cetem - vermiculita - 2005

Centro de Tecnologia Mineral Ministrio da Cincia e Tecnologia Coordenao de Processos Minerais - COPM

VermiculitaCaptulo 32

Jos Fernandes de Oliveira Ugarte Engenharia Qumica, D.Sc. Joo Alves Sampaio Engenharia de Minas, D.Sc. Silvia Cristina Alves Frana Engenharia Qumica, D.Sc.

Rio de Janeiro Dezembro/2005 CT2005-143-00 Comunicao Tcnica elaborada para Edio do Livro Rochas & Minerais Industriais: Usos e Especificaes Pg. 677 a 698.

Minerais Industriais CETEM/2005

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32. VermiculitaJos Fernandes de Oliveira Ugarte1 Joo Alves Sampaio2 Silvia Cristina Alves Frana3

1. INTRODUOA vermiculita, (Mg, Fe)3 [(Si, Al)4 O10] [OH]2 4H2O, um silicato hidratado de magnsio, alumnio e ferro com uma estrutura micceo-lamelar e clivagem basal. O termo vermiculita utilizado tambm para designar comercialmente um grupo de minerais micceos constitudo por cerca de dezenove variedades de silicatos hidratados de magnsio e alumnio, com ferro e outros elementos. O nome vermiculita derivado do latim vermiculus que significa pequeno verme e se deve ao fato de que esse material se expande sob aquecimento, durante o qual suas partculas movimentam-se de forma semelhante dos vermes. Suas propriedades de superfcie, somadas aos elevados valores de rea superficial especfica, porosidade e carga superficial (negativa) fazem da vermiculita um material adequado para o uso como adsorvente ou como carreador. A sua capacidade de troca inica estimada em valores na faixa entre 100 e 130 meq/100 g. Sua baixa elasticidade, baixa densidade e elevadas capacidades de adsoro e absoro permitem que a vermiculita seja tambm usada na composio de materiais para embalagens de uma variedade de produtos industrializados. O valor comercial da vermiculita est, exatamente, na camada de molculas de gua que intercala as camadas de alumnio e silcio na estrutura do mineral, a qual responde pelo seu elevado ndice de expanso. Essas molculas de gua, quando aquecidas, de forma rpida, a temperaturas elevadas, transformam-se em correntes de ar quente e causam aumento no volume do mineral. Esse processo, chamado de expanso trmica, confere ao produto final mltiplas aplicaes

Eng. Qumico/UFPA, D.Sc. Engenharia Metalrgica/COPPE-UFRJ, Bolsista do CETEM/MCT Eng de Minas/UFPE, D.Sc. Engenharia Metalrgica/COPPE-UFRJ, Tecnologista Snior do CETEM/MCT 3 Eng. Qumica/UFS, D.Sc. Engenharia Qumica/COPPE-UFRJ, Tecnologista do MPEG/MCT1 2

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industriais. Na forma expandida a vermiculita quimicamente ativa, biologicamente inerte, alm de possuir baixa densidade. O mineral comercializado na forma expandida apresenta propriedades como baixos valores de massa especfica aparente e de condutividade trmica. Essas caractersticas, associadas granulometria, tornam o produto de vermiculita bastante atrativo para sua utilizao em diversas reas, dentre as quais, na construo civil, na agricultura, nas indstrias qumica, de tintas, etc. A vermiculita expandida, quando recoberta por compostos de magnsio, pode remover com eficincia efluentes gasosos de usinas geradoras de eletricidade. Assim, so removidas quantidades significativas de enxofre e nitrognio dos efluentes gasosos. A vermiculita possui uma faixa de composies, que depende da composio da mica que a originou, da variao qumica durante o intemperismo e da troca inica durante o processo de formao. No Brasil h depsitos e jazidas de vermiculita nos estados da Paraba, Gois e Piau. Os minrios brasileiros no contm asbestos, o que confere aos concentrados de vermiculita maior valor agregado, alm de favorecer o melhor aproveitamento econmico do bem mineral. Uma aplicao atrativa para a vermiculita como material adsorvente/absorvente, devido s propriedades de troca inica que possui, semelhante a algumas argilas e zelitas, podendo ser utilizada em processos de remoo de contaminantes orgnicos e na purificao de guas residuais contendo sais dissolvidos (Frana e Luz, 2002; Oliveira e Ugarte, 2004). Com relao s expectativas de crescimento no mercado, o comrcio desse mineral atinge um valor da ordem de 200 milhes dlares ao ano, com um mercado futuro projetado para atingir pases do primeiro mundo. Na ltima dcada, os tradicionais produtores mundiais de vermiculita, frica do Sul e Estados Unidos, passaram a dividir mercado com novos fornecedores do produto, como a China, Zimbabwe, Austrlia e ndia. A China, em particular, tem apresentado um desenvolvimento comercial crescente suprindo, por exemplo, cerca de 50% dos mercados do Japo e Coria do Sul (Jinyao, 2001), o que aponta a China como um grande concorrente no mercado mundial de vermiculita. O Brasil detm 10% das reservas mundiais de vermiculitas e ocupa, atualmente, a quarta posio mundial na produo, com 5%. A produo nacional se concentra apenas em quatro produtores com um crescimento na ordem de 35% nos ltimos anos. Segundo algumas estimativas, o consumo mundial de


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vermiculita em 2003 foi de 600 mil toneladas. No Brasil a produo, em 2003, foi de 26 mil toneladas, e o consumo interno, 22 mil toneladas (Cavalcanti, 2004).

2. MINERALOGIA E GEOLOGIA2.1. Mineralogia Para a efetiva compreenso das caractersticas mineralgicas da vermiculita, um mineral da famlia dos filossilicatos, faz-se necessrio o conhecimento bsico dos conceitos mineralgicos relacionados s micas, visto que a vermiculita tem semelhana com o grupo micceo. Mica um termo genrico aplicado a um grupo de minerais aluminosilicatados complexo, com estrutura lamelar e com diferentes composies qumicas e propriedades fsicas. As micas formam cristais planos hexagonais, com clivagem bem marcada, paralela direo das superfcies planas, o que lhes confere a propriedade de delaminao (se dividir em lminas) (Tanner Jr., 1996). Algumas micas apresentam maior facilidade de delaminao, como o caso da muscovita que, quando proveniente de pegmatitos, delamina mais facilmente do que a flogopita. Em geral, as micas provenientes de pegmatitos intemperizados possuem maior facilidade de delaminao. Os depsitos de mica podem produzir micas em formato de folhas ou de lascas. As micas em formato de folhas so geralmente muscovitas e so encontradas em pegmatitos de granulometria grossa. As micas em lascas so provenientes de pegmatitos intemperizados; antigamente as lascas de mica constituam subproduto ou rejeito das operaes com as micas em folha; porm, a sua demanda crescente incentivou o desenvolvimento de mtodos de lavra nesses pegmatitos. Esse tipo de mica tambm largamente encontrado em depsitos de mica xisto, que apresentam corpos largos e maior percentagem de micas do que os pegmatitos. A vermiculita um silicato hidratado de formato lamelar, contendo quantidades variveis de ferro, magnsio, potssio e alumina. Suas caractersticas fsicas so as mesmas das micas, no que se refere clivagem tpica, separando-se em finas lamelas flexveis, porm sem elasticidade, e com cores que variam do bronze ao amarelo-amarronzado, com brilho perolado tpico. A dureza do mineral pode variar de 2,1 a 2,8, na escala Mohs, e a massa especfica 2,5 g/cm3.

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A estrutura cristalina lamelar formada pela clula unitria do grupo do argilomineral 2:1, que contm duas camadas tetradricas de silcio (tetracoordenado) e uma camada octadrica de alumnio (hexacoordenado) entre elas. Os grupos tetradricos e octadricos tm seus vrtices compostos por tomos ou ons oxignio e ons hidroxila, que esto ao redor de pequenos ctions, destacando Si4+ e Al3+, eventualmente Fe3+ e Fe2+, nos grupos tetradricos, e Al3+, Mg2+, Fe2+, Fe3+ e Ti4+, eventualmente Cr3+, Mn2+, Zn2+ e Li+, nos grupos octadricos, geralmente com um certo grau de substituio isomrfica. Todas as posies da camada octadrica podem ser preenchidas (forma trioctadricas) ou somente dois teros delas podem estar preenchidos (formas dioctadricas) (Aguiar e Novaes, 2002; Muoz e Castell, 2003). Cabe mencionar que a estrutura cristalina tetradrica ou octadrica favorece a troca catinica, ao processo de intercalao da vermiculita, onde nova classe de materiais podem ser formados, com a adsoro do agente intercalante, assim como sua aplicao na remoo de metais pesados e adsoro de leo da indstria petrolfera (Ugarte e Monte, 2004; Oliveira e Ugarte, 2004). As micas, especialmente a muscovita, so amplamente utilizadas na indstria devido s excepcionais propriedades fsicas, qumicas, eltricas, trmicas e mecnicas que apresentam. Flogopita e vermiculita so as seguintes, na ordem de importncia industrial; a biotita ainda no apresenta larga aplicao, devido ao elevado teor de ferro na sua estrutura. A vermiculita, particularmente, um mineral hidratado, que pode resultar da alterao de uma mica, mais comumente a biotita. Os minerais comumente associados vermiculita so a biotita, hidrobiotita, piroxenita, apatita, anfiblio, sienito, serpentinito, flogopita, diopsdio, clorita, amianto, talco e minerais argilosos. Estudos da caracterizao tecnolgica (Ugarte et al., 2004) tm mostrado que as vermiculita de Santa Luzia (PB) e Sancrelndia (GO) so compostas de camadas mistas interestratificadas de vermiculita com outras fases mineralgicas (talco, hidrobiotita, biotita e flogopita) e que, dependendo do teor dessas impurezas, podem interferir no processo de expanso da vermiculita. A Figura 1 ilustra um diagrama com estruturas da flogopita, vermiculita e uma estrutura mista estratificada, flogopita e vermiculita. Quimicamente, a composio da vermiculita rica em xidos. Nas Tabelas 1 e 2 encontram-se, respectivamente, de forma ilustrativa, uma comparao entre composies qumicas mdias de vermiculitas comerciais e brasileiras e internacionais.


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Figura 1: Estruturas: (a) flogopita; (b) estrutura da vermiculita com ctions de Mg hidratado nas regies entre camadas de H2O e (c) estrutura estratificada de flogopita com vermiculita (Bigham et al., 2001). Tabela 1: Composio qumica (%) mdia de vermiculitas comerciais brasileiras. Composto SiO2 MgO Al2O3 Fe2O3 K2O Na2O CaO MnO TiO2 NiO BaO Cr2O3 H2O (total) Total Santa Luzia (PB) 42,8 19,9 6,8 6,7 4,6 1,0 0,56 0,11 0,86 0,29 0,45 15,80 99,87 Sancrelndia (GO) 40,4 18,3 13,0 8,5 3,7 2,5 1,4 0,12 1,0 0,21 0,31 10,40 100,00 Massap (PI) 45,10 23,60 10,20 5,80 0,50 0,10 3,60 0,70 0,20 10,20 100,00

Fontes: Santa Luzia (PB) (Frana e Luz, 2002), Sancrelndia (GO) (Ugarte et al., 2004) e Massap (PI) (Hindman, 1994).

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Tabela 2: Composio qumica (%) mdia de concentrados de vermiculitas comerciais internacionais (Hindman, 1994). Composto 1 2 3 4 5 SiO2 36,50 41,20 37,67 39,37 43,05 MgO 19,20 24,22 17,16 23,37 21,39 Al2O3 14,50 12,68 14,23 12,08 10,01 Fe2O3 10,50 4,60 8,07 5,45 1,90 K2O 0,50 5,97 1,36 2,46 2,56 Na2O 2,00 1,61 1,95 0,80 0,03 CaO 0,21 0,93 2,18 1,46 0,20 MnO 0,18 0,05 0,18 0,30 FeO 1,54 0,48 1,17 3,56 TiO2 0,75 1,38 0,20 1,25 1,00 Li2O 0,03 BaO 0,03 Cr2O3 0,20 H2O (total) 15,41 5,82 15,71 11,20 15,70 Total 99,64 99,99 99,19 98,97 99,4 1- Austrlia (Munglinup), 2- China (Qieganbulake), 3- Egito (Hafafit), (Phalaborwa), 5- Rssia (Kovdor), 6- Estados Unidos (Chicago) e 7(Louisa) 6 7 38,66 38,34 20,04 16,38 17,36 12,85 8,45 8,80 4,24 6,63 1,72 0,75 1,12 0,07 0,14 1,66 0,01 0,12 0,50 0,23 8,71 10,66 98,61 99,34 4- frica do Sul Estados Unidos

2.2. Geologia A vermiculita pode ser derivada da biotita, flogopita, diopsdio, hornblenda e serpentito por um dos processos seguintes: intemperismo ao longo de zona de falha at a profundidade de 100 m; alterao hidrotermal a baixa temperatura (menos que 350oC) de piroxenito, peridotitos, dunitos, carbonatitos e anfibolitos cortados por granodioritos e pegmatitos, ambos alcalinos. O fato de a vermiculita ser instvel nas temperaturas acima de 350oC comprova a afirmao de que possvel mesma, em profundidade da crosta terrestre, converter-se em biotita ou outros minerais como flogopita, diopsdio hornblenda ou serpentito. Este fato restringe o tamanho dos depsitos desse mineral, cuja existncia em profundidade considerada uma exceo Assim, justifica-se o nmero reduzido de minas subterrneas desse mineral. Em decorrncia das alteraes, relativas ao processo de formao da vermiculita, no serem completas, comum a ocorrncia do mineral intercalado com biotita ou clorita. Decorre desse fato a existncia de uma vermiculita natural


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de baixo valor agregado. Por outro lado, vermiculitas que resultaram da alterao da flogopita e biotita contm partculas com granulometria grossa e, portanto, de boa qualidade. Os elementos qumicos presentes na vermiculita, em especial ferro, alumnio e magnsio, esto relacionadas a uma alterao da biotita, por ao hidrotermal associada a micas. Esta, de um modo simples, pode ser entendida como uma soluo aquosa aquecida, usualmente acima de 50oC, caracterizada por composio qumica complexa dada por diversas substncias dissolvidas. Essa soluo ou fluido pode ser gerada em diversos sistemas geolgicos, donde a fase aquosa e seus solutos terem fontes diversas, como, por exemplo: magmtica e metamrfica. Nestes ambientes geolgicos, a gua pode ser progressivamente aquecida e reagir quimicamente com os minerais e rochas percolados, transformando-se ento numa soluo hidrotermal. Os depsitos brasileiros e mundiais de vermiculita ocorrem principalmente dentro das zonas de complexos mficos, ultramficos e carbonatitos. Por exemplo, Libby nos Estados Unidos, considerado o maior do mundo e o de Phalaborwa (frica do Sul). Outros pequenos depsitos so formados por dunitos, piroxenitos, peridotitos ou rochas mficas cortadas por pegmatitos e sienitos e rochas granticas (Birkett e Simandi, 1999; Simandi et al., 1999). Segundo estudos geolgicos, os depsitos brasileiros so divididos em dois tipos: os derivados de alterao da mica flogopita em carbonatitos, e no silictica, como a maioria das rochas gneas; os derivados de alterao da biotita em complexos metamrficos mficos e ultramficos serpentinizados, quando expostos ao desgaste intenso e modificao em temperaturas elevadas. A produo nacional hoje restrita a corpos mficos e ultramficos, que tm dimenses reduzidas e em geral so subverticais. Os depsitos carbonatitos tm maior dimenso para lavra a cu aberto, como o caso do depsito de Phalaborwa, considerado o segundo maior do mundo, onde a vermiculita um subproduto de lavra de cobre. Alm disso, o Brasil conta com dezenas de depsitos carbonatitos descritos na nossa geologia que ainda no foram estudados geologicamente para identificao de reservas adicionais. Segundo Reis (2002), depsitos associados a metassedimentos carbonticos em seqncias vulcnicas metamorfizadas ainda no foram descritos no Brasil; e a ausncia de normas brasileiras para efetuar clculos de reserva minerais, para que sejam reconhecidas no mercado internacional, dificultam a classificao dos

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depsitos de vermiculita no pas, que s podem ser identificados como recurso ou como reserva de minrio. Na Tabela 3, constam os principais tipos de depsitos de vermiculita identificados no Brasil e suas reservas.Tabela 3: Principais depsitos de vermiculita identificados no Brasil (entre parnteses a percentagem de vermiculita) (Reis, 2002). Depsito Catalo I Santa Luzia Sancrelndia Montes Belos Brumado Localizao Ouvidor (GO) Santa Luzia (PB) Sancrelndia (GO) Montes Belos (GO) Brumado (BA) Tipo Carbonatito Mfico e ultramfico Mfico e ultramfico Mfico e ultramfico Mfico e ultramfico Mfico e ultramfico Vermiculita 106 (t) 10 (20%) 1,95 (20%) > 7 (30%) 1,5 (30%) 2 (30%) 2 (25%)

Queimada Nova Queimada Nova (PI)

3. LAVRA E PROCESSAMENTO3.1. Lavra Por conta dos custos de minerao e beneficiamento, alm daqueles relativos ao transporte do concentrado final, desejvel lavrar a vermiculita com teor bastante elevado. Mesmo assim, os minrios de baixo teor (entre 20 e 30%) podem ser aproveitados economicamente. Os minrios ricos ou com teores elevados chegam at a 80% de vermiculita. Ao contrrio de outros minerais o valor de um minrio de vermiculita dependente da distribuio e da eficincia do aproveitamento das partculas maiores da vermiculita. Portanto, exige-se cada vez mais mtodos de lavra capazes de proporcionar vermiculitas com partculas grossas. Nos depsitos de vermiculita comum a ocorrncia do mineral nos seguintes modos: mica parcialmente alterada em vermiculita, vermiculita alterando para caulinita e vermiculita associada aos minerais de ganga. Tais ocorrncias tm efeitos significativos nos mtodos de lavra e processamento. Assim, normalmente praticam-se lavras seletivas do mineral com o objetivo de obter um produto final com granulometria mais grossa possvel e elevado teor de vermiculita, facilitando as operaes de beneficiamento para obteno de um produto final com maior


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valor agregado. Como essas jazidas de vermiculita, relativamente puras, so escassas e a demanda por vermiculita grossa aumente cada vez mais, torna-se uma exigncia o processamento de minrios com qualidade menos nobre, muito embora existam depsitos com elevado teor de vermiculita grossa e livre de contaminao. Dessa forma, h uma tendncia para uma utilizao de tcnicas avanadas de sondagens e lavra em harmonia com as caractersticas do corpo de jazida. Na prtica, comum a lavra de vermiculita a cu aberto e so raros os casos de lavra subterrnea. Nas minas modernas a abertura de cavas, geralmente rasas, cerca de 50 m, feita com equipamentos convencionais incluindo, entre outros, escavadeiras mecnicas, onde as jazidas de vermiculita esto associadas aos diques, sills e/ou outros corpos rochosos e compactos. Em geral, o processamento do minrio lavrado feito na prpria mina, todavia, h casos, caractersticos de pequenas jazidas, em que a usina de processamento situa-se a maiores distncias da mina. Desse modo, o transporte realizado por caminhes de pequeno porte, em auto-estrada. Nas duas situaes h sempre a remoo de uma quantidade significativa de material estril. No Brasil o minrio de vermiculita lavrado a cu aberto com desmonte mecnico utilizando trator de esteira na etapa de escarificao. O minrio bruto retomado por carregadeira frontal para abastecer os caminhes basculantes, que fazem o transporte at a usina de concentrao. As bancadas possuem, como de hbito, largura mdia de 3,0 m e talude de 30o, o que permite a operao dos equipamentos de desmonte e transporte. Tal procedimento pode variar de acordo com a espessura da camada de minrio no jazimento. A remoo do capeamento, com espessura mdia de 1,5 m, tambm feita com auxlio do trator de esteira. O plano de lavra prev o retorno do capeamento cava da mina, de forma a recompor a topografia original do terreno. O capeamento constitudo basicamente de material argiloso de fcil remoo; a relao estril/minrio situa-se na faixa de 0,063/1 (Luz et al., 2001). 3.2. Processamento Os minrios e concentrados so normalmente analisados pelo teor de vermiculita e tamanho das partculas. A amostra seca peneirada em vrias fraes segundo a classificao granulomtrica apresentada na Tabela 4, que exemplifica a diferena entre a granulometria dos padres de concentrados de vermiculita natural, internacional, americano e brasileiro. Cada frao pesada e

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ento submetida ao processo de expanso trmica em fornos com temperatura na faixa de 800 a 1.100oC. Aps o resfriamento a vermiculita expandida novamente pesada e a ganga residual removida por meio de separao a seco ou a mido, esta ltima menos utilizada. O concentrado de vermiculita calculado segundo: a simples diferena da massa entre a vermiculita expandida e os minerais de ganga; clculo do excesso de umidade; a sobresecagem do produto. O teor de vermiculita nos concentrados finais varia desde 90 at 99%. Os concentrados so tambm especificados em funo do desempenho do material durante o processo de expanso trmica, o qual pode ser avaliada em teste de laboratrio que simula o processo industrial. Nas unidades produtoras, rotineiramente, a avaliao da vermiculita expandida feita segundo a pesagem do produto acondicionado em sacos de 100 L. As tcnicas de beneficiamento de vermiculita fazem uso das vantagens de uma ou mais propriedades do mineral. Tais propriedades incluem forma, densidade, resistncia cominuio etc. Algumas dessas propriedades podem ser aplicadas em processos a seco e a mido, entretanto, nas unidades produtoras h predominncia da utilizao do mtodo a seco. Em geral, os minerais de ganga so friveis e quando passam por equipamentos de cominuio, britadores de impactos ou de rolos, so cominudos seletivamente em relao vermiculita, que permanece praticamente intacta. Mais da metade dos minerais de ganga reduzida a uma granulometria adequada sua remoo no classificador pneumtico.


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Tabela 4: Classificao granulometria de padres de concentrados de vermiculita natural (Reis, 2002). Padro Internacional Grossa Mdia Fina Superfina Micrometro Tamanho (mm) -8,0 + 2,8 -4,0 + 1,4 -2,0 + 0,71 -1,0 + 0,355 -0,71 + 0,25 Padro Americano 1 2 3 4 5 Tamanho (mm) -7,0 + 3,327 -3,5 + 1,75 -2,0 + 0,6 -0,85 + 0,212 -0,3 Padro Brasileiro Mdia Fina Superfina Micrometro Tamanho (mm) 55-95%> 2.4 65-95%> 1,2 70-95%> 0,6 80-100> 0,3

Constam, na Figura 2, duas ilustraes de fluxogramas genricos para a separao de vermiculita. O processamento a seco requer uma etapa de secagem antes do processo de separao. Em geral, utiliza-se um sistema de aeroclassificao no beneficiamento por meio de um classificador pneumtico e outras tcnicas como mesa pneumtica, esta com menor ndice de utilizao. As separaes eletrosttica e magntica so usadas apenas em alguns casos. Quando h biotita no minrio, esta pode ser removida por separao magntica. A seletividade da classificao pneumtica promove a obteno de concentrados de vermiculita com faixas granulomtricas estreitas, razo pela qual esses equipamentos so utilizados com mais freqncia. O beneficiamento a mido, com menor nmero de aplicaes, geralmente feito segundo duas linhas de processo: flotao da frao fina entre 250 e 75 m, usando cido olico e linolico, aps a cominuio, classificao e deslamagem; tcnicas convencionais de beneficiamento baseada na morfologia ou densidade das partculas maiores. Uma vez que muitos dos minrios de vermiculita contm maiores quantidades de minerais de ganga com densidade elevada, h a possibilidade de aplicao, com xito, do processo de separao por meio denso, jigues e mesas vibratrias. Dependendo do caso, apenas uma simples hidroclassificao pode ser efetiva na separao da vermiculita fina. Em alguns casos h a possibilidade de substituir a flotao por classificadores hidrulicos.

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Figura 2: Processos genricos de beneficiamento a seco (Fluxograma A) e a mido (Fluxograma B) para obteno de concentrados de vermiculita natural (Hindman, 1994).

No Brasil, h predominncia da utilizao do processo a seco para concentrao de vermiculita. O minrio lavrado exposto ao sol para secagem at uma umidade de 4%, ideal para a alimentao do processo, que baseado em etapas de moagem, em moinhos de martelo, e peneiramento, para obteno de concentrados com diferentes fraes granulomtricas. A frao fina (p) abaixo de 0,5 mm descartada do circuito por meio de correia transportadora. Ao final dessas etapas, os concentrados com teor mdio de vermiculita de 70% so obtidos por classificao pneumtica, utilizando classificadores pneumticos de suco (winovers) (Luz et al., 2001). A Figura 3 ilustra os fluxogramas dos processos de beneficiamento a seco para a obteno de concentrados de vermiculita natural. Nos casos em que o teor de vermiculita no minrio bruto baixo, ou h a presena de contaminantes, utiliza-se o processo a mido, onde a concentrao feita por flotao, aps peneiramento e deslamagem.


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Figura 3: Processo de beneficiamento a seco para obteno de concentrados de vermiculita natural da Unio Brasileira de Minerao (Luz et al., 2001).

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Embora a vermiculita seja comercializada na sua forma natural, a sua utilizao se faz, na maioria das vezes, na forma expandida. Na forma natural, a vermiculita utilizada na fabricao de placas de isolantes em recobrimento de paredes e outros usos limitados (Ellicot, 2000). Antes de citar os usos da vermiculita na forma expandida, interessante conhecer alguns detalhes sobre o processo de esfoliao ou expanso trmica. O processo consiste no aquecimento do concentrado de vermiculita por meio de fornos especiais a gs ou a leo, a uma temperatura na faixa de 800 a 1.100oC. O objetivo do processo consiste em remover a gua estrutural associada ao mineral, em um intervalo de tempo menor possvel, com o melhor rendimento do processo. O aquecimento converte, bruscamente, a gua interlamelar em vapor, expandindo a vermiculita natural. Esse processo confere aos produtos resistncia ao fogo, propriedades isolantes trmicas e acsticas, adeso, resistncia formao de rachaduras e enrugamentos, esterilidade e tambm elevada absoro de lquidos, devido sua porosidade tambm elevada (Frana e Luz, 2002). As Figuras 4 (a) e (b) so fotografias de vermiculita natural e expandida, respectivamente.

Figura 4: Fotografias de amostras de vermiculita (Santa Luzia, PB): (a) vermiculita natural; (b) vermiculita expandida (Ugarte et al., 2004).

Quando se aquece o mineral at a temperatura de 150oC se remove apenas a gua responsvel pela umidade. Este um processo reversvel, isto , as situaes de equilbrio retornam-se nas condies de temperatura e presso. Na faixa de temperatura que vai desde 150 at 250oC elimina-se a gua quimicamente ligada vermiculita. Finalmente, na faixa de temperatura entre 250 e 1.100oC ocorre o processo de remoo da gua ligada estrutura do mineral e, tambm, o processo de desidroxilao da vermiculita, considerados irreversveis.


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Teoricamente, a vermiculita pura expande at 30 ou 40 vezes o seu volume original, no entanto, a vermiculita comercializada na forma natural expande em mdia de 8 a 12 vezes. possvel que fatores ligados a esta ocorrncia sejam impurezas, como, tambm, as caractersticas fsico-qumicas, principalmente a relao entre a quantidade de molculas de gua livre ligadas estrutura cristalina (Ugarte et al., 2004; Martins et al., 2001). A densidade aparente da vermiculita reduzida de 640-960 kg/m3 para 56-192 kg/m3 quando se obtm um produto expandido com 90% em volume de ar aprisionado. No caso do produto expandido a sua densidade e aparncia dependem da: temperatura e tempo de residncia na zona de aquecimento; natureza oxidante ou redutora do ambiente de aquecimento, que funo do combustvel utilizado. As unidades produtoras de vermiculita expandida esto localizadas prximas ao mercado consumidor, pois mais vantajoso transportar a vermiculita natural do que aquela com um volume cerca de 12 vezes maior, mdia de expanso do produto.

4. USOS E FUNESEm geral, a aplicao da vermiculita em cada uso especfico depende da sua granulometria e pureza. Aquelas com granulometria mais fina so aplicadas na produo de manufaturados para a construo civil, alm de utilizadas como carreadoras na produo de fertilizantes e de alimentao para animais. As de granulometria mais grossa so utilizadas para fins de horticultura, cultivo e germinao de sementes, dentre outros. A vermiculita um material no abrasivo, inodoro, no se decompe nem promove irritaes na pele, possui propriedades isolantes, tanto trmica como acstica, no contm asbestos e um material no carcinognico. Suas propriedades de superfcie, em particular, rea superficial, hidrofobicidade, porosidade e carga superficial negativa, fazem dela um material recomendado para uso como material absorvente e carreador. A vermiculita pode ainda ser aplicada na fabricao de embalagens industriais para controle da umidade, devido sua baixa elasticidade, e altas capacidades absorptivas e adsorptiva. Alm disso, sua densidade baixa, cujos valores na forma natural variam entre 800 a 1.000 kg/m3 e na forma expandida ficam na faixa de 80 a 140 kg/m3, favorecem ainda mais essa utilizao.

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A vermiculita nas formas natural e expandida possui propriedades catalticas e, quando modificada por tratamento qumico, poder ser utilizada com xito na remoo de resduos nucleares, purificao de gua, tratamento de esgotos txicos e assim por diante. A seguir so apresentados os ramos da indstria onde a vermiculita utilizada, principalmente na forma expandida, bem como as especificaes requeridas para cada aplicao e as expectativas de crescimento de mercado. Vermiculita para a indstria da construo civil Dentre os principais usos na construo civil, est a sua aplicao como isolante trmico e acstico em paredes, na forma de massa para revestimento (reboco), graas baixa condutividade trmica do material (60 cal/m2 h oC, a 25oC) e pequena propagao sonora (mdias de coeficiente de reduo de rudos superior a 60%). Normalmente, utilizam-se argamassas com propores conhecidas, em volumes; neste segmento industrial, a vermiculita usada nas granulometrias mdia, fina e superfina. Outros produtos de vermiculitas para aplicao na construo civil esto disponveis no mercado e recebem denominaes comerciais fornecidas por cada empresa (Brasil Minrios, 2004). Por exemplo, vermiplac, placas de aglomerado com dimenses mtricas; vermibloc, blocos pr-moldados com argamassa gesso/vermiculita usados em divisrias internas; vermifloc um agregado para argamassa de reboco; o mais usado o sem fibra, cuja granulometria adequada a um perfeito entrelaamento dos gros com 30% de reduo do volume. Solto, pode ser aplicado no isolamento termoacstico de forros, assoalhos e paredes, bem como na cobertura de abbadas de fornos e estufas. A mistura de vermifloc com cimento portland e gua proporciona a obteno de um concreto leve cuja resistncia compresso pode chegar a 0,7 Mpa. Para cada uso, deve ser adotada uma proporo conveniente entre as quantidades de vermifloc e cimento, atendendo sempre a relao densidade/resistncia compresso. Neste caso, as densidades se referem ao material compacto e seco, e as misturas so fornecidas j prontas, secas, embaladas em sacos de 40 kg, sob o nome de vermimassa. Outras aplicaes na construo civil: placas de aglomerado com miolo de chapas metlicas para uso como divisrias; impermeabilizante em lajes de cobertura e massas anti-fogo para paredes, teto e portais.


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Vermiculita para a horticultura O mineral expandido, com granulometria mdia, fina e superfina, possui caractersticas especiais, que o transformam num importante elemento na composio dos fertilizantes e formao dos solos para a horticultura, principalmente nos perodos de estiagem. Essas caractersticas fazem da vermiculita um importante aliado na produo e plantio de mudas, em reflorestamentos de grandes reas, em horticultura e jardinagem, um inibidor de micro e macro nutrientes de adubos, e estimulador da germinao de sementes, etc. Ainda nessa linha podem ser destacadas outras caractersticas da vermiculita tais como: a vermiculita expandida muito leve, o que facilita o seu manuseio nas composies com solos, turfas, cascas de pinho, fertilizantes, pesticidas e herbicidas; a vermiculita promove a areao do solo enquanto retm umidade e estimula a absoro de nutrientes atravs das razes das plantas; suas capacidades de trocas catinicas disponibilizam amnia, potssio, clcio para as plantas; quando combinada com turfa ou com casca de pinho promove o rpido crescimento das razes das plantas, alm de reter ar e umidade, liberando-os para a planta quando necessrio. A vermiculita na forma expandida constitui-se tambm num timo condicionador de solos cidos e argilosos, por auxiliar na correo do pH, tornando-os mais soltos, porosos e arejados, de forma a proporcionar um melhor desenvolvimento nas razes das plantas. Ainda apresenta-se como excelente retentor de umidade (Potter, 2001). Comercialmente, so encontrados no mercado produtos com as denominaes rendmax ou vermissolo, que so flocos utilizados na horticultura para reteno de gua ou a substituio de solo para a produo de mudas e plantas em grande escala. Outras aplicaes Na forma fina (abaixo de 40 m), a vermiculita muito utilizada como carga na indstria de tintas, fabricao de pneus e pastilhas de freio para a indstria automobilstica. O atrativo dos produtos expandidos de granulometria fina deve-se tambm ao crescente consumo no segmento de aplicativos como pastas e lubrificantes inertes, no graxosos, que por suas caractersticas fsicoqumicas substituem derivados de petrleo e grafita, chegando a valer 50% a mais

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sobre o preo das vermiculitas de granulometria fina e superfina. tambm muito utilizada na produo de tijolos refratrios, blocos e placas resistentes a altas temperaturas, na proteo de estruturas de ao a temperaturas elevadas, no aumento da viscosidade de leos lubrificantes e como ingredientes de compostos de vedao de juntas de dilatao; na fabricao de isolantes trmicos txteis; isolantes termo-acsticos para construo naval (cascos de barcos e canoas); embalagens a prova de choque e fogo; isolante de cmaras frias; como carga na formulao de fibra de vidro; revestimento de moldes para fundio de ferro e alumnio; lubrificante de junes de trilhos durante ajuste trmico; absoro de leos, pesticidas e metais pesados. Alm das aplicaes citadas acima, o mineral vermiculita estudado em centros de pesquisas do pas e do exterior, para que se promovam mais aes de seu aproveitamento e de seu potencial para uso no mercado (Oliveira e Ugarte, 2004; Ugarte et al, 2004; Martins et al., 2001; Frana e Luz, 2001). No Brasil, o mercado de aplicativos ainda incipiente, mas indica um crescimento significativo. Alem disso, dependendo de sua capacidade de ampliar a produo, o Brasil poder, no futuro prximo, produzir concentrados de vermiculita visando aumentar suas exportaes para os mercados americano e europeu. A seguir so exemplificadas outras aplicaes da vermiculita na forma natural, impulsionadas por algumas de suas propriedades fsicas, qumicas e mineralgicas, a saber (Lin, 1998): insumo em materiais cermicos - utilizam-se os componentes magnsio, alumina, slica e ferro da vermiculita, uma vez que uma matria-prima de composio uniforme e baixo teor de impurezas; fabricao de explosivos - utilizada devido s propriedades da gua estrutural na vermiculita natural; carga em indstrias de tintas - utilizada como carga na confeco de agregados, plsticos, concretos e tintas de alta plasticidade; confeco de pedras artificiais - utilizam-se alguns componentes qumicos da vermiculita na confeco de pedras semi-precisosas para a indstria joalheira e de ornamentos; materiais prova de fogo - a vermiculita utilizada como uma massa selante, para poros e tubulaes, que na presena do calor (por motivo de fogo) se expande, vedando tambm, a fumaa e o excesso de calor.


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5. ESPECIFICAESA comercializao dos produtos da vermiculita baseada na sua granulometria; superfina, fina e mdia, que dependente do tipo de aplicao. Desse modo, a uniformidade no fornecimento de uma matria-prima, com caractersticas qumicas e fsicas constantes, constitui-se na tarefa principal para os fornecedores desses insumos minerais. De uma forma geral, os consumidores de concentrado de vermiculita seguem as seguintes especificaes (Brasil Minrios, 2004): concentrado de tonalidade cinza claro, ou cinza e bege claro quando expandido; caractersticas de expanso aceitas pela indstria (fator de expanso >10 vezes) com menor temperatura de expanso; concentrado com 90% de vermiculita, livre de asbestos e baixo teor de sdio; as lamelas devero estar 80% dentro do tamanho solicitado; os concentrados devem possuir capacidade de troca catinica (CTC) elevada, valores acima de 100 meq/100 g. A especificao da composio qumica da vermiculita da Phalaborwa Mining Company (frica do Sul), apresentada na Tabela 5, empregada em vrios setores industriais tais como: revestimento anti-fogo, revestimento de frico de freios e embreagens de automveis, construo civil, isolante trmico e embalagens de materiais. Devido ao grande aumento de volume aps a expanso, o concentrado de vermiculita transportado na forma natural. O produto expandido obtido em unidades de beneficiamento localizadas prximas ao mercado consumidor. Existem mais de 60 unidades industriais de esfoliao espalhadas pelo mundo, localizadas na Amrica do Norte e na Europa.

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Tabela 5: Especificao da vermiculita da Phalaborwa Mining Company (www.palabora.co.za). Composto qumico SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO K2O CaO Percentagem 35-41 6,0-10,0 6,0-9,5 21,5-25,5 3,0-6,0 2,0-6,0 Composto qumico CO2 TiO2 F Cr2O3 P2O5 Cl Percentagem 0,6-2,5 0,6-1,4 0,2-0,8 0,01-0,10 0,2-2,0 0-0,5

No Brasil, as unidades de esfoliao esto localizadas nos estados de So Paulo, Belo Horizonte, Gois e Piau. Os concentrados de vermiculita so exportados para os Estados Unidos e Europa na forma natural. No mercado interno os aplicativos de vermiculita so ainda limitados, com oferta de produtos restritos a setores industriais de produtos manufaturados como, por exemplo, para a construo civil nos estados de So Paulo, Rio de Janeiro, Belo Horizonte e Porto Alegre. Os maiores consumidores de vermiculita na forma expandida no Brasil, so os setores da construo civil (cerca de 76,0% da quantidade produzida) e agricultura, particularmente na horticultura, destacando-se a cidade de Holambra, no estado de So Paulo (Cavalcanti, 2004).

6. MINERAIS E MATERIAIS ALTERNATIVOSA vermiculita expandida pode ser substituda por diferentes materiais, dependendo do uso final do produto. Na confeco de peas de concreto leve e recobrimento para paredes e tetos, pode ser substituda pela perlita expandida. Ainda nestas aplicaes, pode-se encontrar o uso de materiais de menor custo, porm mais densos que a perlita expandida, ou seja, algumas argilas, silte e outros minerais argilosos intemperizados. Em mistura com gesso, promove maior resistncia abraso e quebras, e pode ser utilizada em painis e divisrias (Lin, 1998). Na aplicao como isolante trmico e acstico, a vermiculita expandida tem como competidores a fibra de vidro, a perlita e a l de escria (Potter, 2002). Na agricultura, os materiais concorrentes so turfa, perlita e serragem, alm de outros condicionadores de solos sintticos. Atualmente, materiais como perlita, l mineral e poliestireno mostram-se competidores crescentes da vermiculita em diversos usos, tanto em termos de preos quanto de qualidade esperada no seu uso final (Ellicott, 2000).


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Joo Alves Sampaio Chefe da Coordenao de Processos Minerais COPM

Ado Benvindo da Luz Diretor do CETEM

cetem - vermiculita - 2005

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