TRATAMENTO TÉRMICO EM AMETISTA E IRRADIAÇÃO DE … · Antes de cada tratamento térmico (TT), as ametistas foram lavadas, em água corrente e depois colocadas para secar ao ar

Anais do 3° Salão de Extensão e Cultura da UNICENTR O

20 a 25 de setembro de 2010

TRATAMENTO TÉRMICO EM AMETISTA E IRRADIAÇÃO DE AMOS TRAS DE QUARTZO DE CHOPINZINHO E REGIÃO

Gabriel Eleusis Vicente De Biasi (UNICENTRO) – [email protected]

Ary de Araújo Rodrigues Júnior (UEM) - [email protected] Fábio Luiz Melquiades (UNICENTRO) - [email protected]

Pedro Pablo González Borrero (UNICENTRO) - [email protected]

Resumo: A cidade de Chopinzinho, no Estado do Paraná, conta com uma Cooperativa de Pedras Ametistas, que extrai gemas do tipo ametista, quartzo incolor e ágata. Buscando a redução de custos e o aumento da qualidade dos citrinos produzidos pela Cooperativa, foram realizados tratamentos térmicos em ametistas, sob diferentes temperaturas e tempos de exposição. Também foram efetuadas aplicação de radiação gama em quartzo incolor, ametistas e citrinos com o intuito de se obter novos tonalidades de quartzo e aumentar o valor agregado, em especial, do quartzo incolor. Palavras-Chave: Quartzo, tratamento térmico, irradiação.

1. Introdução

O Brasil possui uma grande reserva mineral e ocupa lugar de destaque na

produção de pedras preciosas, tanto em termos de quantidade como variedades produzidas [1]. A cidade de Chopinzinho-PR e região vem ganhando destaque como pólo de produção de pedras semipreciosas desde a fundação, em meados 2006, da Cooperativa de Pedras Ametistas de Chopinzinho (COPASP). A Cooperativa teve por objetivo inicial organizar e legalizar a atividade extracionista que retira da natureza gemas como: quartzo incolor, ametista e ágata [2]. Tal atividade desempenha grande relevância no desenvolvimento sócio-econômico da região.

As três gemas mencionadas são variedades do quartzo que é um composto mineral formado por átomos de silício e oxigênio (SiO2) que constitui mais de 12% da crosta terrestre. Quando puro o quartzo é incolor (Fig.1 a)), contudo, ele pode apresentar diferentes cores devido à impurezas como Al, Fe, Mn, Cr e Ti, que ocupam sítios intersticiais e/ou substitucionais em sua estrutura cristalina [3]. O Brasil é um dos maiores fornecedores mundiais de ametista [4] (Fig.1 b)), variedade violeta do quartzo, cuja cor se desenvolve somente em quartzo contendo ferro [5]. Entretanto, a presença e concentração deste elemento não garante a existência da coloração violeta ou mesmo está associada a sua intensidade [3,5].



Tanto a ametista como outras variedades naturais de quartzo colorido como: o citrino (Fig.1 c)), a prasiolita (Fig.1 d)) e o quartzo fumê (ou enfumaçado) [6,7] (Fig.1 e)) possuem diferentes concentrações de Fe e Al em sua composição e em diferentes valências e sítios da rede cristalina do quartzo [5,6].

Conforme mencionado a presença de impurezas no quartzo promove a existência de quartzos coloridos e, através de processos como tratamento térmico e exposição a radiação de alta energia, pode-se variar a coloração das variedades coloridas do quartzo [5] e induzir algumas colorações no quartzo incolor impuro [7]. Atualmente, mais de 70% da produção de pedras preciosas comercializadas no mundo foi submetida a tratamentos específicos equivalentes aos da natureza para beneficiamento e valorização comercial [8].

Embasado nestas possibilidades e na necessidade de auxílio técnico dos integrantes da cooperativa para agregar valor as pedras, foi desenvolvido o projeto intitulado como “Apoio Tecnológico na Produção de Pedras Ametistas da Região de Chopinzinho” que está vinculado ao Programa Universidade Sem Fronteiras, do Governo do Estado do Paraná. Este projeto tem como um de seus objetivos a otimização do processo de tratamento térmico em ametistas para obtenção de citrinos. Outro objetivo visado durante a execução do projeto é o estudo da influência da radiação gama em gemas de quartzo incolor, ametista e citrino.

a) b) c) d) e Figura 1 - a) Quartzo incolor. b) Ametista Grupo I. c) Citrino - Ametista Grupo I após tratamentos térmico de 545 °C. d) e e) Prasiolita e Quartzo enfumaçado, respectivamente. – Quartzo incolor depois de exposto a uma dosagem de 500 quilo-gray (kGy) de radiação gama. (Fotografias efetuadas no desenvolvimento do projeto).

2. Materiais e métodos

As amostras utilizadas foram obtidas a partir de rochas naturais brutas

provenientes das jazidas da região de Chopinzinho, no Estado do Paraná, Brasil. Antes de cada tratamento térmico (TT), as ametistas foram lavadas, em água corrente e depois colocadas para secar ao ar livre. Foram realizados tratamentos térmicos em equipamento similar aos fornos utilizados pelos membros da COPASP, em um forno tipo mufla Modelo 0914, Jung Ltda, e em condições similares às empregadas pela COPASP, isto é, em atmosfera ambiente e não imersas em areia.



Alguns testes foram realizados com amostras imersas em areia, visando estudar sua influência nos tratamentos térmicos. As ametistas foram separadas em três grupos de acordo com sua tonalidade de violeta, translúcidez e comportamento após o tratamento térmico.

As irradiações das amostras de quartzo foram efetuadas através de sua exposição a radiação gama no Irradiador Multipropósito do Centro de Tecnologia das Radiações – CTR no Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares – IPEN em São Paulo-SP.

Antes e depois de cada procedimento de TT e irradiação as amostras são fotografadas para registro e análise posterior.

3. Resultados

3.1. Tratamento térmico

É conhecido que o TT, a aproximadamente 500 °C, em algumas variedades

de ametistas promove sua alteração para o citrino [3] que possui tonalidades de cor que variam do amarelo-claro (Fig.2 a)) ao amarelo-alaranjado (Fig.2 b) e c)).

Contudo, as jazidas da COPASP fornecem dois tipos de ametistas. Onde algumas ametistas (Fig.3 a)) (Grupo III) quando tratadas termicamente perdem totalmente sua coloração violeta tornado-se quartzo leitoso (Fig.3 b)) e, outras ametistas (Grupo I e II) quando tratadas termicamente tornam-se citrinos. Esta variação de coloração (para o quartzo leitoso) também ocorre em ametistas que se tornam citrinos quando a temperatura de tratamento eleva-se a aproximadamente 600°C.

Pôde-se observar uma tendência no comportamento da alteração da coloração das gemas de ametista que se tornam citrino através de tratamento térmico. As ametistas que possuem coloração violeta menos intensa e maior translucidez (Grupo I) (Fig.3 c)) geram citrinos de coloração amarelo-claro (Fig.2 a)), enquanto que as ametistas com coloração mais intensa (Grupo II) (Fig.3 d)) e menor translucidez fornecem citrinos de coloração amarelo-alaranjado (Fig. 2. b)). As variações entre as ametista do Grupo I e II foram discutidas na Ref. [9].

a) b) c)



Figura 2 – a) Citrino amarelo-claro – Ametista do grupo I tratada termicamente a 450 ºC com tempo de exposição de 120 minutos. do Grupo I. b) Citrino amarelo-alaranjado – Ametista do Grupo II tratada termicamente a 500 ºC com tempo de exposição total de 180 minutos. c) Citrino amarelo-alaranjado – Ametista do Grupo I tratada termicamente a 450 ºC com tempo de exposição de 120 minutos.

a) b) c) d) Figura 3 - a) Ametista do Grupo I – elevada intensidade de coloração violeta e baixa translucidez. b) Quartzo branco – quartzo leitoso – Ametista do Grupo III – tratada termicamente a 480 ºC com tempo de exposição de 360 minutos. c) Ametista do Grupo I - coloração menos intensa e maior translucidez. d) Ametista do Grupo II – coloração mais intensa e translucidez menor. (Fotografias efetuadas no desenvolvimento do projeto).

Na Tabela 1 são apresentados os tratamentos térmicos efetuados nas

ametistas para a otimização da obtenção de citrinos. Os resultados mostram comportamentos distintos na variação de coloração de cada tipo de pedra com relação a temperatura e tempo de exposição, indicando que essa variação é uma função dessas variáveis, o que está de acordo com a literatura [5]. A variável tempo de exposição mostrou-se importante no processo de intensificação da coloração do citrino. Esse efeito é observado nas Figuras 2.a) e 4.a) – (Grupo I), e Figuras 2.b) e 4.b) – (Grupo II), respectivamente.

Tabela 1 – Tratamentos térmicos realizados em ametistas do Grupo I,II e III como função da temperatura (T) de tratamento e do tempo de exposição (TE)

Grupo T (°C) TE (min.) Resultados (coloração) 380 300 incolor e amarelo alaranjado# 450 15; 180 incolor-amarelo claro 450 15; 135; 855 incolor-amarelo claro e amarelo

alaranjado #,** 500 15; 120 amarelo claro 500 15; 120 amarelo claro e amarelo

alaranjado # 525-550

15 amarelo claro

550 120 amarelo claro e amarelo alaranjado #,**

I

550 120 amarelo claro**



600 15 quartzo leitoso** 280 360; 480 perdendo coloração violeta 300 15 perdendo coloração violeta 380 120; 240; 360 amarelo esverdeado claro 400 15; 120; 240 amarelo esverdeado 450 30; 60; 90; 120; 150; 180;

420; 600; 720; 2040 amarelo claro – amarelo

alaranjado* 480 15; 30; 60; 90; 120; 150; 180;

360 amarelo claro – amarelo

alaranjado* 500 15; 30; 60; 90; 120; 150; 180 amarelo claro – amarelo

alaranjado* 530-540

15 amarelo alaranjado**

550 15; 120 amarelo alaranjado** 560 15 amarelo alaranjado**

II

600 15 quartzo leitoso** 450 15 perdendo coloração violeta 450 360 quartzo leitoso** 480 150 quartzo leitoso**

III

480 360 quartzo leitoso** # Tratamento térmico que forneceu o citrino de coloração extra (elevada intensidade) que é apresentado na Figura 2.c). * Temperatura de tratamento térmico em que as amostras tratadas variam sua coloração de uma tonalidade - a outra. Variação que está relacionada a diferenças entre as amostras e principalmente com relação ao aumento do tempo de exposição. ** Tratamentos em que as amostras começam a fazer a transição para o quartzo leitoso, isto é, estão ficando brancas.

a) b) Figura 4 – a) Citrino Grupo I – Ametista tratada termicamente a 450 ºC com tempo de exposição totalizando 855 minutos. b) Citrino Grupo II – Tratado termicamente a 500 ºC com tempo de exposição de 30 minutos. (Fotografias efetuadas no desenvolvimento do projeto).

O estudo da influência da utilização da areia nos tratamentos indicou que o

seu uso reduz a quantidade de trincas e quebras no material durante o desenvolvimento do TT (não mostrado). Esse efeito está provavelmente associado ao aumento da capacidade térmica do sistema ametista+areia em comparação aos tratamenos efetuadas somente com as ametistas.



3.2. Irradiação

Como descrito na introdução a exposição de amostras de quartzo a irradiação

de alta energia, neste caso radiação gama, pode promover a indução de cor em quartzo incolor e alterar a coloração de quartzos coloridos. Amostras de quartzo incolor, ametista e citrino foram expostas a radiação gama para verificação da possibilidade de alteração e/ou indução de cor nas mesmas.

3.2.1. Indução de cor – Dosagem de radiação

Amostras de quartzo incolor foram divididas em três porções, de quantidade aproximadamente igual, e foram expostas a radiação gama com o propósito de se verificar a influência da dosagem de radiação no processo de indução de cor. As dosagem aplicadas foram de 510, 800 e 1050 kGy.

As amostras irradiadas forneceram prasiolitas e quartzos fumê de diferentes tonalidades de verde e cinza, respectivamente (vide Figura 5). Porém, certas gemas permaneceram incolor mesmo depois de expostas a radiação, e, em poucos casos, quartzo incolor e prasiolita apresentaram coloração violeta em alguns pontos.

Como pode-se notar nas Figuras 5. a), b) e c) não foi possível observar diferença significativa de coloração nas prasiolitas e quartzos fumê obtidos com relação à dosagem de radiação, entretanto, algumas pedras que receberam maior dosagem de radiação, 800 e 1050 kGy , tornaram-se quartzo fumê com coloração negra, destoando das demais amostras com tonalidade de cinza/marrom.

a) b) c) Figura 5 - a) Quartzo incolor após receber uma dosagem de 510 kGy de radiação gama. b) Quartzo incolor após receber uma dosagem de 800 kGy de radiação gama. c) Quartzo incolor após receber uma dosagem de 1050 kGy de radiação gama. (Fotos efetuadas no desenvolvimento do projeto)

3.2.2. Alteração de cor



Como indicado no item anterior aparentemente as dosagens de radiação no intervalo estudado não mostraram diferença significativa de tonalidade nas amostras estudadas. Por esse motivo descidiu-se verificar o que ocorreria com a coloração de ametistas e citrinos (ametistas tratadas termicamente) quando expostas a uma dosagem de 700 kGy. As imagens da Figura 6 mostram novas tonalidades de cor de quartzo fumê, bem como mesclas nítidas de quartzo de colorações distintas em uma mesma pedra.

a) b) c) d) e) Figura 6 - a) Prasiolitas. b) Mescla de ametista, quartzo incolor e quartzo fumê. c) Quartzo fumê. d) Quartzo fumê. e) Mescla de prasiolita com ametista.

4. Conclusão

A atividade extensionista permite a troca direta de conhecimentos gerados na

universidade com a sociedade. O que também ocorre no sentido inverso, haja vista que alguns dos resultados obtidos durante a execução do projeto já eram esperados pelos integrantes da Cooperativa.

Os resultados das ametistas tratadas termicamente indicam que para a obtenção de citrino os Grupos I e II são os mais apropriados (vide Tabela 1). Para esses dois grupos, a variável tempo de exposição demonstrou ter grande relevância na intensificação de cor dos citrinos.

Um dos objetivos dos integrantes da cooperativa é obter citrinos com a coloração similar ao apresentado na Figura 2. c), contudo, essa tonalidade de citrino é raramente obtida. Pois, dos mais de cem tratamentos efetuados e mais de duzentas pedras TT, somente uma amostra apresentou tal coloração. Evidenciando-se ainda, na Tabela 1, que o processo de alteração de cor da mesma diverge dos três grupos de ametista mencionados.

A indução de cor em quartzo incolor e a alteração de cor em ametista e citrino, após sua exposição a raios gama, indica que grande quantidade dos quartzos extraídos pela cooperativa, possuem Fe e Al em sua composição, pois, de



acordo com [3, 5-7, 10], tais elementos são os principais responsáveis pelas colorações de quartzo aqui mencionadas.

5. Agradecimentos

Os autores agradecem à Fundação Araucária/PR, pelo apoio financeiro e ao MSc Cyro T. Enokihara e ao Dr. Paulo R. Rela pela irradiação das amostras.

6. Referências

[1] RIBEIRO, H. M. D. Fatores relevantes no desempenho brasileiro no merc ado internacional de pedras preciosas . 2008. Dissertação (Pós-Graduação). Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, Minas Gerais, Brasil, 2008. Disponível em: < ftp://ftp.bbt.ufv.br/teses/economia/2008/211976f.pdf>. Acesso em 15 ago. 2010. [2] Copasp muda a vida de agricultores e participa do desenvolvimento municipal. Tribuna do Povo, Chopinzinho-PR, 24 out. 2008. Disponível em: < www.portaltribuna.com.br/noticias_ver.php?id=178>. Acesso em: 15 ago. 2010. [3] TRINDADE, N. M.; SCALVI, R. M. F.. Análise das Propriedades Ópticas de Ametistas Tratadas Termicamente . In: 17º Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, 2006, Foz do Iguaçu, Paraná. [4] JUCHEN, P.L. Mineralogia, geologia e gênese dos depósitos de ame tista da região do alto Uruguai, Rio Grande do Sul. 1999. Tese. (Doutorado). Instituto de Geociências, Mineralogia e Petrologia, USP, São Paulo, Brasil, 1999. [5] CORTEZÃO, S. U.. Caracterização de cristais naturais de ametistas brasileiras . 2001. Tese (Doutorado) - Universidade de São Paulo, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico. São Paulo, Brasil, 2001. [6] ARAUJO, F. G. S.; CERCEAU, C. R.; COTA, A. B.; PEREIRA, B. A.. Correlação entre o espectro óptico e a concentração de impurez as no quartzo colorido . Revista da Escola de Minas, Ouro Preto, v. 54, n. 4, p. 295-298, 2001. Disponível em <http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0370-a4672001000400010>. Acesso em: 15 Ago. 2009. [7] ENOKIHARA, C. T.; GUTTLER, R. A. S.; RELA, P. R.; Gama irradiation of quartz from Parana basin, South America . International Nuclear Atlantic Conference - INAC 2007. Santos, SP, Brazil, September 29 to October 5, 2007. Disponível em: <http://www.ipen.br/biblioteca/2007/inac/11962.pdf>. Acesso em: 15 de ago. 2010.



[8] DANTAS, Vera. CTR impulsiona difusão de técnicas nucleares. Revista Brasil Nuclear. Novembro 2008. Ano 14, Número 34. Disponível em: < http://www.aben.com.br/html/topico.php?Cd_Revista_Topico=72>. Acesso em: 15 ago. 2010. [9] BIASI, G. E. V.; VICENTINI, A.; MELQUIADES, F. L.; RODRIGUES JÚNIOR, A. A.; GONZÁLEZ-BORRERO, P. P. Tratamento térmico e efeito da radiação gama em quartzos da região de Chopinzinho-PR . In: Semana de integração de Ensino, Pesquisa e Extensão (SIEPE). 2009, Guarapuava-PR. Anais...Guarapuava: Unicentro, 2009. Disponível em: < http://anais.unicentro.br/siepe2009/pdf/resumo_797.pdf>. Acesso em 15 de ago. 2010. [10] D’ AGUIAR NETO, M. M. F. Estudos de defeitos em quartzo enfumaçado da Bahia por difração de raios X. 1974, Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal da Bahia. Salvador – Ba, Brasil, 1074. Disponível em <www.pggeofisica.ufba.br/media/uploads/publicacoes/8.pdf>. Acesso em: 15 de ago. de 2010.

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