GEMAS, JOIAS E MINERAÇÃO:PESQUISAS APLICADAS NO

RIO GRANDE DO SUL

Organizadores:

Maciel DonatoLauren da Cunha Duarte

Porto Alegre - RSUniversidade Federal do Rio Grande do Sul

Instituto de Geociências2016

Projeto Gráfico e DiagramaçãoRafael Cardoso Bisinellarafaelcb18@gmail.com

Foto capa: i9Produções

Joias e Mineração: Pesquisas Aplicadas no Rio Grande do Sul. / Organizadores: Maciel Donato; Lauren da Cunha Duarte. – Porto Alegre : IGEO/UFRGS. 2016. 120 p.

ISBN:

1. Gemas. 2. Jóias. 3. Mineração. I. Donato, Maciel. II. Duarte,Lauren da Cunha. III. Centro Tecnológico de Pedras, Gemas e Jóias do Rio Grande do Sul. IV. Universidade Federal do Rio Grande do Sul: Instituto de Geociências. V. Título.

Gemas,

CDU 552/553

Biblioteca Geociências - UFRGSRenata Cristina Grün – CRB 10/1113

978-85-61424-47-3

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Prefácio

Esta obra é resultado do tradicional evento anual “MOSTRA DE PESQUISAS, PRODUTOS E TECNOLOGIAS APLICADAS AO AR-RANJO PRODUTIVO DE GEMAS E JOIAS DO RIO GRANDE DO SUL”, que em sua quinta edição é realizada junto a EXPOSOL 2016 – feira internacional de pedras preciosas, em Soledade – RS.

O Centro Tecnológico de Pedras, Gemas e Joias do Rio Grande do Sul (CT-Pedras) é protagonista de ações como essa, que visam trazer à tona a realidade local do setor de pedras, joias, mineração entre outros. Temas centrais como geologia, design de produtos e joias, resíduos e saúde do trabalhador são abordados neste livro. São apresentados os resultados das pesquisas realizadas em geodos preenchidos por minerais silicosos, na identificação e análise de gemas naturais e sintéticas; seleção de materiais e design; aplicação de microcápsulas aromáticas em ágata; otimização, reutili-zação e tratamento de efluente do tingimento de gemas; remineralização de solos agrícolas com pó de rocha hidrotermalizada e a silicose nas atividades dos trabalhadores de mineração.

A organização compartilhada desta Mostra com o CT-Pedras, seus mantenedores e apoiadores, como a Universidade de Passo Fundo (UPF), a Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), o Sindicato das Indústrias (SINDIPEDRAS) e a Prefeitura Municipal de Soledade conduz a resultados de excelência acadêmica e fundamental relevância profissional e industrial para o setor.

Soledade, 29 de abril de 2016

Maciel DonatoLauren da Cunha Duarte

Organizadores

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Sumário

A interação entre a lava e o sedimento e suarelação com o preenchimento dos geodossilicosos no Rio Grande do Sul, Brasil:o exemplo da região do Distrito Mineirode Salto do Jacuí (DMSJ)

Ametista sintética no comérciode Soledade (RS)

Caracterização de algumas gemascomercializadas em Soledade/RS pormicroscopia eletrônica de varredura -sistema de energia dispersiva

Inovações tecnológicas em gemas:Aplicação de microcápsulas aromáticasem ágata gravada a laser

Seleção de materiais e design:Projeto conceitual de luminária deágata e cortiça bioinspirada nacorticeira-do-banhado

Metodologia para análisesuperficial por microtomografia de raios-x

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Otimização de sistemas de tingimento degemas - estudos desenvolvidos por empresasdo APL Pedras, Gemas e Joias/UFRGS

Reuso de efluente oriundo dotingimento de ágata no cultivoheterotrófico de cianobactérias

Tratamento de efluente do tingimentode ágatas por processo oxidativoavançado – técnica fenton paradegradação do corante rodamina b

Atributos químicos de solos agrícolassubmetidos à aplicação de pó-de-basaltohidrotermalizado e efeitos na produção vegetal

A influência da silicose nas atividadesdiárias dos trabalhadores de mineração

APL - Arranjo Produtivo Local de Pedras,Gemas e Joias do estado do Rio Grande do Sul

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1. Introdução

No Rio Grande do Sul os geodos preenchidos por minerais silicosos (ágata, ame-tista, citrino, opala) estão hospedados em rochas da Bacia do Paraná, cuja porção de topo é caracterizada pela presença de um espesso pacote constituído por derrames de rochas vulcâ-nicas básicas e ácidas, eventualmente intercalados por intertraps de arenitos. Tal ocorrência permitiu a interação destes arenitos e das lavas, ocasionando feições características como brechas, diques de arenito e fraturas preenchidas por sedimentos. Feições de interação entre lava e sedimentos também podem ser observadas em outros locais da Bacia do Paraná e, em outras regiões como no Karroo (África do Sul) (Jerran et al., 1999), equivalente a esta formação. No entanto, é na região do Distrito Mineiro do Salto do Jacuí (DMSJ), na porção mais ao sul da Bacia do Paraná (Fig. 1), onde ocorre a maior produção mundial de ágata, que esta situação se torna interessante. Isto porque muito se tem discutido sobre a interação entre as lavas e os sedimentos, mas poucos estudos referentes à sua possível influência na mineralização de ágata foram desenvolvidos. O Distrito Mineiro do Salto do Jacuí (DMSJ, Santos et al. 1998) abrange uma área de 250 km2 sendo que o município de Salto do Jacuí está inserido no Distrito e repre-senta o maior produtor de ágata, embora o distrito também compreenda os municípios de Campos Borges, Fortaleza dos Valos, Segredo, Sobradinho, Espumoso e Arroio do Tigre. Esta área foi individualizada com base nas informações disponíveis nos títulos minerários, isto é, relatórios finais de pesquisa, licenciamentos, planos de lavra e permissões de lavra garimpeira, complementado através de pesquisas bibliográficas. Segundo o autor, a maioria das frentes de lavra estão localizadas nas margens do rio Jacuí e de seus afluentes, onde os geodos são extraídos a céu aberto (Santos et al., 1998). No derrame vulcânico mineralizado, a ágata ocorre associada a opala, calcedônia, quartzo incolor e calcita, preenchendo geodos com forma elíptica-alongada e diâmetros entre 10 e 25 cm, conforme figura 1. A relação existente entre os depósitos de ágata e in-teração entre lava e sedimento até o momento não é um consenso entre os pesquisadores da área. Para os garimpeiros, o arenito é chamado de “remonte” e é considerado como um guia prospectivo para a explotação da ágata. Para outros autores, no entanto, não se observa nenhuma relação entre a presença de arenito e a ágata (Matzui et al., 1974).

A interação entre a lava e o sedimento e suarelação com o preenchimento dos geodos silicososno Rio Grande do Sul, Brasil: O exemplo da região doDistrito Mineiro de Salto do Jacuí (DMSJ)

Michelin, C.R.L 1; Mizusaki, A.M.P.22 Universidade do Vale do Rio dos Sinos, Escola Politécnica – Avenida Unisinos, 950, São Leopoldo,Rio Grande do Sul, Brasil.1 Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Instituto de Geociências -Avenida Bento Gonçalves, 9500,Porto Alegre, Rio Grande do Sul, Brasil (cassimichelin@gmail.br, ana.mizusaki@ufrgs.br)

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Com o intuito de trazer novas informações sobre a ocorrência de ágata no DMSJ, foram analisadas as feições de interação entre lava e sedimento na região e sua possível associação com as mineralizações de ágata. Além de um trabalho de campo detalhado, prio-rizando as principais feições resultantes desta interação, estas foram estudadas com análises petrográficas.

Inseridas na Bacia do Paraná, as unidades de interesse deste estudo, que são as rochas vulcânicas da Formação Serra Geral e os sedimentos eólicos da Formação Botucatu, constituem, no conjunto, a Supersequência Gondwana III (Supersequência jurássica-eocre-tácea) proposta por Milani (1997).

A Formação Botucatu apresenta uma área superior a 1,6 milhões km2, cobrindo porções do Brasil, Paraguai, Argentina e Uruguai, com espessuras entre 80 e 400 m, sendo que as maiores espessuras se encontram na porção noroeste da Bacia (Milani, 1997). O contato basal é discordante com os depósitos areno - pelíticos da Formação Rio do Rastro e o contato superior é concordante a interdigitado com os derrames da Formação Serra Geral. Esta unidade é constituída por arenitos de cor rosada, granulometria fina a média, grãos arredondados e de aspecto fosco. Estas características associadas a presença de estratificação cruzada tangencial, de médio a grande porte, numa assinatura faciológica característica, possibilita o reconhecimento do chamado “Deserto Botucatu”. A presença de lentes de are-nito intertrap na base da Formação Serra Geral é indicativa de que as condições desérticas persistiram durante o evento vulcânico (Milani et al., 1998).

A manifestação magmática que origina a Formação Serra Geral, associa-se aos estágios precoces da ruptura do Gondwana e abertura do Atlântico Sul, que resultou no empilhamento de até 2.000 m de basalto sobre os sedimentos da Bacia do Paraná.

Figura 1: Localização do DMSJ na Bacia do Paraná. Detalhe dos garimpos a céu aberto (modif. GOOGLE EARTH 2014). Detalhe dos geodos e modo de ocorrência no derrame mineralizado. A – Derrame mineralizado, demarcando geodo de ágata e basalto com feições de alteração proeminentes. B – Geodo de ágata ainda no derrame mineralizado. C – Geodo preenchido predominantemente por ágata.

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2. Métodos

Exemplares de ágata, rochas vulcânicas e sedimentares foram coletadas no DMSJ, preferencialmente em garimpos onde a extração de ágata ainda está em atividade. A des-crição de campo envolve a detalhada análise de perfis mineralizados priorizando - se a des-crição das feições de interação entra lava e sedimento e sua associação com a presença de geodos de ágata, bem como a posição estratigráfica dos destes. Estas amostras foram analisadas com o emprego de petrografia convencional e microscopia eletrônica de varredu-ra (MEV). Inicialmente, as unidades foram descritas em lupa eletrônica e posteriormente foram confeccionadas lâminas petrográficas convencionais visando à classificação, descrição e caracterização da textura e mineralogia das diferentes amostras coletadas. Adicionalmente analisou-se microscopia eletrônica de varredura (MEV) para fins de reconhecimento das unidades envolvidas no processo de mineralização de ágata.

3. Resultados e discussões

Visando o reconhecimento das rochas vulcânicas e das rochas sedimentares bem como o posicionamento dos geodos contendo ágata, propõe-se uma caracterização e descri-ção dos geodos que ocorrem associados aos sedimentos aflorantes no DMSJ.

Intertraps arenosos ocorrem entre os derrames de rochas vulcânicas ácidas e bási-cas. Como intertrap arenoso foram descritas camadas de arenito de cor rosa, quartzoso e localmente com uma incipiente estratificação cruzada, características semelhantes aos are-nitos da Formação Botucatu. Importante é o fato de que a maioria das feições de interação entre as lavas e sedimentos ocorre na interface dos intertraps arenosos com os derrames vulcânicos.

Na figura 2 é apresentado um esboço esquemático representativo das principais feições de interação entre lava e os sedimentos e seu posicionamento no derrame basáltico mineralizado no DMSJ.

Figura 2: Esboço esquemático representativo das feições de interação entre lava e sedimento.

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Como diques de arenito são designadas as fraturas verticalizadas, da base para o topo dos derrames e preenchidas por sedimentos. O contato entre a rocha vulcânica encai-xante e o arenito é nítido e marcante. Na região do DMSJ, o arenito de preenchimento é de cor rosa a castanha, predominantemente quartzoso, de granulometria fina a média, con-tatos pontuais e porosidade primária que pode atingir até 20%. No entanto, a porosidade é preenchida por opala de difícil identificação, pois esta é microporosa e adquire a cor do corante de impregnação utilizado durante a confecção da lâmina petrográfica. Nestes casos torna-se muito resistente aos processos intempéricos e forma ressaltos nos afloramentos. Nos locais de lavra, os garimpeiros evitam as proximidades das regiões onde ocorre a maior concentração de diques de arenito, pois observam que nesta situação, os geodos são raros e preferencialmente preenchidos por quartzo macrocristalino.

Encontram-se também geodos preenchidos por clastos de pelitos de cor vermelha onde se destacam fragmentos micáceos orientados. Os clastos pelíticos encontram-se ci-mentados por sílica, algumas vezes, sob a forma de calcedônia.

As fraturas preenchidas por sedimentos dispõem-se do topo para a base dos der-rames. Não são muito extensas, porém apresentam paredes retilíneas, bem marcadas e sem alterações significativas. O sedimento de preenchimento é um arenito quartzoso, granu-lometria fina a média, grãos subarredondados, bem selecionado, de cor rosada e com a presença eventual de clastos com dimensões entre 0,5 cm e 2 cm, de basaltos, dacitos e raros pelitos. Muitas vezes observa-se uma estratificação muito incipiente e o cimento dominante é opala ou calcedônia.

Outra feição resultante da interação entre lava e sedimentos são as brechas. A brecha sedimentar corresponde àquela formada por clastos de basalto e de dacito, angulosos a subarredondados, com dimensões entre 5 a 20 cm, em matriz de granulometria fina a média, grãos arredondados a subarredondados de quartzo e feldspato. As brechas vulcânicas têm clastos angulosos de basalto ou dacito em uma matriz sedimentar, semelhante aquela descrita nas brechas sedimentares, porém com maior teor de fração argila. Muitas vezes associam-se clastos de pelitos, cor castanha com fragmentos micáceos orientados e corres-ponderiam aos peperitos de Waichel et al. (2006). As brechas posicionam-se na base dos derrames junto ao contato com o intertrap e a partir destas ocorre a ramificação dos diques de arenito. No derrame portador, os geodos preenchidos por quartzo incolor são raros, a rocha vulcânica é alterada e vesicular.

Em alguns pontos observa-se uma brecha caracterizada por clastos subangulosos a subarredondados de basalto, textura fina a vítrea, homogêneos, cimento carbonático. For-mam depósitos localizados, sem estruturas e de pequenas dimensões tendo sido caracteriza-do como uma autobrecha.

Na figura 3 estão expostas fotografias de feições de interação entre lava e sedimen-to descritas no DMSJ.

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Figura 3: Exemplos de interações; A) brecha sedimentar; notar os fragmentos de basalto imersos em uma matriz arenosa de granulometria fina a média, e associação com intertrap arenoso; B) brecha vulcânica com clastos debasaltos e dacitos com diâmetros entre 1 e 2 cm, imersos em matriz sedimentar fina (tipo 1); C) dique de arenito, espessura que varia entre 1 e 4 cm, cortando derrame basáltico vesicular; D) geodo preenchido com sedimento, frag-mentos de siltito (Tipo 3), cor vermelha) cimentados por calcedônia; E) fratura preenchida por sedimentos.Ar – arenito; Sil – siltito; Calc. – calcedônia; Bas – basalto; Dac – dacito.

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4. Conclusões

Para a ocorrência de rochas sedimentares, que são de grande expressão no pro-cesso formador da ágata e no seu posicionamento estratigráfico, considera-se relevante o papel destas feições para as mineralizações de ágata no DMSJ. Para alguns autores (Hee-mann, 2005; Strieder & Heemann, 2006), a fonte da sílica seria proveniente da fusão de grãos de quartzo dos arenitos quartzosos (intertraps arenosos). Neste trabalho não foram encontradas evidências desta possibilidade, pois os grãos de quartzo dos arenitos são predo-minantemente subarredondados-arredondados, sem evidências de corrosão ou indícios de fusão. Outros minerais presentes nos arenitos como micas e raros feldspatos também não apresentam nenhum indício de terem sido afetados por processos de fusão. Os contatos entre os grãos, em sua maioria, são pontuais a disruptos e há uma intensa cimentação por sílica. Na literatura, ainda se propões que a fusão da sílica necessitaria de temperaturas muito elevadas, aproximadamente 1.600º C, o que inviabilizaria o modelo proposto pelos referidos autores.

A região do DMSJ apresenta feições de interação entre lava e sedimento descritas no topo e base dos derrames. Estas estruturas parecem ser importantes, juntamente com as fraturas e vesículas associadas, porque promovem a circulação das águas meteóricas que irão associar-se com o processo de dissolução da matriz bem como a posterior circulação/migração do fluido silicoso. A porosidade e permeabilidade primárias destas rochas cons-tituem importantes meios de circulação de fluidos para a precipitação da sílica no interior das cavidades abertas possivelmente durante o resfriamento do magma e consequente des-gaseificação deste.

A interação entre lavas e sedimentos pode ocorrer de maneiras distintas, depen-dendo da temperatura das fases que se misturam neste processo. A associação entre sedi-mentação e vulcanismo forma feições de interação lava-sedimento em função do tipo de processo observado. É importante ressaltar que, dependendo das temperaturas as quais se encontram as fases envolvidas no processo, a resposta à interação será diferente, ou seja, se a rocha vulcânica já está consolidada, no momento da interação, as feições serão diferentes daquelas onde a lava flui sobre os sedimentos, estes podendo ou não estar compactados. Es-tas feições podem ser formadas em diversos ambientes, como os lacustres, eólicos, fluviais e outros. Em alguns casos, é considerada a formação destas feições em condições superficiais, remetendo a processos intempéricos, como é o caso das brechas vulcano-sedimentares.

A interação entre lava e sedimento é um processo dinâmico especialmente na porção basal dos derrames onde se encontram as brechas vulcânicas e diques de arenitos. As brechas vulcânicas e os arenitos que preenchem os diques estão cimentados por sílica (calcedônia) indicando então seu importante papel na migração dos fluidos enriquecidos em SiO2.

Na região do DMSJ são identificados três tipos de rochas sedimentares silici-clásticas, informalmente denominadas tipos 1, 2 e 3. Para a caracterização destes tipos foram levadas em consideração parâmetros texturais, mineralógicos, sistema permo-poroso e modo de ocorrência.

O arenito tipo 1 é um arenito quartzo-feldspático, com alguns litoclastos de daci-to e de basalto, laminado, grãos subangulares a arredondados, contatos pontuais a lineares, porosidade intergranular localizada. Na fração argila identifica-se ilita e esmectita. Como

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arenito do tipo 2 foi descrito um arenito quartzo-feldspático, maciço, granulometria va-riando de fina a grossa, grãos subarredondados a arredondados, poros intergranulares pre-enchidos por cimento de opala.

O siltito argiloso, laminado e oxidado compreende o tipo 3, que é caracterizado pela presença de fragmentos micáceos orientados (muscovita e, mais raramente biotita).

No conjunto, existem rochas sedimentares siliciclásticas associadas com a mine-ralização de ágata e outras que não apresentam associação nenhuma com este mineral. Constatação importante parece ser o fato de que o tipo 3, textura mais fina, micácea e argilosa sempre está relacionada com a mineralização de ágata, sendo observada em campo como preenchimento de diques e de geodos (“geodos de sedimento”). Na figura 4 pode-se observar os tipos de sedimento descritos e sua caracterização petrográfica.

Figura 4: A, B e C - Arenito do tipo 1; A) amostra macro; B) fotomicrografia do arenito tipo 1, (LN, 10 X); C) cimentação silicosa (MEV, 1.000 X, ES); D, E e F - Arenito do tipo 2; D) amostra macro E) fotomicrografia evidenciando a textura com granulometria; cimento silicoso (LP 20X); F) cimento silicoso recobrindo os grãos do arcabouço. (MEV, 1.000 X, ES); G, H e I - Siltito do tipo 3; G) amostra macro, H) fotomicrografia evidencian-do os fragmentos micáceos (LN 10 X). I) lamelas micáceas marcadas pelas setas (MEV, 8000 X, ES).

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Os geodos onde coexistem opala e calcedônia, conforme pode-se observar na figu-ra 5, ocorrem preferencialmente no derrame basáltico portador nas porções de topo do der-rame, associados com veios de opala, raramente com quartzo macrocristalino. Importante é o fato de que nestes geodos são descritos sedimentos do tipo 3 (pelito micáceo).

Figura 5: “Geodo de sedimento” preenchido por fragmentos de rochassiliciclásticas do tipo 3(siltito de cor vermelha) cimentados por calcedônia e opala.

Os diques de arenito, na região do DMSJ, são observados tanto associados aos derrames mineralizados como em regiões onde ainda não foram evidenciadas as minerali-zações de ágata. Na região de estudo os diques de arenito são preenchidos pelas rochas sili-ciclásticas do tipo 2. Nos locais de lavra, os garimpeiros evitam as proximidades das regiões onde ocorre a maior concentração de diques de arenito, pois observam que nesta situação, os geodos de ágata são raros, havendo a predominância de geodos preenchidos por opala e sedimentos, considerados de baixo valor para comercialização.

As fraturas preenchidas por sedimentos e os geodos com sedimentos já constituem uma feição pós-magmática e ocorrem preferencialmente no topo dos derrames sendo preen-chidas pelas rochas siliciclásticas dos tipos 1 e 3, respectivamente. As fraturas são originadas pelo resfriamento e depois são evidenciadas pela atuação de processos intempéricos quan-do de um intervalo de quiescência entre os derrames. Nestes intervalos de quiescência, os processos sedimentares atuantes (especialmente eólicos) ocasionam o preenchimento destas fraturas de topo de derrame. Isto é originado pela “queda de grãos”, preenchimento da fratura aberta pelo sedimento, eventualmente apresentando uma incipiente estratificação.

Os geodos preenchidos por fragmentos de siltitos onde se destacam os fragmentos micáceos orientados são estruturas posteriores ao evento magmático (pós-magmática). As-sociado ao processo de intemperismo, águas meteóricas com material em suspensão oriundo da alteração dos derrames e associado a formação da sedimentação intertrap (possivelmente uma fácies mais fina, associada também com a presença de água), infiltram e percolam a porção mais superior dos derrames. Os geodos ainda não preenchidos se constituem em espaços para a decantação desta sedimentação fina, comprovado pela orientação dos fra-mentos micáceos em relação as paredes dos geodos e eventualmente com uma incipiente estrutura geopetal.

Associados com as fraturas do topo dos derrames são descritas as brechas vulca-no-sedimentares. As brechas nada mais são do que a contribuição de fragmentos de rochas vulcânicas originadas pela exposição e intemperismo dos derrames formando clastos que serão imersos na matriz sedimentar.

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Finalmente, as autobrechas, assim denominadas devido a sua formação concomi-tante ao magmatismo e atribuídas somente a processos magmáticos. É uma brecha maciça caracterizada por fragmentos subangulosos a subarredondados, homogêneos de basalto ou dacito cimentados pela própria lava, carbonatos e/ou sílica. Desenvolvem-se de forma con-comitante ao evento magmático e é o resultado de processos atuantes durante o movimento de derrames de lava parcialmente solidificados e, em presença de um declive na topografia (Reis, 2013).

Localmente e geralmente em regiões associadas e próximas aos garimpos observa--se que o intertrap arenoso irá apresentar uma granulometria mais fina e maior teor de fra-ção argila. Considerando-se que o intertrap arenoso estaria associado a um ambiente eólico, estas porções podem corresponder a um sedimento do tipo interduna, ou uma pequena acumulação de água associada com o nível freático da região. Os depósitos de interdunas ocorrem em posições específicas em uma sucessão estratigráfica eólica e podem estar rela-cionados a variações na taxa de subida do lençol freático e/ ou na taxa de disponibilidade de areia seca durante a acumulação eólica. Os siltitos do tipo 3 descritos são considerados registros deste ambiente interduna no DMSJ. Desta maneira, pode-se aventar a hipótese de que a contribuição da água não remeta apenas à proveniência de água meteórica superficial, que migra por entre as fraturas das rochas vulcânicas, mas também de uma participação em menor escala e localizada da água contida nestas regiões onde aflora o nível freático. Como evidência de uma possível contribuição por parte do lençol freático tem-se os diques de arenito, que para sua formação por fluidização, exigem que o ambiente tenha umidade suficiente para poder gerar tais feições.

As brechas vulcânicas, sedimentares e as autobrechas ocorrem sob a forma de bolsões, na base ou no topo dos derrames. Em termos de volume, constituem uma fração muito pequena em relação aos derrames e, quanto a porosidade, sua contribuição parece ser reduzida. A porosidade associada resulta da dissolução do cimento que origina uma po-rosidade secundária localizada. Já os sedimentos mais argilosos não apresentam porosidade primária ou secundária.

Desta maneira, pode-se inferir que as heterogeneidades, em termos de distribui-ção das mineralizações de sílica e posicionamento dos polimorfos (opala, calcedônia, ágata e quartzo macrocristalino) no derrame portador, estão associadas à distribuição irregular da porosidade e da permeabilidade (tanto nas rochas sedimentares como nas vulcânicas). Para as rochas sedimentares, a porosidade considerada é do tipo primária intergranular. Nos basaltos e dacitos, as feições que são associadas a componentes de um sistema poroso são as fraturas, que constituem zonas de permeabilidade efetivas em uma escala maior e, em menor escala, microfraturas, ambas formadas durante o resfriamento da lava.

5. Agradecimentos

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq – Brasil pela concessão de bolsa de doutorado e taxa de bancada, que desta maneira viabilizou esta pesquisa. Ao Prof. Dr. Léo Afraneo Hartmann pelas discussões e incentivo.

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Heemann R. 2005. Modelagem estrutural e tridimensional para a prospecção e ava-liação dos depósitos de ágata do distrito mineiro de Salto do Jacuí (RS). 150 f. Tese (doutorado) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia. UFRGS, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Minas, Metalúrgica e de Ma-teriais, Porto Alegre, RS.

Jerram D, Mountney N, Holzforster F, Stollhofen H (1999) Internal strarigra-phic relationships in the Etendeka Group in the Huab Basin, NW Namibia: un-derstanding the onset of flood volcanism. J Geodynam 28:393-418

Matzui, E.; Salati, E., Marini, O. J.1974. D/H and 18O/16O ratios in waters con-tained in geodes from the Basaltic Pro-vince of Rio Grande do Sul, Brazil. Geol. Soc. Am. Bull. 85: 577-580.

Milani, E.J. 1997. Evolução Tectono- Es-tratigráfica da Bacia do Paraná e seu Rela-cionamento com a Geodinâmica Fanero-zóica do Gondwana Sul-Ocidental. Porto Alegre. 255 p. Tese de Doutorado em Ge-ociências, instituto de Geociências, uni-versidade Federal do Rio Grande do Sul.

Milani, E.J.; Faccini, U.F.;Scherer, C.M.S.; Araújo, L.M.; Cupertino, J.A 1998. Sequences and stratigraphic hierar-chy of the Paraná Basin (Ordovincian to Cretaneous), Southern Brazil. In: Amos, A.J.; López-Gamudi, O.; Rocha-Cam-pos,A.C. (eds). Sedimentary Basins of South America, Amsterdam, Elsevier.

Reis., G.D. 2013 A Formação Serra Geral (Cretáceo, bacia do paraná) – como aná-logo para os reservatórios ígeno-básicos da margem continental brasileira. Disserta-ção de mestrado, 100 p. UFRGS-IG-PP-Ggeo.

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Strieder, A.J., Heemann, R. 2006. Struc-tural constraints on Paraná basalt vol-canism and their implications on agate geode mineralization (Salto do Jacuí, RS, Brazil). Pesquisas em Geociências 33: 37-50.

Waichel, B. L.; Lima, E. F.; Sommer, C. A.; Lubachesky, R. 2006. Peperite formed by lava flows over sediments: An exam-ple from the central Paraná Continental Flood basalt, Brazil. Journal of Volcano-logy and Geothermal Research 159, 343-354.

6. Referências Bibliográficas

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AMETISTA SINTÉTICA NO COMÉRCIODE SOLEDADE (RS)

Pedro Luiz Juchem1, Jurgen Schnellrath2, Carolina Souza Santiago2.

1. Laboratório de Gemologia – Instituto de Geociências, UFRGS e Pós-graduação em Design e Tecnologia – PGDesign/UFRGS – labogem@ufrgs.br2. Laboratório de Pesquisas em Gemologia – Centro de Tecnologia Mineral (CETEM). jurgen@cetem.gov.br; csantiago@cetem.gov.br

1. Resumo

O Rio Grande do Sul é um dos maiores produtores mundiais de ametista e o mu-nicípio de Soledade é conhecido internacionalmente como um centro de beneficiamento, comercialização e exportação de gemas. Nos últimos anos tornou-se comum a circulação no comércio local de imitações de materiais gemológicos, incluindo ametista sintética. Neste trabalho são mostradas as análises feitas em um lote de ametista procedente do comércio de Soledade, composto por cinco gemas lapidadas, sendo três delas identificadas como sintéticas. Durante a pesquisa, foram decisivas as análises de detalhe feitas ao microscópio gemológico e estudos de espectroscopia no infravermelho.

2. Introdução

O quartzo (SiO2) é um mineral comum na natureza e possui muitas variedades gemológicas, definidas em função da cor apresentada. As mais comuns são o cristal de rocha (incolor), a ametista (violeta), o citrino (amarelo), o quartzo rosa e a prasiolita (verde). A ametista é a variedade mais apreciada e valorizada, sendo utilizada pelo homem desde os primórdios da civilização e até hoje é um material gemológico importante na indústria joa-lheira (Webster, 1983; Karampelas et. al., 2007). Existem registros de uso desse mineral na Antiguidade, quando era utilizada ametista proveniente do Egito, Sudeste Asiático, Montes Urais (Rússia) e parte do Oeste Europeu (Schumann, 2006). As jazidas mais famosas, no entanto, foram as de Idar-Oberstein, duas pequenas cidades geminadas na Alemanha, onde os primeiros registros de extração de ametista e ágata são datados do século XV (Bank & Milisenda, 1995). No início do século XIX essas jazidas começaram a se esgotar e na mes-ma época chegaram ao Rio Grande do Sul imigrantes oriundos dessa região da Alemanha, que aqui descobriram extensos depósitos de ágata e ametista. Os primeiros garimpos e as primeiras indústrias de beneficiamento se instalaram entre os municípios de Lajeado e Soledade e, atualmente, a expressiva produção de ágata e ametista coloca o Rio Grande do Sul em posição de destaque, como o segundo maior produtor de gemas do país, ficando atrás somente de Minas Gerais. Ao longo do tempo, o município de Soledade consolidou-se como um grande centro de beneficiamento, comercialização e exportação de pedras precio-sas, destacando-se no cenário gemológico nacional e internacional.

Com o grande desenvolvimento da indústria de beneficiamento e do comércio de gemas que ocorreu em Soledade nas últimas décadas, houve também um acréscimo

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expressivo no aporte de materiais vindos de outros locais do Brasil, bem como de outros países. Isso fez com que as lojas de Soledade, tanto as de pequeno como as de grande porte, passassem a oferecer aos consumidores materiais gemológicos extremamente diversos. Esses materiais, tanto no estado bruto como lapidados, soltos ou cravados em joias, quase sempre são trazidos por fornecedores que não têm conhecimentos técnicos sobre o que estão co-mercializando e, na maioria das vezes, sequer sabem a procedência dos mesmos. Ocorre que muitos desses materiais não são gemas naturais, mas gemas sintéticas ou artificiais, ou ainda imitações feitas de vidro, plástico ou resinas, sem que os lojistas tenham conhecimento disso (Juchem & Ipar, 2014).

Nos últimos anos se tornaram cada vez mais frequentes os comentários e dúvidas de lojistas sobre a circulação de ametista sintética no mercado de gemas do RS. Neste tra-balho, faz-se a descrição e caracterização de um lote de ametista composto por cinco gemas lapidadas, com suspeitas de que sejam sintéticas, proveniente do comércio de Soledade.

3. Síntese de materiais gemológicos

Os primeiros testes para reproduzir gemas em laboratório iniciaram no final dos anos 1800. Durante o século XX houve um grande desenvolvimento na fabricação indus-trial de gemas sintéticas (produzidas em laboratório, mas com uma equivalente natural) e artificiais (produzidas em laboratório, mas sem uma equivalente natural), surgindo no mercado vários materiais que passaram a ser utilizados para imitar diferentes gemas. Rubi e safira sintéticos começaram a ser fabricados comercialmente na primeira década do século XX e em 1920 surgiu no mercado o espinélio sintético (muito utilizado como imitação de água-marinha, além de imitar outras gemas); nos anos 1930 surgiu a esmeralda sintética e nos anos 1950 o rutilo sintético (imitação de diamante) e a fabulita (gema artificial que imita o diamante); nos anos 1960 foi sintetizada a alexandrita e na década de 1970, além da opala sintética e do diamante sintético, surgiram no mercado três gemas artificiais para imi-tar o diamante: o YAG, o GGG e a zircônia cúbica, a principal imitação do diamante, mas que hoje em dia concorre com a moissanita sintética, esta fabricada a partir de 1996. Todos esses materiais já são bem conhecidos no meio científico gemológico e existem técnicas de estudo que permitem sua identificação segura, na maioria das vezes a partir das chamadas técnicas de análise gemológica de rotina, descritas em Juchem & Ipar (2014).

Desde 1845 existem registros de experimentos que produziram cristais microscó-picos de quartzo sintético, mas somente entre 1898 e 1908 os primeiros cristais macroscó-picos foram produzidos por Giorgio Spezia, na Itália (Webster, 1983). Durante a II Guerra Mundial (década de 1940) esse mineral passou a ser fabricado comercialmente para ser uti-lizado em componentes eletrônicos, quando as técnicas de produção foram aprimoradas por Richard Nacken, na Alemanha e, posteriormente (1950), pela empresa de comunicações Bell, nos Estados Unidos. O processo de fabricação é denominado de hidrotermal, porque ocorre em uma solução aquosa mantida a temperatura e pressão elevadas no interior de uma autoclave, onde os cristais crescem em torno de fatias ou lascas de quartzo natural, utilizadas como “sementes” que induzem a cristalização (Fig. 1). Em 1969 foram criados os primei-ros cristais de ametista sintética na Rússia, que passaram a ser fabricados comercialmente a partir de 1975 (Balitsky, et. al., 1975). Hoje em dia existem quantidades significativas de ametista sintética circulando no mercado internacional de gemas, sendo praticamente

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Figura 1 – Exemplos de cristais de quartzo sintético. A – cristal tabular de quartzo incolor, chamado no mercado de “quartzo de barra”, com parte da “semente” visível (seta). B – pedaço de ametista onde é facilmente visível a fatia de quartzo natural incolor que foi utilizada como “semente” (seta). C – Cristal de ametista de contorno hexagonal, semelhante à natural. Imagens adaptadas de Balitsky et. al. (2004) e http://www.quartzpage.de

impossível diferenciar esse material dos seus equivalentes naturais utilizando as técnicas de análise gemológica de rotina, o que é um grande problema para comerciantes e gemólogos (Fritsch et al., 1995; Notari et al., 2001). As demais gemas sintéticas antes mencionadas, apesar de terem características físicas e ópticas semelhantes às naturais que imitam (como densidade, índices de refração, pleocroísmo, etc..) em geral podem ser diferenciadas de suas equivalentes naturais através do estudo de inclusões (sólidas, fluidas, linhas de crescimento, zonação de crescimento, etc..) ao microscópio gemológico de imersão. Na ametista sintética essa técnica é muito limitada, pois os cristais fabricados são em geral de muita boa qualidade e por isso na maioria das vezes não exibem inclusões. Dessa forma, a identificação desses materiais exige, além das técnicas gemológicas usuais de estudo, a utilização de técnicas mais avançadas, destacando-se a espectroscopia no infravermelho, que tem se mostrado uma ferramenta útil na diferenciação da ametista natural da sintética (Fritsch et al., 1995; Schnellrath, 2000; Notari et al., 2001; Karampelas et al. 2007 e 2011).

4. Metodologia

Para identificação de suas propriedade físicas e ópticas, as amostras foram exami-nadas inicialmente no Laboratório de Gemologia (LABOGEM) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), em Porto Alegre (RS), aplicando-se as técnicas clássicas de descrição e identificação de gemas, descritas por diferentes autores (e.g. Webster, 1983 e Juchem & Ipar, 2014). Foram utilizados lupa de mão de 10 aumentos, dicroscópio, pola-riscópio e microscópio gemológico binocular de imersão, todos da marca Schneider; lupa de mesa, microscópio gemológico binocular e lâmpadas de luz ultra-violeta marca Krüss; refratômetro gemológico de contato marca Topcon; e balança analítica/hidrostática marca Marte, para obter medidas de densidade. Em uma segunda etapa de estudos, as amostras fo-ram analisadas no Laboratório de Pesquisas Gemológicas (LAPEGE), do Centro de Tecno-logia Mineral (CETEM), no Rio de Janeiro. Nesse Laboratório, foram feitos estudos mais aprofundados com microscópio gemológico binocular marca ZEISS, modelo Stemi 200-C, utilizando-se como líquido de imersão o benzoato de benzila (N=1,55); fotomicrografias foram obtidas com câmara digital Canon, modelo EOS-6D. Foram realizadas também me-didas de absorção de irradiação no infravermelho, com equipamento marca Perkin Elmer, modelo Spectrum 400.

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Para diferenciar possíveis amostras sintéticas das naturais, os estudos foram foca-dos nas seguintes características:

4.1 Inclusões na ametista

As inclusões sólidas mais comuns encontradas em ametista natural são concre-ções ou cristais tabulares dos minerais lepidocrosita, limonita ou hematita e agregados de cristais aciculares de goethita (estes muito comuns na ametista do RS), muitas vezes obser-váveis a olho nu. Inclusões fluidas também são identificadas, podendo ser monofásicas e/ou bifásicas, com formato irregular ou de cristais negativos, sempre estudadas com auxílio de microscopia, pois são de dimensões milimétricas a micrométricas (Juchem, 1999; Ka-rampelas et al. 2007). As inclusões sólidas descritas em ametista sintética são fragmentos de um material originado por resíduos da cristalização, com aspecto de “farelo de pão” (bread-crumbs), em geral localizados próximo à semente de cristalização; inclusões fluidas, quando presentes, são bifásicas (líquido e gás) e com formato em ponta (spike-shaped).

A identificação e descrição dos padrões de zoneamento de cor (variação da cor se-guindo a orientação das faces cristalinas) é sugerida como auxiliar na diferenciação da ame-tista natural da sintética (Crowningshield et al., 1986). Segundo esses autores, a zonação de cor além de não ser comum na ametista sintética, quando presente aparece como uma variação de tonalidades mais claras e mais escuras de violeta e pode ter limites ondulados; já na ametista natural a zonação de cor é mais comum e tipicamente marcada por limites retos que podem apresentar ângulos em duas ou três direções. As variações das cores são entre violeta, violeta-azulado e incolor (ou próximo do incolor), esta última nunca descrita em ametista sintética.

Quando identificadas, feições internas como inclusões sólidas, fluidas e de zone-amento de cor são consideradas por muitos autores como suficientes para separar ametista natural da sintética. No entanto, o fato de gemas de qualidade superior serem lapidadas a partir das porções mais límpidas dos cristais (sejam naturais ou sintéticos) e tipicamente não apresentarem inclusões (Karampelas et al. 2007) e de inclusões fluidas típicas de quartzo natural terem sido identificados em quartzo sintético (Ng-Pooresatien, 2015), indica que somente a análise das inclusões pode não ser conclusiva na separação da ametista sintética da natural.

4.2 Geminações

Muitos minerais se desenvolvem na natureza constituindo geminações, também conhecidas como maclas. Os cristais geminados são agregados regulares e simétricos de dois ou mais minerais de mesma espécie, que crescem segundo determinadas leis cristalográficas (Schumann, 2006; Klein & Dutrow, 2008). As geminações podem ser de interpenetração, de contato e também polissintéticas, quando constituídas de vários indivíduos (Fig. 2).

Na Fig. 2D, o conjunto de lamelas de plagioclásio é constituído por cristais indi-viduais com diferentes orientações cristalográficas e ópticas, e por isso, quando observados ao microscópio petrográfico (com luz transmitida e com polarizadores cruzados), as lamelas aparecem alternadamente em posição de máxima iluminação (brancas), ou extintas (pre-tas), como visto na parte inferior dessa figura. Esse fenômeno é descrito em vários livros de

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mineralogia (e.g. Phillips, 1971; Klein & Dutrow, 2008) e é semelhante ao que ocorre nas gemas quando examinadas individualmente ao polariscópio, como descrito em Juchem & Ipar (2014); mas no caso do plagioclásio, é observado em vários cristais, crescidos juntos e com orientações ópticas diferentes.

Figura 2 – Exemplos de cristais geminados. A e B – geminação de interpenetração em estaurolita e pirita.C – Geminação de contato em gipsita. D – geminação polissintética em plagioclásio, visto ao microscópio petrográfico na parte inferior, em meio a outros minerais de uma rocha. Figuras adaptadas de Klein & Dutrow (2008).

Figura 3 – Cristal ideal de ametista e a geminação polissintética Brasil. A e B – Desenho esquemático de um cristal ideal de ametista visto lateralmente (A) e um vista superior (B), mostrando as formas presentes: o prisma hexagonal (m) estriado transversalmente e os romboedros positivo (r) e negativo (z). C – Desenho esquemático da geminação polissintética possível de ser observada ao microscópio em um corte transversal à porção superior do cristal.D – Geminação polissintética vista ao microscópio em uma ametista natural. Imagens adaptadas de http://www.quartzpage.de/crs_twins.html

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A figura 3A mostra um cristal ideal de ametista, que exibe um contorno hexagonal e as extremidades terminadas em pontas, lembrando pirâmides. Na verdade, essas faces das pontas dos cristais constituem duas formas combinadas, denominadas de romboedro posi-tivo (r), em geral mais desenvolvido, e romboedro negativo (z), em geral menos desenvol-vido. Esses romboedros crescem um sobre os outros gerando o prisma hexagonal (m), que mostra estrias transversais como marcas do crescimento superposto dos vários romboedros (Fig. 3A e 3B).

A ametista natural apresenta geminação polissintética no romboedro positivo (r) e quando examinada ao microscópio gemológico com os dois polarizadores cruzados, em uma posição perpendicular à porção superior do cristal bruto, exibe uma alternância de la-melas coloridas, como mostrado esquematicamente na figura 3C e ao microscópio na figura 3D. Essas lamelas em geral têm espessuras que não ultrapassam 1,0 mm. Para as diferentes configurações de geminações nos cristais por vezes são dados nomes e esta geminação é conhecida na literatura como “Geminação Brasil” (Klein & Dutrow, 2008).

Muitos pesquisadores descreveram a presença da Geminação Brasil como um in-dicativo seguro da origem natural da ametista (e.g. Crowningshield et al., 1986). Entretan-to, essa geminação já foi identificada em alguns tipos de ametista sintética, mas nesse caso as lamelas são descritas como tendo contorno irregular, semelhantes a labaredas de fogo (flame-like pattern); as lamelas de geminação da ametista natural ocorrem com ângulos de 600 e 1200, fato que não seria observado nas sintéticas (Crowningshield et al., 1986; Notari et al., 2001). No entanto, já foram descritos cristais de ametista natural com ângulos diferentes entre as lamelas de geminação e também ametista natural sem a Geminação Bra-sil . Dessa forma, somente o estudo dessa geminação na ametista, embora por algum tempo tenha sido considerado como definitivo, nem sempre é efetivo para determinar sua origem natural ou sintética (Fritsch & Koivula, 1989).

4.3 Espectroscopia no infravermelho

Através desta técnica, materiais orgânicos ou inorgânicos (incluindo minerais) são submetidos à irradiação eletromagnética de comprimento de onda correspondente ao infravermelho, que vai de 1milímetro até 700 nanômetros (1nanômetro = um milionésimo de milímetro), não visíveis ao olho humano (Hollas, 2008). Quando aplicada em minera-logia, é obtido o registro dos níveis da energia com que as moléculas vibram na estrutura cristalina dos minerais. O resultado é fornecido através de gráficos que mostram espectros que relacionam o número de ondas (em cm-1) da energia fornecida, com a absorção (ou transmissão) da mesma pelo material analisado, sendo possível estudar o arranjo e a simetria de grupamentos atômicos e moleculares, a influência de substituições iônicas na estrutura dos minerais, bem como determinar a presença de impurezas na estrutura cristalina. Os espectros no infravermelho são cada vez mais utilizados na caracterização de substâncias gemológicas, como uma marca característica de um mineral de determinada procedência, para diferenciá-los de produtos sintéticos, ou para identificar tratamentos de melhoria de qualidade (Fritsch & Stockton, 1987).

Os gráficos de espectroscopia no infravermelho de minerais, geralmente mostram a absorbância ou transmitância da energia vibracional em um amplo espectro, que varia no intervalo de 0 a 4000 cm-1. No entanto, o intervalo entre 3500 e 3700 cm-1 é o mais utiliza-

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do pela maioria dos pesquisadores para distinguir a ametista natural da sintética (e.g. Notari et al., 2001; Balitsky et al., 2004 ; Karampelas et al., 2005 e 2007). Nesse intervalo ocorrem picos ou bandas de absorção devido à presença de íons (OH)-1 na estrutura do quartzo e provavelmente também devido à substituição de átomos de Si por Al (Kats, 1962). Apesar da ametista natural e a sintética exibirem espectros bastante parecidos nessa região, existem bandas de absorção específicas e de interesse para separá-las, citadas na literatura por vários autores: um pico bem nítido em 3585 cm-1 e uma banda com intensidade inferior no inter-valo 3612 a 3615 cm-1, podem ocorrer tanto na ametista natural como na sintética; já uma banda a 3.595 cm-1 é considerada típica de ametista natural e a banda a 3543 cm-1 foi iden-tificada na maioria dos cristais de ametista sintética que circulam no mercado. Embora essas duas últimas bandas citadas sejam consideradas decisivas para diferenciar a ametista natural da sintética por diferentes autores (e.g Zecchini & Smaali, 1999), a banda em 3.595 cm-1 já foi identificada em alguns cristais sintéticos (Karampelas et al. 2007) e ausente em alguns cristais naturais (Kitawaki, 2002; Balitsky et al., 2004). Por fim, a banda de 3545 cm-1 foi descrita em alguns cristais de ametista natural e pode estar ausente em certos exemplares de ametista sintética (Balitsky et al.,2004). Além disso, Schnellrath (2000) descreve a presença de bandas em 3.380 e 3.410 cm-1 em exemplares de ametista sintética, fora portanto, do intervalo de absorção de energia mais utilizado nas análises. Todas essas informações in-dicam que somente a espectroscopia no infravermelho também não pode ser considerada definitiva para determinar a origem natural ou sintética da ametista.

5. Resultados

A Tabela 1 mostra as principais características físicas e ópticas das gemas exami-nadas, incluindo as análises gemológicas consideradas de rotina, as análises mais detalhadas ao microscópio gemológico e os valores dos picos ou bandas de absorção dos espectros no infravermelho. Observa-se que a maioria das propriedades é semelhante nas diferentes ge-mas, caracterizando-as como quartzo, variedade ametista. As propriedades que permitiram diagnosticar quais amostras são naturais ou sintéticas foram o estudo mais avançado ao microscópio gemológico e as análises de espectroscopia no infravermelho.

A análise dos espectros no infravermelho das gemas estudadas (Fig. 4), mostra bandas de absorção bem marcantes e salientes (picos) em 3585 cm-1 e bandas com inten-sidade menor no intervalo entre 3612 e 3615 cm-1, marcadas na figura com o valor médio de 3614 cm-1; apenas uma gema (Am-3) não apresenta absorção neste intervalo, mas exibe uma banda muito fraca, quase imperceptível em 3595 cm-1, considerada por muitos pesqui-sadores como diagnóstica para ametista natural. Bandas de menor intensidade de absorção, no valor de 3543 cm-1, consideradas diagnósticas para ametista sintética, só ocorrem em duas gemas (Am-1 e Am-5). Analisando-se as gemas a partir somente dos resultados dos espectros no infravermelho, seria possível considerar a gema Am-3 como natural e as ge-mas Am-1 e Am-5 como sintéticas, por apresentarem os picos de absorção característicos descritos na literatura, restando dúvidas quanto às gemas Am-2 e Am-4, por não exibirem nenhuma banda de absorção diagnóstica.

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Tabela 1 – Principais características físicas e ópticas das amostras estudadas

Índices de refração (IR): No = índice do raio ordinário, fixo; Ne = índice do raio extraordinário, variável; we= birrefringência (variação entre o IR máximo e mínimo). U(+) = uniaxial positivo. Lupa/microscópio: a) Geminação polissintética; b) Faces do romboedro com diferentes tonalidades de cor;c) Sem geminação; d) Linhas de crescimento paralelas, fracas e mal definidas.Infravermelho: número de ondas em cm-1; p=picos de absorção; b=bandas de absorção menos salientes.

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Figura 4 – Espectros de absorção no infravermelho das gemas estudadas. Todas apresentam uma absorção forte em 3585 cm-1 e bandas de menor intensidade em 3614 cm-1, com exceção da gema Am-3, que por sua vez tem uma ban-da quase imperceptível em 3595 cm-1, típica de ametista natural. Bandas não muito intensas em 3543 cm-1, típicas de ametista sintética, só aparecem nas gemas Am-1 e Am-5. Linhas vermelhas = ametista sintética; linhas violeta = ametista natural (resultados obtidos incluindo a interpretação da análise microscópica).

Na análise ao microscópio gemológico, não foram identificadas inclusões sólidas nem inclusões fluidas. No entanto, foi possível identificar outras características conside-radas diagnósticas para ametista natural nas gemas Am-2 e Am-3 (Fig. 5) e para ametista sintética nas gemas Am-1, Am-4 e Am-5 (Fig. 6).

Nos exemplares identificados como ametista natural (Am-2 e Am-3), foi possível observar zoneamento de cor marcado por setores de contorno poliédrico com diferentes to-nalidades de cor, como exemplificado na Figura 5A, considerado típico de ametista natural por diferentes pesquisadores (e.g. Crowningshield et al., 1986). A geminação polissintética foi identificada nas duas gemas, observando-se as finas lamelas coloridas típicas em três setores alternados, correspondentes às faces de um dos romboedros (considerado como sendo o positivo), enquanto que as demais faces (correspondentes ao que seria o romboedro negativo), não apresentam essa geminação (Fig. 5B).

Os exemplares identificados como sendo ametista sintética (Am-1, Am-4 e Am-5), não mostram zoneamento de cor em nenhuma posição em que as amostras foram exa-minadas, mas em determinadas porções é possível identificar linhas de crescimento paralelas a subparalelas muito fracas, quase imperceptíveis, como exemplificado na Figura 6A. Essas feições de crescimento são consideradas por diferentes pesquisadores como características de ametista sintética (e.g. Schnellrath, 2000). Quando examinadas com polarizadores cru-

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zados na posição que corresponde a uma secção perpendicular ao alongamento do cristal bruto, não apresentam a geminação polissintética (como mostrado na Figura 3C, 3D e 5B para a ametista natural), mas uma sequência de cores que variam conforme a espessura da pedra, como se observa na Figura 6B. Essas cores são denominadas de “cores de interferên-cia” e sua origem é descrita em Phillips (1971) e Klein & Dutrow (2008).

Figura 5 - Exemplos de feições diagnósticas identificadas nas amostras de ametista natural ao microscópio gemoló-gico. A – Zoneamento de cor marcado por setores poliédricos com diferentes tonalidades de cor; as porções pretas nos extremos direito e esquerdo da imagem são as garras da pinça que prende a amostra. B – Geminação polissintética em uma face do romboedro positivo (porção direita da figura) e face do romboedro negativo sem geminação (parte central da figura), vista com polarizadores cruzados. Fotomicrografias obtidas da amostra Am-3.

Figura 6 - Exemplos de feições diagnósticas identificadas nas amostras de ametista sintética ao microscópio gemológico. A – Linhas de crescimento muito fracas, paralelas à subparalelas; as porções pretas na parte superior e inferior da imagem são as garras da pinça que prende a amostra. B – Cores de interferência que variam conforme a espessura da pedra, observadas na secção perpendicular ao alongamento do cristal bruto. Fotomicrografias obtidas da amostra Am-4.

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6. Considerações finais O Rio Grande do Sul é uma das regiões de maior produção de ametista do plane-

ta, o que gerou nos últimos anos o desenvolvimento de uma forte indústria de beneficia-mento e de comércio de gemas. No entanto, esse desenvolvimento comercial não foi acom-panhado de cuidados técnicos quanto à procedência dos materiais gemológicos trabalhados e comercializados. Como resultado, são cada vez mais comuns as dúvidas de comerciantes e dos consumidores finais sobre a autenticidade de gemas vendidas não só em Soledade, mas em todo o estado. No caso específico da ametista, sabe-se que os geodos preenchidos com esses minerais são exportados em sua maioria no estado bruto, ou no máximo como pedras marteladas e que a lapidação de gemas foi praticamente abandonada no RS. Essa ametista volta ao Brasil lapidada, com um alto valor agregado e, como pode ser visto no exemplo do lote estudado neste trabalho, pode estar misturada a gemas sintéticas, cuja análise requer técnicas de tecnologia avançada nem sempre disponíveis e cujo custo pode superar o valor da própria pedra examinada

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CARACTERIZAÇÃO DE ALGUMAS GEMASCOMERCIALIZADAS EM SOLEDADE/RS PORMICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA -SISTEMA DE ENERGIA DISPERSIVA

Thiago Vargas Acunha 1, Delton Luiz Gobbi 1, Clóvia Marozzin Mistura1, Luiz Eduardo da Silva 2,Maciel Donato 2, Charles Leonardo Israel 2

1 Curso de Química Bacharel, do Instituto de Ciências Exatas e Geociências, da Universidade de Passo Fundo, RS 285, São José, CEP 99052-900, Passo Fundo, RS, Brasil.E-mail: thiagovacunha@hotmail.com; gobbi@upf.br2 Faculdade de Engenharia e Arquitetura, da Universidade de Passo Fundo, RS 285, São José,CEP 99052-900, Passo Fundo, RS, Brasil, E-mail: lsilva@upf.br

Resumo

Extraídas de jazidas minerais, as gemas são tratadas e chegam aos olhos do consu-midor via comércio. No Rio Grande do Sul, cidades de Soledade e região são favorecidas por situarem-se próximas a jazidas de geodos no distrito mineiro de Ametista do Sul, tornando este tipo de comércio um dos mais rentáveis para a região. Sua lucratividade as tornam pro-pícias a falsificações devido ao desconhecimento das gemas. A técnica de Microscopia Ele-trônica de Varredura (MEV) acoplado a um Sistema de Energia Dispersiva (EDS, do inglês: Energy Dispersive Spectrometer), além de análises complementares como índice de refração e densidade relativa, objetivaram caracterizar e certificar gemas deste comércio para auxiliar a inibir a falsificação. Apesar do MEV proporcionar um aumento de até 300.000 vezes, foram suficientes 10.000 vezes para que fosse possível observar a topografia das amostras, como incrustações e fraturas. Os raios-X captados pelo EDS forneceram informações sobre a presença de certos tipos de átomos de elementos e suas devidas proporções nas amostras. A análise de gemas por MEV-EDS se mostrou eficaz no que diz respeito à topografia de amos-tras. Entretanto, por se tratar de técnica semiqualitativa e semiquantitativa, outras análises que possam comprovar a composição atômica elementar de amostras são aconselháveis para caracterizações e certificações.Palavras-chave: gemas, caracterização, MEV-EDS.

Introdução

Mineração é um termo que abrange os processos, atividades e indústrias cujo objetivo é a extração de substâncias minerais a partir de depósitos ou massas minerais (GEHLEN, 2007 apud HARTMAN, 1992). Hoje, extraem-se diversos minerais em di-ferentes regiões do país. O Brasil ocupa uma posição mundial dominante como detentor de grandes reservas mundiais, para uma diversificada gama de minerais metálicos e não--metálicos, cerca de 40, colocando-se entre os seis países com maior produção de minerais (BARRETO, 2001).

No Rio Grande do Sul (RS), a ametista e a ágata constituem minerais estratégicos pela sua importância econômica e envolvimento da população. O estado é o maior produ-

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tor mundial desses minerais (400 t/mês) (HARTMANN e SILVA, 2010).As gemas, descobertas durantes este período, tornaram-se de interesse do homem,

na época, não apenas por sua beleza, mas também por serem símbolo de posição social (SCHUMANN, 1985). A maioria das gemas minerais importantes, como feldspato e quartzo, turmalina, berilo e zircão, originaram-se de rochas ígneas intrusivas cuja taxa mais lenta de resfriamento nas partes médias e inferiores da crosta tornou possível a cristalização das mesmas (READ, 2005).

Considerando a grande quantidade de gemas falsas que inundam o mercado e o rebuscamento de falsificações, é cada vez mais necessária a caracterização e certificação de gemas para a comercialização de joias (HARTMANN e SILVA, 2010). Caracterizando-as, pode-se auxiliar a população na identificação de gemas originais frente a diversos materiais não condizentes com as verdadeiras, reduzindo as chances de um comércio indevido.

O MEV-EDS foi a técnica escolhida para fazer estas caracterizações. Para Duarte et al. (2003), “o uso desta técnica vem se tornando mais frequente por fornecer informações de detalhe, com aumentos de até 300.000 vezes. A imagem eletrônica de varredura é forma-da pela incidência de um feixe de elétrons no mineral, sob condições de vácuo”.

Sinais distintos podem ser emitidos pela amostra. Dentre eles, os mais utilizados (Figura 1) para obtenção da imagem são originários dos elétrons secundários, como ima-gens topográficas da amostra e os elétrons retro espalhados, para visualizar diferentes fases, se houver (DEDAVID, GOMES e MACHADO, 2007).

Figura 1: Representação da ionização gerada por feixe de elétrons (a). Fonte: Duarte et al., 2003. e topografia obtida por MEV de superfície metálica (b). Fonte: Dedavid, Gomes e Machado, 2007.

Para a determinação atômica elementar da região a ser analisada, Duarte et al. (2003) afirmam que o EDS possibilita a determinação da composição semiqualitativa e semiquantitativa das amostras, a partir da emissão de raios-X característicos.

Material e Métodos

As atividades experimentais deste trabalho utilizaram-se do Laboratório de Mi-croscopia Eletrônica de Varredura na Faculdade de Engenharia e Arquitetura da (FEAR) UPF em Passo Fundo, RS e no Centro Tecnológico de Pedras, Gemas e Joias do Rio Grande do Sul, (CTPedras) em Soledade, RS.

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As amostras utilizadas na pesquisa foram Água-Marinha, Topázio Branco, Labra-dorita, Lápis-Lazúli, Turmalina Verde, Iolita, Cianita Azul e Rutilo Dourado, estas foram adquiridas (Figura 2) para análise no comércio de Soledade, RS.

Figura 2: Amostras. Fonte: Acervo fotográfico do autor. Fonte: Acervo dos autores.

Preparação das amostras

As amostras foram preparadas, colocando-as em banho de ultrassom, por 5 mi-nutos, na presença de acetona P.A, para que se removam possíveis interferentes devido a manipulação das gemas. A seguir, elas foram submetidas à metalização pelo metalizador por aproximadamente 5 minutos, depositando-se uma fina camada de ouro sobre as amostras (Figura 3), tornando-as condutoras do feixe de elétrons emitido pelo MEV-EDS.

Figura 3: Amostra em stubb antes (a) e após metalização (b). Fonte: Acervo dos autores.

Por fim, as gemas foram posicionadas dentro da porta amostras do MEV-EDS (Figura 4) de maneira que a região metalizada ficasse voltada para a emissão termiônica. Posteriormente, iniciaram-se as análises em MEV-EDS para obtenção de imagens topográ-ficas e determinação semiqualitativa e semiquantitativa.

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Figura 4: MEV-EDS (a) e gemas em porta amostras (b). Fonte: Acervo dos autores.

Resultados e Discussão

Análises em MEV-EDS

Topázio Branco

A amostra de Topázio Branco apresentou superfície rugosa e com fraturas. Em relação à imagem fornecida por EDS, átomos de elementos foram identificados como alu-mínio, sódio, silício, potássio e oxigênio. Para espectro de energia dispersiva as composições atômicas elementares foram: Si (56,1%), K (19,5%), Al (15,9%), In (3,6%), Na (2,8%), Ca (0,9%), Sb (0,9%) e Fe (0,3%). Os resultados gráficos estão apresentados na Figura 5.

Figura 5: Resultado da análise em MEV-EDS para Topázio Branco.

Água-Marinha

A amostra de Água-Marinha apresentou superfície lisa e com uma pequena fratu-ra, além de incrustações na mesma. Em relação à imagem fornecida por EDS, átomos de elementos foram identificados como silício, berílio, alumínio, oxigênio. Para espectro de energia dispersiva as composições atômicas elementares foram: Be (54,6%), O (24,5%), Si (16,0%) e Al (5,0%) Os resultados gráficos estão apresentados na Figura 6.

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Figura 6: Resultado da análise em MEV-EDS para Água-Marinha.

Lápis-Lazúli

Topografias de Lápis-Lazúli apresentaram uma amostra com superfície rugosa e com irregularidades. Os átomos de elementos detectados pelo EDS foram alumínio, cálcio, sódio, silício, cloro e oxigênio, e em relação ao espectro fornecido, suas porcentagens foram: O (38,5%), Si (28,7%), Ca (21,3%), Al (7,1%), Na (3,8%) e Cl (0,6%). Os resultados gráficos estão apresentados na Figura 7.

Figura 7: Resultado de análise em MEV-EDS para Lápis-Lazúli.

Labradorita

Uma superfície rugosa foi possível observar na Labradorita a partir de aumento de 400 vezes. Silício, potássio, magnésio, cálcio, alumínio, ferro, sódio e oxigênio foram os átomos de elementos que o Sistema de Energia Dispersiva detectou. Para estes átomos, as porcentagens individuais foram: O (33,5%), Si (32,9%), Al (16,0%), Ca (9,7%), Fe (3,5%), Na (3,4%) e K (0,8%). Os resultados gráficos estão apresentados na Figura 8.

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Turmalina Verde

Com superfície lisa e algumas irregularidades. Foi assim que a Turmalina Verde se apresentou durante observação no MEV-EDS. Não foram observadas incrustações na gema. Os átomos de elementos detectados pelo EDS foram alumínio, cálcio, manganês, ferro, oxigênio, silício e sódio e através de seu espectro é que suas porcentagens foram de-terminadas: O (37,2%), Al (28,4%), Si (28,1%), Mn (2,3%), Na (1,8%), Fe (1,5%) e Ca (0,7%). Os resultados gráficos estão apresentados na Figura 9.

Figura 9: Resultado de análise em MEV-EDS para Turmalina Verde.

Cianita Azul

Cianita Azul apresentou uma superfície com rugosa, irregular em aumento de 2.000 vezes. Os átomos de elementos detectados foram: alumínio, oxigênio, silício e fer-ro. O EDS apresentou a composição atômica elementar para O (38,2%), Al (28,0%), Si (23,6%) e Fe (0,2%). Os resultados gráficos estão apresentados na Figura 10.

Figura 10: Resultado de análise em MEV-EDS para Cianita Azul.

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Iolita

Apesar da Iolita utilizada para análise ser polida, a partir de 2.000 vezes de au-mento sobre a amostra foi possível observar irregularidades na superfície. O (26,7%), Si (25,1%), Al (21,3%), Na (17,8%), Cl (8,9%), Fe (0,2%) foi a composição atômica ele-mentar determinada pelo EDS para Iolita. Os resultados gráficos estão apresentados na Figura 11.

Figura 11: Resultado de análise em MEV-EDS para Iolita.

Rutilo Dourado

Foi observado, em aumento de 7.000 vezes, que o rutilo apresenta superfície rugo-sa e possui incrustações. Dois tipos de átomos de elementos foram detectados pela técnica: silício e oxigênio. A composição atômica elementar para rutilo, em EDS, foi de Si (65,4%) e O (34,6%). Os resultados gráficos estão apresentados na Figura 12.

Figura 12: Resultado de análise em MEV-EDS para Rutilo Dourado.

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Para a comparação de valores encontrados pelo EDS, utilizou-se a base de dados da literatura e a Mineralogy Database (MD, 2015; DUARTE et al., 2003; HENN e MILI-SENDA, [s.d.]) .

Os principais materiais gemológicos são minerais. Mas a quantidades de minerais utilizados como gemas é limitado.

A composição de uma gema varia de acordo com o sítio geológico, mas a composi-ção química da gema apresenta valores médios padrão. Os grupos de gemas, de acordo com a característica química, são chamados substâncias gemológicas.

Na Tabela 1 apresentam-se as composições encontradas comparadas com as da literatura consultada.

Tabela 1: Relação entre composição encontrada neste trabalho e composição das referências consultadas.

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As substâncias gemológicas apresentam diferentes variedades e propriedades. Ava-liando-se diversas propriedades das gemas, pode-se identificar a mesma, e consequentemen-te a que substância gemológica pertence sua composição.

A Água-Marinha é uma variedade de gemas que pertence à substância gemo-lógica Berilo. Sua composição química básica é Be3Al2(Si6O18). A composição química padrão e a composição química obtida pelo MEV-EDS, indica uma diferença, que pode se apresentar, em função do sítio geológico extraído.

A Cianita Azul é uma substância gemológica de composição química básica Al-2SiO5. Os valores encontrados pelo MEV-EDS são compatíveis com a literatura.

O Lápis-Lazúli, também denominado lazurita é uma substância gemológica de composição química (Na,Ca)8(AlSiO4)6(SO4,S,Cl)2 e a análise química pelo MEV-EDS, se aproxima da composição na literatura.

O Topázio Branco é uma substância gemológica de composição química Al-2SiO4(F,OH)2, e os valores do MEV-EDS diferem da composição química da literatura.

A Turmalina é uma substância gemológica de composição química de (Na,Ca)(Li,Mg,Al)(Al,Fe,Mn)6(BO3)3(Si6O18)(OH)4 e apresenta diversos tipos, que podem apresentar valores de composição química variáveis. Como na compra não foi definida a espécie, os valores obtidos pelo MEV-EDS, não fornecem definições mais precisas.

No comércio de gemas, uma variedade macrocristalina da substância gemológica quartzo é conhecido por quartzo rutilado, mas vendido com o nome de rutilo. O Rutilo é um mineral de composição química TiO2, é um mineral polimorfo. O rutilo é encontra-do como mineral acessório em algumas rochas ígneas. É frequentemente encontrado em cristais incrustrados em quartzo. Pequenas agulhas de rutilo são encontradas em algumas gemas, e são responsáveis pelo fenômeno óptico denominado asterismo, que aparece em safiras, rubis e outras gemas. As leituras no MEV-EDS não apresentaram titânio, portanto a gema investigada não é rutilo.

A Labradorita é uma variedade da substância gemológica feldspato. É uma impor-tante família de minerais, do grupo dos tectossilicatos, constituintes de rochas que formam cerca de 60% da crosta terrestre. O plagioclases são os chamados feldspatos calcossódicos, e devido à complexidade da composição química do feldspato, os valores obtidos pelo MEV--EDS, são compatíveis com a literatura.

A Iolita é uma substância gemológica que deriva do mineral metamórfico, cordie-rita. A composição química da cordierita é Mg2Al4Si5O18, e os valores encontrados pelo MEV-EDS, são compatíveis com a literatura. A iolita é uma variedade gema de cor azul violeta, que no passado foi chamada de safira de água.

Considerações Finais

Nas análises de gemas por MEV-EDS realizadas neste estudo, foi possível obter in-formações sobre características físicas como a topografia de amostras e caracterizá-las quan-to a sua composição atômica elementar. Além destas análises, a determinação de densidades relativas e índices de refração foram realizados para as gemas.

A variação entre as percentagens de cada tipo de átomo de elemento na amostra e o que consta na literatura é atribuída ao caráter semiqualitativo e semiquantitativo da técni-ca. O EDS pode apresentar interferentes como o carbono utilizado para fixar a amostra ao

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stubb. Ainda, o software gera a porcentagem de cada tipo de átomo encontrado. Havendo desprezo de alguma quantidade de átomos de elemento no tratamento dos dados, altera-se a porcentagem de cada elemento para que a soma iguale 100%.

A variabilidade química dos sítios geológicos, onde são extraídas as gemas, muitas vezes diferem quimicamente dos dados de literatura. Os valores obtidos pelo MEV podem indicar diferenças na composição, mas em algumas vezes, podem definir as variedades ge-mológicas específicas da origem.

A técnica de Microscopia Eletrônica de Varredura acoplado a um Sistema de Ener-gia Dispersiva produziu informações confiáveis em relação aos objetivos propostos pela pesquisa destas gemas analisadas. É uma ferramenta robusta complementar para a identi-ficação, embora de alto custo, pode junto com outras técnicas, definir, aproximando-se da realidade da identidade da gema estudada.

Referências

BARRETO, M. L. Mineração e desenvol-vimento sustentável: Desafios para o Bra-sil. Rio de Janeiro: CETEM/MCT, 2001. 215p. Disponível em: <http://www.cetem.gov.br/files/docs/livros/2001/desenv_sus-tentavel.pdf>. Acesso em: 01 ago. 2015.

DEDAVID, B. A.; GOMES, C. I.; MA-CHADO, G. Microscopia Eletrônica de Varredura: Aplicações e preparação de amostras: materiais poliméricos, metálicos e semicondutores. Porto Alegre: EDIPU-CRS, 2007. 60 p.

DUARTE, L. C. et al. Aplicações de Mi-croscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Sistema de Energia Dispersiva (EDS) no Estudo de Gemas: exemplos brasi-leiros. Pesquisas em Geociências, Porto Alegre, v. 30(2), 2003, p. 3-15. Disponí-vel em: http://www.ufrgs.br/igeo/pesqui-sas/3002/01-3002.pdf. Acesso em: 30 jul. 2015.

GEHLEN, I. V. Exploração de basalto na região das Missões do Estado do Rio Gran-de do Sul. 2007. Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Faculdade de Engenharia e Arquitetura, Universidade de Passo Fun-do. Disponível em: <http://www.ppgeng.

upf.br/download/2006ibanorgehlen.pdf>. Acesso em: 13 jun. 2015.

HARTMANN, L. A.; SILVA, J. T. da;(Or-gs.). Tecnologias para o setor de gemas, joias e mineração. 1. ed. Porto Alegre: IGEO/UFRGS, 2010. 319 p.

HENN, U.; MILISENDA, C. C. Gem-mological Tables for the identification of gemstones, synthetic stones, artificial pro-ducts and imitations. Idar-Oberstein: Ger-man Fundation for Gemstone Research (DSEF), [s.d.].

MD, Mineralogy Database. Banco de da-dos. Disponível em: <http://www.webmi-neral.com>. Acesso em: 08 jun., 2015.

READ, P. G. Gemmology. 3. ed. Londres: NAG Press. 2005. 324 p.

SCHUMANN, W. Gemas do Mundo. Traduzido por: Rui Ribeiro Franco e Ma-rio Del Rey. 3. ed. Rio de Janeiro: Ao Livro Técnico, 1985. 254 p.

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Inovações tecnológicas em gemas:aplicação de microcápsulas aromáticasem ágata gravada a laser

Mariana Kuhl Cidade, Doutoranda, Programa de Pós-Graduação em Design – PGDesign / UFRGS,mariana.cidade@ufrgs.brLauren da Cunha Duarte, Professora, Universidade Federal do Rio Grande do Sul / UFRGS,lauren.duarte@ufrgs.brFelipe Luis Palombini, Mestrando, Programa de Pós-Graduação em Design – PGDesign / UFRGS,felipe.palombini@ufrgs.brDenise Rippel Araujo Barp, Doutoranda, Programa de Pós-Graduação em Design – PGDesign / UFRGS, denise.rippel@yahoo.com.br

Resumo

A carência em inovações tecnológicas e o desenvolvimento de produtos diferencia-dos com a utilização de ágata, no Rio Grande do Sul, ainda persistem nos dias atuais. Diver-sas técnicas podem ser utilizadas para a valorização da ágata, como a gravação a laser CO2, que tem como resultado a geração de porosidade secundária na superfície do material. Nos últimos anos, tem crescido a aplicação em escala industrial de substâncias microencapsula-das em diversos produtos, conferindo-lhes propriedades sensoriais, tal como aromas com uso de óleos essenciais. Este trabalho apresenta o processo de obtenção de microcápsulas olfativas de casca cerâmica e o método de impregnação na porosidade secundária de chapas de ágata. O processo foi conduzido com dez tipos de óleos essenciais e o principal aspecto a ser observado são a morfologia e as dimensões das microcápsulas. As microcápsulas com re-sultados satisfatórios foram aplicadas em duas amostras de ágata gravadas a laser. A caracte-rização da impregnação foi realizada por microscopia eletrônica de varredura. Os resultados indicam que os óleos essenciais de maracujá, laranja e tutti-frutti produziram microcápsulas com os requisitos satisfatórios, possibilitando sua impregnação nas áreas gravadas a laser.

1. Introdução

O desenvolvimento de produtos está voltado ao processo de encontrar soluções que sejam de alguma maneira significativas para as pessoas, proporcionando novas expe-riências inspiradoras e criando impactos positivos na sociedade e em nossa vida (ASHBY; JOHNSON, 2010). Novas configurações e desenvolvimentos de materiais e processos são fontes de inspiração e criação para designers, sugerindo novas percepções estéticas e fun-cionais. A ciência no século XXI revela novas tecnologias e, destas, nascem novos materiais e processos de fabricação que estimulam novas oportunidades para o design de produtos.

Um dos processos de fabricação tecnológicos mais utilizados nos últimos anos, tanto por indústrias quanto por profissionais autônomos, é baseado na tecnologia laser (Light Amplified by Stimulated Emission Radiation), o qual se caracteriza basicamente como rápido e muito eficaz, com alto grau de detalhamento nas peças a serem produzidas

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(BAGNATO, 2008; HECHT; TERESI, 1998). O processo de fabricação em que é baseado dá-se através das coordenadas de milhões de pontos que, unidos, reproduzem a forma do objeto a ser gravado, cortado ou soldado. Esta tecnologia vem sendo utilizada na inovação de peças, tornando-as mais leves, uniformes, e com excelente acabamento. Em termos de materiais, o mercado vem utilizando a tecnologia de revestimento de pequenas partícu-las de sólidos, líquidos ou componentes gasosos em uma membrana, através do processo de microencapsulação, obtendo como resultado as “microcápsulas” (DEASY, 1984). Esta tecnologia é utilizada principalmente para efeitos de proteção e liberação controlada de seu conteúdo (GHOSH, 2006). As microcápsulas podem ser amplamente utilizadas em diferentes áreas, uma vez que sua composição dependerá do efeito desejado (MONLLOR; BONET; CASES, 2007).

A pesquisa na área de microencapsulação tem grande potencial para a valorização no desenvolvimento de produtos. Esta tecnologia permite uma relação emocional com o produto através de características físicas atribuídas aos aspectos psicológicos da percepção sensorial durante o uso, como efeitos luminescentes ou olfativos. A criação de produtos com foco na percepção do usuário é de grande importância, aguçando os sentidos e tornan-do as experiências com os produtos mais prazerosas e agradáveis. Quando interagimos com um produto, percebemos alguns pontos positivos, que nos atraem, e outros negativos. Estes pontos são denominados de percepções do usuário, onde o ser humano tem a capacidade de qualificá-los através de estímulos sensoriais que, por sua vez, despertam emoções. Quando prazerosos, os estímulos levam a sensações de bem-estar, os quais podem ser interpretados, na psicologia, como estética, ou a constatação de beleza (GOMES FILHO, 2009).

Exemplificando essas afirmações, quando se interage com um objeto são utilizados estímulos sensoriais, tais como a visão, audição, tato, paladar e olfato; e a opinião que o usuário formula sobre o objeto é avaliada pela estética. A joia, por exemplo, é naturalmente considerada um produto com apelo visual, de extrema beleza e luxo, contendo um elevado nível estético visual, atraindo emoções de usuários que a compram ou apenas a observam. Entretanto, designers e joalheiros podem utilizar em suas peças determinados estímulos sensoriais adicionais. As substâncias odoríferas desprendem partículas que são levadas pelo ar, e estimulam as células nervosas olfativas, e deste modo tal estímulo é suficiente para desencadear outras reações, entre elas a ativação da área cerebral responsável pela olfação, memória e emoção (ANDREI; COMUNE, 2005).

A grande maioria dos produtos beneficiados e comercializados na cidade de Sole-dade, no Rio Grande do Sul, é feita em ágata. Entretanto, a maioria dos produtos poderia ser acrescida de aprimoramentos, tanto estéticos quanto tecnológicos, através de design e da utilização de novas tecnologias. O processo de gravação a laser CO2 na ágata modifica a su-perfície da gema, gerando uma porosidade secundária de cor branca (CIDADE; DUARTE, 2014; CIDADE, 2012). Esta superfície porosa permite o alojamento das microcápsulas com óleos essenciais (CIDADE et al., 2012). Contudo, cada tipo de óleo essencial possui características distintas, as quais podem gerar microcápsulas de dimensões diferentes, invia-bilizando a impregnação. Devido às diferentes características dos óleos essenciais disponí-veis no mercado, faz-se necessário um estudo para determinação dos mais apropriados para as dimensões necessárias para a impregnação na ágata gravada. Esta pesquisa busca a inser-ção de técnicas usuais e não usuais aplicadas ao mercado de gemas e materiais gemológicos, aliando a gravação a laser e microcápsulas aromáticas. Nesse sentido, a pesquisa procura

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aliar o atual cenário contemporâneo, que credencia a utilização de inovações tecnológicas para possível agregação de valor, e proporcionar aos usuários experiências ao utilizar seus produtos.

2. Ágata e Tecnologia Laser CO2

A ágata é uma variedade de quartzo formada por sucessivas bandas de calcedônia, ocorrendo como um material compacto, preenchendo geodos (DEER; HOWIE; ZUSS-MAN, 1981). Os geodos são cavidades total ou parcialmente alojadas em rochas vulcânicas com formas arredondadas e ovoides, possuindo entre 20 e 60 cm de diâmetro, embora não seja incomum a ocorrência de tamanhos maiores (DUARTE et al., 2009; JUCHEM et al., 2007; STRIEDER; HEEMANN, 2006). No estado do Rio Grande do Sul existem impor-tantes depósitos de geodos preenchidos por ágata. O Distrito Mineiro de Salto do Jacuí, região central do estado, é o maior produtor mundial de ágata, denominada de “Umbú”, de cor acinzentada e com bandamento mal desenvolvido, muito utilizada para tingimento. No comércio, a grande maioria dos produtos é proveniente de variações de ágata tingida, com corantes inorgânicos e orgânicos sintéticos, através de objetos ornamentais e artefatos deco-rativos, tais como joias, bijuterias, chapas, encosto de livros, cinzeiros, relógios, pirâmides, esferas, obeliscos, espátulas, gemas com lapidação do tipo cabochão, entre outros (Figura 1).

Figura 1 – Beneficiamento e produtos disponíveis para venda no comércio em Soledade: (A) chapas de ágata tingida e expostas para venda, (B) artefato decorativo em formato de borboleta; (C) relógios com a utilização de chapas de ágata e (D) peças decorativas com gravação a laser

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O laser é caracterizado por uma fonte de luz que, devido à forma com que gera ra-diação eletromagnética, acaba tendo características específicas (HECHT; TERESI, 1998). É uma ferramenta que permite ao usuário controlar a forma e a quantidade de energia dirigida a um determinado lugar (THOMPSON, 2011), sendo que os principais tipos de laser são gasoso, sólido e líquido (HECHT; TERESI, 1998). Entretanto, para o beneficia-mento de gemas, o meio ativo mais utilizado é o gasoso de dióxido de carbono, CO2, no qual é constituído por uma ampola contendo uma mistura de dois gases: nitrogênio, N2, e o CO2.

Na gravação, o laser passa nos locais delimitados eletronicamente por software, sem interferir no detalhamento da peça (DUARTE et al., 2010; THOMPSON, 2011). Durante o processo há a incidência de radiação eletromagnética, ocorrendo no equipamen-to os fenômenos de reflexão, refração, espalhamento e transmissão, resultando na absor-ção do feixe pelo material (DAHOTRE; HARIMKAR, 2008). A absorção desta radiação resulta no aquecimento, derretimento, vaporização, solidificação, entre outros efeitos na superfície dos materiais (DAHOTRE; HARIMKAR, 2008). Os resultados obtidos com a gravação dependem das características da interação entre laser e material.

3. Microcápsulas

As microcápsulas são cápsulas de dimensões micrométricas (> 1 µm), com forma esférica ou irregular, e divididas em duas partes, o núcleo e a casca (GHOSH, 2006). O núcleo, a parte intrínseca, contém o ingrediente ativo, enquanto a casca, a parte extrínse-ca, protege-o temporária ou permanentemente da atmosfera externa (DUBEY; SHAMI; RAO, 2009; GHOSH, 2006). Os materiais ativos, inseridos no núcleo, podem ser drogas, enzimas, tintas, óleos essenciais aromáticos, entre outros (YOU et al., 2010). Os materiais mais comumentes utilizados na obtenção da casca podem ser poliméricos ou cerâmicos, variando suas propriedades físicas, químicas e mecânicas, bem como a forma de aplicação das cápsulas.

A liberação do meio ativo do interior da microcápsula, chamada de quebra, pode ocorrer tanto por intervenção mecânica quanto pela degradação ocasionada pelos compo-nentes do entorno, tais como: O2, H2O e radiação (THIES, 2004). Para Madene et al. (2006), a quebra ainda pode acontecer devido a outros fatores, como temperatura, pH, solubilidade e difusão.

Os formatos das microcápsulas podem ter geometrias e estruturas diferentes, i.e., esféricas, irregulares ou morfologias variadas e dispersas na matriz (Figura 2), dependendo dos reagentes, dos processos e do tempo utilizados para a produção (GHOSH, 2006). Geralmente, as cápsulas com formatos esféricos são identificadas como sendo de casca poli-mérica (Figura 2 A), e as irregulares, sem forma definida, desenvolvidas com casca cerâmica (Figura 2 B). Para a impregnação em ágata resultados satisfatórios foram alcançados com a utilização de microcápsulas cerâmicas (CIDADE et al., 2012). Para este material gemológi-co, devido à aplicação ocorrer na porosidade secundária, a quebra da cápsula e consequente liberação do aroma, poderá vir a ocorrer por meios mecânicos, através do contato do usuá-rio com a superfície gravada.

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Figura 2 – Esquema ilustrativo representando os formatos das microcápsulas: (A) formato esférico com a demons-tração do núcleo e a casca polimérica, (B) formato irregular com núcleo e a casca cerâmica

4. Métodos utilizados

Para modificar a superfície da ágata e gerar uma porosidade secundária, foi utili-zada a gravação a laser com o equipamento Mira, da empresa Automatisa Sistemas®, loca-lizado no Laboratório de Design e Seleção de Materiais - LdSM, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul / UFRGS, com meio ativo para a geração da radiação CO2 dopado com N2. A movimentação do feixe laser funciona com sistema galvanométrico e a área de trabalho da máquina possui limitações devido aos tipos de lentes acopladas. A lente utilizada neste equipamento, para esta pesquisa, é do tipo convexo-côncava, ou seja, uma das superfícies é esférico-convexa e a outra esférico-côncava, com área máxima de trabalho de 10 cm x 10 cm (100 cm²). Esta lente foi selecionada por possibilitar maior intensidade para o feixe, devido à área de trabalho ser menor (ZHOU; MAHDAVIAN, 2004) e ter aproximadamente a intensidade de 1,8 x 109 w/m2 (CIDADE, 2012). Outro parâmetro a ser utilizado no equipamento foi a potência máxima de 60 W e a velocidade de 30 m/min (CIDADE, 2012).

Foram desenvolvidos e exportados, em software bidimensional vetorial, dois dese-nhos em arquivo com extensão PLT (arquivo de plotadora HPGL), para serem gravados em duas amostras de ágata. As formas consistem em dois círculos concêntricos com diâmetros externos idênticos, sendo o primeiro contendo a adição de uma sequência de círculos me-nores, paralelos e concêntricos, com distanciamento entre linhas de 0,2 mm; e o segundo com distanciamento entre linhas de 2 mm, resultando um total de três círculos concêntri-cos. Estes desenhos foram criados com o intuito de obterem-se duas áreas de gravação para o alojamento de microcápsulas, uma com linhas juntas e a outra com traços afastados.

O método utilizado para a obtenção das microcápsulas foi o processo físico-quí-mico de encapsulamento Sol-gel, com cápsulas de casca cerâmica com óleos essenciais em seu núcleo. Este por sua vez ocorre pela transição do sistema sol para o sistema gel (GHOSH, 2006). O termo sol pode ser entendido como partículas em escala coloidal (en-

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tre 1 e 100 nm) dispersas estavelmente em um líquido (GHOSH, 2006). Logo, o termo gel indica um sistema formado por uma estrutura rígida de partículas coloidais (gel coloidal) ou por cadeias poliméricas (gel polimérico) que promovem a imobilização da fase líquida sol (GHOSH, 2006). A obtenção dá-se através da mistura de uma emulsão (água deionizada, ácido clorídrico e surfactante) a um precursor cerâmico (água deionizada, TEOS – tetra-metil ortosilicato e óleo essencial), sob agitação. As substâncias da emulsão são responsáveis pelo núcleo da cápsula, e o precursor cerâmico é responsável pela casca. Para esta pesquisa, foram utilizados dez tipos de óleos essenciais, tais como rosas, pitanga, erva-doce, camomi-la, lavanda baby, maracujá, chocolate, tutti-frutti, laranja e alga-marinha (Tabela 1).

Tabela 1 – Métodos utilizados para a obtenção de microcápsulas aromáticas cerâmicas, com variação de óleos essen-ciais, volume de óleo, quantidade de água deionizada, surfactantes, quantidade de surfactante, ácido clorídrico, TEOS e observações de modificações de agitação

As dimensões dos poros na ágata são um fator condicionante para conter ou não as cápsulas. Desse modo, o objetivo dos ensaios com óleos essenciais variados foi verificar quais obtiveram os melhores resultados para a formação de microcápsulas para posterior aplicação na ágata. Assim, as microcápsulas deverão ter dimensões máximas de 5 µm, de-vido a estudos preliminares (CIDADE et al., 2012) que determinam estes tamanhos como satisfatórios para alojamento nas cavidades da porosidade secundária da ágata. Para analisar as características das cápsulas, tal como dimensões e formas, bem como se ocorreu a in-serção na região gravada a laser, utilizou-se a microscopia eletrônica de varredura (MEV) em equipamento Hitachi® modelo TM 3000, com imagens eletrônicas do tipo BSE (back scatered electron), localizado no Laboratório de Design e Seleção de Materiais - LdSM, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul / UFRGS. A aceleração do feixe de elétrons uti-lizada foi de 15 KeV, sendo que o equipamento opera com aumentos de até 30.000 vezes.

Para a impregnação das microcápsulas com dimensões satisfatórias na ágata, foi utilizado um béquer de 1000 ml, onde as duas amostras gravadas foram inseridas dentro do recipiente (Figura 3 A). As microcápsulas foram peneiradas para limitar o tamanho dos grumos, tornando-as um pó mais homogêneo (Figura 3 B). Estas foram pesadas em uma balança de precisão (Figura 3 C). Foram inseridos 700 ml de água deionizada no béquer com as amostras de ágata, submergindo-as (Figura 3 D), e dentro do mesmo foi introdu-

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zido um agitador mecânico equipado com uma hélice centrífuga. As microcápsulas penei-radas foram derramadas cuidadosamente no interior do béquer (Figura 3 E) e a mistura foi colocada sob agitação com a rotação de 400 rpm. O processo ficou sob agitação por cerca de 24 horas (Figura 3 F). Após, a mistura foi filtrada para a retirada das amostras de ágata (Figura 3 G) e inserida no dessecador por aproximadamente 12 horas.

Figura 3 - Processo de impregnação de microcápsulas cerâmicas em ágata gravada a laser: A) posicionamento das amostras no interior do béquer; (B) preparação das microcápsulas; (C) pesagem das microcápsulas; (D) preparação com água deionizada; (E) adição de microcápsulas no recipiente, sob agitação; (F) amostras imersas; (G) filtragem das microcápsulas após o processo de impregnação

5. Resultados e Discussões

Com a utilização dos diferentes óleos essenciais, obteve-se uma gama de massas resultantes (Figura 4). Os óleos de alga-marinha, chocolate, erva-doce, lavanda baby, pitan-ga e rosas obtiveram resultados insatisfatórios, com formação restrita de cápsulas (Figura 4 A). Mesmo com esta aparência, todas as amostras foram observadas via MEV. O óleo de camomila resultou em microcápsulas com dimensões maiores que 5µm, sem a presença de cápsulas menores (≈1 a 5 µm), sendo classificado, também, como insatisfatório. Os ensaios que obtiveram resultados satisfatórios, com uma boa formação e algumas com dimensões adequadas para a impregnação, foram com a utilização de óleos de maracujá, laranja e tut-ti-frutti. Nas microcápsulas de óleo essencial de maracujá, podemos identificar a presença de cápsulas menores, com cerca de 1,27 µm, em grande quantidade, e dimensões maiores, de aproximadamente 5,29 µm (Figura 4 B). Com óleo de laranja, as microcápsulas apre-sentaram-se com uma uniformidade maior (Figura 4 C). Já as de tutti-frutti (Figura 4 D), a grande maioria mostrou-se disposta de forma regular, com dimensões homogêneas em torno de 1,78 a 3,15 µm.

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Figura 4 – Imagens eletrônicas dos resultados obtidos com os óleos de: (A) rosas, com indicação de setas da formação restrita de cápsulas, (B) maracujá, (C) laranja e (D) tutti-frutti

Com os resultados alcançados com os diversos óleos essenciais analisados, optou--se por utilizar, para a aplicação na ágata gravada, o óleo de maracujá, por conter dimensões menores de microcápsulas. Com a impregnação, o alojamento das cápsulas ocorreu no interior dos poros e também nas porções superfíciais destes, ou seja, no entorno dos mes-mos (Figura 5). Pode-se identificar que foram preferencialmente preenchidos os poros de maiores dimensões (detalhes na Figura 5 A e B).

Figura 5 - Imagens eletrônicas de varredura das amostras impregnadas com óleo essencial de maracujá, com indicação de setas, das microcápsulas alojadas no interior das cavidades (A) e nas superfícies (B)

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Na gravação do desenho contendo uma sequência de círculos concêntricos, obte-ve-se uma área mais porosa, resultando em um maior número de cápsulas alojadas. Isso se deve à maior concentração de linhas gravadas em relação à amostra com três círculos.

6. Considerações Finais

Esta pesquisa analisou as possibilidades de inserção de microcápsulas aromáticas em um material gemológico, como forma de inovação tecnológica no aproveitamento de produtos em ágata. Nos resultados relativos à obtenção e impregnação de microcápsulas para as modificações sensoriais olfativas, considera-se que para este material gemológico faz-se necessário obter uma porosidade secundária, oriunda do processo de gravação a laser, para permitir a impregnação de microcápsulas. Os óleos essenciais de maracujá, laranja e tutti-frutti resultaram em boa formação de microcápsulas e dimensões adequadas para a impregnação na porosidade secundária da gravação. No processo de impregnação, as mi-crocápsulas apresentaram-se alojadas tanto nas cavidades da porosidade, como na superfície da gravação. O avanço esperado por esta pesquisa é a possibilidade de criação de artefatos diferenciados, com apelo estético e inovação, agregando valor ao setor de beneficiamento de materiais gemológicos.

Agradecimentos

Ao Laboratório de Design e Seleção de Materiais (LdSM), localizado na Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, onde foram utilizados os equipamentos de gravação a laser e microscopia eletrônica de varredura (MEV); à Coorde-nação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES); e à bolsista de iniciação científica Letícia Pavoni Grasselli. Esta pesquisa teve apoio financeiro do MCT/CNPq – Universal – 014/2008, intitulado: Tecnologia de gravação e corte a laser, como ferramenta de inovação para o design de gemas e joias.

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Seleção de materiais e Design: projeto conceitual de luminária de ágata e cortiça bioinspirada na corticeira-do-banhado

Felipe Luis Palombini, Mestrando, Programa de Pós-Graduação em Design - PGDesign, Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS felipe.palombini@ufrgs.brCamila Civardi Rissato, Graduanda, Design de Produto, UFRGScamila.civardi@gmail.comLiane Roldo, Professora do Departamento de Materiais e do PGDesign, UFRGS liane.roldo@ufrgs.br

Resumo

Esse trabalho visa ao desenvolvimento de projeto conceitual de luminária bioins-pirado na flor da corticeira-do-banhado (E. crista-galli L.), utilizando materiais naturais - cortiça e ágata. A partir de ensaios de translucidez e absorção térmica por irradiação nos materiais, procurou-se encontrar os tingimentos de chapa de ágata com melhor índice de eficiência para aplicação no projeto. Os resultados indicam que os tingimentos de tonali-dade rosa ou vermelho possuem as melhores relações de translucidez por absorção térmica. O uso de elementos naturais selecionados, associados ao design, buscou a promoção de alternativas inovadoras.

1. Introdução

Esse trabalho visa a contribuir com o design de produto na medida em que atua com a aplicação de materiais naturais. Como materiais inspiradores, foram utilizadas a cortiça e a ágata, sendo esta um elemento de valorização da identidade cultural do Rio Grande do Sul. Destaca-se o design como uma atividade pluri e interdisciplinar capaz de transformar elementos culturais em produtos originais, incorporando conceitos e caracte-rísticas locais no projeto.

Segundo ASHBY e JOHNSON (2011), a seleção de materiais é um aliado do designer na atividade projetual, na determinação das melhores alternativas com base em critérios pré-definidos. Segundo os autores, a seleção de materiais dá-se por quatro tipos principais, os quais inspiração, síntese, similaridade e análise. A seleção de materiais por síntese segue um processo definido pela escolha de um conceito, onde atributos simbólicos são considerados (ASHBY; JOHNSON, 2011). Nesse sentido, esta pesquisa aborda a sele-ção de materiais por síntese e por inspiração. Para tanto, é apresentado o projeto conceitual de uma luminária bioinspirada na corticeira-do-banhado (Erythrina crista-galli L.) e na valorização da identidade cultural através de gema do RS.

A ágata é um material gemológico encontrado em grandes quantidades na região central do Rio Grande do Sul, com possibilidades de concepção de diversos artefatos deco-rativos (CIDADE, 2012). Estima-se que o volume de exportação de ágata no estado esteja na ordem de 400 toneladas mensais (IBGM, 2012). Apesar da grande produção do material no estado, cerca de 90% da mesma é vendida em estado bruto, com o restante eventual-mente utilizada para fabricação local de produtos não ligados à joalheria (CIDADE, 2012;

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IBGM, 2012). Enquanto as técnicas de joalheria com a ágata são impulsionadas com novas pesquisas (BARP, 2009; CIDADE, 2012; SILVA, 2013; SILVEIRA, 2011), no estado, os produtos feitos com o material restringem-se a peças artesanais e com pouco valor agregado.

A ágata é um material resistente, com aspecto translúcido a opaco. Possui dureza entre 6,5 e 7 na escala Mohs, índice de refração entre 1,530 e 1,540 e densidade de 2,60 a 2,64 g/cm³ (SCHUMANN, 2006). É uma variedade formada por sucessivas bandas de calcedônia, ocorrendo como um material compacto, preenchendo geodos (DEER et al., 1981). Os geodos são cavidades total ou parcialmente alojadas em rochas vulcânicas, com formas arredondadas e ovoides (STRIEDER; HEMANN, 2006; JUCHEM et al., 2007). O bandamento pode ser composto por camadas sucessivas de calcedônia ou estar mesclado com opala (SCHUMANN, 2006).

O beneficiamento dado à ágata geralmente se dá a partir de chapas cortadas em espessuras de 2 a 6 mm, as quais podem ser trabalhadas em processos como o de usinagem por jato d’água ou gravação a laser CO2 (CIDADE; DUARTE, 2014; BARP et al., 2015). O processo de corte das chapas é efetuado por equipamentos automatizados com serras cir-culares diamantadas sobre refrigeração de água, óleo marinho ou biodiesel (SCHUMANN, 2006). Uma vez cortadas, as chapas são limpas e podem ser tingidas com corantes orgânicos e inorgânicos, nas tonalidades rosa, vermelha, verde, azul, verde azulado, roxo e preto. (CI-DADE, 2012; SILVA, 2006).

Ainda que o material gemológico apresente características de translucidez, são pouco os produtos que exploram esta propriedade (KUAMOTO, 2014). Da mesma for-ma, estudos quanto as propriedades de translucidez da ágata tingida ainda são escassos. As chapas tingidas costumam ser aplicadas, em sua maioria, na criação de artefatos como móbiles, chaveiros, relógios, entre outros. O estudo das propriedades de translucidez da ágata, portanto, pode levar ao estímulo para diferentes aplicações, auxiliando na promoção do material.

A ágata também pode ser valorizada ao ser combinada com outros materiais natu-rais, no desenvolvimento de produtos diferenciados. Um material já utilizado em conjunto é a cortiça, através da produção de apoios de copos. A seleção deste material, dá-se por sua propriedade aderente e isolante, fundamentais para sua funcionalidade. Contudo sua tex-tura e propriedades táteis não são exploradas, uma vez que se encontram na parte posterior do produto. Segundo LEFTERI (2014) a cortiça é um material natural que, em oposição à ágata, é muito leve e maleável, além de possuir boas propriedades de conformação, em manufatura.

A cortiça é um tecido vegetal extraído da casca do Sobreiro (Quercus suber). As células que a compõem têm suas paredes altamente suberizadas que, portanto, levam à morte do tecido ao passo que protegem as células vivas no interior da planta do ambien-te externo (SCHULTZ, 1972). A composição química desse material é responsável por suas principais propriedades físicas, como impermeabilidade, isolação térmica e acústica. A forma fechada das células do tecido torna-o um material com característica de espuma de baixa densidade, com propriedades mecânicas isotrópicas e com possibilidade de diversas aplicações (ASHBY; JOHNSON, 2011).

Atualmente, o principal uso do material é na fabricação de rolhas para vinhos (por cortes cilíndricos em prensas) e de pele de cortiça (por laminação), empregada como tecido em diversos produtos, como bolsas, carteiras e demais acessórios (MESTRE; GIL, 2011). A

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manufatura desses produtos leva à geração de resíduos oriundos das regiões do material que não foram utilizadas. Estes resíduos, contudo, podem ser aproveitados através da moagem e compactação, levando à cortiça aglomerada. Esse material secundário pode ser conformado em diversos formatos, conforme a aplicação, mantendo sua textura e propriedades mecâni-cas. Dessa forma, além de ser mais facilmente encontrado no Brasil, o aglomerado é mais adequado em projetos em que predominam formas curvilíneas, onde o uso de lâminas seria inviável (LEFTERI, 2014). A Figura 1 apresenta exemplos de cortiça na sua forma natural, em pele (Figura 1A) e aglomerada, em placa (Figura 1B).

Figura 1 - Exemplo de tecido de cortiça: (A) natural, em pele e (B) aglomerada, em placa.

No design de produto, a realização de ensaios e seleção de materiais contribui para a determinação dos parâmetros projetuais, como especificações técnicas e requisitos de projeto (ASHBY; JOHNSON, 2011). Dessa forma, esta pesquisa visa a estudar a união dos materiais naturais ágata e cortiça, voltada ao desenvolvimento do projeto conceitual de uma luminária. A união dos dois materiais em um produto de design que possa ser produzido na região – pelas ferramentas e habilidades já consolidadas pelos fabricantes – agregaria valor ao objeto.

2. Experimental

Este estudo compreende os ensaios de translucidez e absorção térmica de chapas de ágata com diferentes tingimentos e dimensões e uma chapa de cortiça aglomerada. As especificações das amostras utilizadas são apresentadas no Quadro 1.

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O ensaio de absorção térmica por irradiação nos materiais foi adaptado da norma ASTM C1044-12. Assim para analisar as amostras, foi desenvolvido um dispositivo, de acordo com a Figura 2, que consiste de uma caixa de material isolante e opaco, com a fina-lidade de direcionar a luz e o calor em um único orifício circular de saída, com diâmetro de 20 mm (Figura 2A). Em seu interior, foi instalada primeiramente uma lâmpada fluorescen-te de 26 W (para o ensaio de translucidez) e, após, uma lâmpada incandescente de 60 W (para o ensaio de absorção térmica). Como a norma ASTM é flexível quanto aos parâmetros de distância entre a fonte de calor e o referencial de medição, o orifício foi posicionado a 50 mm da fonte de luz, onde foram fixadas as amostras para a medição (Figura 2B).

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Figura 2 - Esquema do dispositivo utilizado: (A) perspectiva isométrica e (B) vista lateral.

O ensaio de translucidez consistiu na aproximação de um sensor de luminosida-de à amostra (Figura 2B), em 6 regiões pontuais distintas. Foram registrados os níveis de iluminância, ou intensidade de iluminação, medida em lux. Pelo Sistema Internacional de Unidades, 1 lux corresponde à incidência perpendicular de 1 lúmen em uma superfície de 1 metro quadrado. As regiões pontuais escolhidas buscavam uma medição que incluíssem variações de translucidez, como as camadas de bandamentos.

Para o ensaio de absorção térmica, as amostras, em temperatura ambiente, foram fixadas de modo isolado ao aparato por 4 minutos sobre a luz incandescente. As tem-peraturas nas superfícies das amostras foram medidas através do termógrafo Texto® 890 Thermal Imager (Testo® Lenzkirch, Alemanha) e determinadas pelo software proprietário Testo® IRSoft. No software foi definida a região de interesse para medição, correspondente ao orifício circular do dispositivo. Todos os ensaios foram realizados em um ambiente com temperatura de 21°C ± 2°C e luminescência de 100 lx ± 20 lx.

A simulação gráfica do projeto conceitual foi realizada nos softwares Rhinoceros 3D (McNeal & Associates, Seattle, EUA) e 3ds Max (Autodesk® Inc., San Rafael, EUA).

3. Resultados e discussão

A Tabela 1 apresenta os resultados do ensaio de translucidez, medidos em lx (lux), sendo mostrados os valores para cada amostra (1 a 9, referidas no Quadro 1). São vistos também os respectivos valores das médias e dos desvios-padrão. Para controle, foi realizada uma medição sem a fixação de nenhuma amostra, com o sensor captando diretamente a iluminância do orifício do aparato, resultando em 550 lx.

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A amostra com a maior translucidez, definida pelos maiores níveis de iluminância, foi a sem tingimento (amostra 1), cerca de 28% menos translúcida que o controle. As dife-renças entre as medições nas regiões de bandamento apresentaram pouca variação, levando a um desvio-padrão relativamente baixo. As amostras de tingimento vermelho, rosa e verde (respectivamente, amostras 2, 3 e 5) apresentaram a maior translucidez dentre as tingidas, i.e., os maiores níveis de iluminância no ensaio, com cerca de 65% de perda, em compa-ração à amostra sem tingimento. Dentre estas, a amostra que apresentou os níveis mais homogêneos de translucidez foi a com tingimento vermelho, devido ao desvio-padrão das medições inferior a 2 lx. A placa de cortiça apresentou níveis próximos à total opacidade,

A Figura 3 apresenta as imagens obtidas do dispositivo pelo termógrafo, durante o ensaio de controle. O equipamento utiliza a combinação de uma câmera digital con-vencional (Figura 3A) com uma câmera infravermelho (Figura 3B). A região de interesse para análise da temperatura foi determinada no orifício circular, na frente do dispositivo. A graduação apresentada mostra o gradiente de temperatura total na imagem, de 18,1°C a 60,2°C.

Figura 3 - Ensaio controle de absorção térmica: (A) imagem digital, (B) termografia e (C) histograma.

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O dispositivo utilizado obteve sucesso em sua propriedade de isolar a temperatura, mantendo-se proporcional à temperatura ambiente de cerca de 21°C. Os resultados dos ensaios de absorção térmica são mostrados na Tabela 2, onde são apresentados os valores de temperatura (em °C) mínimos, máximos e médios das termografias, a partir da região de interesse circular. Na determinação destes valores, a região de interesse nas termografias foi segmentada em um histograma (Figura 3C), onde são calculados os valores limitantes e a média da região, para cada amostra.

A Tabela 2 indica que a amostra de ágata com tingimento roxo apresentou a maior temperatura média, com 31,6 °C, seguida pelas tingidas em azul, verde e verde azulado. As chapas de tingimento preto e vermelho obtiveram resultados próximos, com média de 27 °C. Já as amostras com tingimento rosa e sem tingimento obtiveram valores próximos a 25 °C. A partir dos resultados, é possível relacionar e agrupar as médias obtidas com os comprimentos de onda de cada cor dos tingimentos, de modo que amostras com cores pró-ximas tendem a apresentar resultados semelhantes (ASHBY, 2012). É possível verificar que as diferenças entre as temperaturas máximas e mínimas das amostras ágata, definidas nas termografias, permaneceram entre 1,4 e 4,9 °C. Estes valores correspondem a uma variação de 5 a 17 % ao ser considerada uma média total de 28,1 °C, indicando que a presença de bandamento não influencia significativamente na sua capacidade relativa de absorção tér-mica. A chapa de cortiça, entretanto, alcançou uma temperatura média alta, semelhante à ágata com tingimento roxo. Contudo, a homogeneidade no tamanho de partícula de aglo-merado (Figura 1B) levou a uma menor variação de temperatura na superfície do material. Isto se deve ao processo de aglutinação de um material naturalmente isotrópico, formando um material com propriedades mecânicas ainda mais uniformes.

Os resultados dos ensaios mostraram que a utilização de chapas de diferentes tin-gimentos leva a uma grande variação nas propriedades de translucidez. Isto se deve ao fato de tingimentos de cores diferentes tornarem o material mais ou menos opaco. Da mesma forma, foi verificado que as maiores variações na translucidez em uma mesma amostra ocorrem nas chapas com tingimentos mais escuros. Como nem todas as regiões do banda-mento são tingidas no processo de beneficiamento, nota-se um maior contraste, i.e., maior variação na translucidez, em amostras com tingimentos mais escuros. Já quanto à absorção térmica, o uso de tingimentos diferentes em ágata apresenta variação menor nos resultados.

Desse modo, com base na seleção de materiais e nos dados levantados, é possível definir um índice de mérito específico para o projeto, em que é buscada a eficiência (In) na capacidade de transmitir luz com uma menor absorção térmica. São utilizados, então, os valores das médias da translucidez ( L ) e das temperaturas (T ), na relação:

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A Tabela 3 apresenta os resultados do índice de eficiência (In ) dos ensaios, para o projeto.

Com base nos resultados finais da Tabela 3, é possível definir que após a amostra incolor (amostra 1), as amostras com o melhor índice de eficiência são as de tingimento rosa, vermelho e verde, com In respectivamente igual a 5,789; 5,031 e 4,881 lx/°C. Estas amostras, portanto, são consideradas candidatas para desenvolvimento do projeto conceitu-al. Cabe ressaltar, também, que a amostra de cortiça mostrou-se com o menor índice (0,127 lx/°C), representado por sua opacidade e maior absorção térmica.

Projeto Conceitual

Com os resultados alcançados de luminescência e absorção térmica, foram de-senvolvidos dois projetos conceituais de uma luminária, utilizando a ágata e a cortiça. Foi utilizada a metodologia de biônica proposta por KINDLEIN JUNIOR e GUANABARA (2005), onde a característica de um elemento natural é empregada como fonte de inspiração para o desenvolvimento de um produto. Esta característica pode ser funcional, técnica, es-trutural ou estética, visando à sua adaptação ao projeto. O presente trabalho utilizou como inspiração a flor da corticeira-do-banhado (Erythrina crista-galli L.), nativa do Rio Grande do Sul em regiões úmidas (UFRGS FLORA DIGITAL, 2016). A Figura 4 apresenta ima-gem da flor da corticeira.

Figura 4 - Flor da corticeira do banhado (E. crista-galli L.); FONTE: Adaptado de UFRGS FLORADIGITAL (2016).

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A Figura 5 apresenta as simulações gráficas dos projetos conceituais. Em destaque, a cúpula da luminária da Figura 5A é composta de faixas intercaladas de cortiça e ágata. Já a luminária da Figura 5B possui cúpula dividida em duas partes, sendo que a superior é conformada em cortiça aglomerada e a inferior constituída por chapas trapezoidais de ágata. Ambas as chapas são fixadas por canaletas de aço inoxidável e tingidas, preferencialmente, de rosa ou vermelho. De acordo com a Tabela 3 esses tingimentos apresentam os melhores índices de eficiência para o escopo.

Figura 5 - Simulações gráficas da luminária: (A) faixas intercaladas de cortiça e ágata; e (B) cúpulas isoladas.

As luminárias possuem 25 cm de altura, com base com 10 x 10 cm. As cúpulas das luminárias da Figura 5A e B possuem 12 e 14 cm de comprimento, respectivamente. As bases das luminárias são touch, feitas com dimer com 3 estágios de iluminação. O material empregado na base e na haste das luminárias é aço inoxidável.

5. Considerações Finais

A união da seleção de materiais e o design de produto, bioinspirado na flor da corticeira-do-banhado (E. crista-galli L.), proporcionou a valorização de materiais naturais no desenvolvimento de produtos inovadores.

A relação entre os ensaios de translucidez e absorção térmica indicaram que as amostras com tingimento vermelho, rosa e verde apresentaram os mais altos valores do ín-dice de eficiência definido para o projeto. Ressalta-se também que o bandamento das chapas com esses tingimentos apresentou menores variações nas médias dos resultados.

Finalizando, o projeto conceitual utilizando materiais naturais, como cortiça e ágata promoveu a geração de alternativas de produtos desenvolvidos na região.

Agradecimentos: Os autores agradecem o suporte financeiro ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).

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METODOLOGIA PARA ANÁLISESUPERFICIAL POR MICROTOMOGRAFIA DE RAIOS-X

Thomas Felipe Zibetti - tzibetti@gmail.comCarlos Edmundo de Abreu e Lima Ipar - ipar@upf.br

RESUMO

Para se efetuar uma análise superficial, primeiramente foi escolhida uma amostra que atendesse resultados e discussões ao longo do experimento, esta amostra se deu através de uma pedra denominada ágata. A partir desta escolha, a amostra foi colocada em um aparelho de medição de superfícies tradicional, o rugosímetro digital, para que houvesse a obtenção dos resultados das rugosidades. Após a medição no aparelho tradicional, a amos-tra foi inserida em uma nova tecnologia, a Microtomografia de raio-X, um aparelho que é utilizado para realização de análises internas não destrutivas de materiais, porém, para essa metodologia, foi implementado para a análise superficial, e que juntamente com uma linguagem computacional, retirou o perfil da superfície da amostra a ser testada. Com a retirada do perfil da amostra testada, se iniciou um tratamento no software de cálculos para que se pudesse obter o valor das rugosidades. Contudo, já com os valores das rugosidades da amostra medida em um rugosímetro digital e através dos resultados encontrados no método de microtomografia de raio-X, a comparação dos métodos pode ser efetuada, e os resultados obtidos são regulares no que tange a rugosidade superficial de materiais.

Palavras chave: rugosidade, microtomografia de raios-X, linguagem computacional.

1 INTRODUÇÃO

Tendo em vista que os processos tradicionais utilizados para medição superficial como rugosímetro, tomografia, digitalização 3D são eficazes, procurou-se desenvolver um método que pudesse se equivaler a estes. A inovação utilizada está presente através da Mi-crotomografia, um aparelho Shimadzu SMX-90CT, que fornece imagens dos materiais analisados através de raios-X, podendo assim transformar imagens bidimensionais em uma malha de pontos 3D, obtendo os detalhes relevantes das superfícies em análise com uma resolução aceitável para tal aplicação e também implementando o uso de uma linguagem computacional no desenvolvimento desses parâmetros.

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Neste capítulo apresenta-se a fundamentação teórica sobre o tema em destaque, como por exemplo, os fundamentos de avaliação de integridade de superfícies, para que haja um melhor entendimento sobre a rugosidade.

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2.1 Rugosidade superficial

As superfícies consideradas reais, por mais perfeitas que possam parecer, apresen-tam heranças do método usado para sua obtenção, por exemplo: torneamento, fresamento, retífica, brunimento, lapidação, etc.. Segundo Silva (2006) as superfícies assim produzidas se apresentam como um conjunto de irregularidades, com espaçamento regular ou irregular e que tendem a formar um padrão ou textura característicos em sua extensão. De acordo com Gonzáles (1998) a rugosidade é formada por sulcos ou marcas deixadas pelo agente que atacou a superfície no processo de usinagem e se encontra superposta a um perfil de on-dulação provocado por deficiência nos movimentos da máquina, deformação no tratamen-to térmico, tensões residuais de forjamento ou fundição, etc. De acordo com Silva (2002) e González (1998), a rugosidade pode ser dividida em superfície geométrica, real e efetiva.

2.2 Filtragem e separação das ondulações e rugosidades

Para ser realizada a medição da rugosidade, a mesma deve ser separada da ondu-lação e dos desvios macro geométricos, esta separação é feita através da filtragem, sendo que o filtro de rugosidade difere o perfil de rugosidade dos demais desvios de forma. O comprimento de onda do filtro se chama “cutt-off” e determina os dados que devem ser usados na análise superficial.

No decorrer do processo de medição da rugosidade, o rugosímetro apalpa a su-perfície a ser medida, sendo assim, podendo definir vários percursos e/ou comprimentos na medição, Figura 1.

Figura 1 - Parâmetros de percursos durante o processo de medição de rugosidade. Fonte: NBR ISO 4287 (2002).

O percurso inicial representado pelo (lv), é a extensão da primeira parte do pri-meiro trecho, projetado sobre a linha média e não é utilizado na avaliação da rugosidade, pois este trecho inicial tem a finalidade de permitir o amortecimento das oscilações mecâ-nicas e elétricas iniciais do sistema de medição e a centralização do perfil de rugosidade. Já o percurso de medição (lm), é a extensão do trecho útil do perfil de rugosidade utilizado diretamente na avaliação, projetado sobre a linha média. O percurso final denominado pelo (ln), é a extensão da última parte do trecho apalpado, também projetado sobre a linha média e não utilizado na avaliação devido este trecho final ter a finalidade de permitir o

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amortecimento das oscilações mecânicas e elétricas finais do sistema de medição. Contudo, o percurso de apalpamento (lt), é o percurso total apalpado pelo sistema de medição, sendo assim, é a soma dos percursos inicial e final, e o comprimento de amostragem definido pela expressão (le), é igual a um quinto do percurso de medição, sendo o mesmo tendo de ser o suficiente para avaliar a rugosidade, isto é, deve conter todos os elementos representativos de rugosidade.

2.2.1 Parâmetros da rugosidade - Ra - Desvio aritmético médio do perfil de rugosidade.

Segundo Silva (2006, pg. 61) o parâmetro Ra é definido sendo a média aritmética dos valores absolutos das ordenadas de afastamento, Z (x), dos pontos do perfil de rugosi-dade em relação à linha média como mostrado na Figura 2, dentro de um comprimento de amostragem (cutoff).

Figura 2 - Rugosidade média Ra. Fonte: NBR ISO 4287 (2002).

2.2.2 Parâmetros da rugosidade - Rz – Média aritmética das alturas máximas do perfil de rugosidade.

Segundo Silva (2006) o parâmetro Rz é definido como a soma da altura máxima dos picos do perfil (Zp) com a profundidade máxima dos vales do perfil (Zv), dentro de um comprimento de amostragem (cutoff). O valor Rz é entendido como sendo a média aritmé-tica dos cinco valores da rugosidade parcial Z, como pode ser visto na Figura 3.

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Figura 3 - Rugosidades médias Rz, Zi e rugosidade máxima Rmax. Fonte: NBR ISO 4287 (2002).

A rugosidade parcial Z é definida como a soma dos valores absolutos das ordena-das dos pontos de maiores afastamentos (acima e abaixo da linha média) existentes dentro de um comprimento de amostragem le, como visto anteriormente. Este valor representa a altura entre os pontos máximo e mínimo do perfil, dentro do comprimento de amostragem e é representado pela Equação (2).

2.2.3 Parâmetros da rugosidade – Rq - Desvio médio quadrático do perfil de rugosidade

O parâmetro Rq é compreendido como sendo a raiz quadrada da média dos qua-drados das ordenadas de afastamento, Z(x), dos pontos do perfil de rugosidade com relação à linha média definida, dentro do comprimento de amostragem (cutoff).

O cálculo do valor de Rq pode ser realizado utilizando a Equação (3).

Este parâmetro também é conhecido como rugosidade RMS (Root Mean Squa-re), por utilizar a média dos quadrados, que é mais sensível aos picos e vales do que o valor definido por Ra. Segundo Silva (2006) este valor de Rq é empregado em superfícies onde o acabamento mostra os riscos de usinagem bem orientados e principalmente em superfícies onde o parâmetro Ra tem resolução mais baixa.

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3 METODOLOGIA E DESENVOLVIMENTO

A metodologia aplicada neste artigo se dá através de estudos e métodos referentes a análise superficial de materiais, esta análise consiste basicamente na medição de um parâ-metro importante na indústria, a rugosidade.

Através de amostras adquiridas no Centro Tecnológico de Soledade, pode-se reali-zar medições no rugosímetro digital, instalado no Núcleo de Tecnologia Mecânica da UPF, assim analisando os valores da integridade superficial.

Posteriormente, se pode realizar o emprego da Microtomografia de Raio-X, equi-pamento que se encontra nos laboratórios do Centro Tecnológico, onde se obteve imagens tridimensionais referentes a amostra coletada e que posteriormente passou por tratamentos diversos com o auxílio de uma linguagem computacional, formando assim um passo a passo para medição da rugosidade através de tomografia de raio-x e com o auxílio do software de cálculo. Estes valores encontrados em ambos os métodos foram analisados e comparados, equivalendo os resultados.

3.1 Materiais analisados

Para dar início as tarefas, optou-se por recolher uma amostra que aten-desse as necessidades impostas na medição da superfície através do método tradicional dado pelo rugosímetro e também através do método da microtomografia de raio-X, com auxílio de uma linguagem computacional.

A amostra analisada, para que se pudesse dar início a metodologia, foi uma pedra denominada ágata, Figura 4, encontrada em grande escala no município de Soledade/RS, visto que a indústria da região é voltada para esse tipo de beneficiamento em pedras.

Figura 4 – Amostra pedra ágata. Fonte: Autor.

3.1.1 Obtenção da amostrasanalisada

A amostra de ágata escolhida para realização dos testes originou-se de um processo de fabricação não conven-cional, o corte a jato d’água com abrasivo, serviço oferecido pelo Centro Tecnológico de Soledade. Geralmente esse processo de fabricação é empregado em diversos ma-teriais, porém as pedras, principalmente a ágata, são mais frequentes usinadas. Ao re-cortar um objeto através desta usinagem, é notório a formação de estrias na superfície do material, devido a uma série de fatores, como, por exemplo, a velocidade do corte, a espessura do material, a quantidade de abrasivo liberada para o corte, etc.

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3.2 Análise e retirada de dados da amostra através dorugosímetro digital

O rugosímetro digital é um aparelho de medição empregado em diversos tipos de materiais a fim de se adquirir a avaliação superficial dos mesmos.

No caso da pedra ágata, a amostragem possuía características ideias para medição da rugosidade. A partir disso, a amostra de ágata foi analisada em uma área que possuía 6 mm de largura e 18 mm de comprimento, contendo em sua superfície características bas-tante particulares do processo de corte a jato d’água, conforme visto na Figura 5.

Figura 5 - Área da pedra ágata que foram realizados os testes. Fonte: Autor.

Após a conclusão dos testes no ru-gosímetro digital, foi possível se obter o resul-tado final das rugosidades na amostra, assim podendo organizar os valores das rugosidades para comparação com a metodologia desen-volvida através da microtomografia de raio-X, como poderá ser visto do capítulo referente aos resultados.

3.3 Análise e retirada de dados das amostras através da Microtomogra-fia de Raio-X

O equipamento de tomografia do Centro Tecnológico de Soledade é um Ins-peXio SMX-90CT, Figura 6, de uma empresa japonesa, a Shimadzu. Este equipamento é geralmente utilizado para analises não destru-tivas de materiais, ou seja, para que se possa analisar os materiais inter-namente sem quebra-los ou abri-los. Juntamente com o SMX-90CT, é utilizado um programa cujo nome é VGStudio, o qual realiza a montagem das imagens ob-tidas na micotomografia, possibilitando assim peças tridimensionais que são ana-lisadas superficialmente e in-ternamente.

Figura 6 - Microtomógrafo SMX-90CT do Centro Tecnológico de Soledade. Fonte: Autor.

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Para o estudo em si, o aparelho de tomografia não foi utilizado para uma análise interior dos materiais, mas sim para uma análise superficial dos mesmos, portanto foram testados diferentes parâmetros para a obtenção de uma imagem com resoluções adequadas para análise da pedra ágata e do tecido.

3.4 Implementação do software e retirada do perfil superficial através de Microtomografia de Raio-X

Para a tecnologia imposta no processo de análise superficial de materiais, a pro-gramação no software de cálculos começa a ser discutida pelo princípio da obtenção de um perfil de superfície da amostra, como acontece no caso do rugosímetro digital, aonde uma parte da superfície é analisada, e assim se obtém o perfil rugoso dessa parte.

Visto a necessidade de criação de um padrão para o método, se criou um passo a passo da metodologia desenvolvida, como mostra a Figura 7.

Figura 7 - Passo a passo para obtenção e preparação do perfil da superfície do material em análise. Fonte: Autor

Com a obtenção do perfil da superfície da ágata, para a realização dos cálculos da rugosidade superficial da amostra, segue-se o passo a passo visto a seguir através da Figura 9, para se obter o valor das rugosidades do material dentro da programação feita através do método da microtomografia.

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3.4.1 Cálculo da rugosidade

Para que esta tarefa do cálculo da rugosidade pudesse ser efetuada, uma série de etapas foi desenvolvida ao longo da programação no software de cálculos.

Assim, foram estudadas e criadas diversas técnicas e segmentos para que o feitio dos cálculos computacionais pudessem obter um padrão e assim serem utilizados em qual-quer outra linguagem de cálculos, conforme é mostrado na Figura 8 um passo a passo da rotina de cálculos desenvolvida na linguagem computacional.

Figura 8 - Passo a passo para o calculo da rugosidade através da programação computacional. Fonte: Autor

Com a obtenção do perfil da rugosidade através do gráfico gerado pela programa-ção, foi dado o próximo passo, que consiste em calcular o valor absoluto de todo o vetor de dados. Este valor absoluto do vetor se faz necessário devido ao fato que para o cálculo da ru-gosidade os dados analisados precisam estar nessa formatação para obtenção dos resultados.

3.4.2 Cálculo da rugosidade Ra, Rq e Rz através da linguagem com-putacional

Todos os valores das rugosidades encontradas na pedra ágata através do passo a passo feito pela linguagem computacional coincidiram de forma relevante com os valores obtidos através da medição realizada pelo rugosímetro digital. Portanto, assim se conclui que a programação dos cálculos, realiza as mesmas funções da programação do rugosímetro, sendo assim, o método para obtenção das rugosidades através da linguagem computacional é valido também para o cálculo da rugosidade através das imagens oriundas da microtomo-grafia de raio-X, visto que, para obtenção dos valores de rugosidade, é necessário somente os dados obtidos através de um perfil superficial e também salientando que os valores das rugo-sidades encontradas foram considerados praticamente os mesmos em ambos os testes.3.5

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Cálculo das rugosidades do perfil oriundo da Microtomografia de Raio-X

Após a conclusão, de que a programação de cálculo da rugosídade estava desem-penhando o mesmo papel do método do rugosímetro digital, foi então possível inserir os dados do perfil da superfície oriundo da Microtomografia de Raio-X.

Com a inserção dos dados na programação de cálculos, foi possível notar algumas variações nos valores obtidos em ambos os métodos. No caso do método analisado atra-vés de um equipamento tradicional, as unidades foram sempre dadas em micrometros, e alguns erros foram evitados sem muitos esforços na preparação das medições, por ser um instrumento já bastante utilizado e também estudado as variações são limitadas, mas apesar disso algumas incertezas ainda podem influenciar nos resultados finais do processo, pode ser observado que até mesmo no caso do rugosímetro digital pode haver modificações na obtenção dos valores da rugosidade.

Para o método desenvolvido em microtomografia, as unidades geradas também são fornecidas em micrometros, e esses erros também existem e ainda não tem como se-rem evitados, mas sim minimizados. No caso do estudo desenvolvido, diversas variáveis são encontradas, como por exemplo, a incerteza na questão das resoluções das imagens, a precisão do equipamento, a calibragem ideal do aparelho, o desgaste com o tempo no raio-X, a dificuldade ainda de encontrar os pontos utilizados nas medições tradicionais para comparação de valores, portanto variáveis assim ainda devem ser levadas em contas na amostragem estudada.

Portanto os valores, quando comparados, da rugosidade encontrados através dessa metodologia não são exatamente iguais aos encontrados no rugosímetro digital, devido a uma série de variáveis que podem apresentar incertezas em ambas as técnicas, em ambas as ferramentas e equipamentos, porém é notório que tanto o método tradicional como o método desenvolvido obtêm valores dentro das expectativas iniciais, atendendo assim o objetivo final do estudo.

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

No desenvolvimento da metodologia através da implementação da microtomo-grafia e de um novo tratamento de dados elaborados através de um script na linguagem computacional, fez-se necessário antes de tudo, obter o perfil da superfície através das ima-gens realizadas por tomografia de raio-X.

Ao elaborar o passo a passo para a obtenção do perfil através da microtomografia, como pode ser lembrado através da Figura 7, foi possível se obter uma série de gráficos oriundos do tratamento realizado através da linguagem computacional, para que o perfil da superfície do material analisado pudesse estar de acordo com as normas e também padrões utilizados como base no rugosímetro digital.

No prosseguimento do tratamento para obtenção do perfil da superfície da ágata, nos padrões e normas exigidos, pode-se dar ênfase a uma parte importante que tange a questão das medições de rugosidade, que é a filtragem da superfície.

Através de cálculos específicos e funções disponíveis na programação computacio-nal, chegou-se a uma maneira de se obter a filtragem do perfil, eliminando assim as ondu-lações obtidas na superfície do material, portanto, restando apenas os pontos que realmente

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importam no cálculo das equações de rugosidade, conforme visto na Figura 9, dando assim a possibilidade de obtenção de valores coerentes com as análises realizadas através de ima-gens de microtomografia.

Figura 9 - Perfil filtrado analisado através de microtomografia. Fonte: Autor

Com a obtenção do perfil da superfície da amostra através do método de micro-tomografia, foi possível passar o mesmo para o passo a passo do cálculo da rugosidade, porém com algumas modificações na linguagem computacional devido a automatização de cálculos na obtenção do perfil.

A amostra da pedra ágata, que foi medida através do método tradicional, para que posteriormente houvesse a validação dos resultados obtidos com a programação em MatLAB, teve três análises de rugosidade em pontos diferentes da sua superfície, porém foi optado por um desses pontos para que se pudesse validar o passo a passo feito na linguagem computacional com os dados retirados do rugosímetro, portanto os valores da rugosidade encontrados podem serem vistos através da Tabela 1.

Tabela 1 - Valores da rugosidade obtidos pelo rugosímetro digital da amostra ágata. Fonte: Autor

Ao dar prosseguimento ao passo a passo do cálculo da rugosidade através da lin-guagem computacional, elaborando assim os tratamentos adequados dos dados extraídos da pedra ágata, inserindo as equações para o cálculo da rugosidade, ao rodar o programa MatLAB, pode-se chegar aos seguintes resultados conforme mostra a Figura 10.

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Figura 10 - Resultado das rugosidades obtidos rodando a programação em MatLAB com os dados do rugosímetro. Fonte: Autor

Os valores obtidos na programação foram os mesmos valores encontrados através da medição em rugosímetro digital, conforme pode ser analisado através da Tabela 1, com-provando assim que os cálculos desenvolvidos ao longo do script na linguagem computa-cional estão corretos, assim podendo se aplicar a este os dados oriundos do perfil retirado através da microtomografia de raio-X.

Tabela 2 - Alguns inconvenientes gerados pelos processos de medição de rugosidade.

Após se verificar a comparação dos resultados, pode-se dizer que a metodologia desenvolvida é coerente na obtenção dos resultados. Através de ajustes e automatizações o método pode ainda ser melhorado e atingir resultados mais precisos, porém como ainda é algo recente os erros ainda não são totalmente minimizados e ocorrem variações nas com-parações de valores através de um método tradicional e o método de medição da rugosidade por microtomografia de raio-X. É importante frisar que após a obtenção dos resultados de rugosidade ainda se continuam realizando testes com amostras diferentes a termos de acertar ainda uma melhor maneira de desempenhar essa avaliação de integridade superficial.

5 CONCLUSÕES

Após os experimentos realizados pode-se concluir que o desenvolvimento da me-todologia para medição de rugosidade possui uma lógica e uma coerência significativa para com os resultados obtidos nos diversos testes realizados.

Primeiramente, para validação dos valores encontrados se fez necessário a análise em um rugosímetro digital com a amostra da pedra ágata, a fim de obter os dados e os resultados necessários em uma futura comparação. Com o feitio desta tarefa, foi então im-plementado uma programação em linguagem computacional através do uso do MatLAB,

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construindo assim um passo a passo, para que os valores das rugosidades medidas no rugo-símetro fossem encontradas através de diversas programações de cálculos e funções introdu-zidos no programa, e assim se chegando aos mesmos resultados obtidos no equipamento de medição tradicional, validando assim o método de medição com a linguagem computacio-nal, fazendo com que a medição através desta linguagem equivalesse a medição e programa-ção usada no rugosímetro digital.

Com o andar do trabalho, foi então implementada uma nova tecnologia para o desenvolvimento do método, a microtomografia. Assim, diversos ensaios no tomógrafo de raio-X foram feitos no decorrer do estudo, para que houvesse a observação de algumas limitações que o equipamento possuía.

Após a realização da tomografia, a imagem tridimensional foi criada e assim pode--se extrair um arquivo STL da mesma, ao qual posteriormente foi tratado em um programa de construção de imagens denominado 3DRasheper, para que houvesse a retirada do perfil superficial da ágata através de uma malha de pontos.

Com a retirada desta superfície através da malha de pontos, os dados foram im-plementados em uma programação realizada através do MatLAB, ao qual pode-se realizar o tratamento adequado para a obtenção do perfil da superfície, ou seja, em segundo plano teve-se que se realizar um passo a passo para obtenção do perfil da superfície em uma lin-guagem computacional, que nos proporciona a opção de escolher manualmente qual parte do perfil queremos tratar e então obter os valores das rugosidades.

Posteriormente ao tratamento inicial necessário para os dados vindo da microto-mografia, começou a ser imposto na linguagem computacional os cálculos para obtenção das rugosidades do material, portanto foi implementado a este método o passo a passo para o cálculo da rugosidade obtido anteriormente com a validação do mesmo através de dados do rugosímetro digital, chegando assim em valores sensatos e também com uma precisão considerável das rugosidades Ra, Rq e Rz.

Com o desenvolvimento desta metodologia, pode-se concluir que há a possibi-lidade de medir a rugosidade através de microtomografia de raio-X juntamente com um programa de cálculos computacional, facilitando a obtenção de resultados e assim poden-do-se obter o mesmo princípio utilizado na medição através de métodos tradicionais, como o caso do rugosímetro digital. Através de ajustes na programação o método vai se tornando cada vez mais automatizado e prático, sendo então um diferencial no que se diz respeito a avaliação de integridade superficial.

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OTIMIZAÇÃO DE SISTEMAS DE TINGIMENTO DEGEMAS - ESTUDOS DESENVOLVIDOS POR EMPRESAS DO APL PEDRAS, GEMAS E JOIAS/UFRGS

CRISTIANE ERICKSSON1, IRINEU ANTONIO SCHADACH DE BRUM2 1 Química, Mestranda em Engenharia de Minas/PPGEM, Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFGRS. cristianeericksson@gmail.com2 Engenheiro de Minas, Prof. Dr. Metalurgia Extrativa Laboratório de Processamento Mineral – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS. irineu.brum@ufrgs.br

Resumo

A região de Soledade apresenta seu destaque no estado do Rio Grande do Sul, por desenvolver processos de beneficiamento mineral, assim como demais município ao entorno. O Estado, também participa com papel relevante no cenário nacional, além do internacional, como um dos grande produtores de gemas beneficiadas, entre elas a ágata no estado natural ou tingida. Entretanto, apesar do imenso potencial da atividade mineira, o setor ainda necessita de melhor infraestrutura para bom desenvolvimento e valorização das atividades. Dentre os problemas do setor, verifica-se a falta de controle sobre a energia envolvida na transformação mineral, carência de tecnologias aplicadas ao setor, falta de pa-dronização e otimização de processos de tingimento que, por falta de tecnologia, infraestru-turas, controle de energia, são, em sua maioria, negociadas em um valor abaixo do mercado, resultando em prejuízo para as comunidades produtoras e o sistema econômico local. Nesse cenário, faz-se relevante a estruturação de sistemas técnicos e operacionalmente viáveis para o setor, tanto economicamente quanto ambientalmente, objetivando a melhoria do valor agregado às ágatas beneficiadas. A implementação de sistemas de tingimento de ágata por uso de reagentes químicos, como os usados na região de estudo, passa por avaliação de processos termoquímicos, bem como a análise da quantificação dos reagentes usados, a eficiência do tingimento aplicado às diferentes tipologias de ágatas. Além da elaboração de procedimentos padronizados, viabilizando a replicação e otimização dos processos, junta-mente com análises de parâmetros colorimétricos e espectrofotométricos. Confrontando pe-quenas alterações no processo produtivo, verifica-se uma redução significativa de custo agrega-do ao produto final, além da redução da energia envolvida no processo e, consequentemente, uma redução ao impacto ambiental gerado pelos empreendimentos do setor mineral local. Contudo, tornou-se possível a comparação entre a quantidade de radiação eletromagnética transmitida e/ou absorvida pelas amostras minerais, com informações acerca dos de seus res-pectivos comprimentos de ondas medidos antes e após o processo de tingimento das ágatas padronizados e otimizados a partir do estudo de caso no APL local de Pedras, Gemas e Joias. Palavras-chave: gemas, beneficiamento; tingimento; ágata.

1 INTRODUÇÃO

O estado do Rio Grande do Sul possui papel de relevância no setor mineral, com-petindo com o mercado nacional e internacional, além de destacar-se como grande produ-tor de gemas como ametista, citrino, ágata entre outras. Entretanto, apesar do potencial da

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atividade de mineração, o setor ainda necessita de melhor infraestrutura para bom desen-volvimento e valorização das atividades. Dentre essas, pode-se listar a formalização dos empreen-dimentos junto aos órgão competentes, como também a observância ao licenciamento ambiental e aos processos operacionais padrão para o beneficiamento mineral.

Nesse cenário, faz-se relevante a estruturação de sistemas técnicos e operacionalmente viáveis para o setor, tanto economicamente quanto ambientalmente, objetivando a melhoria do valor agregado às gemas lavradas e beneficiadas ao longo da cadeia produtiva mineral, em confor-midade com a legislação vigente.

Segundo CETEM (2010), o valor agregado e o preço de mercado de um determinado bem mineral, importante para a definição de uma jazida e o tipo de beneficiamento, está condi-cionado a um elevado número de variáveis. Entre estas, pode ser salientadas a frequência em que ocorrem esses minerais na crosta terrestre, a complexidade na lavra e beneficiamento, a distância da mina ao mercado consumidor etc. Vale ressaltar o aspecto circunstancial, pois em dependência da conjuntura político-econômica um depósito pode passar a ser uma jazida ou vice-versa. Neste contexto, desenvolveu-se a análise de métodos e processos de tingimento pesquisados no APL de Pedras, Gemas e Joias, onde identificaram-se diferentes procedimentos de tingimento empregado nas gemas, sem controle de técnicas e processos operacionais.

Assim, verificou-se diversos tipos de tonalidades para as gemas, a partir de reagentes inorgânicos e orgânicos, sendo que estas podem ser tingidas nestas diversas cores, conforme a demanda e necessidade local. Desta forma, evidencia-se a relevância de estudos no que diz respeito ao mecanismo em que se processam todas as etapas envolvidas nos procedimentos e métodos de tingimento de ágatas.

Neste sentido, buscou-se a padronização dos processos e métodos de tingimento, por meios quantitativos e qualitativos, visando à minimização do impacto ambiental gerado pelo beneficiamento do mineral e a produção de efluente. Assim como, a quantificação dos reagentes participantes do processo tendo em vista suas características físico-químicas. E, ainda, levando em consideração a composição natural que cada mineral possui, comprovando a influência direta-mente ou indireta da solução tingidora aplicado às ágatas.

Para tanto, a amostragem fora classificada conforme tipologias atribuídas às suas carac-terísticas predominantes, buscando-se análises espectrofotométricas antes e depois do tingimento e, ainda, após o polimento de cada peça. Contudo, após a análise de dados e interpretação destes, preconiza-se a qualidade do tingimento, além da minimização de custos no processo visando a sustentabilidade do empreendimento.

A prática desenvolvida objetivou-se primeiramente na classificação das gemas confor-me a tipologia aderida pelo segmento mineral local do APL, seguindo com pesquisa in situ com identificação dos processos de tingimento, sendo estes replicados, padronizados e otimizados no Laboratório LAPROM da UFGRS e Centro Tecnológico de Pedras, Gemas e Joias do Rio Gran-de do Sul, com o intuito de reduzir o custo do processo operacional, reduzir a energia envolvida no sistema, medir comprimento de onda das amostras analisadas e confrontar com o fluxo de mercado do setor mineral local, visando normas técnicas e sustentáveis para o empreendedor.

2 MÉTODOS

Para levantamento de dados referentes aos processos operacionais que envolvem o beneficiamento, incluindo o tingimento, de gemas na região de Soledade/RS, foi realizado

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pesquisa e acompanhamento in situ dos sistemas de tingimento usualmente empregados em empresas e microempresas do Município. Os dados levantados referentes aos processos de tingimento em gemas, buscou definição sobre controle de energia gasto no beneficiamento mineral, quantificação dos reagentes químicos empregados, padronização e otimização dos processos operacionais de tingimento, tecnologias desenvolvidas e aplicadas ao setor mine-ral local, eficiência de tingimento aplicado às diferentes tipologias de gemas, entre outros.

Após levantamento de dados e acompanhamento dos processos de tingimento desenvolvidos pelos empreendimentos locais, os mesmos foram confrontados, verificando a viabilidade econômica de cada um, assim como a identificação de cada reagente químico empregado e suas respectivas características físico-químicas. A partir deste momento, alguns reagentes foram substituídos, visando suas características químicas e as quantidades foram ajustadas conforme seus coeficientes de solubilidade, além de adaptação do sistema de gera-ção de efluente líquidos e reciclo deste dentro do processo produtivo.

Assim, desenvolveu-se 36 (trinta e seis) Procedimentos Operacionais Padrão (POP) referente a cada uma das tonalidades usualmente aplicadas para o tingimento de gemas na região de estudo.

A amostragem foi realizada a partir de uma classificação prévia de ágatas, segundo nomenclaturas usuais empregadas pelo segmento mineral de pequenos pedristas da região de Soledade e seu entorno. As amostras de gemas foram classificadas em quatro tipologias distintas, denominadas como ágata “vidrada”, ágata de “massa boa”, ágata “com sal” e ágata “bandada”. Sendo o critério base para tal classificação a predominância da característica principal, podendo estar seguida ou não pelas secundárias, em uma mesma amostra de ágata.

As amostras foram selecionadas de forma a não ser considerada a origem destas pela lavra, sendo utilizadas na pesquisa ágatas de diversas lavras e de regiões distintas do estado do Rio Grande do Sul. Posteriormente, os geodos de ágatas foram laminados em serra policorte para fornecer amostras no formato de chapas com espessura entre 3 a 5 milímetros.

Após o processo de corte, as amostras foram submetidas ao processo de lavagem onde são imersas em solução aquosa de detergente e devidamente higienizadas, visando a remoção do óleo residual da serra policorte.

A lavagem das amostras foi padroniza-da de modo a obter-se a menor quantidade gera-da de efluentes, além de usar sistema de reciclo desta água de lavagem até a saturação da mes-ma. Ainda, cada amostra recebeu uma numeração, sendo esta em gravação a laser, para identificação

Figura 01. Amostras de lâminas de ágata, da categoria “bandada”, as quais foram submetidas ao processo de beneficiamento. Numeração de 81 a 90.

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destas durante os pro-cessos de tingimento nas diversas tonalida-des realizadas durante a pesquisa. A seguir, tem-se a ilustração de algumas amostras as quais foram usadas nos processos de tingimen-to replicado em labora-tório.

Após o perí-odo de classificação e preparo da amostra-gem, procedeu com o tingimento das mes-mas. Foram desenvolvi-dos diferentes processos de tingimento tendo em vista a composição química dos reagentes usados para cada to-nalidade desejada. As-sim, foram elaborados procedimentos opera-cionais que visam a re-dução dos desperdícios verificados nos empre-endimentos locais por não usarem processos padronizados. Também desenvolveu-se a oti-mização dos referidos processos com a utili-zação de reagentes mais adequados e a quanti-ficação destes a partir de suas características físico-químicas.

Figura 02. Amostras de lâminas de ágata, da categoria “bandada”, as quais foram submetidas ao processo de beneficiamento. Numeração de 91 a 100.

Figura 03. Amostras de lâminas de ágata, da categoria “bandada”, as quais foram submetidas ao processo de beneficiamento. Numeração de 101 a 110.

Figura 04. Amostras de lâminas de ágata, da categoria

“bandada”, as quais foram submetidas ao processo de

beneficiamento. Numeração de 101 a 120.

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Neste sentido, as amostras foram submetidas aos processos de tingimento em reagentes orgânicos nas tonalidade verde, rosa e roxo, além de reagentes inorgânicos nas tonalidade verde, azul, vermelho e preto. As Figuras 05 a 08, a seguir, ilustram algumas das amostras replicadas em laboratório que receberam o tingimento a partir de reagentes inorgânicos, por processos operacionais padrão e otimização destes.

Ressalta-se que todas as amostras foram submetidas aos processos de tingimento sem uso de aquecimento durante a imersão na solução tingidora. Em casos específicos, du-rante o preparo de algum dos reagentes, usou-se o aquecimento para otimizar o processo de dissolução, embora o gasto de energia aplicado ao beneficiamento mineral seja considerado desprezível. No entanto, as amostras permaneceram em imersão na solução tingidora por um período maior que o estipulado quando se faz uso de aquecimento durante o tingi-mento das gemas. A imersão da amostragem nas diferentes tonalidades desenvolvidas em laboratório foi por um período de 168 h de repouso para os reagentes inorgânicos, sendo que para os reagentes orgânicos variou de 168 a até 240 horas de repouso.

Transcorridos o período supramencionado, retirou-se as amostras de gemas do in-terior da solução tingidora. Transferiu-se a solução tingidora para vidro âmbar, previamente identificado e rotulado. Lavou-se as amostras de gemas em quantidade mínima e suficiente de água ou álcool, dependendo do POP usado. Após, separou-se o sistema, armazenando o efluente gerado no processo, visando o reciclo do mesmo. Secou-se as amostras de ágatas com uso de papel toalha.

Para determinadas soluções tingidoras, dispõem-se as gemas em camadas interca-ladas de areia, em uma forma metálica. Colocando-as em forno mufla para aquecimento, a 240 °C, por um período de tempo de 10 horas. Transcorrido o intervalo de aquecimento, aguarda-se o resfriamento do sistema, para posterior separação do mesmo.

Figura 5. Amostras de lâminas de ágata, da categoria “bandada”, posterior ao processo de beneficiamento, comtemplando o tingimento em solução preta, na numeração de 81 a 85, e tingimento em solução azul, na numeração de 86 a 90.

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Figura 6. Amostras de lâminas de ágata, da categoria “bandada”, posterior ao processo de beneficiamento, comtem-plando o tingimento em solução vermelha, na numeração de 91 a 96, e tingimento em solução verde, na numeração de 96 a 100.

Figura 7. Amostras de lâminas de ágata, da categoria “bandada”, posterior ao processo de beneficiamento, comtem-plando o tingimento em solução verde, na numeração de 101 a 105, e tingimento em solução vermelha, na numeração de 106 a 110.

Figura 8. Amostras de lâminas de ágata, da categoria “bandada”, posterior ao processo de beneficiamento, comtem-plando o tingimento em solução preta, na numeração de 111 a 115, e tingimento em solução azul, na numeração de 117 a 120.

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As amostras de ágatas também foram submetidas ao processo de polimento após o tingimento, com equipamento apropriado. Lavou-se as amostras em quantidade mínima e suficiente de água. Após, separou-se o sistema, armazenando, novamente, o efluente gerado no processo.

A amostragem selecionada foi submetida, ainda, à analises por espectrofotome-tria em três momentos: antes do tingimento, entre o tingimento e o polimento e após o polimento. As leituras se executam com o auxílio do espectrofotômetro MINOLTA CM – 2600d, com esfera de integração associada a um filtro ultravioleta. Usou-se como ilumi-nante o D65, o qual representa a repartição espectral da luz do dia. Executa-se a calibração do aparelho no início do trabalho, a partir do POP desenvolvida para a amostragem em questão. Foram arbitrados cinco pontos por face, neste caso, dez por peça. Para a demar-cação dos pontos, segue-se padronização de posicionamento, sendo um ponto próximo de cada gravação a laser, um ponto na posição central da face, em peças sem concavidade, e um par de pontos nas bordas ao lado do ponto central.

3. RESULTADOS E DISCUSSÕES

No levantamento de dados pesquisados nas empresas colaboradoras locais, po-de-se verificar diferentes técnicas de beneficiamento mineral, em específico ao processo de tingimento de gemas nas tonalidades obtidas tanto com reagentes químicos orgânicos quanto aos inorgânicos. Nestes locais, não se levam em consideração as características físico--químicas dos reagentes, tampouco a quantidade e qualidade destes produtos. Verificou-se que as empresas locais não mantém controle de energia gasta para o beneficiamento mine-ral, nem dos processos de tingimentos. Não existe um controle de qualidade do produto beneficiado, tornando o mercado desse segmento mineral sem competitividade agregada à qualidade do produto, tangenciando uma linha muito tênue, quase atingindo a informali-dade do processo.

As empresas pesquisadas não mantém um controle do processo operacional, acar-retando em desperdícios tanto de matéria prima quanto de energia aplicada ao processo produtivo de beneficiamento de gemas. Neste sentido, pode-se prever inúmeras perdas e gastos desnecessários agregados ao processo produtivo desenvolvido de forma rudimentar, sem desenvolvimentos de tecnologias ou comprovação de eficiência do próprio sistema de tingimento.

Considerando o desenvolvimento da pesquisa desde o ano de 2011, junto ao setor mineral local, a prática aplicada resultou na padronização de métodos de tingimento em sete tonalidades diferentes para gemas, reduzindo quantidades de reagentes químicos base-ados nos seus coeficientes de solubilidade e características físico-químicas.

O sistema foi otimizado, reduzindo a quantidade de água no processo de lavagem e realizando o tingimento “a frio”, ou seja, sem aquecimento na impregnação da solução tingidora. Sendo assim, reduziu-se a quantidade de efluente gerado e energia aplicada ao método, além de estar em consonância com práticas ambientais e sustentabilidade. A seguir, na Tabela 01, tem-se alguns dados coletados em empresas locais, relacionado alguns gastos que foram possíveis quantificar.

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Compulsando a tabela acima, pode-se verificar que, quando o processo de tingi-mento é realizado sem uso de aquecimento, elimina-se, no mínimo, o gasto agregado ao valor comercial do produto final, referente à matéria de origem florestal, neste caso, a lenha. Ou seja, ao final de um mês se tem uma redução de 22 a 33 m3 de material lenhoso, além dos gastos inerentes à legalização do produto de origem florestal, áreas de armazenamento, geração de resíduos e emissões, aquecimento do ambiente de trabalho, maior incidência de gases voláteis, materiais particulados e disseminação destes pelo ambiente.

Tendo-se por base a medida e comparação da quantidade de luz (radiação ele-tromagnética) absorvida e/ou transmitida pelas amostras trabalhadas durante a pesquisa, obtém-se alguns gráficos no que diz respeito à reflectância pelo comprimento de onda da fonte de luz. Sendo que a faixa de comprimentos de onda da radiação utilizada está entre 400 nm e 750 nm, ou seja, no espectro de luz visível.

Aqui, em específico, são ilustrados gráficos obtidos para os comprimentos de onda medidos na tonalidade verde. Pela interpretação das figuras correspondentes à amostragem de ágatas antes e depois do tingimento e, após o polimento;

Figura 9. Ilustração do gráfico representando o índice de cor refletida, sendo os índices a* e b* e a evolução e espectro-gráficas desta escala.

Analisando as amostras em questão e avaliando o espectro de reflectância, pôde–se obter os parâmetros colorimétricos L*, a* e b* determinados pela CIE (Comission Interna-tional de l’Eclairage). Segundo Silva et al. (2007), esses parâmetros representam os eixos de um diagrama tridimensional, onde os valores de a* indicam cores vermelhas e verdes; os va-lores de b* demonstram cores amarelas azuis; e L* é uma medida da escala de cinza em uma faixa de medida que varia de 0 a 100. A cor é definida pela combinação destas três escalas.

A Figura 9, representa a análise do índice de cor refletida, focando-se nas amostras da submetidas no tingimento em verde. Inicialmente, identificou-se como notória a mu-dança significativa de cor após o tingimento (indo do azul e vermelho esmaecidos aos verde mais intensos), assim como a intensificação desta mudança após o polimento, visto que a

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escala L* pondera o quão clara ou escura encontram-se as amostras analisadas, conforme visualiza-se na Figura 10, a seguir.

Figura 10. Ilustração do gráfico representando a luz refletida (L*) nas diferentes etapas do beneficiamento da ágata, para o tingimento em verde.

4 CONCLUSÕES

Ao constatar a realidade que o setor mineral encontra-se na região de Soledade/RS, é notória a necessidade de desenvolvimento de novas tecnologias aplicadas ao proces-samento mineral. Assim como, também, a implantação de técnicas e processos de padro-nização dos sistemas de tingimento. Nesta linha, o mercado e economia mineral se apro-ximariam um pouco mais no que diz respeito as diretrizes, normas e legislações vigentes, inclusive às ambientais.

Tendo em vista a padronização, a partir de procedimentos operacionais, para o preparo das soluções tingidoras, obteve-se resultado satisfatório no quesito tingimento, considerando que todo o processo fora realizado sem o uso de aquecimento, bem como a redução do efluente gerado, o qual deve ser adaptado a realidade local do empreendedor. Neste contexto, insere-se o processo como consoante à minimização do impacto ambiental acarretado pelo beneficiamento do mineral, assim como de seus efluentes gerados.

Com base nas leituras espectrofotométricas, observa-se eficiência no processo de tingimento em verde, assim como para as demais colorações, tornando o processo viável, uma vez que não ocorreu distinção visual entre as ágatas tingidas em laboratório e as tingi-das por processos rudimentares desenvolvidos na região.

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5. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao CNPq, Centro Tecnológico de Pedras, Gemas e Joias do Rio Grande do Sul, ao Laboratório de Processamento Mineral (UFRGS), pelo apoio.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AGOSTINI, I.M; FIORENTINI, J. A. (Cap. 6, p.103-132). Tecnologia de bene-ficiamento. In: Ágata do Rio Grande do Sul. Brasília: DNPM, 1998.

BRUM, Irineu Antônio Schadach; SIL-VA, Rodrigo Almeida (Cap. 15, p.205). Sistemas de tingimento de gemas. In: Tecnologias para o setor de Gemas, Joias e Mineração. Centro Tecnológico de Pe-dras, Gemas e Joias do Rio Grande do Sul. IV. Universidade Federal do Rio Grande do Sul: Instituto de Geociências. Porto Alegre: IGEO/UFRGS. 2010.

Centro de Tecnologia Mineral (CETEM), Ministério da Ciência e Tecnologia. Trata-mento de Minérios. 5ª Edição. Ed. Adão Benvindo da Luz, João Alves Sampaio e Silvia Cristina Alves França. Rio de Janei-ro: CETEM/MCT, 2010.

TUBINO, Luiz Carlos B. Tratamento in-dustrial da ágata em bruto no Estado do Rio grande do Sul. Dissertação para ob-tenção do título de Mestre em Engenharia UFRGS, Porto Alegre, 1998.

SILVA, Rodrigo de Almeida; PETTER, Carlos Otávio; SCHNEIDER, Ivo An-dré. Avaliação da perda da coloração artificial de ágatas. Revista da Esco-la de Minas, v. 60, p. 477-482, 2007. <http://dx.doi.org/10.1590/S0370-44672007000300007>

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REUSO DE EFLUENTE ORIUNDO DOTINGIMENTO DE ÁGATA NO CULTIVOHETEROTRÓFICO DE CIANOBACTÉRIAS

Erika Cristina Francisco 1, Juliana Visensi 1, Fernanda S. Vilasbôas 2 e Maciel Donato 3

1 Universidade de Passo Fundo, Faculdade de Engenharia e Arquitetura, Engenharia Ambiental. E-mail: erikacrisfran@gmail.com2 Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Departamento de Engenharia de Minas Metalúrgica e Mate-riais. E-mail: fernandavilasboas@gmail.com3 Universidade de Passo Fundo, Faculdade de Engenharia e Arquitetura, Engenharia Civil. E-mail: macieldo-nato@gmail.com

RESUMO

O objetivo do trabalho foi verificar a viabilidade do reuso do efluente oriundo do processo de tingimento de gemas como substrato para o cultivo heterotróficoda cia-nobactéria Phormidium autumnale para a obtenção de biomassa. Os experimentos foram desenvolvidos em biorreator de coluna de bolhas utilizando frascos ambar, sendo volume nominal de trabalho de 500mL. As condições experimentais foram: concentração inicial do inoculo de 100mg/L, aeração constante de 4L/min, pH de 7,8 e ausência de lumino-sidade. Empregou-se diferentes concentrações (20, 40, 60, 80 e 100%) dos três efluentes selecionados oriundos do processo de tingimento de gemas. O preparo se deu a partir da diluição dos efluentes em água residuária oriunda da ETE da Universidade de Passo Fundo. Os resultados obtidos demonstraram uma eficiência na conversão do carbono orgânico (DQO) na ordem de 58,28% em cultivos empregando o efluente sem diluição. A melhor conversão do substrato em células, 1,47mgcélulas/mgDQO foi obtida para a diluição de 20%. Os resultados demonstram a viabilidade do emprego de cianobactérias na redução da carga orgânica de efluentes oriundos do processo de tingimento de ágatas acoplado à produção de biomassa.

1. INTRODUÇÃO

Segundo Faria (2002) a mineração é um dos setores básicos da economia do país, contribuindo de forma decisiva para o bem estar e melhoria da qualidade de vida das pre-sentes e futuras gerações, sendo fundamental para o desenvolvimento de uma sociedade equânime, desde que seja operada com responsabilidade social, estando sempre presentes os preceitos do desenvolvimento sustentável.

O Rio Grande do Sul é conhecido nacional e internacionalmente pela sua riqueza em pedras preciosas como ágatas e ametistas. Estes minerais são exportados praticamente como um todo para diversos países do mundo, contribuindo assim significativamente no mercado de pedras preciosas do Brasil. No estado, Soledade destaca-se como centro de in-dustrialização, comercialização e beneficiamento de pedras preciosas sendo, o setor respon-sável por boa parte do PIB do município; onde 71% de suas empresas dependentes quase que na sua totalidade da exportação (Faria, 2002; Thomé et al., 2010).

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Apesar de seus pontos positivos no desenvolvimento da região e do estado, bem como a geração de empregos e renda para os municípios, além da difusão de estudos e novas pesquisas na área de mineração; tais municípios sofrem uma serie de degradações ambien-tais que requerem tecnologias de remediação e tratamento cada vez mais avançadas.

Um dos principais problemas oriundos do processo de beneficiamento de pedras, e que provoca uma série de efeitos indesejados, são as etapas de tingimento e corte. Espe-cificamente nestas etapas, são utilizados grandes volumes de água, tendo como consequên-cia principal, a geração de efluentes altamente contaminados. Estudos apontam que estes efluentes podendo ter em sua composição, contaminantes como metais pesados, resquícios de óleo e reagentes químicos diversos, tornando seu tratamento e/ou destinação final de alta complexidade. Sendo que, a falta de tratamento adequado dos efluentes e resíduos gerados pode acarretar a poluição dos recursos hídricos, do ar, sonora, e acarretar na geração de áreas altamente degradadas.

Os processos biológicos aplicados para o controle ambiental encontram-se em diversos estágios de desenvolvimento. Os tratamentos biológicos, atualmente empregados no contexto de biorrefinaria, utilizam diferentes espécies de micro-organismos, como mi-croalgas e cianobactérias, que possuem a capacidade de metabolizar uma grande variedade de substâncias, na produção de bioprodutos empregando efluentes e/ou resíduos como substratos em diferentes modos de cultivo.

O termo “microalgas” é utilizado para denominar um amplo grupo de micro-or-ganismos. Entre as denominadas microalgas, incluem-se organismos com estrutura mole-cular procariótica e outros eucarióticos, que, mesmo apresentando estruturas e morfologias diferentes, são fisiologicamente parecidos, possuem um metabolismo parecido com o das plantas (Huang et al., 2010). O emprego de microalgas na atualidade envolve só um pe-queno setor dentro da biotecnologia e é definida como “a integração dos conhecimentos da Ficologia, relacionados com a fisiologia do crescimento das microalgas, com as descober-tas mais recentes da biologia celular e molecular, da engenharia química, da aquicultura e outras disciplinas a fins, para usos comerciais específicos”. Em contexto geral, consiste no cultivo de microalgas, em condições controladas com a finalidade de produção de biomassa e bioprodutos intra e extracelulares (Olaizola, 2003).

A biotecnologia de microalgas demonstra resultados representativos em diversos setores. No tratamento de efluentes, por exemplo, pode atuar na biorremediação de metais pesados, bem como de elementos que podem causar eutrofização quando descartados di-retamente nos recursos hídricos, como o nitrogênio e o fósforo. A biomassa obtida nestes processos pode servir como fonte de matéria-prima para produção de ração, fertilizantes, e até mesmo ser utilizada na indústria de química fina a partir da extração de metabólitos conhecidos como bioprodutos ou biocompostos (Arceo, 2012).

Um exemplo de efluente que necessita de maiores estudos com relação às tecnolo-gias para o seu tratamento, bem como reuso e valoração, são os oriundos das atividades de beneficiamento de pedras preciosas, que podem contribuir para a poluição das águas super-ficiais e subterrâneas, caso não haja um controle rigoroso das operações envolvidas (Virgili e Vianna, 2000; Custodio, 1992).

Diversos são os métodos de tingimento aplicados na coloração artificial de ágatas, sendo os procedimentos clássicos baseados no uso de componentes inorgânicos. Entretanto, o emprego de corantes orgânicos cresceu substancialmente nos últimos anos, em função do

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baixo custo e da diversidade de tons que podem ser obtidos. Anilinas comerciais têm sido largamente empregadas, produzindo efluentes aquosos contendo concentrações que variam de 20 mg/l a 500 mg/l. Os volumes podem chegar a até 10 m3/dia em algumas empresas tornando dispendioso o tratamento desses efluentes devido ao uso dos corantes orgânicos (Feris et al., 1999).

Objetivando uma redução no impacto das atividades de mineração sobre o meio ambiente, uma política de reutilização de água no processo tem sido incentivada, assim como o aumento das restrições ambientais com a finalidade de obtenção de uma água descartada com características idênticas àquela captada (Hespanhol, 1997). Consequente-mente, diversos métodos de tratamento de efluentes têm sido estudados visando atender às novas exigências ambientais já existentes, como os processos biotecnológicos, bem como se antecipar às restrições futuras.

Em virtude disto, o objetivo do trabalho foi verificar a viabilidade do tratamento do efluente oriundo do processo de tingimento de gemas empregando a cianobactéria Phor-midium autumnale em sistemas heterotróficos.

2. METODOLOGIA

2.1. Caracterização do efluente

A caracterização dos efluentes rosa, roxo e verde, oriundos da etapa de tingimento de gemas foi realizada através da metodologia proposta por APHA (APHA, 2005). Avaliou--se os parâmetros Demanda Química de Oxigênio (DQO), nitrogênio total, fósforo, série de sólidos, pH, condutividade, óleos e graxas e turbidez.

2.2. Micro-organismo e meio de cultura

A cianobactéria utilizada foi a Phormidium autumnale, isolada do Deserto Cuatro Cienegas no México (26º59’N 102º03W). Após purificação, as culturas estoque foram mantidas em meio sintético BG 11 (Rippka et al., 1979). As condições de manutenção foram temperatura ambiente e intensidade luminosa constante. Como meio de cultivo os efluentes oriundos da etapa de tingimento de gemas foram preparados sob diferentes con-centrações (20, 40, 60, 80 e 100%), através de sua diluição em água residuária originária da estação de tratamento de efluentes (ETE) localizada na Universidade de Passo Fundo campus I na cidade de Passo Fundo-RS, com a finalidade de fornecer quantidades de nitro-gênio, fósforo e carbono orgânico.

2.3. Cultivo em biorreatores

O estudo empregando diferentes concentrações foi realizado em frascos âmbar de 1000mL, sendo o volume nominal de trabalho de 500mL sob modo de batelada, reator em fluxo de coluna de bolhas e sistema heterotrófico. Os frascos utilizados foram esterili-zados em autoclave a 121ºC por 20 minutos e a inoculação realizada assepticamente. As condições experimentais foram: temperatura ambiente, concentração inicial do inoculo de

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100mg/L, pH de 7,8, ausência de luminosidade e aeração constante de 1VVM.

2.4. Amostragens e métodos analíticos

As amostragens foram realizadas a cada 24 horas durante a fase de crescimento do micro-organismo. O pH dos cultivos foi determinado por potenciômetro e a concentração celular através de gravimetria por meio da filtração de um volume conhecido em filtro 0,45µm de diâmetro. A concentração de carbono orgânico, expressa em termos de Deman-da Química de Oxigênio (DQO), foi determinada no início e término dos cultivos por método colorimétrico segundo metodologia proposta por APHA (APHA, 2005).

2.3. Análise dos dados cinéticos

Os dados de concentração de biomassa foram utilizados na obtenção da veloci-dade máxima específica de crescimento (ln (X/X0) = µmáx.t) por plotagem, onde X é a concentração celular final (mg/L), X0 é a concentração celular inicial (mg/L), µmáx é a velocidade máxima específica de crescimento (h-1) e t é o tempo de residência (h); no cál-culo da produtividade de biomassa (PX = (X0-X).(t-t0)-1), sendo t0 é o tempo inicial (h). A concentração de carbono orgânico expressa em termos de demanda química de oxigênio, foi utilizada para calcular a velocidade de consumo do substrato (rS= - dS/dt), onde S é a concentração de carbono orgânico (mg/L) e o coeficiente de conversão do substrato em cé-lulas (YX/S = - dX/dS). Os experimentos foram realizados em duplicata e os dados cinéticos referem-se à média de quatro repetições.

3. RESULTADOS E DISCUSSÕES

3.1. Caracterização dos efluentes

A Tabela 1 apresenta a caracterização dos efluentes. Pode-se observar que os efluentes apresentam grande semelhança entre si, diferenciando-se apenas na composição dos corantes aplicados a cada cor que se deseja obter.

Todos efluentes apresentam um pH com caráter ácido e uma condutividade elé-trica considerada baixa, devido à baixa presença de sais. A turbidez se apresentou elevada para todos os casos, se sobressaindo para o efluente do tingimento 1, coloração verde. Com relação à série de sólidos, verifica-se baixas concentrações; especificamente as análises de sólidos sedimentáveis só foram possíveis de se analisar para o efluente Tingimento 3, devido à sua coloração menos intensa em comparação aos demais. Não detectou-se concentra-ções de nitrogênio para nenhum dos efluentes e, só foi possível a determinação de DQO (2344,9mg/L), para o efluente Tingimento 3, devido também à sua coloração com menor concentração. Uma vez que houve um comprometimento do método colorimétrico empre-gado na análise para os efluentes 1 e 2, que apresentam uma concentração de cor acentuada, tornou-se inviável sua análise sem um pré-tratamento. A concentração de fósforo não se apresentou alta para todos os efluentes testados.

A partir da caracterização, selecionou-se o efluente Tingimento 3, devido à pos-

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Tabela 1 – Caracterização dos efluentes da tinturaria de gemas.

sibilidade de monitoramento de sua carga orgânica (DQO) durante o decorrer do cultivo heterotrófico da cianobactéria Phormidium autumnale.

3.2. Cultivo heterotrófico empregando Efluente 3

Na Tabela 2 estão apresentados os parâmetros cinéticos para as diferentes con-centrações do Efluente 3 de coloração rosa. A finalidade do estudo das concentrações do efluente ideais ao desenvolvimento de cultivos se dá devido a variada composição do efluen-te, bem como a alta concentração de alguns compostos, que pode acarretar na inibição do metabolismo do micro-organismo.

Tabela 2 – Parâmetros cinéticos para as diferentes concentrações do Efluente 3.

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A melhor conversão de substrato em células foi obtida com a concentração de 20% (20% de efluente de tinturaria e 80% de água residuária). Nestas condições verifica--se que 1,47mg de biomassa foram produzidas para cada miligrama de carbono orgânico, entre os 48,50% removidos do efluente. O menor tempo de geração (29 horas) foi alcan-çado com a diluição de 60%, evidenciada pela maior velocidade máxima específica de crescimento, sendo de 0,023h-1. Nesta condição, verifica-se a maior concentração celular (1006,46mg/L), seguida da diluição de 20% (973,13m/L) que apresentou melhor produ-tividade em biomassa (1,45mg/L.h).

Com relação à remoção de carbono orgânico presente no efluente, a melhor con-dição para o tratamento e efetiva eficiência de remoção, se deu no emprego do efluente sem prévia diluição. Este perfil deve-se ao fato da menor concentração de carbono orgânico, expressa em DQO, quando comparada aos demais experimentos em que empregou-se a adição de água residuária para a realização das diluições.

A Figura 1 apresenta a evolução da produção celular (biomassa) para os cultivos empregando diferentes concentrações do efluente de tinturaria 3 diluído em água residuária

Estudo realizado por Francisco e colaboradores (2015) avaliou o emprego de ma-nipueira, efluente oriundo de fecularias, em cultivos heterotróficos da cianobactéria Phor-midium sp. Os resultados obtidos evidenciam a capacidade do micro-organismo em meta-bolizar altas concentrações de carbono orgânico, na forma de carboidratos como o amido, e de nutrientes como nitrogênio e fósforo, bem como sua bioconversão em biomassa e lipídeos. Em certas condições, o aumento da massa pode não refletir crescimento da po-pulação, mas sim a produção de compostos de reserva como glicogênio, poli- -hidroxibu-tirato, entre outros. O crescimento controlado sob condições assépticas em fermentadores diminui a perda de nutrientes direcionando para um aumento da qualidade dos produtos

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(Francisco et al., 2014).Entre os bioprodutos capazes de obtenção a partir da biomassa de microalgas e

cianobactérias, os compostos bioativos, que podem ser intracelulares e exo-celulares, podem ser empregados pela célula na sobrevivência em condições ambientais extremas (Dvornyk e Nevo, 2003). Ainda, estes compostos bioativos demonstram o desenvolvimento de novas técnicas a serem empregadas na agricultura, a partir da substituição de produtos químicos por compostos naturais com menor toxicidade. Alguns destes compostos encontrados em extratos de cianobactérias apresentam atividade antibacteriana, agindo na membrana cito-plasmática e penetrando na célula, ocasionando morte celular das bactérias (Ultee et al., 2000; Thummajitsakul et al., 2012).

4. CONCLUSÃO

A maior produtividade em biomassa da cianobactéria Phormidiumautumnale, de 1,45mg/L.h, foi obtida na diluição de 20%. O emprego do efluente sem prévia diluição de-monstrou maior eficiência na remoção do carbono orgânico presente em sua composição, demonstrando a viabilidade do emprego da cianobactéria Phormidiumautumnaleno trata-mento de efluentes oriundos do processo de tinturaria visando redução da carga orgânica.

A partir dos resultados obtidos, conclui-se que o emprego de sistemas biotec-nológicos no tratamento de efluentes visando a obtenção de biomassa microalgal e/ou de cianobactérias, se faz viável uma vez que estes micro-organismos apresentam resistência à diferentes concentrações, bem como capacidade de metabolizar diferentes compostos e direcioná-los na duplicação celular e produção de bioprodutos, como lipídeos empregados na produção de biocombustíveis e/ou, compostos bioativos que podem ser empregados na agricultura.

5. AGRADECIMENTOS

Pelo apoio concedido, à Universidade de Passo Fundo, ao Polo de Inovação Tec-nológica do Alto da Serra do Botucaraí, e ao Governo do Estado do Rio Grande do Sul através do edital 01/2014 (438-25.00/14-0) projeto “Transformação de resíduos da mine-ração para uso como artefato de concreto e remineralizador de solo”.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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TRATAMENTO DE EFLUENTE DO TINGIMENTODE ÁGATAS POR PROCESSO OXIDATIVOAVANÇADO – TÉCNICA FENTON PARADEGRADAÇÃO DO CORANTE RODAMINA B

Augusto Capum Rodrigues 1, Cassiano Rossi dos Santos 2, Ivo André Homrich Schneider 3

Laboratório de Tecnologia Mineral e Ambiental (LTM) –Departamento de Engenharia de Minas (DEMIN), Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e Materiais (PPGE3M) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)augusto.capum@ufrgs.br1, cassiano_eng@hotmail.com2, ivo.andre@ufrgs.br3

RESUMO

Este estudo aborda a degradação de efluente altamente concentrado do corante Rodamina B presente na indústria de tingimento de ágatas. Diferentemente de soluções sintéticas de Rodamina B, o efluente em questão possui outros componentes como surfac-tantes utilizados na lavagem das ágatas, os quais modificam seucomportamento durante sua degradação. A concentração de Rodamina B do efluente industrial foi estimada em 1625mg/L. O método empregado para degradação dos componentes orgânicos foi a téc-nica de Fenton, processo oxidativo avançado que utiliza íons ferrosos (Fe2+) e peróxido de hidrogênio (H2O2) para formação de radicais hidroxilas (∙OH) com alto poder oxidante e natureza não-seletiva na degradação de compostos orgânicos. A partir da adoção de pro-porção mássica de 1:5entre os reagentes da reação de Fenton (Fe2+/H2O2), testaram-se diferentes concentrações dos mesmos em relação ao efluente industrial, estabelecendo-se, como parâmetro principal de efetividade de degradação, a remoção de cor do efluente me-dida através de espectrofotometria ( = 554 nm). A concentração ótima dos reagentes Fe-SO4.7H2O e H2O2(35%)foi, respectivamente, de 25,256g e 50mL por litro de efluente industrial. A remoção de cor alcançada foi de 99,6%. Após o processo de degradação pela reação de Fenton, empregou-se2g/L de carvão ativado para remoção do restante da cor do efluente, alcançando-se assim 100% de eficiência. Outros parâmetros como tensão superfi-cial, massa de lodo gerada e pH do efluente também foram analisados.

Palavras-chave:Ágata,Rodamina B, tratamento de efluentes, reação de Fenton, processos oxidativos avançados.

INTRODUÇÃO

A região do Planalto Médiodo Estado do Rio Grande do Sul – Brasil caracteriza-se pela significativa presença de geodos de ametista e ágata formados no Grupo Serra Geral. Tais reservas geológicasconferem ao Estado o posto de maior produtor mundial desses mi-nerais (Hartmann, 2010).

De acordo com o Centro Tecnológico de Pedras, Gemas e Jóias do Rio Grande do Sul (2013), grande quantidade dessas pedras preciosas extraídas passam por processos industriais onde adquirem maior valor de mercado sendo então vendidas como geodos ou como artefatos dos mais variados tipos (artigos de decoração de interiores, adornos para

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roupas, utensílios de cozinha, etc.).A cidade de Soledade, conhecida como “Capital das Pedras Preciosas”, destaca-se como um polo econômico de manejo desses bens.

A ágata, tipo de quartzo, apresenta as mais variadas colorações naturais. Contudo, geralmente é submetida a processos de tingimento para agregação de valor ao produto. Esse processo usualmente era realizado através de corantes inorgânicos que conferiam às pedras as cores vermelha, verde, azul e preta, gerando efluentes ricos em ferro, cromo VI, cianetos e ânions dissolvidos(Knetch, 1957; Carissimie Schneider, 2010). Nas últimas décadas, po-rém, os corantesorgânicos também têm sido aplicados, os quais apresentam menor custo e uma maior variedade de cores (Carissimiet al., 2000).

Entre os corantes orgânicos, aquele que confere a cor rosa avermelhada às ágatas é conhecido como Rodamina B. Trata-se de uma substância sólida que pode ser facilmente solubilizada tanto em água quando em álcool etílico, não necessitando de grandes quanti-dades para conferir uma coloração forte e vibrante à solução.

O processo de tingimento consiste na imersão das ágatas em galões de plástico contendo solução de Rodamina B por um período de tempo de aproximadamente 8 dias (Roisenberg e Vilasbôas (2010). Após esse tempo, a gema épenetrada pela solução corante sendo então retirada e lavada com água e surfactantes. O efluente da lavagem contendo coranteapresenta, tipicamente, elevada coloração com altoteor de carbono orgânico total (COT), demanda química de oxigênio (DQO) esurfactantes,baixo pH, além designificativa toxicidade (Carissimi e Schneider, 2010).

Atualmente esse efluente é tratado através da adição de hipoclorito de sódio (Na-OCl), o qual possui papel oxidante sobre o corante. De acordo com Pizzolato et al. (2002), a aplicação de reagentes clorados apresentampotencial formação de compostos organoclo-rados.

Uma alternativa de tratamento para esse tipo de efluente é através de processos oxidativos avançados (POA), os quais se baseiam na formação do radical hidroxila (∙OH),o-xidante não-seletivo que possui o maior potencial de oxidação em meio aquoso após o flúor (Liu et al., 2007 apud Ai et al., 2008). Segundo Hou et al. (2001) o radical hidroxila (Eº = 2,80V) pode causar a degradação de variados compostos orgânicos, além de levá-los à mineralização, resultando em CO2 e água como produtos finais de degradação.

Diversas formas de geração do radical hidroxila são conhecidas, sendo uma delas a reação de Fenton descoberta por H.J.H Fenton no ano de 1876, a qual tem provado ser um dos métodos mais efetivos para degradação de poluentes orgânicos persistentes em efluentes (Ai et al., 2007). Conforme Bigda (1995) e Nogueira e Guimarães (1998) apud Carissimi e Schneider (2010), a técnica gera melhora da biodegradabilidade e redução da toxicidade, DQO, cor e odor do efluente.

A técnica de Fenton clássica ocorre pela reação de íons ferrosos (Fe2+) com peróxido de hidrogênio (H2O2)em meio ácido (pH < 4) paramanutenção do ferro em forma iônica na solução (Xue et al., 2009) formando radicais hidroxila (∙OH). Segundo Ai et al. (2007), as prin-cipais reações envolvidas na técnica de Fenton clássica são:

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Após o término da reação, realiza-se a elevação do pH para formação dehidróxidos de ferro, sendo necessária uma etapa de separação sólido/líquido, a qual pode ser realizada por processos de sedimentação, flotação e filtração. Como vantagem, requer pouca infraes-trutura em relação a outras técnicas.

Neste contexto, o presente trabalho abordará o tratamento de efluente industrial bruto do processo de tingimento de ágatas do município de Soledade – RS através da técni-ca de Fenton, estabelecendo os melhores parâmetros para a otimização da reação e visando o uso da menor quantidade de reagentes e geração do mínimo volume de lodo. O estudo também inclui a aplicação de um estágio de polimento com o uso de carvão ativado.

MÉTODOSProveniência e caracterização do efluente industrial bruto

O efluente industrial bruto contendo Rodamina B proveniente do processo de lavagem das pedras após o tingimentodas mesmas foi obtido diretamente de uma empresa que atua no ramo na cidade de Soledade. O efluentefoi acondicionado em tonel plástico fosco protegido contra incidência de luz solar para evitar a fotodegradação da Rodamina B.

A fim de se estabelecer as características físico-químicas e toxicológicas do efluente bruto, o mesmo foi enviado a laboratório especializado. Os parâmetros analisados foram: Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), Demanda Química de Oxigênio (DQO), tur-bidez, condutividade e toxicidade aguda com Daphniasimilis.

Para obtenção da concentração de Rodamina B contida tanto no efluente bruto quanto nos efluentes tratados, definiu-se a absorbância como o parâmetro a ser utilizado. Assim, elaboraram-se soluções sintéticas de Rodamina B de 0,1; 0,2; 0,4; 1; 5 e 10mg/Lpara definição de uma curva padrãoAbsorbância x Concentração de Rodamina Batravés de análise espectrofotométrica. O comprimento de onda adotado na análise foi de 554 nm, conforme mencionadopor Xue et al. (2009) e testada em laboratório após varredura do espectro e confirmação do pico de absorção próximo a esse ponto.

Na estimativa da concentração de Rodamina B presente no efluente industrial, o mesmo foi diluído 250, 500 e 1000 vezes resultando em concentrações de efluente bruto de 4, 2 e 1mL/L de solução. O procedimento seguinte baseou-se na medição de absorbância dessas soluções, as quais foram convertidas em concentração de Rodamina B (mg/L)através da curva padrão.

Tratamento do efluente industrial bruto com variação da concentração dos reagentes em proporção mássica de 1:5 (Fe2+/H2O2)

Sabe-se que a proporção mássica entre Fe2+ e H2O2recomendada para a reação de Fenton clássica situa-se na faixa de 1:5. Respeitando-se essa proporção, estabeleceram-se concentrações distintas de reagentes para tratamento do efluente industrial bruto conforme mostrado na Tabela 1.

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Tabela 1:Concentração de reagentes utilizados para tratamento do efluente industrial com proporção mássica de 1:5(Fe2+/H2O2).

O efluente inicialmente foi homogeneizado e separado em 6 béqueres de 200mL para início do procedimento. Ajustou-se o pH do efluente industrial bruto de 2,9 para 3,0, utilizando solução de hidróxido de sódio (NaOH), a fim de se estabelecer um pH padrão para a Reação de Fenton. Adicionou-seo sulfato ferroso deixando-o dissolver em solução, e, em seguida,o peróxido de hidrogênio (conforme Tabela 1). O procedimento contou com agitação magnética durante todo o transcorrer do experimento (80 minutos) e medição de temperatura com auxílio de um termômetro.

Amostras de 60 mL foram retiradas pela saída inferior do cilindro, a fim de se acompanhar a eficiência do tratamento, nos seguintes momentos:

(a) após o fim da reação de Fenton (variável conforme a concentração de reagentes utilizada) – os critérios adotados para o término da reação foram a variação da temperatura da solução (∆T <0) e ausência de formação de bolhas;

(b) após 1 hora do início da reação;(c) após 2 horas do início da reação.Tais amostras tiveram seu pH imediatamente elevados para 9 através da adição de

NaOH para precipitação do ferro e encerramento da reação. Após 30 minutos de descanso das mesmas, essas foram filtradas em papel filtro para separação do precipitado/clarificado.

Após o procedimento ter sido realizado nas diferentes concentrações de reagentes (vide Tabela 1), os efluentes tratados foram analisados através de espectrofotometria( = 554 nm) e as massas de lodo quantificadas para estabelecimento da relação entre quantidade de reagentes e massa de lodo gerada pelo tratamento através da técnica de Fenton. Além do acompanhamento datemperatura e da cor, também foram tiradas fotos ao longo da reação para comparação visual.

Tratamento do efluente pela reação de Fenton e polimento do tratamen-to através da adição de carvão ativado

Após a obtenção do ponto ótimo entre a concentração de reagentes e a remoção de cor do efluentepelo processo Fenton (25,265g/L de sulfato ferroso e 50mL/L de peróxido de hidrogênio a 35%), realizou-se um tratamento complementar por adsorção em carvão ativado em pó. Uma vez realizada a etapa de separação do lodo da Reação de Fenton, adicionou-se ao efluente clarificado 2g/L de carvão ativado,deixando-o em agitação por 1 hora. Após esse período, a solução foi filtrada novamente por papel filtro, estabelecendo-se

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dois efluentes distintos: o tratado apenas pela reação de Fenton e o tratado pela reação de Fenton e polimento por carvão ativado. A massa de lodo gerada pelo processo de polimento também foi mensurada. Ambas as amostras tiveram suas absorbâncias,tensões superficiais e pH medidos.

RESULTADOS

Caracterização do efluente industrial bruto

Os resultados de absorbância do efluente bruto com suas respectivas concentra-ções estimadas através da curva padrão, demostraram que a concentração aproximadade Rodamina B no efluente bruto é de 1625 mg/L. A Tabela 2 apresenta algumas característi-cas físico-químicos do efluente bruto e a Tabela 3 oresultado do teste de toxicidade aguda com o microcrustáceo Daphnia similis.

Tabela 2: Análise de alguns parâmetros de interesse do efluente bruto.

Tabela 3: Teste de toxicidade aguda do efluente bruto para microcrustáceos (Daphnia similis).

O resultado da DQO frente a DBO5 é expressivamente alto, provando que o efluente não é facilmente biodegradado. É importante ressaltar que a DBO5 atende os limites de lançamento estabelecidos pela Resolução CONSEMA nº128/2006 de 180 mg/L O2, mas a DQO resultante da análise apresenta-se em torno de 15 vezes acima do limite de lançamento (400 mg/L O2). A condutividade apresenta-se elevada pela presença de sais na solução, assim como a turbidez pela possível presença de material particulado fino.

A toxicidade do efluente apresenta-se tão elevada que a concentração efetiva para imobilidade de 50% da população de Daphniasimilisem um período de 48 horas é apenas 0,81% da concentração inicial do efluente bruto. Fato esse confirmado pelo fator de toxi-cidade (FT) de 256, o qual expressa que o efluente deveria ser diluído 256 vezes para não causar efeitos tóxicos nos organismos presentes no corpo hídrico receptor.

Tratamento do efluente industrial bruto com variação da concentração dos reagentes em proporção mássica de 1:5 (Fe2+/H2O2)

A evolução da temperatura das amostras de efluente bruto durante 80 minutos de experimento com diferentes concentrações de reagentesé apresentada na Figura 1.

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Figura 1: Evolução da temperatura ao longo de 80 minutos de experimento para diferentes concentrações de reagentes FeSO4.7H2O/H2O2(35%) por litro de efluente.

Quanto maior a concentração dos reagentes, maior é a elevação da temperatura e menor é o tempo para atingir o pico. Reparou-se que no momento em que a temperatura decresce (∆T < 0), a taxa de formação de bolhas ocasionada pela reação de Fenton diminui expressivamente até o ponto no qual não é possível a visualização de bolhas no meio. Base-ado no fato de que a reação de Fenton é exotérmica e que libera oxigênio gasoso como um de seus produtos, pode-se se empregar a temperatura e formação de bolhascomo parâmetros para determinação do fim da reação.

A síntese de resultados experimentais é mostrada na Tabela 4, a qual apresentao tempo para o término da Reação de Fenton (segundo os critérios relatados acima), a varia-ção da temperatura, a massa de lodo gerada e a remoção de cor em função da concentração dos reagentes. Além disso, estão apresentados os valores de remoção nos tempos de 1 hora e 2 horas após início da reação. Tabela4: Síntese dos resultados de variação de reagentes na proporção mássica 1:5.

A remoção de cor dada em percentagem referente a cor inicial do efluente in-dustrial bruto é mostrada na Figura 2. Percebe-se que, a partir da concentração de 20,212 g FeSO4.7H2O / 40mL/L de H2O2(35%), a curva comporta-se quase como uma reta assíntota ao eixo x, onde a adição de maiores quantidades de reagentes não é traduzida em

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um acréscimo significativo naeficiênciade remoção de cor. Por outro lado, caso se reduza essa concentração, a remoção de cor decresce nitidamente. Esse fato pode ser confirmado pela Figura 3 que ilustra o efluente industrial bruto à esquerda e os efluentes tratados (da menor para maior concentração de reagentes utilizados) à direita.

Figura 2: Remoção de cor em relação ao efluente industrial bruto em função da concentração de reagentes (FeSO4.7H2O, H2O2(35%)).

Figura 3: Imagem mostrando coloração do efluente industrial bruto e após o tratamento com diferentes concentrações de reagentes (FeSO4.7H2O / H2O2(35%)).

Tratamento do efluente pela reação de Fenton e polimento do tratamen-to através da adição de carvão ativado

As etapas do processo de tratamento pela Reação em função do tempo po-dem ser visualizadas na Figura 4. Na dosagem de 25,265 g FeSO4.7H2O / 50mL/L de

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H2O2(35%), a temperatura da reação chegou à 40,5 ºC no tempo de 10 minutos. O final da reação (∆T < 0 e ausência de formação de bolhas) se deu em torno de 20 minutos com a temperatura aproximada de 38ºC. A formação de espuma nos instantes iniciais decorreuda reação dos surfactantes presentes no efluente com o oxigênio gerado pela Reação de Fenton. Após algum tempo, houve a diminuição da coluna de espuma. A partir desse momento o efluente começou a mudar de cor, ficando evidente a degradação do corante. A coloração passou a ficar amarelada, decorrente da presença de ferro (na forma trivalente) em solução. Atingindo-se o término de formação de bolhas, em torno de 20 minutos (perceptível a olho nu), a solução foi mantida em agitação por mais 10 minutos a fim de se assegurar o fim real da reação de Fenton. O efluente foi retirado pela saída inferior do cilindro de vidro. O pH do meio foi ajustado para 9, com adição de NaOH, para promover a precipitação do ferro. O precipitado foi filtrado e o clarificado é apresentado na última imagem da Figura 4. Tal efluente tratado possui as características expressas na coluna “Pós-Fenton” da Tabela 5.

Figura 4: Processo de tratamento pela técnica Fenton em proporção mássica Fe2+/H2O2 de 1:5 e concentrações de reagentes FeSO4.7H2O/H2O2(35%) 25,256g/50mL por litro de efluente.

Após o tratamento pela técnica de Fenton, metade do volume do efluente foi tratado com a adição de 2g/L de carvão ativado em pó. O efluente industrial bruto tratado somente pela técnica de Fenton e tratado pela técnica de Fenton e pela adição de carvão ativado podem ser visualizados na Figura 5. Nota-se que a cor residual não retirada pela

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técnica de Fenton foi completamente removida pelo carvão ativado (Tabela 5).

Tabela5: Resultados finais comparativos entre o efluente industrial bruto, o efluente tratado com reação de Fenton e o efluente tratado com reação de Fenton e carvão ativado.

Figura 5: Resultados finais comparativos entre o efluente industrial bruto, o efluente tratado com reação de Fenton e o efluente tratado com reação de Fenton e carvão ativado.

CONCLUSÕES

O efluente industrial provindo da indústria de tingimento de ágatas da cidade de Soledade mostrou-se altamente concentrado do corante Rodamina B (1625mg/L). Respei-tando-se a proporção mássica ótima de 1:5 entre os reagentes da reação de Fenton (Fe2+/H2O2), a remoção de cor do efluente atingiu um valor em torno de 99,6% para concentra-ções iguais ou superioresa 20,212g/40mL (FeSO4.7H2O H2O2(35%)) por litro de efluen-te industrial. Tal descoloração demonstra a degradação do grupo cromóforo da molécula de Rodamina B, não podendo ser relacionado diretamente e proporcionalmente à degradação completa da molécula.

Objetivando-se a comprovação do tratamento e reprodutibilidade do processo, o efluente industrial bruto foi tratado pela reação de Fenton com uma concentração de reagentes de 25,265g/50mL (FeSO4.7H2O/H2O2(35%)) por litro. A eficiência do tra-tamento atingiu 99,57% na remoção de cor comprovando a reprodutibilidade e eficiência do processo. Uma vez que o efluente tratado ainda apresentava cor significativa, realizou-se uma etapa de polimento aplicando-se uma dosagem de 2g/L de carvão ativado, as quais tornaram possível 100% de remoção de cor.Salienta-se, entretanto, que o uso de carvão ati-vado não degrada o composto como a reação de oxidação, somente o adsorve. A utilização

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desses dois tratamentos em sequência ainda elevou o pH de 2,95 e a tensão superficial do efluente de 43,2mN/m para 8,53 e 68,3mN/m, respectivamente.

Os experimentos realizados comprovam que a temperaturae a taxa de formação de bolhas durante a degradação do efluente são bons indicadores para o acompanhamento da reação de Fenton. Visto que a reação possui caráter exotérmicoe forma bolhas de oxigênio que ascendem através da solução, pode-se relacionar a queda de temperatura e o término da produção de bolhas como uma boa estimativa de seu fim.Além disso, é possível comprovar a proporcionalidade entre a massa de lodo gerada pela reação de Fentonea concentração de reagentes utilizada.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem a FAPERGS, UFRGS e ao Centro Tecnológico de Pedras, Gemas e Jóias do Rio Grande do Sul pelo apoio financeiro e técnico para o desenvolvimento do presente projeto.

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ATRIBUTOS QUÍMICOS DE SOLOS AGRÍCOLAS SUBMETIDOS À APLICAÇÃO DE PÓ-DE-BASALTO HIDROTERMALIZADO E EFEITOS NA PRODUÇÃO VEGETAL 1

Jackson Korchagin(2); Clarissa Trois Abreu (3); Luana Dalacorte(4); Vanei Tonini(5); Rafael Muller(5); Laurent Caner(6); Edson Campanhola Bortoluzzi(7)

(1) Trabalho executado com recursos do CNPq.(2) Doutorando do Programa de Pós-Graduação em Agronomia, UPF, Passo Fundo, RS; (3) Pesquisadora no Laboratório de Uso e Manejo do Território e dos Recursos Naturais, UPF; (4) Mestranda do Programa de Pós-Graduação em Agronomia, UPF; (5) Bolsistas de iniciação científica no Laboratório de Uso e Manejo do Território e dos Recursos Naturais, UPF; (6) Professor Pesquisador do “Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers” (IC2MP), equipe HydrASA, da Universidade de Poitiers, França (7) Professor Pesqui-sador Titular I da Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária da UPF, Pesquisador CNPq, nível 2.

Resumo

A aplicação de fontes alternativas de produtos que melhoram as condições fí-sicas, químicas e mineralógicas de solos agrícolas é uma prática que vem ganhando cada vez mais importância no Brasil. Prova disso é a recente normatização que o Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA) divulgou em relação à produção, registro e comercialização de remineralizadores de solos. Essa regulamentação permite que diversas fontes minerais encontradas em território nacional, após estudo e comprovada eficiência, sejam utilizadas na recuperação, melhoria e manutenção da fertilidade de solos usados para fins agrícolas. O presente trabalho tem por objetivo avaliar as características químicas de solos agrícolas e os efeitos na produção vegetal, após uso de pó-de-basalto hidrotermalizado como remineralizador de solo. Para tanto, foram aplicadas doses de 0, 1.000, 2.000, 4.000 e 8.000 kg ha-1 desse material em solos sob campo nativo e sob cultivo de trigo. Os prin-cipais resultados observados estão relacionados ao aumento dos valores de pH, diminuição dos teores de alumínio e da acidez potencial, e aumento dos teores de fósforo no solo, proporcional às doses aplicadas. A produção de matéria seca (MS) em campo nativo passou de 600 para 1.400 kg ha-1, três meses após o uso de pó-de-basalto hidrotermalizado. Não foram observadas diferenças nos componentes de rendimento do trigo. Esses resultados pre-liminares permitem qualificar o basalto hidrotermalizado como potencial remineralizador de solo. Estão sendo realizados estudos de monitoramento das características químicas e mineralógicas dos solos que receberam a aplicação de pó-de-basalto hidrotermalizado, com o objetivo de avaliar a solubilização de minerais ao longo do tempo, e as interações quími-co-mineralógicas entre esse material e o solo.

Introdução

Fontes alternativas de rochas e minerais têm sido mundialmente testadas com a finalidade de melhorar as propriedades físicas, biológicas e principalmente químicas do solo, em adição ou mesmo substituição aos fertilizantes convencionais (van Straaten, 2006).

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Entretanto, a substituição de fertilizantes convencionais, de alta solubilidade, pela aplicação de rochas moídas em uma agricultura de alta produtividade, ainda é bastante controversa. Pó-de-rochas de origem vulcânica (Ramezanian et al., 2013), rochas silicatadas e rejeitos de mineração (Martins et al., 2014) estão entre os materiais mais comumente utilizados em estudos recentes.

No Brasil, diversos materiais vêm sendo testados para uso agrícola, como os fili-tos, margas e sedimentos (oriundos do estado do Pará), sedimentos de várzea (Amazonas), sedimentos e micaxistos (Alagoas), anfibilitos, piroxenitos e fosfatos sedimentares (Bahia), biotita xisto e fosfatos sedimentares (Tocantins), tufos vulcânicos, pegmatitos e fonolitos (Minas Gerais), basaltos, xistos, granodioritos e serpentinitos (São Paulo), e basaltos (Para-ná) (Theodoro et al., 2010).

No Rio Grande do Sul, o basalto hidrotermalizado ou metabasalto, que pertence à formação do Grupo Serra Geral, é a rocha hospedeira dos geodos de ametista, e constitui material residual de mineração em Ametista do Sul e região. Os principais minerais encon-trados no basalto alterado por processo hidrotermal são plagioclásios, piroxênios augita e pigeonita, olivinas, vidro vulcânico, apatita como mineral acessório, e argilominerais do tipo Fe-Mg esmectita, celadonita, saponita e interestratificados de saponita-celadonita-clo-rita (Meunier et al., 1988). Esse material é considerado de alto potencial para uso como remineralizador de solo por apresentar composição mineralógica diversa e composição quí-mica contendo macro e micronutrientes, e conforme Duarte et al. (2011) pode apresentar até 60% v/v de argilominerais.

A legislação no Brasil tem avançado com o intuito de disponibilizar aos produ-tores rurais outras fontes para fertilização de solos, e assim, diminuir a dependência de importação desses insumos. Para tanto, houve a publicação da lei de remineralizadores de solo, n° 12.890 de 10 de dezembro de 2013. Essa lei inclui remineralizadores como uma categoria de insumo agrícola. Com o objetivo de regulamentar tal lei, foi publicada em 14 de março de 2016 a Instrução Normativa n° 5 do MAPA que define parâmetros de análise e de qualidade de remineralizadores de solo a serem registrados no Brasil. Portanto, a com-pleta caracterização química e mineralógica de potenciais fontes alternativas de insumos agrícolas, bem como, a execução de testes agronômicos em casa de vegetação e a campo, em diversos tipos de solo, clima e cultivares, são imprescindíveis para obtenção de resultados técnico-científicos para registro e recomendação de remineralizadores de solos.

Dessa forma, o presente trabalho tem por objetivo avaliar as características quí-micas de um Argissolo Vermelho Amarelo Alumínico sob campo nativo e de um Neossolo Regolítico sob lavoura de trigo, submetidos à aplicação de pó-de-basalto hidrotermalizado, e verificar seus efeitos na produção vegetal.

Material e métodosLocal de estudo

O estudo foi realizado em uma propriedade rural no interior do município de Soledade, no Rio Grande do Sul. O clima da região é classificado como subtropical Cfb, de acordo com Köppen. Os experimentos foram instalados em dois locais: i) área sob campo nativo e ii) área sob lavoura, cultivada com trigo.

A área sob campo nativo, com coordenadas geográficas de 28°47’35”S e

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52°35’40”O, e altitude de 586 m, tem o solo classificado como Argissolo Vermelho Amare-lo Alumínico, de acordo com Streck et al. (2008). Nesta região, quando os campos naturais são bem manejados, a presença de solo descoberto é baixa, pois no estrato inferior as espé-cies dominantes são rizomatosas, representadas pelo capim-forquilha (Paspalum notatum) nos topos e encostas das coxilhas e estoloníferas como a grama-tapete (Axonopus affinis) nas baixadas úmidas. O capim-caninha (Andropogon lateralis) é presença constante, destacan-do-se no estrato superior (Boldrini, 2009).

A área sob lavoura, com coordenadas geográficas de 28°47’42”S e 52°36’01”O, e altitude de 602 m, tem o solo classificado como Neossolo Regolítico, de acordo com Streck et al. (2008). No verão, essa área é cultivada com soja (Glycine max (L.) Merr.) e no inverno ocorre uma alternância entre o cultivo de trigo (Triticum aestivum L.) e o cultivo de azevém (Lolium multiflorum Lam.), destinado ao pastejo de bovinos e ovinos.

Na Tabela 1 podem ser visualizadas as características químicas dos solos em estudo antes da aplicação das doses de pó-de-basalto hidrotermalizado.

Tabela 1. Caracterização química de Argissolo Vermelho Amarelo Alumínico (AV) sob campo nativo e de Neossolo Regolítico (NR) sob lavoura onde foram realizados os testes de aplicação de pó-de-basalto hidrotermalizado, Soledade, RS

Caracterização do basalto hidrotermalizado[O material aplicado ao solo é uma rocha basáltica oriunda da mineração de ge-

odos de ametista em Ametista do Sul, RS. Foi utilizado material residual fino resultante da operação de britagem, coordenadas 27°21’23,690’’S e 53°12’06,782’’O (Figura 1). A granulometria do pó-de-basalto aplicado no experimento está em acordo com as normas da ABNT para classificação de corretivos e fertilizantes, sendo que 100% do produto passou em peneira de malha 0,84 mm e 50% em peneira de malha 0,3 mm.

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Figura1. Britador localizado próximo às minas de exploração de geodos de onde foi coletado o material utilizado nos experimentos, Ametista do Sul, RS.

O valor de pH (em H2O) do material é de 9,6 e a composição química total da rocha basáltica encontra-se na Tabela 2. Os elementos macro e traço foram determinados por espectrometria de emissão, ICP, seguido de fusão em lítio metaborato/tetraborato dilu-ído em ácido nítrico para digestão (Análises no ACME, Analytical Laboratories Vancouver, Canadá).Tabela 2. Composição química total da rocha de basalto hidrotermalizado, Ametista do Sul, RS

Uma análise petrográfica de lâminas delgadas realizada em microscópio ótico de luz polarizada identificou argilominerais, clinopiroxênio, plagioclásio, vidro vulcânico (Fi-gura 2a) e agulhas de apatita (Figura 2b).

Figura 2. (a) Fenocristais de plagioclásio (minerais mais claros) e grãos de piroxênio (minerais acinzentados) ao centro da imagem; material esverdeado – com argilominerais celadonita e esmesctita, dentro de cavidades diktaxíticas – à esquerda da imagem; (b) Cristais de apatita na forma de agulhas. Abreu et al. (2014).

A B

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Figura 3. (a) Imagem capturada com o auxílio de um microscópio eletrônico de varredura de uma amostra de rocha de basalto hidrotermalizado (argilomineral ao centro da imagem); (b) Análise semiquantitativa de elementos quími-cos determinada com auxílio de raios-X por energia dispersiva. Abreu et al. (2014).

A B

Instalação do experimento em campo nativo

Em área de campo nativo foram delineados quatro blocos ao acaso e cinco doses de pó-de-basalto (0, 1.000, 2.000, 4.000, 8.000 kg ha-1), aplicadas sobre a superfície do solo em julho de 2014. O experimento totalizou vinte unidades experimentais (UE) com dimensões de 2x2 m. A área foi demarcada e isolada ao gado no momento da instalação do ensaio. No mês de novembro de 2014 coletaram-se amostras de solo (8 subamostras por parcela) na camada de 0-10 cm, usando-se um trado calador (Figura 4a). A pastagem foi mecanicamente cortada a 5 cm de altura do solo em toda a parcela usando-se uma roçadeira costal (Figura 4b). O material coletado foi encaminhado para o Laboratório de Uso e Ma-nejo do Território e dos Recursos Naturais da Universidade de Passo Fundo.

Figura 4. (a) Amostragem de solo em campo nativo submetido à aplicação de pó-de-basalto hidrotermalizado; (b) Coleta de massa verde em diferentes parcelas do experimento em de campo nativo, Soledade, RS.

A B

Instalação do experimento em lavoura de trigo

Em área sob lavoura de trigo foram delineados quatro blocos ao acaso e cinco doses de pó-de-basalto (0, 1.000, 2.000, 4.000, 8.000 kg ha-1), aplicadas sobre a superfície

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do solo no momento da semeadura do trigo, em 15 de julho de 2014 (Figura 5a). O experi-mento totalizou vinte unidades experimentais (UE) com dimensões de 2,5 x 1,0 m (parcela útil: 2,0 x 0,7 m). Nessa área foi cultivado trigo da variedade Pioneiro, em sistema plantio direto e tratos culturais usuais realizados pelo proprietário da área. No mês de outubro de 2014 foi realizada a colheita do trigo (Figura 5b) e coletadas amostras de solo na camada 0-10 cm para avaliação química. Para avaliação dos componentes de rendimento do trigo, as espigas foram colhidas com auxílio de foice dentro de cada parcela útil. O material co-letado foi encaminhado para o Laboratório de Uso e Manejo do Território e dos Recursos Naturais da Universidade de Passo Fundo.

Figura 5. (a) Instalação do experimento com aplicação de diferentes doses de pó-de basalto hidrotermalizado e (b) colheita das parcelas de trigo, Soledade, RS.

A B

Análises químicas do solo e avaliação da produção vegetal

As amostras de solo foram secas ao ar, moídas e peneiradas em malha 2,00 mm. Nelas, determinou-se o pH em água (relação 1:1); o índice SMP, com o qual estimou-se a acidez potencial (H + Al) do solo; os teores de Al3+, extraído com KCl 1M e determinado por meio de titulação ácido-base usando-se NaOH 0,0125 M; e os teores de P e K disponí-veis, determinados pelo método Mehlich-I (Tedesco et al., 1995).

A produção de matéria seca em campo nativo foi estimada por pesagem das amos-tras após secagem em estufa a 45º C. Para avaliação dos componentes de rendimento na cultura do trigo, o material colhido foi trilhado, seco e pesado para determinação do rendi-mento de grãos. Determinou-se também o peso hectolitro (PH) e o peso de mil sementes (PMS).

Análise estatística

Os resultados obtidos foram submetidos à análise de variância em esquema De-lineamento em Blocos Casualizados (DBC), sendo a comparação de médias realizada pelo teste de Tukey (p < 0,05).

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Resultados e discussão

Efeitos da adição de pó-de-basalto hidrotermalizado em campo nativo O solo da região é naturalmente ácido (pH 4,9). Após quatro meses da aplicação

do pó-de-basalto, verificou-se: i) o aumento do pH em 0,3 pontos entre a testemunha e a maior dose; ii) a diminuição dos teores de Al3+ e de H+Al de 1,8 para 1,3 cmolc kg-1 e de 17,7 para 12,2 cmolc kg-1, respectivamente (Figura 6) e; iii) aumento na produção de MS de 600 para 1400 kg ha-1 (Figura 7).

Figura 6. Valores de pH, acidez potencial (H+Al) e teores de alumínio (Al3+) na camada 0-10 cm de um Argissolo sob campo nativo após a aplicação de diferentes doses de pó-de-basalto hidrotermalizado, Soledade-RS. *Letras iguais não diferem significativamente pelo teste Tukey (p<0,05). Dalacorte et al. (2015).

Diversos estudos relatam o poder alcalinizante da aplicação de alguns pós-de-ro-chas basálticas em solos (Moreira et al., 2006; Priyono & Gilkes, 2008; Campbell, 2009; Theodoro et al., 2010). O aumento nos valores de pH decorrente da aplicação do pó-de--basalto provavelmente está associado a reação dos silicatos de Ca e Mg presentes nesse material, liberando assim OH- (base).

O mecanismo de correção da acidez pelos silicatos resulta na formação de SiO3-2, que reage com a água e libera íons OH-, elevando assim o pH do solo, conforme reação apresentada a seguir:

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Os cátions básicos substituem os pontos ocupados pelos íons H+ e, ou, Al3+ que são dessorvidos da superfície dos coloides após a reação da hidroxila, formada pela reação do íon silicato com a água (Alleoni et al., 2009).

De acordo com Alcarde & Rodella (2003), o silicato de Ca é 6,78 vezes mais solú-vel que o carbonato de Ca (CaCO3 = 0,014 g L-1 e CaSiO3 = 0,095 g L-1), apresentando um potencial químico para correção da acidez do solo. No entanto, as mudanças químicas no solo vão depender da concentração de minerais reativos no material aplicado, da granu-lometria e da dose.

O aumento do pH do solo favorece a precipitação do Al3+ na forma de Al(OH)3 apesar de não alcançar o valor de pH cuja precipitação do Al3+ seria total (Figura 4).

Essas condições acabam favorecendo o desenvolvimento do sistema radicular da maioria das espécies vegetais com reflexos no ganho de biomassa. Esse efeito pode ser obser-vado na produção de matéria seca da pastagem em campo nativo, onde os aumentos foram de 63, 76, 55 e 101% respectivamente para as doses de 1.000, 2.000, 4.000 e 8.000 kg ha-1 de pó-de-basalto hidrotermalizado em relação à testemunha (Figura 7).

Figura 7. Produção de matéria seca (MS) em pas-tagem de campo nativo após

a aplicação de diferentes doses de pó-de-basalto hidro-termalizado, Soledade-RS. *Letras iguais não diferem significativamente pelo teste

Tukey (p<0,05). Dalacorte et al. (2015).

Vale ressaltar que os resultados aqui apresentados são referentes aos componentes da acidez do solo avaliados 4 meses após a aplicação do pó-de-basalto.

Efeitos da adição de pó-de-basalto hidrotermalizado em lavoura de trigo

A aplicação de pó-de-basalto hidrotermalizado no solo sob lavoura de trigo mos-tra tendência de aumento nos teores de P, proporcional às doses aplicadas (Tabela 3). Dois fatores podem estar envolvidos nesse resultado: o primeiro está relacionado à dissolução dos minerais de apatita contidos no basalto, apresentando rápida liberação de P; e o segundo, ao aumento na disponibilidade de P no solo atribuído ao poder alcalinizante do Si e à compe-tição pelos mesmos sítios de adsorção entre Si e P, em especial em solos ricos em óxidos de Al e Fe (Beckwith & Reeve, 1963). O teor de potássio não apresentou diferença significativa entre os tratamentos.

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Tabela 3. Teores de teores de fósforo (P) e potássio (K) em Neossolo Regolítico após a aplicação de diferentes doses de pó-de-basalto hidrotermalizado, no município de Soledade, RS.

Não foram observadas diferenças significativas nos componentes de produtivi-dade do trigo: rendimento de grãos, peso de mil sementes (PMS) e peso hectolitro (PH) em relação aos tratamentos com aplicação de doses crescentes de pó-de-basalto (Tabela 4).

Tabela 4. Resultados de produtividade de trigo, peso de mil sementes (PMS) e peso hectolitro (PH) em relação a doses de pó de metabasalto aplicadas em um Neossolo Regolítico, no município de Soledade, RS.

Os dados apresentados referem-se aos principais resultados observados no pri-meiro semestre de análise do experimento com cultivo de trigo. Vale ressaltar que os ex-perimentos são permanentes e continuam sendo amostrados e analisados periodicamente desde 2014. Essa é a estratégia do estudo, para que se obtenha informações de ao menos dois anos de monitoramento dos efeitos do pó-de-basalto no solo da região e nas culturas previamente definidas.

Considerações finais

As características químicas e mineralógicas do basalto hidrotermalizado o colocam como potencial insumo agrícola, enquadrando-o nos padrões definidos pela Instrução Nor-mativa n°5 do MAPA de 10 de março de 2016, para registro como remineralizador de solos.

Os testes de campo mostraram efeitos positivos na correção da acidez do solo, aumento dos teores de fósforo e incremento na produção de forragem em campo nativo.

Os resultados verificados, tanto a campo, como em laboratório, serão disponibi-lizados para embasar tanto recomendações técnicas como dosagens para uso do pó-de-ba-salto hidrotermalizado na agricultura, bem como, fornecer os parâmetros químicos e físicos necessários ao registro de novo produto ou insumo agrícola.

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Agradecimentos

À Fapergs/Capes, pelo Programa de Bolsas DOCFIX, edital Capes/FAPERGS n° 09/ 2012 destinado à Clarissa Trois Abreu. Ao CNPq pelo apoio financeiro ao projeto através do edital CT Mineral 51/2013, processo n° 406763/2013-5. A Capes pela bolsa de doutorado sanduíche a Jackson Korchagin (projeto Capes/Cofecub 761/12, processo 2334/15-1). Ao CNPq pela bolsa de pesquisa-dor ao professor Edson Campanhola Bortoluzzi. À Fapergs, CNPq e UPF pelas bolsas de iniciação científica e taxas escolares para mestrado e doutorado. À Secretaria de Desenvolvimento Econômico, Ciência e Tecnologia do Estado do Rio Grande do Sul.

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Referências

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A influência da silicose nas atividadesdiárias dos trabalhadores de mineração

Tamires Patrícia Souza 1*; Rafaela Souza 2; Alaíde Mezalina Gusso 3; Jorge Alan Souza 4;Marli Maria Knorst1,3,5; José da Silva Moreira 1

1. Programa de Pós-Graduação em Ciências Pneumológicas - UFRGS, Porto Alegre, RS. 2. Programa de Pós-Graduação em Enfermagem - UFSM, Santa Maria, RS.3. Faculdade de Medicina - UFRGS, Porto Alegre, RS.4. Centro de Diagnóstico e Saúde do Trabalhador, Ametista do Sul, RS. 5. Setor de Pneumologia – Hospital de Clínicas de Porto Alegre, Porto Alegre, RS. * tamires_psouza@yahoo.com.br

Resumo

Introdução: A extração mineral é caracterizada como uma atividade insalubre, com efeitos lesivos à saúde dos trabalhadores das minas. Estes podem desenvolver doenças por manipularem substâncias nocivas e respirarem poeira mineral que afetam as vias aéreas, sendo a silicose a doença mais frequente, devido à diária exposição à poeira de sílica. O prin-cipal objetivo deste trabalho foi verificar a influência da silicose nas atividades funcionais diárias dos trabalhadores de mineração, bem como verificar a utilização dos EPIs. Métodos: estudo realizado no Rio Grande do Sul-BR, no período de novembro de 2013 e março de 2014, com 348 mineradores expostos à poeira de sílica. A coleta dos dados foi realizada através de questionário e revisão de prontuário. Foram verificadas a capacidade funcional e a presença de silicose. Resultados: Os participantes do estudo eram do sexo masculino com idade média de 40 anos. A prevalência de silicose foi de 37% (129 trabalhadores). No TC6, os participantes com silicose percorreram uma distancia menor. O uso da máscara de proteção foi referido pela maioria dos trabalhadores. Conclusão: a silicose é uma doença lenta e progressiva, assim, quando as atividades diárias forem influenciadas negativamente por ela, o dano pulmonar já pode ser considerado muito elevado, tornando-se relevante à avaliação periódica dos trabalhadores para diagnóstico mais precoce e afastamento das atividades de mineração.

Palavras-chave: pneumoconiose; silicose; qualidade de vida; trabalhadores de mineração; saúde do trabalhador.

Introdução

A extração mineral é caracterizada como uma atividade insalubre, com efeitos lesivos à saúde dos trabalhadores das minas. Estes podem desenvolver doenças por mani-pularem substâncias nocivas e respirarem poeira mineral que afetam as vias aéreas, sendo a silicose a doença mais frequente, devido à diária exposição à poeira de sílica (RAMAZZI-NI, 2000). A poeira de sílica é desprendida em operações de extração mineral, através da execução de variadas tarefas, entre elas: corte, serra, polimento, moagem, peneiramento, esmagamento das rochas, escavação de túneis, poços e no polimento de blocos de pedras, granito e quartzo (KULCSAR NETO et al., 2010; GONÇALVES et al., 2010).

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A silicose é conhecidamente uma doença pulmonar fibrosante, causada pela ina-lação e consequente deposição de partículas de sílica cristalina nos alvéolos pulmonares (WHO, 2006; FAGUNDES et al., 2009). O diagnóstico de silicose é estabelecido a partir da presença de nódulos detectáveis através da radiografia pulmonar em indivíduos que se mantiveram em contato com a sílica (IARC, 1998). Os testes de função pulmonar em portadores de silicose, apesar de não serem usados como ferramenta para o diagnóstico, são amplamente empregados para acompanhar longitudinalmente estes indivíduos (ANTÃO et al., 2005; FERREIRA et al., 2006). O processo de adoecimento e principais regiões do trato respiratório afetadas pela sílica podem ser verificadas na figura 1.

Figura 1. Processo de adoecimento e principais regiões do trato respiratório afetadas pela sílica. Fonte: Adaptado de LIPPMANN (1999).

A exposição a qualquer fator no ambiente de trabalho, seja ele, biológico, am-biental ou relacionado à situação econômica, atuando isoladamente ou em interação com fatores genéticos, pode causar dano à saúde do indivíduo. O tempo de exposição é um componente importante para a mensuração, pois tanto a data do início da exposição aos fatores ambientais do trabalho, quanto a duração são cruciais para a avaliação da quantidade acumulada de determinadas substâncias (GONÇALVES et al., 2010).

No Brasil, o Ministério do Trabalho é responsável pelo estabelecimento de normas de segurança para manter a saúde do trabalhador, e pela fiscalização do seu cumprimento. Para tanto, existem algumas normas regulamentadoras (NRs), como a NR-15, que esta-belece os limites de exposição no ambiente de trabalho para poeiras minerais de três tipos de substâncias: sílica, asbesto e manganês; A NR-7, que trata do controle médico de saúde ocupacional e prevê a elaboração de um programa de controle médico com o objetivo de promover e preservar a saúde dos trabalhadores e a NR-9, que abrange o programa de prevenção de riscos ambientais, estabelecendo a obrigatoriedade da elaboração e implemen-tação, por parte de todos os empregadores e instituições que admitam trabalhadores como

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empregados, dessa política preventiva de acidentes e de exposição a produtos prejudiciais à saúde (GONÇALVES et al.,2010).

Diversas medidas para controlar a exposição ocupacional foram implementadas no transcorrer dos últimos anos, reduzindo o risco de inalação de poeiras no ambiente de trabalho. Entre as principais medidas consideradas coletivas, pode-se destacar: i) modi-ficações nos processos de produção, nas máquinas e nas ferramentas; ii) implantação de umidificação nas operações que geram poeira; iii) instalação de sistemas de ventilação local exaustora; iv) isolamento ou enclausuramento de fontes geradoras de poeira; v) implantação de programa de manutenção, entre outros processos (Figura 2) (KULCSAR NETO et al., 2010).

Figura 2: Umidificação dos processos geradores de poeira e sistema ventilação local exaustora. Fonte: Adaptado de KULCSAR NETO et al., 2010.

As principais medidas pessoais e administrativas envolvem exames médicos perió-dicos; orientação dos trabalhadores; implantação de procedimentos de segurança e de boas práticas de trabalho; implantação de programa de proteção respiratória (uso de máscara P53 e umidificação dos processos geradores de poeira); utilização de equipamentos de proteção individual; manutenção da organização e da limpeza; sinalização de advertência, entre ou-tros processos (KULCSAR NETO et al., 2010).

É reconhecido que as medidas protetivas estabelecidas ainda necessitam de recon-siderações e o uso adequado dos EPIs deve ser estimulado em todas as atividades que se tem o contato com a sílica respirável. Considerando o exposto, o principal objetivo deste traba-lho foi verificar a influência da silicose nas atividades funcionais diárias dos trabalhadores de mineração, bem como verificar a utilização dos EPIs.

Materiais e Métodos

Foram convidados a participar, todos os trabalhadores de mineração expostos à poeira de sílica que realizaram avaliação de saúde no Centro de Diagnóstico em Saúde do Trabalhador (CDST) no município de Ametista do Sul, entre os meses de novembro de 2013 e março de 2014. O projeto foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa (CEP) do Hospital de Clínicas de Porto Alegre (Parecer número 331.531) e todos os participantes assinaram o Termo de Consentimento Livre e Esclarecido.

Os 348 trabalhadores de mineração que concordaram em participar foram avalia-

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dos quanto à presença de silicose. Para tanto, a coleta dos dados foi efetuada com informa-ções obtidas através de consulta médica, entrevista padronizada com enfermeira, aplicação de questionários e revisão de prontuário. Foram coletados dados antropométricos, renda, escolaridade e história tabágica. Na história ocupacional foi registrada a idade que o tra-balhador possuía quando iniciou a atividade de mineração, o tempo de exposição à sílica (tempo transcorrido desde a primeira exposição até a avaliação) e a situação ocupacional.

Todos os mineradores realizaram radiografia de tórax, espirometria e oximetria de pulso. A radiografia de tórax foi interpretada com base na classificação preconizada pela Organização Internacional do Trabalho (ILO, 2000). A espirometria foi realizada com um Espirômetro MicroLab MK-8® portátil, de acordo com as diretrizes da Sociedade Brasileira de Pneumologia e Tisiologia (PEREIRA et al., 2002) e padrões de normalidade descritos previamente (PEREIRA et al., 2007). O diagnóstico da doença foi realizado com base na história de exposição à sílica e nos achados da radiografia de tórax.

A capacidade funcional dos trabalhadores foi avaliada pelo teste de caminhada de seis minutos (TC6), de acordo com as diretrizes da American Thoracic Society (ATS, 2002). Na realização do TC6 foram analisados a distância percorrida em metros, SpO2% (oxime-tria de pulso), frequência cardíaca e percepção de dispnéia e dor em membros inferiores através da escala modificada de Borg, antes e ao final do teste. Foi utilizado um corredor de 27 m, e estímulos verbais padronizados foram fornecidos a cada minuto. Para definição de dessaturação, foi definida com base na SpO2 em repouso <4%. O grau de dispnéia foi de-terminado antes da realização do TC6, pela Modified Medical Research Council (MMRC) Dyspnea Scale, a qual foi validada para uso no Brasil Kovelis (2008).

Todos os dados foram coletados em um formulário padronizado e digitados numa planilha Excel® 2010. Foi utilizado o teste Kolmogorov-Smirnov para análise de normalida-de dos dados. Para a comparação das variáveis entre os dois grupos, com e sem silicose foi utilizado o teste t para as análises paramétricas e o teste Mann-Whitney para as análises não paramétricas. Para comparação de variáveis categóricas foi realizado o teste qui-quadrado. Os dados quantitativos são apresentados em número (%), em média ± dp ou em mediana (valores extremos), já os dados qualitativos são apresentados em frequência e proporção. O intervalo de confiança utilizado foi de 95% (p < 0,05). Para a análise estatística utilizou-se o software SPSS versão 20.0. A correlação entre silicose e as variáveis associadas foi realiza-da através da Correlação dos Coeficientes de Pearson (p<0,01 e p<0,05), utilizando-se do software SAS na versão 9.3.

Resultados e Discussões

Os participantes do estudo eram do sexo masculino com idade média de 40 anos, variando entre 18 e 70 anos. Foi constatada a prevalência de 37% da doença; 26% a mais do que o encontrado em estudo prévio no mesmo local (PAGNOSSIN, 2006). Os estudos sobre silicose do Instituto Nacional Espanhol revelam um crescimento anual do número de casos. Em 2011 eram 54,5% de trabalhadores doentes, a maioria originários de indústrias como manipuladores de conglomerados de quartzo artificiais (ANTÃO, 2004; PASCUAL et al., 2011). Esta alta prevalência também foi evidenciada em um estudo realizado em 2013 nos Estados Unidos, que revelou a existência de aproximadamente dois milhões de trabalhadores continuamente expostos à sílica respirável em seus locais de trabalho (OSHA,

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2013).Na análise dos dados do TC6 observou-se que os trabalhadores sem silicose con-

seguiram caminhar em média a uma distância maior, porém não foi observada significância estatística entre os dois grupos. Por outro lado, os trabalhadores com silicose percorreram uma distância maior do que a que havia sido prevista para este teste (Figura 3). São es-cassos os estudos recentes que fazem uso do TC6 para avaliação funcional dos pacientes com silicose, porém ao comparar os dados da presente amostra a estudos com populações diferentes, a distância percorrida pelos trabalhadores com silicose foi maior DELOURME et al. (2012). Ainda em outro estudo, realizado com 808 pacientes portadores de DPOC, também foram encontradas distancias percorridas menores no TC6, quando comparados com participantes saudáveis (ESTEBAN et al., 2010).

Com relação a SPO2 inicial, observou-se uma pequena variação entre os trabalha-dores com e sem silicose (cerca de 4%). Na SPO2 final, não foi observada diferença entre os grupos. A percepção de dispneia inicial e final, avaliada pela escala modificada de Borg, apresentou maiores pontuações no grupo de trabalhadores com silicose. A mesma escala, ao ser utilizada para avaliação inicial de cansaço em membros inferiores, não demonstrou variação. Por outro lado, a avaliação final demonstrou maior cansaço de membros inferiores nos trabalhadores com a doença.

Em estudo realizado por Jastrzebski et al. (2013), a avaliação pela escala de Borg para dispnéia recebeu classificação 2,5 entre os pacientes com fibrose pulmonar. O que cor-robora com este estudo, onde tanto cansaço em MMII, quanto dispneia nos trabalhadores doentes, também receberam maiores escores.

Ao se analisar silicose em marmoreiros, Salício et al.,(2013), relata que embora te-nham encontrado alterações pulmonares nestes trabalhadores, não foi observada alarmante

Figura 3. Apresentação da avaliação funcional dos trabalhadores com e sem silicose. Os dados originais foram transformados linearmente em uma escala de 0 a 1, onde o grupo de participantes que teve o maior valor recebeu score 1 e o outro grupo recebeu escore proporcional.

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morbidade em relação as doenças respiratórias. O que o remeteu a pensar na grande rota-tividade de trabalhadores neste ramo, o que de certa forma seleciona os trabalhadores mais saudáveis para permanecerem nestas indústrias (SALÍCIO et al., 2013).

O grau de dispneia avaliado pela escala MMRC, não demonstrou nenhum tipo de desconforto respiratório durante as atividades diárias, mesmo no grupo de participantes com silicose. Por outro lado, a dispneia avaliada pela mesma escala no estudo de Delourme et al. (2012), foi relatada por todos os participantes (DELOURME, et al., 2012).

A silicose e as variáveis relacionadas confirmaram a relação entre os sintomas res-piratórios e a silicose, bem como a função pulmonar comprometida. Por outro lado, foi possível observar que quanto menor o dano pulmonar, ou quando este é inexistente, a fun-ção respiratória apresenta-se normal. Entre os sinais e sintomas mencionados é comum que sejam identificados mais de um sintoma no mesmo trabalhador, o que é influenciado pela gravidade da doença, tabagismo, nutrição e outras comorbidades associadas.

Estudos anteriores sobre testes de função pulmonar e testes de esforço físico des-crevem resultados bastante diversos, como no estudo de Florêncio et al.(1989), que encon-trou alteração em menos trabalhadores. Por outro lado, já foram encontrados resultados com diminuição da capacidade respiratória em todos os trabalhadores estudados (COWIE et al., 1998). Os achados pulmonares também podem ser diversos, uma vez que não se pode padronizar a forma como são conduzidos os estudos relacionados à saúde dos trabalhadores expostos a sílica, bem como não se pode padronizar a forma de leitura dos achados nos locais de coleta dos dados (LOPES et al., 2008).

Na figura 4 podem-se observar os equipamentos de proteção individuais (EPIs) mais utilizados pelos trabalhadores de ambos os grupos. O uso da máscara de proteção P53 foi relatado pela maioria dos trabalhadores (97%), sendo 217 (99%) trabalhadores sem silicose e 119 (92%) trabalhadores com silicose. O uso de botas de borracha durante as atividades de trabalho também foi relatado por grande parte dos trabalhadores. Referiram o uso de botas de borracha 217 (99%) trabalhadores sem silicose e 113(88%) trabalhadores com silicose.

Figura 4. Apresentação dos EPIs utilizados pelos trabalhadores com e sem silicose. Os dados originais foram trans-formados linearmente em uma escala de 0 a 1, onde o grupo de participantes que teve o maior valor recebeu score 1 e o outro grupo recebeu escore proporcional.

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Os trabalhadores de ambos os grupos também relataram o uso de capacete (85%). Porém, assim como nos outros EPIs, a maior proporção de uso deste equipamento de pro-teção, se deu no grupo de trabalhadores sem silicose (89%) em comparação ao grupo com silicose (79%). O uso do avental e do protetor auricular foi raramente relatado, quando comparados aos outros equipamentos.

Embora nos dias atuais existam inúmeras maneiras de diminuir a concentração de poeira no ambiente de trabalho, seja pelo sistema de ventilação, ou pela perfuração de rochas a úmido, o uso dos EPIs ainda é a principal ferramenta de proteção ao alcance dos trabalhadores (DNPM, 2006; RIBEIRO, 2010). Em nosso estudo, foi encontrada alta pre-valência de trabalhadores que referiram o uso de máscara (97%), botas de borracha (95%) e capacete (85%).

No entanto, sabe-se que essa realidade pode ser modificada de acordo com in-fluências externas, como a temperatura do ambiente, o fornecimento dos equipamentos adequados, ou a possibilidade de compra e manutenção desses equipamentos pelos próprios trabalhadores (BAGATIN et al., 2006).

Em estudo realizado com trabalhadores de mineração na Paraíba, não foi verifi-cado o uso adequado dos EPIs por nenhum dos trabalhadores (CABRAL et al., 2012). A ausência do uso de EPIs também foi encontrada no estudo de Leite (2013), onde além dos trabalhadores não utilizarem os equipamentos adequadamente, as empresas não possuíam equipamentos de proteção coletiva visando à diminuição da emissão de poeiras contendo sílica respirável.

A baixa escolaridade desses trabalhadores também pode influenciar negativamen-te na compreensão da importância da proteção individual, na tentativa de retardar ou de impossibilitar o surgimento das doenças ocupacionais a que estão expostos. Isso pode ser observado em estudo realizado previamente com trabalhadores do processamento de ágata, onde os que tinham menor acesso a educação usavam menos os EPIs, quando comparados aos trabalhadores com cinco ou mais anos de estudo (AGGARWAL et al., 2013).

Conclusão

Conclui-se que, embora o teste de esforço físico não tenha demonstrado diferenças estatísticas significativas entre os grupos de trabalhadores com e sem silicose, deve-se desta-car que a doença é lenta e progressiva, assim, quando as atividades diárias forem influencia-das negativamente por ela, o dano pulmonar pode apresentar-se muito elevado. Portanto, torna-se relevante a avaliação periódica dos trabalhadores para diagnóstico mais precoce e afastamento das atividades que possam prejudicar ainda mais sua situação de saúde.

Os esforços realizados pela COOGAMAI e pelo CDST demonstraram melhora das condições de trabalho e de atendimento à saúde, contudo, para que haja con-trole da exposição a poeiras no ambiente de trabalho é necessário que medidas efetivas, tanto de abrangência coletiva como de proteção individual sejam utilizadas com seriedade pelos trabalhadores. Adicionalmente, todos devem estar cientes do risco da exposição ocu-pacional e da necessidade do uso pleno das medidas e equipamentos de prevenção.

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APL - ARRANJO PRODUTIVO LOCAL DE PEDRAS, GEMAS E JOIAS DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL

SANTOS, Edivaldo Silva – aplsoledaders@gmail.comGestor APL Pedras Gemas e Joias RS.ORTIZ, Mariane Lucas – aplsoledaders@gmail.comAuxiliar Técnica APL Pedras Gemas e Joias RS

O setor de Gemas e Joias Gaúcho é considerado um dos cinco principais aglome-rados do setor no país. Envolve desde atividades de extração mineral, nas jazidas existentes no Estado, até a produção e comercialização do produto final – pedras preciosas brutas, gemas lapidadas, artefatos com pedras preciosas, joias, folheados e bijuterias. A Governança do APL de Pedras, Gemas e Joias tem por objetivo a construção de um Plano de Desenvol-vimento e uma Agenda de Ações coletivas. Entende-se por APL um conjunto de empresas localizadas em um mesmo território que apresentam especialização produtiva e mantêm vínculos de interação, cooperação, comerciais, tecnológicos e de aprendizagem entre si e com outros atores locais, tais como: governo, associações empresariais, Universidades, cen-tros tecnológicos, sindicatos de trabalhadores, instituições de crédito, ensino e pesquisa; constituindo um ambiente favorável ao desenvolvimento. Destacando-se principalmente por seu potencial exportador e como importante fonte de emprego nas regiões onde se localiza.

Neste cenário tem-se o APL de Pedras, Gemas e Joias, onde a cidade polo é Sole-dade, situada na região do Alto da Serra do Botucaraí. A estimativa é de que existam mais de 180 empresas de diferentes portes instaladas no município atuando no setor de Gemas e Joias. A APPESOL Associação dos Pequenos Pedristas de Soledade é hoje, entidade gestora do APL que tem como gestor do Arranjo Produtivo Local, Edivaldo Santos e Mariane Ortiz Lucas, auxiliar técnica.

Entre os projetos desenvolvidos, atualmente o Arranjo Produtivo local (APL) des-taca-se pelo desenvolvimento das empresas através de cursos, palestras, seminários, apoian-do estas em seu crescimento empresarial, fomentando novos canais de vendas. Além disto, o APL oferece assessoria técnica na área ambiental para as empresas de beneficiamentos de minerais não metálicos com e sem tingimento nos municípios de sua delimitação, porém esta assessoria é dada principalmente aos municípios que possuem uma quantidade maior de indústrias como Soledade, Salto do Jacuí e Ametista do Sul. Pois estes municípios pos-suem indústrias de lapidação de gemas e fabricação de artefatos com o objetivo de contri-buir para o setor e elevar a competitividade, assim gerando renda e emprego a cidade onde se instalam.

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