e o segundo a relevos ondulados. Ainda segundo o autor, a concentração média do material em suspensão é de 96,7mg/L, sendo este valor bem acima da média regional.

Segundo Santos e Rocha (2012), no período de chuva (de outubro a março) as distribuições granulométricas do material de fundo ao longo do canal possuem maior grau de uniformidade em comparação ao período de estiagem (de abril a setembro), onde há maior variação em sua distribuição granulométrica, sendo o maior grau de variabilidade observada para o mês de junho.

O médio e baixo curso do rio é caracterizado por canais meandrantes com depósitos de areia fina a média em leito ativo e planície aluvial, sendo a morfologia desta parte do canal significativamente modificada após a criação do lago da Usina Hidrelétrica Sérgio Motta em 1998, conforme os mesmos autores.

Segundo Stein (1999), a ocupação da área da bacia hidrográfica foi realizada de maneira danosa, agregando diversas atividades antrópicas ao desmatamento em larga escala, que lhe implicou processos erosivos. Tais processos dão origem a expressivos depósitos atuais, sedimentados em calhas, planícies e terraços fluviais (Figura 16).

Figura 16 - Aerofotografias do médio curso do rio Santo Anastácio. (A) panorâmica com visada a montante do canal com morfologia típicamente meandrante (seta indicando a mineradora); (B) planície de inundação; (C e D) instalações da mineradora com indicativo aproximado da frente de lavra.

6. RESULTADOS

6.1. INTRODUÇÃO

A cartografia dos principais depósitos sedimentares do médio vale do rio foi elaborada através da fotointerpretação de suas características geomorfológicas, totalizando área aproximada de 4 km², e o entendimento da distribuição espacial dos elementos geomorfológicos fluviais do médio vale do rio. A quantificação de seis parâmetros sedimentológicos do minério através dos ensaios granulométricos e morfoscópicos descritos até então possibilitaram o cálculo de suas estatísticas anuais. Os produtos gerados após o tratamento dos dados obtidos nestas análises foram descritos em conjunto com os dados de pluviometria, caracterizando as variações em frente de lavra ao longo do ano. As análises de mineralogia, MEV e geoquímica definiram a variedade mineral das impurezas presentes e os principais elementos químicos nelas contidos.

6.2. CARTOGRAFIA DOS DEPÓSITOS INCONSOLIDADOS

Dentre os elementos (geo)morfológicos que ocorrem associados aos sistemas fluviais meandrantes (Figura 5 e Figura 6), oito foram identificados no mapeamento fotointerpretativo em escala 1:10.000, realizado sobre imagem da plataforma Google Earth® com data de captura de 18/10/2013.

A porção do médio vale do rio Santo Anastácio cartografada possui área limitada por terraços com menos de 3m de desnível, seguido internamente pela planície de inundação, onde foram identificados leques recentes, canais abandonados e lagoas concentradas principalmente nestes antigos cursos. Na porção mais profunda do vale encaixa-se o canal ativo, limitado externamente por depósitos de areia em barras de pontal e diques marginais próximos às margens erosivas (Figura 17).

6.3. CARACTERIZAÇÃO DO MINÉRIO

Como já mencionado, um total de 12 amostras, coletadas entre os meses de janeiro e dezembro de 2017 , compõe a base amostral analisada. Ao todo foram analisados seis parâmetros sedimentares para definir a assinatura mensal e anual do minério: quatro obtidos em ensaios granulométricos (média, seleção, assimetria e curtose) e dois através de análise de morfoscopia (esfericidade e arredondamento).Também foram analisadas a composição mineralógica e química de duas amostras representativas dos meses de maior e menor pluviosidade.

Dados pluviométricos e características sazonais do minério

Após a aquisição dos valores de pluviometria mensal acumulada registradas na região da cabeceira da sub-bacia hidrográfica em questão, elaborou-se gráfico de linha (Figura 18) para visualização e auxílio na divisão do conjunto de amostras em subgrupos a partir da média pluviométrica anual (valores de ambas estações) para posterior análise estatística. Tal subdivisão possibilita a definição das características específicas do minério extraído em diferentes situações de pluviosidade.

Figura 18 - Gráfico elaborado a partir dos dados de pluviometria mensal acumulada registradas em Plataforma de Coleta de Dados (PCD) da Universidade do Oeste Paulista – UNOESTE, (fonte: www.ciiagro.sp.gov.br) – e em Estação Meteorológica Automática (EMA) do Instituto Nacional de Meteorologia instalada na Universidade Estadual Paulista – UNESP, (fonte: www.inmet.gov.br) - duas diferentes situações para a pluviosidade da região.

Foram identificados sete meses com pluviosidade abaixo da média anual (de fevereiro a abril e junho a setembro) e cinco acima (janeiro, maio e de outubro a dezembro). Através da análise do gráfico percebem-se a concentrações de chuvas no período de verão e seca no inverno, concordante com as deinições de Carvalho (1997). No início do ano de estudo, o período de chuvas encerrou-se no mês de janeiro, e de fevereiro a setembro a situação foi de estiagem (em exceção ao mês de maio), com retorno de altas pluviosidades de outubro a dezembro.

Granulometria

Uma síntese dos histogramas de frequência é apresentado nas Figura 19 e Figura 20 (fichas laboratoriais completas em anexo B) , no canto superior esquerdo é apresentada a simbologia utilizada para representar os meses de alto e baixo índice pluviométrico nos demais resultados do estudo. Nas frações 1 mm (areia muito grossa) foi identificada a presença de fragmentos líticos de arenito muito friável.

Figura 19 – Síntese dos histogramas de frequência granulométrica do minério extraído no primeiro semestre de 2017. Símbolo nos cantos superior direito indicam a situação de pluviosidade, divididos pela média anual (136 mm).

Figura 20 - Síntese dos histogramas de frequência granulométrica das amostras mensais do segundo semestre de 2017. Símbolo nos cantos superior direito indicam a situação de pluviosidade, divididos pela média anual (136 mm).

Os resultados dos cálculos realizados pelo programa GRADISTAT são apresentados na tabelas sínteses Tabela 8 e Tabela 9 incluindo suas respectivas classificações qualitativas. Nesta tabela é possível observar as divergências nos valores e classificações obtidos através da utilização dos diferentes métodos. Os resultados obtidos através do método dos momentos apresentaram-se mais sensíveis às pequenas variações dos parâmetros granulométricos do minério.

Com a finalidade de caracterizar a distribuição granulométrica de todo o conjunto amostral ao longo do ano de 2017, foram geradas curvas de distribuição da frequência granulométrica anual simples e acumulada nas escalas métrica (µm) e logarítimica (ϕ) (Figura 21). Também foi elaborado diagrama ternário para as razões entre as classes granulométicas mais representativas do minério – areia média, areia fina e areia muito fina (Figura 22) – sendo o minério classificado como areia fina a média em quase totalidade das amostras, exceto para os meses de março e setembro (classificada como areia fina), ambas pertencentes a situação de baixa pluviosidade. O minério de novembro apresentou notável diferença em relação aos demais, possuindo em torno de 42% de granulometria média.

Figura 22 - Diagrama ternário das razões AM / AF / AmF do conjunto de amostras analisadas, classificadas como areia fina a média.

MÉDIA

Considerando o conjunto de amostras analisadas, o minério foi classificado como areia fina a partir apenas de sua média granulométrica, possuindo média anual aproximada de 200 μm (Figura 23).

Figura 23 – Gráfico de linha (A) e diagrama de caixa (B) dos valores de média granulométrica obtidos por peneiramento. Gráfico de precipitações mensais acumuladas de 2017 (C).

A distribuição granulométrica apresentou mediana da população com valor próximo a média, e amplitude de variação anual de 55μm (179 a 234 μm), caracterizando a totalidade das amostras como areia fina. As amostras pertencentes aos meses de baixo índice pluviométrico possuem maior amplitude no tamanho médio dos grãos. Nos meses de maior registro pluviométrico a tendência é a diminuição desta amplitude, concentrando grãos de tamanhos mais próximos a média, sendo apenas o mês de novembro identificado como outlier e detentor do maior valor registrado (Figura 24).

Figura 24 - Diagramas de caixa para os valores de média granulométrica subdivididas pela situação de pluviometria.

SELEÇÃO

O minério foi classificado como unimodal pelo software GRADISTAT, sendo moderadamente bem selecionado para a maior parte do ano, mal selecionado apenas em fevereiro (primeiro mês após o período chuvoso), moderamante selecionado em março e setembro e bem selecionado nos meses de maio e julho (Figura 25). Os meses de fevereiro e julho, ambos pertencentes a situações de baixa pluviosidade, registraram o menor e maior valor no grau de seleção respectivamente (0,50 e 0,72).

Figura 25 - Gráfico de linha (A) e diagrama de caixa (B) dos valores de seleção granulométrica. Gráfico de precipitações mensais acumuladas de 2017 (C).

Quando separadas pela pluviosidade, o minério do período chuvoso apresenta tendência em possuir melhor seleção, fato observado pelo deslocamento dos seus valores de tendência centrais (Figura 26). Neste período também é observada a diminuição da amplitude da população, concentrando-se em valores superiores a média e mediana do período oposto.

Figura 26 - Diagramas de caixa para os valores de seleção granulométrica subdivididas pela situação pluviométrica mensal.

ASSIMETRIA

Os valores granulométricos de assimetria apresentaram-se negativos em todo o período, sendo todas as amostras classificadas como muito assimétricas no sentido dos finos, com exceção da amostra do mês de dezembro – classificada apenas como assimétrica, em mesmo sentido (Figura 27). O fato da totalidade amostral apresentar valor de assimetria negativa, caracteriza o minério como tendo maior contribuição de partículas de tamanho menor que a média em sua distribuição granulométrica. Os meses de abril e dezembro apresentaram o menor e maior valor de assimetria respectivamente (-3,99 e -1,00), apontando que, o mês de abril é o que possui maior participação de partículas finas em sua população, e a de dezembro o de menor.

Figura 27 - Gráfico de linha (A) e diagrama de caixa (B) dos valores de assimetria obtidos por peneiramento. Gráfico de precipitações mensais acumuladas de 2017 (C).

A assimetria comporta-se de maneira muito sensível as variações nos índices de pluviometria. Na primeira metade do período de estiagem a variação dos valores de assimetria apresentam relação direta com a pluviometria (fevereiro a junho). Já no pico da seca (julho) a relação é inversa até o primeiro mês do período chuvoso (outubro).

Quando agrupados pela pluviosidade, os sedimentos apresentam medianas muito próximas, porém em situações de estiagem a tendência é de valores e amplitude menores, ao contrário que ocorre no período chuvoso (Figura 28).

Figura 28 - Diagramas de caixa para os valores de assimetria separadas pela situação pluviométrica.

CURTOSE

Os sedimentos analisados foram classificadas como extremamente leptocúrticos em sua totalidade, sendo o menor valor registrado em dezembro e o maior em agosto. No período de estiagem a curtose varia inversamente em relação à precipitação, passando a ser direta após o ápice da seca, comportando-se novamente de maneira inversa apenas em dezembro. A inversão ocorre no pico da seca, mês em que amostra possui valor de curtose muito próximo da média (Figura 29).

Figura 29 - Gráfico de linha (A) e diagrama de caixa (B) dos valores de curtose obtidos por peneiramento. Gráfico de precipitações mensais acumuladas de 2017 (C).

De modo geral, quando agrupado pela pluviosidade o sedimento dos meses de baixo registro pluviométrico possuem valores de curtose inferiores (mais platicúrticos) em relação aos meses de maior pluviosidade (Figura 30).

Figura 30 - Diagramas de caixa para os valores de curtose subdivididas pela situação pluviométrica.

Micropetrografia

A análise morfoscópica dos sedimentos foi realizada para o conjunto de 12 amostras. Para essas 12 amostras foram inicialmente quantificados os parâmetros de esfericidade e arredondamento de 20 grãos por amostra. Para duas amostras representativas dos picos de muita e pouca pluviosidade (janeiro e julho), foi implementadas a identificação mineralógica através de suas propriedades ópticas em microscópio e composição semiquantitativa analisadas por EDX em MEV.

MORFOSCOPIA (ESFERICIDADE E ARREDONDAMENTO)

Fotomicrografias (Figura 31) tomadas em microscópio petrográfico de luz transmitida para as amostras dos picos do período chuvoso e de seca (janeiro e julho), apresentando sutis diferenças morfoscópicas e de composição mineralógica sendo observada principalmente a menor presença de opacos na lâmina do período de estiagem. Em ambas amostras os grãos são de alta esfericidade (0,69 e 0,76), e subangulosos (0,46 e 0,42). A esfericidade apresentou média anual relativamente elevada (0,71) enquanto a arredondamento foi caracterizado como subanguloso (0,48).

Figura 31 - Fotomicrografia de grãos do minério. (A) minério extraído em janeiro – período chuvoso – com grãos subangulosos e alta esfericidade, possui granulometria inferior ao minério de julho (B), minério obtido no período seco, onde foi encontrado maior grau médio de esfericidade e menor de arredondamento.

Notou-se que o aumento de precipitação provoca queda no valor da esfericidade, e aumento ao longo do período de estiagem, ocorrendo exceções aos meses de fevereiro (primeiro mês de estiagem) e novembro (Figura 32).

Figura 32 - Gráfico de linha (A) e diagrama de caixa (B) dos valores de esfericidade obtidos por peneiramento. Gráfico de precipitações mensais acumuladas de 2017 (C).

Quando a análise estatística é compartimentada entre grupos de alta e baixa pluviosidade os resultados mostram-se muito próximos, apenas podendo ser feita a inferência de que o sedimento tende a possuir esfericidade mais baixa e de menor amplitude no período chuvoso (Figura 33).

Figura 33 - Diagramas de caixa para os valores de esfericidade subdivididas pela situação de pluviometria.

Conforme o método de Krumbein e Sloss (1963) aplicado, o sedimento caracteriza-se com arredondamento anual médio moderado (subanguloso - 0,48) e de valores pouco superiores na primeira metade do período de seca (subarredondado, aproximadamente 0,54)

Figura 34 - Gráfico de linha (A) e diagrama de caixa (B) dos valores de esfericidade obtidos por peneiramento. Gráfico de precipitações mensais acumuladas de 2017 (C).

Quando agrupado pela pluviosidade, o sedimento representativo do período de chuva tende a possuir menor grau de arredondamento, fato observado nos valores de média, mediana e quartis dos diferentes períodos (Figura 35).

Figura 35 - Diagramas de caixa para os valores de arredondamento subdivididas pela situação de pluviometria.

MINERALOGIA

As amostras de janeiro e julho analisadas apresentaram baixa variabilidade mineralógica, sendo compostas principalmente por quartzo (>95% em estimativa visual). Possuem ainda opacos (ilmenita e leucoxênio), feldspato, turmalina, zircão, anfibólio, rutilo e estaurolita (Figura 36-A e B).

A amostra de julho (representativa do período de seca) contém quantidade inferior de opacos, com significativa presença de película de recobrimento marrom escuro a preto nos grãos de ambos períodos (Figura 36-C e D).

Figura 36 - Prancha de fotomicrografias da variedade mineral do minério de janeiro e julho, com registro da baixa variabilidade mineralógica entre os diferentes períodos. (A) Minério do mês de janeiro apresentando cinco diferentes tipos minerais translúcidos e opaco (provavelmente ilmenita) de tamanho próximo da média granulométrica. (B) Minério do mês de julho com menos ilmenita (que possui maior granulometria) em relação ao outro período. (C e D) Película de recobrimento presente em ambos períodos. Tu: turmalina; Op: opaco; Felds: feldspato; Zi: zircão.

Os grãos opacos e de feldspato possuem granulometria próximos da média, sendo a ilmenita arredondada enquanto os grãos de leucoxênio e feldspato são subarredondados (Figura 36-A e B). Em menor proporção cristais de turmalina, zircão (Figura 37 – A e B) e anfibólio também foram identificados em tamanho próximo a média.

Em granulometria inferior foi observado uma maior variabilidade mineralógica, como turmalina verde prismática ou arredondada; zircão incolor prismático ou arredondado; rutilo marrom prismático e estaurolita amarela arredondada. Também foram observados grãos de quartzo rutilado – acículas, e com micrólitos de zircão (Figura 37 - C e D) ou inclusão de estaurolita.

Figura 37 - (A e B) Minerais pesados notadamente em frações mais finas. (C e D) Impurezas inclusas nos grãos de quartzo, acículas de rutilo e micrólitos de zircão pouco frequêntes. Tu: turmalina; Op: opaco; Zi: zircão; Ac/Ru: acícula de rutilo; Mi/Zi: micrólito de zircão.

Microscopia eletrônica de varredura

As análises realizadas em MEV nos sedimentos de janeiro e julho realizadas nas frações retidas nas malhas de 250µm, 177µm e 125µm foram subdivididas para grãos de quartzo (Figura 38) representando o bulk sedimentar e grãos das impurezas associadas (Figura 39). Para os grãos de quartzo, o imageamento apontou ampla variedade morfológica em sua superfície; grãos de alta ou baixa esfericidade não apresentaram características específicas, variando de arredondado a anguloso, tendo predominante superfícies subangulosas a subarredondadas como observadas em microscópio.

Figura 38 - Micrografias MEV e resultados EDX realizados por contagem superficial de pontos em grãos de quartzo. Notável diferença observada no grau de arredondamento (maior em A, B, C e D) e em suas esfericidades – alta em A, B e F.

As principais impurezas identificadas em EDX foram feldspato potássico, turmalina schorlita, estaurolita, ilmenita/leucoxênio (Figura 39 A a E). Um único grão mineral pertencente ao grupo do espinélio com relativa quantidade de cromo foi identificado (Figura 39 - F), que possui importância em discussões para aplicações do minério na produção de vidro.

Figura 39 - Micrografias MEV e resultados EDX realizados por contagem superficial de pontos em grãos de impurezas. Feldspato potássico (A e B); turmalina (C); estaurolita (D); ilmenita (E) e mineral pertencente ao grupo do espinélio (F).

Geoquímica

Os resultados das análises de FRX realizadas nas amostras de janeiro e julho (anexo B) foram utilizados na elaboração de gráficos de setores (Figura 40), com erro analítico médio de 0,003%. Dentre os dez óxidos maiores analisados, significativa diferença no resultado das amostras foi observada entre os cinco mais abundantes: SiO2; Al2O3; Fe2O3; K2O e TiO2. Ambas amostras possuem

teor de sílica próximo a 98% seguido de óxido de alumínio (0,62 e 0,52%), contudo, o terceiro e quarto óxidos mais abundantes se invertem entre as épocas do ano analisado, sendo Fe2O3= 0,31% e

K2O= 0,29% para a amostra de janeiro, e K2O= 0,24% e Fe2O3= 0,23% para julho. A maior variação

registrada para um mesmo teor foi no conteúdo de dióxido de titânio, que reduz à metade (0,16 e 0,08%). A única diferença entre os cinco óxidos de menor abundância é no teor de P2O5: 0,02 e 0,01%.

Figura 40 - Gráficos composicionais das amostras analisadas por fluorescência de raio X, representativas dos ápices do período chuvoso (janeiro) e de seca (julho).

7. DISCUSSÃO

Uma vez caracterizadas a pluviometria, o substrato e variações na assinatura sedimentar do minério, a discussão a seguir é na aplicação de princípios sedimentológicos na compreensão dos processos envolvidos na formação e evolução das propriedades do minério. O entendimento das influências climatológicas em suas características sazonais permite melhor controle de qualidade sobre o minério a ser inserido no mercado, ao passo que a definição de sua mineralogia e impurezas pode embasar o planejamento do seu beneficiamento. Adicionalmente, com base na implementação de processos de beneficiamento mais refinados, novos usos tecnológicos são sugeridos tendo em vista níveis de pureza cada vez mais elevados.

7.1. ASPECTOS SEDIMENTARES

A média granulométrica variou em concordância com a pluviometria na maior parte do período anual analisado, com exceção aos meses de julho e dezembro. Nesses meses (respectivos picos de estiagem e chuva) a estabilidade energética do meio promoveu o comportamento inverso, com aumento da média granulométrica na seca e diminuição na chuva (em relação ao mês anterior). Nos primeiros meses de estiagem houve aumento no tamanho médio dos grãos, sendo a variação no registro pluviométrico praticamente nula.

O desvio padrão da distribuição granulométrica está relacionada com o modo de transporte do material (Knighton 1980), a partir de transporte e deposição seletiva. O transporte seletivo ocorre quando a energia do meio supera a capacidade contraposta pelo atrito da partícula com o fundo, e a deposição seletiva quando a energia do meio é incompetente em manter a partícula suspensa. Segundo o autor, um progressivo aumento na seleção ocorre a jusante, devido aos efeitos acumulativos de seleções locais e a competência do fluxo ao longo do canal.

A partir de simulações laboratoriais Sengupta et al. (1999) relacionam os processos de migração do leito - geração de ripples e dunas após a velocidade do meio ser excedida – como mecanismo responsável pelo afinamento de tamanho de grão a jusante; os sedimentos transportados ao longo da superfície menos íngreme dessas estruturas são selecionados em duas partes, onde os mais grossos escorregam até o sopé da superfície mais íngreme e ali são soterrados, enquanto os finos são transportados em suspensão rio abaixo. O aumento da velocidade de fluxo proporciona aumento na concentração de partículas em suspensão, sendo todos os tamanhos de grãos em suspensão depositados simultaneamente quando a velocidade de fluxo diminui, segundo o autor. Isto justifica apenas em parte parte os processos sazonais ocorridos no depósito, McLaren e Bowles (1985) além de demonstraram que o afinamento a jusante não é um processo obrigatório explicam através funções a transferência de sedimentos em diferentes tipos de abientes, inclusive fluvial, sendo subdivididas em situações de alta e