A.E.C. Peres, M.E.M.C. Silva, G.A. Machado, M.F. Mourão

CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA-PETROGRÁFICA E GEOQUÍMICA COM VISTAS AOS ESTUDOS DE EXPANSÃO TÉRMICA DAS ARDÓSIAS DE MINAS GERAIS

A.E.C. Peres 1, M.E.M.C. Silva2

, G.A. Machado3, M.F. Mourão4

I -Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais- Universidade Federal de Minas Gerais. Rua Espírito Santo, 35. CEP 30.160-030. Belo Horizonte-MO

E-mail: aecperes@demet.ufmg.br

2 - 3 - 4 Setor de tecnologia Mineral - Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais - CETEC. Av. José Cândido da Silveira, 2000. CEP 30.170-000. Belo Horizonte-MO

E-mail: eugenia@cetec.br

RESUMO

Minas Gerais é o maior produtor brasileiro de ardósias. Suas reservas geológicas correspondem a 90% das reservas nacionais e sua produção responde por 20% da produção mundial. As características de cor e textura e as condições geológicas das suas jazidas, asseguram às ardósias extraídas uma excelente qualidade e excepcional penetração nos principais mercados mundiais. No entanto, o baixo valor agregado a essa matéria-prima e os reduzidos índices de recuperação na lavra são fatores que contribuem para a geração de expressiva quantidade de rejeitos e formação de pilhas de grandes dimensões. Estas pilhas representam não apenas um problema ambiental a ser minimizado, mas constituem-se de materiais com enorme potencial para ser aproveitado. Uma das alternativas é o uso desses rejeitos na fabricação de agregados leves de alta qualidade. Estes produtos são obtidos através do processo de expansão térmica. Nesse sentido, estão sendo efetuados estudos técnico-científicos buscando correlacionar as propriedades mineralógicas-petrográficas e geoquímicas dos diferentes tipos de ardósias com aquelas relativas ao processo de expansão.

O agregado leve é obtido com a expansão térmica de ardósias em fomos rotativos que atingem temperaturas de cerca de 1.1 00°C. Nestas temperaturas, a ardósia toma-se suficientemente plástica para permitir a expansão de gases, formando diminutas células, não conectadas, dentro da rocha expandida. O material fundido deve ser viscoso o suficiente para reter os gases formados. Quando ocorre o resfriamento, as células se mantêm, o que faz com que o material adquira as características de alta resistência, baixas densidade e absorção. Depois de estabilizado, o material é submetido aos processos de cominuição e classificação para posterior aplicação.

PALAVRAS-CHAVE: ardósia, caracterização, aproveitamento de rejeitos, expansão térmica, agregados leves.

L INTRODUÇÃO

O maior pólo produtor de ardósia no Brasil compreende uma área de 7.000 km2, inserida nos municípios de Papagaios,

Curvelo, Pompéu, Paraopeba, Caetanópolis, Felixlândia, Leandro Ferreira e Martinho Campos, tendo sido definida por Grossi Sad et ai. (1998) como Província de Ardósias de Minas Gerais. As principais variedades de ardósias extraídas são comercialmente diferenciadas pelo padrão cromático, quais sejam, ardósias cinza, verde, vinho, preta e grafite. As variedades cinza, preta e grafite podem dar origem à ardósia "ferrugem", sobretudo como resultado da oxidação de finas lamelas de pirita. Onde os planos de desplacamento são mais espaçados, não caracterizando a clivagem ardosiana, formam-se as ardósias "matacão". Algumas ardósias são mescladas nas cores verde e vinho.

O principal uso da ardósia é na construção civil, tanto para revestimento de pisos e paredes, como para telhas. Outros usos ocorrem na fabricação de móveis decorativos, pias, tampos para mesa de bilhar, lousa escolar e outros artefatos de decoração.

As exportações mineiras de ardósia são crescentes, destacando-se o período de 1996 a 2000, quando foram registrados aumentos de quase 200%, correspondendo, respectivamente, aos valores de cerca deUS$ lO milhões a US$ 28 milhões, segundo a Secretaria de Comércio Exterior - SECEX, do Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio -MIDC.

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Não obstante a relevância do Estado na produção e exportação de ardósias, a falta de pesquisa geológica e planejamento de lavra, o baixo valor agregado a essa matéria-prima e os reduzidos índices de recuperação de placas com aproveitamento industrial, não ultrapassando a 15% do volume extraído na lavra, são fatores que contribuem para a geração de impactos ambientais.

As pilhas de rejeitos dispostas de forma inadequada, próximas às áreas de lavra e nas unidades de beneficiamento, bem como os efluentes líquidos gerados nas serrarias, constituem não apenas um problema ambiental a ser minimizado e controlado, mas representam uma expressiva parcela de material com potencial para ser aproveitado.

Assim, toma-se necessário desenvolver estudos técnicos e econômicos visando a utilização comercial destes rejeitos, seja através de reciclagem e/ou transformando-os em produtos que substituam matérias-primas empregadas como insumos em outros processos industriais.

2. OBJETIVOS

Apresentar resultados parciais dos estudos de caracterização mineralógica-petrográfica e das análises termogravimétrica e termodiferencial dos diferentes tipos de rejeitos de ardósia, correspondentes às tonalidades/textura da rocha (cinza, preta, grafite, verde, vinho, ferrugem e matacão), objetivando definir as propriedades desses materiais. Esses resultados irão consubstanciar a pesquisa científica-tecnológica sobre expansão de ardósias, buscando uma correlação das propriedades mineralógicas-petrográficas-geoquímicas com as propriedades físico-mecânicas da ardósia, antes e após o tratamento térmico, e, com isto, definir as possíveis causas da expansão da ardósia e as variáveis que afetam as características e propriedades dos agregados obtidos.

A busca dessa alternativa tecnológica almeja a mmtmtzação dos problemas ambientais decorrentes da disposição inadequada de rejeitos de ardósia mediante o seu aproveitamento industrial, favorecendo o processo de recuperação ambiental das áreas degradadas e reduzindo o passivo ambiental das mineradoras, além de gerar produtos com maior valor agregado.

3. JUSTIFICATIVA

A viabilização técnica e econômica das atividades minero-industriais das ardósias em Minas Gerais está intrinsecamente relacionada às questões ambientais referentes às atividades de lavra e beneficiamento, especialmente no que se refere à geração de resíduos sólidos e efluentes líquidos.

A necessidade de utilização de novos materiais na indústria de construção civil, devido ao custo ou escassez dos materiais convencionais, tem levado os profissionais da área a aprofundarem os estudos para tomar mais viável técnica e economicamente, dentro das peculiaridades de cada região, a utilização de materiais alternativos.

Dentre as possíveis aplicações dos rejeitos da lavra e do beneficiamento da ardósia destaca-se sua alta potencialidade para aplicação como material cerâmico, na indústria cimenteira, na construção civil, dentre outras. Vale ressaltar que algumas ardósias apresentam a propriedade de expansão, o que as tomam mais valorizadas no mercado externo. Esta propriedade viabiliza a utilização da ardósia na fabricação de agregados leves de alta qualidade. A demanda internacional por esses materiais é cada vez maior tendo em vista a necessidade de investir em projetos de infra-estrutura.

Agregados leves têm concorrido e, provavelmente, substituirão os agregados comuns na construção civil, devido às suas características de alta resistência, alta durabilidade, baixa absorção, baixo peso específico, resistência ao fogo, melhor distribuição granulométrica, inalterabilidade, maior estabilidade em pilhas de estoque, entre outras. Essas características permitem a sua aplicação em concreto estrutural pré-moldado, alvenaria, geotecnia (contenção de taludes, comofillers, etc.), pavimentos asfálticos, na horticultura, projetos paisagísticos, dentre outras aplicações (Martins et ai., 1995 e 1996; Cinasita, 2001; Stalite, 200 I; Haydite, 2002)

A minimização da geração de rejeitos e a definição de novos usos industriais para os resíduos de ardósia, mediante o desenvolvimento de trabalhos sistemáticos de pesquisa geológica e lavra, favorecerão o processo de licenciamento corretivo das empresas mineradoras junto aos órgãos de controle ambiental, visando à mitigação dos impactos ambientais na região produtora.

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Nesse contexto, a viabilização econômica do aproveitamento dos rejeitos de ardósia em diferentes tipos de indústria e, particularmente, na área de construção civil, no que se refere ao consumo de agregados leves, está inicialmente condicionada ao desenvolvimento do presente estudo de viabilidade tecnológica. As propriedades superficiais dos materiais, obtidas após o tratamento térmico, também poderão determinar usos alternativos a serem estudados.

Serão considerados, ainda, os vários fatores que interferem na metodologia de trabalho proposta, quais sejam, o consumo de matéria-prima mineral em grande escala, considerando a acentuada geração de rejeitos na região produtora de ardósias, custo do transporte do produto final até os centros consumidores, o custo ambiental do produtor de ardósia frente ao cumprimento da legislação em vigor, entre outros.

4. METODOLOGIA

4.1. Amostragem Sistemática dos Rejeitos de Ardósia

A coleta de amostras dos rejeitos de ardósia se restringiu aos limites do pólo produtor de ardósia de Minas Gerais, definido por Grossi Sad et ai. (1998) como "Província de Ardósia de Minas Gerais". A amostragem foi realizada na primeira etapa do Projeto "Aproveitamento de Rejeitos Gerados na Lavra e no Beneficiamento de Ardósia - Módulo I" (CETEC, 2001).

Inicialmente, foram realizadas visitas técnicas à região produtora de ardósia, quando foram levantados os tipos de ardósia extraídos nos jazimentos de cada distrito de ocorrência e selecionados os locais de amostragem. A amostragem de rochas dos tipos cinza, preta, grafite, verde, vinho, ferrugem e matacão foi concentrada em empreendimentos localizados nas cidades de Paraopeba, Papagaio e Felixlândia. Foram coletadas amostras de aparas de ardósias geradas nas atividades de lavra e nas serrarias.

4.2. Caracterização dos Rejeitos de Ardósia

As amostras de ardósia foram preparadas para serem submetidas à caracterização, contemplando análises petrográficas, mineralógicas, difratométricas, termogravimétricas (TG) e termodiferenciais (DTA), dentre outras, objetivando definir suas propriedades.

Os estudos mineralógico-petrográficos foram realizados para identificação das fases minerais e para análises texturais. Foram feitos estudos petrográficos comparativos de ardósias de diferentes cores/texturas. Para as análises mineralógicas e petrográficas foram preparadas lâminas delgadas e seções polidas, respectivamente, em microscopia de luz transmitida e luz reftetida. Considerando a peculiaridade da ardósia devido à clivagem, foram confeccionadas duas lâminas por amostra, sendo uma no sentido da foliação da rocha e outra no sentido perpendicular à foliação. Análises difratométricas de raios X (DRX) semi-quantitativas foram realizadas para identificação mineralógica complementar das micas, dos argilo-ininerais, entre outros.

Para a realização das análises termogravimétricas (TG), visando à quantificação das alterações ponderais durante processo de aquecimento, as amostras foram cominuídas e pulverizadas até a obtenção da granulometria passante em 0,075 mm (200 mesh Tyler) . A análise consistiu no aquecimento de uma amostra, com velocidade constante de 10°/min, em uma balança Shimadzu, modelo TA - 50, em atmosfera com nitrogênio, o que permite o registro das variações de massa em função da temperatura. Rehim Abdel ( 1991) apresenta uma série de aplicações de análises térmicas em vários campos da tecnologia mineral, incluindo processamento químico de minerais, fabricação de refratários, cerâmicas, vidros, cimento, pigmentos minerais, sínteses de minerais, processos metalúrgicos, indústrias químicas, ensaios termoanalíticos de minerais, dentre outros.

O mesmo procedimento e condições analíticas foram adotados nas análises termodiferenciais (DTA) para quantificação de energia nas mudanças de fase (por exemplo: perda de Hp, C0

2, S0

3) durante aquecimento da amostra. A análise

termodiferencia1 consiste no aquecimento, em velocidade constante, de um material, juntamente com uma substância termicamente inerte, registrando as diferenças de temperatura entre o padrão inerte e o material em estudo; quando ocorrem transformações endo ou exotérmicas essas aparecem como deftexões em sentidos opostos na curva termodiferencial ou termograma (Santos, 1992). Segundo Rehim Abdel (1991 ), DTA é um das técnicas básicas de análises qualitativa e . quantitativa de minerais. Foi primeiramente usada na identificação mineralógica de argilas, bauxitas e minerais carbonáticos. Essa técnica é também muito útil na classificação de minerais presentes em matérias-primas de diferentes indústrias. Nas investigações termoanalíticas, as transformações tisicas e químicas de minerais aparecem mais ou menos distintas uma da outra, em diferentes temperaturas.

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I l r \

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Os resultados das análises mencionadas serão utilizados como referência para efeito comparativo com os resultados a serem obtidos nos estudos de expansão térmica das ardósias.

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1. Caracterização Petrográfica-Mineralógica das Ardósias

As ardósias de Minas Gerais estão inseridas na formação Santa Helena do Supergrupo Bambuí (Grossi Sad et ai., 1998). A composição mineralógica dos diferentes tipos cromáticosltexturais de ardósia é representada, essencialmente, por mica branca, quartzo, clorita e feldspato. O teor de opacos e carbonatos pode variar de traço a, respectivamente, 9 % e 20 %. Em proporções menores, ocorrem epidoto, turmalina, rutilo, zircão, apatita e biotita (Tabela 1).

Os minerais opacos identificados foram: magnetita, hematita, pirita, calcopirita, ilmenita. Também foi observado outro mineral, possivelmente, grafita. A ardósia que apresentou os teores mais elevados em minerais opacos foi a vinho. Nas ardósias com carbonatos, esses apresentam-se como cristais anédricos e, mais raramente, romboédricos perfeitos, disseminados na rocha ou, mais freqUentemente, concentrados em níveis/lentes onde se associam a feldspatos (Foto 1).

Tabela I - Mineralogia semi-quantitativa por difração de Raio X(% em peso)

Mineralogia Preta Ferrugem CinzaMat Grafite VinhoNerde Verde Vinho

Quartzo 30 38 36 40 48 45 45

Plagioclásio 8(An- 23) 9(An- IO) lO(An- 15) 9(An-10) 8(An- 15) 9(An-15) 7(An-10)

Microclina 2 2 2 2 2 2 2

Muscovita lO 7 8 8 lO 7 11

Clorita 48 39 42 40 21 36 26

Anquerita - - - lO -Cal cita - 4 - - - -

Hematita tr(p) tr(p) tr(p) - tr(p) - 6

Rutilo tr(p) tr(p) tr(p) - - - tr

Pirita l - tr(p) - - -Le enda: An - teor de anorttta no g >la p g toclãsto; tr - tra os; - rovave ; - - não detectavel ç p p

As fotomicrografias numeradas de l a I O, obtidas no microscópio binocular Leitz, modelo Displan, com aumento de 4 x 1 O x 1.25, retratam aspectos mineralógico-petrográficos das ardósias de Minas Gerais.

plagioclásio, em ardósia preta.

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com minerais filossílicátícos, plagioclásío, quartzo e carbonato, e com bandas de matéria carbonosa.

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As curvas termogravimétricas (TG) obtidas nos diferentes tipos de ardósia sugerem que as perdas de massa estão ocorrendo no intervalo entre 550° e 700° C, com exceção da ardósia preta que apresentou variação de massa em um maior intervalo de temperatura ( 430° a 730° C)- Figura 1. As amostras de ardósia analisadas perdem, em média, 22 mg de massa, o que corresponde a cerca de 4%, destacando-se que a ardósia preta apresentou uma perda de aproximadamente duas vezes o valor obtido nas demais amostras. As análises termodiferenciais (ATD) mostram um pico endotérmico entre 370" e 420° C e sugerem um início de fusão em cerca de 1050° C (Figura 2).

A perda de massa identificada na curva TG trata-se, provavelmente, da remoção da hidroxila na rede da ilita e/ou da mica. A muscovita mostra uma perda de massa devido a desidratação até 800° (Grim e Rowland, 1942 e 1944). Segundo Santos (1992), entre 450" e 600° C existe um pico endotérmico pequeno de perda de água de hidroxilas, perda essa que não destrói a estrutura cristalina das ilitas dioctaédricas. Estudos adicionais serão efetuados para a melhor caracterização termal desses materiais.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CETEC I Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais. Aproveitamento de Rejeitos Gerados na Lavra e no Beneficiamento de Ardósia. Belo Horizonte: Secretaria de Estado de Ciência e Tecnologia/CETEC. 2001. 92p. (Relatório final). CETEC I Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais . Melhoria dos Processos de Lavra e Controle Ambiental na Atividade Extrativa de Ardósia. Belo Horizonte: Secretaria de Estado de Ciência e Tecnologia!CETEC. 2001. I 08p. (Relatório final e mapas). Grim, R. E., Rowland, R.D. D.T.A. of clay minerais and other hydrous minerais. P. I. Am. Mineralogist 27, 746-761, P.II, 801-818 (1942). Grim, R.E., Rowland, R.D. D.T.A. of clay and shales, a control and prospecting method. J. Am. Ceram. Soe. 27, 65-76 (1944). Grossi-Sad, J. H. et ai.. Panorama do setor de ardósias do estado de Minas Gerais, Brasil. Belo Horizonte: COMIG, 1998, 2v. Haydite, Hydraulic Press Brick Company. [Haydite Aggregate Properties ], Estados Unidos, [citado em 19 de fevereiro, 2002] Disponível na Internet: http: //www.hpbhaydite.com Martins, J. et ai. Utilização de aglomerados de finos de ardósia como agregado leve para a construção civil. São Pedro (SP), 50° Congresso Anual da ABM, 1995. Martins, J. et ai.. Utilização de rejeitos bitolados de ardósia como agregados leves para a construção civil. Porto Alegre (RS), 51 o Congresso Anual da ABM, 1996. Rehim Abdel, A.M. Thermal Analysis in the Geosciences. Alemanha, Werner Smykatz-Kloss e Slade St.J . Warne (Eds.). 1991. 379 p. Santos, P.S. Ciência e Tecnologia de Argilas. v 1, São Paulo, Edgard Bluches Ltda. 1992. p. 242-302. Santos, P.S. Ciência e Tecnologia de Argilas. v2, São Paulo, Edgard Bluches Ltda. 1992. p. 438-467. Stalite, Carolina Stalite Company. [Performance Lightweigh Aggregate], Estados Unidos, [citado em 02 de setembro, 2001] Disponível na Internet: http: //www.stalite.com

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TG-Ard 33-Cinza

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~ 740,00

730,00 ---------------140 279 418 557 696 835 9741113

T (OC)

TG-Ard 35-Matacão

a 74o,oo

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TG-Ard 31.ferrugem

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1 141 281 421 561 701 841 981 1121

T(oC)

TG-Ard 30.Preta

: m !~l:;~~,:r~#;,;::,~:;;·;;~. : -1 131 261 391 521 651 781 911 10411171

T (oC)

Figura 1: Curvas termogravimétricas das amostras de ardósia preta, ferrugem, cinza e matacão.

.......... -----------------

XIX ENTMME - Recife, Pernambuco - 2002.

OlA- Ard30 -Prâa

1000,00 .,...f---............ -.... ---....--------......

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-1000,00 +---~'----.---.--.---....,..-_,....;.j -1500,00 -'--------~--~----

147 293 439 585 731 877 1023 1169

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86 171 256 341 426 511 596 681 766 851

T (oC)

Figura 2: Curvas tennodiferenciais das amostras de ardósia preta, ferrugem, cinza e matacão.

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