Upload
vuongquynh
View
219
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
IV SIMPÓSIO DE MINERAIS INDUSTRIAIS DO NORDESTE
10 a 13 abril de 2016, João Pessoa - PB
CARACTERIZAÇÕES MINERALÓGICA E TECNOLÓGICA DO CAULIM
DAS REGIÕES DE EQUADOR (RN) E JUNCO DO SERIDÓ (PB)
Luiz Carlos Bertolino¹, Victor Matheus Joaquim Salgado Campos², Marinésio Pinheiro Lima³,
Odivaldo Cambraia Alves4
1 Geólogo, D.Sc., Set. de Carac. Tecnológica - SCT, Centro de Tecnologia Mineral - CETEM/MCTI/UERJ
² Bols. de Iniciação Cient. – PIBIC, Set. de Carac. Tec. - SCT, Centro de Tec. Mineral - CETEM/MCTI/UERJ
³ Eng. de minas, M.Sc., Dep. de Eng. de Minas – DEMINAS, Uni. Fed. de Pernambuco - UFPE
4 Físico, D.Sc., Dep. de Físico-Química, Universidade Federal Fluminense - UFF
RESUMO
Caulim é uma rocha de granulometria fina e composta principalmente por caulinita. É usada nos
segmentos de papel, cerâmica e outros. Estudos recentes indicam que o Brasil é o quinto maior
produtor mundial de caulim. Porém, alguns depósitos de dimensões relevantes no país, como os
das cidades de Equador (RN) e Junco do Seridó (PB) ainda são explorados de forma precária. O
objetivo do trabalho consistiu nas caracterizações mineralógica e tecnológica de três amostras de
caulim, sendo duas de Equador (RN) e uma de Junco do Seridó (PB), com enfoque no estudo da
relação entre o íon ferro (III) e o índice de alvura. As amostras foram submetidas aos processos de
classificação granulométrica em peneiras de 44 µm, separação magnética em 14000 Gauss e
alvejamento químico com ditionito de sódio. A caracterização mineralógica foi realizada através
das técnicas de difratometria de raios X, microscopia eletrônica de varredura, fluorescência de
raios X e ressonância paramagnética eletrônica. Através dos resultados pode-se verificar que as
amostras possuem rendimentos de 61,28, 21,96 e 19,49 % em peneiras de 44 µm,
respectivamente, e que são constituídas por caulinita na forma de booklets e pelas impurezas
muscovita, quartzo e, em um dos casos, feldspato. Verificou-se que a separação magnética e o
alvejamento químico com ditionito de sódio foram responsáveis pela elevação no índice de alvura
de 78,2 para 91,3 % e 91,3 para 93,8 % nas amostras de Equador (RN) e de 86,9 para 89 % na
amostra de Junco do Seridó (PB), indicando que é possível melhorar de forma relevante a
qualidade do minério promovendo seu melhor aproveitamento.
147
PALAVRAS-CHAVE: Caulim, caracterização, Nordeste.
IV SIMPÓSIO DE MINERAIS INDUSTRIAIS DO NORDESTE
10 a 13 abril de 2016, João Pessoa - PB
ABSTRACT
Kaolin is a fine grained rock composed mainly by kaolinite. It is used in the segments of paper,
ceramic and others. Recent studies indicate that Brazil is the fifth major world producer of kaolin.
However, some deposits with great dimensions in the country, as of the cities of Equador (RN) and
Junco do Seridó (PB) which are exploited precariously. The purpose of the study was the
technological and mineralogical characterization of three samples of kaolin, two of them of
Equador (RN) and the last one of Junco do Seridó (PB), focusing in the study of the relationship
between the ion iron (III) and the index of whiteness. The samples are submitted to the processes
of granulometric classification in sieves of 44 µm, magnetic separation in 14000 Gauss and
chemical bleaching with sodium dithionite. The mineralogical characterization was made by the
analysis of X-ray diffratomic, scanning electron microscope, X-ray fluorescence and electron
paramagnetic resonance. From the results it can be seen that the samples have yield of 61.28,
21.96 e 19.49 % in sieves of 44 µm, respectively, and are composed by kaolinite in booklets form
and by the impurities muscovite, quartz and, in one of the cases, by feldspar, It was found that
through of the process of magnetic separation and chemical bleaching with sodium dithionite was
possible raise of index of whiteness of 78.2 to 91.3 % and 91.3 to 93.8 % in the samples of Equador
(RN) and of 86.9 to 89 % in the sample of Junco do Seridó (PB), indicating that it is possible
improve relevantly the quality of the ore promoting its better improvement.
KEYWORDS: Kaolin, characterization, Northeast.
148
IV SIMPÓSIO DE MINERAIS INDUSTRIAIS DO NORDESTE
10 a 13 abril de 2016, João Pessoa - PB
1. INTRODUÇÃO
Caulim é a rocha composta por caulinita e/ou seus polimorfos, apresenta granulometria fina
e também coloração esbranquiçada (Murray e Keller, 1993). O caulim pode ser classificado como
do tipo primário, quando produto de alteração de feldspatos, e do tipo secundário, quando de
origem sedimentar (Prasad et al., 1991). O caulim da área de estudo é do tipo primário (Silva,
2007), o que reflete em granulometria mais grossa do que os do tipo secundário, impurezas
compostas pelos minerais quartzo, muscovita e feldspato e, também, em baixo conteúdo de
óxidos e/ou hidróxidos de ferro. O caulim é usado em diversas partes da indústria, sendo os
principais segmentos os de produção de papel, tinta e cerâmica (Luz et al., 2005). Porém, a
extração de caulim ocorre de forma rudimentar em algumas regiões do país, como nos depósitos
das cidades de Junco do Seridó (PB) e de Equador (RN).
Silva (2007) realizou a caracterização tecnológica e mineralógica do caulim da região de
Junco do Seridó (PB), onde foi definido que o caulim é caulinítico, apresenta as impurezas de
quartzo, muscovita e feldspato e que a alvura do material pode ser elevada mediante separação
magnética em campo de alta intensidade e alvejamento químico, originando um material de
melhor qualidade.
2. OBJETIVOS
O estudo teve como objetivo a realização das caracterizações mineralógica e tecnológica de
três amostras de caulim com enfoque no estudo da distribuição do íon ferro (III) e de sua remoção
visando a melhoria de qualidade do minério.
3. MATERIAIS E MÉTODOS
Foram coletadas três amostras de caulim de aproximadamente 17 kg cada, sendo duas das
proximidades da cidade de Equador (RN) e uma da cidade de Junco do Seridó (PB), nomeadas de,
respectivamente, GB1, GB2 e JS (Figura 1). As coordenadas UTM de coleta dessas amostras são,
respectivamente, 754364E 9231863N, 754353E 9231943N e 750498E 9225368N, onde a Zona
UTM é 24 M e o DATUM utilizado é o SIRGAS 2000.
149
IV SIMPÓSIO DE MINERAIS INDUSTRIAIS DO NORDESTE
10 a 13 abril de 2016, João Pessoa - PB
Figura 1 - Locais de coleta das amostras GB2, GB1 e JS.
Nos laboratórios do CETEM, as amostras foram secas, homogeneizadas e quarteadas antes
de serem submetidas aos processos de classificação granulométrica a úmido em peneiras de 44
µm e separação magnética em equipamento BOXMAG-RAPID (14000 Gauss). As frações < 44 µm
não magnéticas foram submetidas ao alvejamento químico com uso de ditionito de sódio
(Na2S2O4) como agente redutor na proporção de 4 kg/t e hexametafosfato de sódio (Na16P14O43)
como agente dispersante na proporção de 3 kg/t. Foi produzida uma polpa com 80 % de água e 20
% de sólido, que foi mantida em agitação entre 80 a 100 rpm e com pH entre 3 e 4 com adição de
ácido sulfúrico.
Figura 2 - Fluxograma das etapas de beneficiamento das amostras
As frações obtidas no processo de beneficiamento foram caracterizadas através do
difratometro de raios X da Bruker modelo D4 Endeavor com radiação Co Kα (40kV/40 mA), análise
química por fluorescência de raios X em aparelho da PANalytical modelo Axios mAX, análise
150
IV SIMPÓSIO DE MINERAIS INDUSTRIAIS DO NORDESTE
10 a 13 abril de 2016, João Pessoa - PB
granulométrica no Malvern modelo Mastersize 2000, ressonância paramagnética eletrônica em
aparelhamento Bruker modelo ESP300E com banda X (frequência 9,75 GHz), microscópio
eletrônico de varredura modelo FEI Quanta 400 da Bruker. O índice de alvura foi determinado em
fotômetro Carl-Zeiss Elrepho modelo 96160 em padrão de 83,9 % (ISO).
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 Classificação granulométrica e separação magnética
Os processos classificação granulométrica indicaram que as amostras GB2, GB1 e JS
possuem, respectivamente, rendimentos de 19,49, 21,96 e 61,28 % de material < 44 µm (Tabela
1). Os resultados da separação magnética mostraram que todas as amostras possuem menos de 1
% de fração magnética, indicando baixa presença desse material em todos os depósitos.
Tabela 1 - Balanço de massa após a classificação granulométrica e separação magnética. FM – Fração
magnética
Amostra GB2 (%) GB1 (%) JS (%)
> 44 µm 80,51 78,04 38,72
< 44 µm 19,49 21,96 61,28
< 44µm c/ FM 19,49 21,96 61,28
< 44µm s/ FM 19,42 21,91 61,22
Fração magnética 0,06 0,53 0,05
4.2 Ressonância Paramagnética Eletrônica
Através de espectros de ressonância paramagnética eletrônica (Figura 3) observou-se que o
íon ferro (III) se encontra distribuído em dois sítios, externo na forma de óxidos e/ou hidróxidos
(g ≅ 2,0) e na estrutura da caulinita em sítios octaedrais (g ≅ 4,2) substituindo o íon alumínio
(III) (Komusinski et al., 1981). Os resultados indicaram que parte do íon ferro (III) externo é
removido durante o processo de separação magnética (14000 Gauss). Já o íon ferro (III) interno
não é extraído durante o tratamento.
151
IV SIMPÓSIO DE MINERAIS INDUSTRIAIS DO NORDESTE
10 a 13 abril de 2016, João Pessoa - PB
Figura 3 - Espectros de RPE das amostras de caulim. NM – Não magnético M - Magnético
4.3 Difratometria de raios X e índice de Hinckler
Os resultados da difratometria de raios X indicaram que as frações GB2, GB1 e JS < 44 µm
não magnéticas são constituídas por caulinita e, secundariamente, por quartzo, muscovita e, no
caso da amostra GB2, por feldspato (Figura 4). A presença do feldspato indica que o processo de
caulinização não foi completo no depósito da amostra GB2.
Os índices de Hinckler obtidos da caulinita das amostras GB2, GB1 e JS foram 1,25, 1,29 e
1,35, respectivamente. Através desses valores foi possível afirmar que a caulinita apresenta
elevado grau de ordenamento estrutural, o que permite inferir que há pouca quantidade de íon
ferro (III) na estrutura da caulinita, fato que é corroborado pelos resultados de ressonância
paramagnética eletrônica (Figura 3), em que os picos referentes à presença de ferro (III) estrutural
na região g ≅ 4,2 não são muito intensos, principalmente na amostra JS, que apresentou maior
índice de Hinckler.
152
IV SIMPÓSIO DE MINERAIS INDUSTRIAIS DO NORDESTE
10 a 13 abril de 2016, João Pessoa - PB
Figura 4 - Difratogramas de raios X das frações < 44 µm não magnéticas das amostras GB2, GB1 e JS.
M - Muscovita Q - Quartzo C – Caulinita F - Feldspato.
4.4 Microscopia eletrônica de varredura
As imagens obtidas através do MEV indicaram que as frações < 44 µm não magnéticas são
compostas majoritariamente por booklets de caulinita em forma pseudo-hexagonal (Figura 5).
Também foram observados grãos de quartzo e muscovita dispersos ainda presentes nas amostras
mesmo após a classificação granulométrica em 44 µm.
Figura 5. Imagens das frações menores que 44 µm não magnéticas obtidas através do MEV. As
imagens foram registradas em aumento de, aproximadamente, 5000 x.
153
IV SIMPÓSIO DE MINERAIS INDUSTRIAIS DO NORDESTE
10 a 13 abril de 2016, João Pessoa - PB
4.5 Análise química por fluorescência de raios X
As frações <44 µm não magnéticas das amostras GB2, GB1 e JS apresentaram,
respectivamente, teores de SiO2, Al2O3 e perda ao fogo variando entre 44,5 e 46,3, 41,5 e 42,6 e
10,4 e 11,5 % (Tabela 3). De acordo com Dana (1974), a composição química teórica da caulinita é
39,5 % de Al2O3, 46,5 % de SiO2, 14 % de H2O e todas as amostras apresentaram teores de óxidos
dentro ou próximos dessa faixa indicando que as amostras, após a classificação granulométrica em
44 µm, são essencialmente compostas por caulinita.
Os teores de Fe2O3 das amostras não sofreram alterações relevantes após a separação
magnética, o que é resultado das hipóteses de a separação magnética não ser um método
eficiente na diminuição desse óxido ou do equipamento não ter a capacidade de determinar a
variação do óxido de forma efetiva.
Tabela 2 - Resultados da análise química por fluorescência de raios X das frações obtidas nos
processos de beneficiamento. B – Bruto; N – Não magnético
Óxidos GB2 B (%) GB2 NM (%) GB1 B (%) GB1 NM (%) JS B (%) JS NM (%)
SiO2 46,3 46,3 45,3 45,1 44,5 44,6
Al2O3 41,5 41,5 42,5 42,5 42,6 42,4
PF 10,4 10,4 11,5 11,7 11,3 11,3
Fe2O3 0,44 0,42 0,37 0,37 0,26 0,27
Outros 1,27 1,31 0,53 0,51 1,2 1,22
Total 99,91 99,93 100,2 100,18 99,86 99,79
4.6 Alvejamento químico e determinação do índice de alvura
Os resultados do processo de alvejamento químico feitos nas frações < 44 µm não
magnéticas da amostra GB2 indicaram elevação no índice de alvura de 78,2 % para 78,5 % após a
separação magnética e que houve aumento de 78,5 % para 90,9 % nos primeiros 30 minutos de
alvejamento químico.
Já os resultados em relação as frações GB1 foram diferentes por conta de o índice de alvura
da fração inicial já ser elevado. Após a separação magnética verificou-se pequeno aumento de
91,3 % para 92,5 % no índice de alvura. Porém, a maior evolução também ocorreu nos primeiros
30 minutos de alvejamento químico, onde o índice de alvura foi elevado de 92,5 % para 93,8 %.
154
IV SIMPÓSIO DE MINERAIS INDUSTRIAIS DO NORDESTE
10 a 13 abril de 2016, João Pessoa - PB
A evolução do índice das frações JS indica não alteração nos valores após a separação
magnética e maior elevação durante os 30 primeiros minutos de alvejamento químico de 86,9 %
para 88,4 %.
Os resultados do índice de alvura indicaram que a etapa de separação magnética pode não
ser tão eficiente em relação ao seu custo/benefício e que os 30 minutos iniciais em processo de
alvejamento químico são os mais relevantes no aumento de alvura do caulim.
Figura 6 - Valores obtidos na determinação do índice de alvura para as frações < 44 µm não
magnéticas das amostras JS, GB1 e GB2. NM – Não magnético.
5. CONCLUSÕES
Verificou-se que a amostra JS apresentou o melhor rendimento de 67,46 % de material
menor que 44 µm. Já as amostras GB1 e GB2 mostraram baixo rendimento de cerca de 21,96 % e
19,49 %, respectivamente. Tais valores destacam a natureza primária do caulim, onde se tem alta
quantidade de impurezas. Entretanto, pode-se confirmar que ocorrem também depósitos de alto
teor de minério e também que é possível, com as técnicas de beneficiamento adequadas,
concentrar o material de importância econômica. A caracterização mineralógica indicou que as
três amostras de caulim são constituídas por caulinita e, de forma secundaria, por quartzo,
muscovita e, no caso da amostra GB2, por feldspato.
Através da análise de ressonância paramagnética eletrônica foi possível verificar que parte
do íon Ferro (III) na forma de óxido e/ou hidróxido de ferro pode ser removido através de
separação magnética (14000 Gauss), o que promove pequeno ou nenhum aumento de alvura do
155
IV SIMPÓSIO DE MINERAIS INDUSTRIAIS DO NORDESTE
10 a 13 abril de 2016, João Pessoa - PB
material. Essa dicotomia mostra a necessidade de estudos mais aprofundados sobre a efetividade
da operação no tratamento do minério.
A técnica de alvejamento químico foi responsável por aumento considerável no índice de
alvura de todas as amostras nos primeiros 30 minutos de tratamento. Tal fato reflete a
necessidade de se verificar se o tratamento com 4 horas de duração, como é feito em algumas
indústrias, é realmente a melhor metodologia de tratamento em relação ao seu custo/benefício
.
Visto isso, entende-se que os resultados trazem novas discussões sobre a qualidade do
beneficiamento de caulim no Brasil, sendo esse feito em grande escala por parte de algumas
empresas nacionais.
6. AGRADECIMENTOS
Agradecemos ao CETEM, aos técnicos da SCT-COAM, à CATE/CETEM, ao CNPq e à FAPERJ
pelo auxílio e ao CBPF pelo uso do Laboratório de Ressonância Paramagnética Eletrônica.
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
DANA, J. D. S. Mineralogia descritiva. In: DANA, J. D. S. Manual de Mineralogia, 1 ed, v. 02, Rio de
Janeiro, Brasil: Livros Técnicos e Científicos, 1976, p.506-507.
KOMUSINSKI, J.; STOCH, L.; DUBIEL, S. M. Application of eléctron paramagnetic resonance and
Mössbauer spectroscopy in the investigation of kaolinite-group minerals. Clays and clay Minerals,
v.29, p.23-30, 1981.
LUZ, A. B., CAMPOS, A. R., CARVALHO, E. A., BERTOLINO, L. C. Caulim - Usos e Especificações. In:
LUZ A. B. e LINS F. F (eds) Rochas e Minerais Industriais. 2º ed. Rio de Janeiro, RJ, Brasil: Centro de
Tecnologia Mineral, 2005, p. 255-289.
MURRAY, H.H., KELLER, W., 1993. Kaolins, kaolins, and kaolins. In: Murray, H., Bundy, W., Harvey,
C. (Eds.), Kaolin Genesis and Utilization. The Clay Minerals Society, Boulder, pp. 1–24.
PRASAD, M. S., REID, K. J., MURRAY, H. H., 1991, “Kaolin: processing, properties and application”,
Applied Clay Science, v. 06, pp. 87-119.
SILVA, F. A. N. G. Estudos de Caracterização Tecnológica e Beneficiamento do Caulim da Região
Borborema-Seridó (RN). 2007. Dissertação (Mestrado) – COPPE, Universidade Federal do Rio de
Janeiro, Rio de Janeiro (Brasil).
156