1

INOVAÇÃO, DESIGN E PESQUISAS APLICADAS EM GEMAS, JOIAS E

MINERAÇÃO.

Maciel DonatoLauren da Cunha DuarteLéo Afraneo Hartmann

(orgs.)

Porto Alegre – RSUniversidade Federal do Rio Grande do Sul

Instituto de Geociências2015

2 3

Prefácio

A Mostra de Resultados de Pesquisas Aplicadas ao Arranjo Produtivo de Gemas e Joias do Rio Grande do Sul está concretizada como um marcante evento de divulgação de pesquisas. A quarta edição em 2015 traz à publicação resultados importantes relacionados ao arranjo. O atual volume do livro é diver-sificado e contempla os mais significativos assuntos que devem ser abordados no âmbito deste APL. O trabalho intenso e relevante das pessoas envolvidas em gerar conhe-cimentos tem impacto positivo para toda a cadeia produtiva. São de grande im-portância as pesquisas sobre reconhecimento de áreas mineralizadas, de técnicas analíticas avançadas para a caracterização de materiais, de aplicação de processos tecnológicos em rochas e materiais gemológicos ainda inéditos, bem como são essenciais as pesquisas na área de reaproveitamento e tratamento dos resíduos, tanto da base da cadeia como do final desta. A continuidade e o aprimoramento dos resultados a serem produzidos para o arranjo produtivo pelo Centro Tecnológico de Pedras, Gemas e Joias do Rio Grande do Sul (CTPGJRS) deve ser foco de trabalho intenso para todas as partes envolvidas, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Universidade de Passo Fundo (UPF), Sindicato das Indústrias (Sindipedras) e Prefeitura Municipal de Soledade. Todos os agentes trabalham para o desenvol-vimento do setor de Gemas e Joias do Rio Grande do Sul. Cada entidade atua em pesquisas de sua vocação e o conhecimento gerado está ao alcance de todos que estão relacionados com este arranjo. Deve-se ressaltar que muitos resultados já foram alcançados e muitos ainda devem acontecer para que ocorra inovação, agregação de valor e melhoria de condições de trabalho, bem como maior efici-ência para a recuperação de resíduos e dos processos de beneficiamento desti-nado às gemas. A participação da UFRGS no crescimento do CTPGJRS vai ter continui-dade com a transição de representação, que foi feita nos últimos anos pelo Prof. Léo Afraneo Hartmann e agora passa a ser responsabilidade da Profa. Lauren da Cunha Duarte.

Soledade, 30 de abril de 2015

Maciel DonatoLauren da Cunha Duarte

Léo Afraneo Hartmann

OrganizadoresProjeto Gráfico e DiagramaçãoRafael Cardoso Bisinellarafaelcb18@gmail.comFoto capa: i9Produções

CDU 552/553

Biblioteca Geociências - UFRGSRenata Cristina Grün - CRB 10/1113

Inovação, design e pesquisas aplicadas em gemas, joias e mineração. /Organizadores: Maciel Donato; Lauren da Cunha Duarte; Léo Afraneo Hartmann. – Porto Alegre : IGEO/UFR-GS. 2015. 156 p.

ISBN:

1. Gemas. 2. Jóias. 3. Mineração. I. Donato, Maciel. II. Duarte, Lauren da Cunha. III. Hartmann, Léo Afraneo. IV. Centro Tec-nológico de Pedras, Gemas e Jóias do Rio Grande do Sul. V. Uni-versidade Federal do Rio Grande do Sul: Instituto de Geociências. VI. Título.

4 5

Sumário

Indicadores geológicos da presença de jazidas deametista, ágata e cobre em basaltos doGrupo Serra Geral

Análise de fase em opala CT pordifratometria de raios X e microscopiaeletrônica de transmissão

Microanálise por raios X característicos e imagenspor microscopia eletrônica de varredura deinclusões em opala CT

Metodologia de análise, identificação ecertificação de minerais

Estudo de técnicas de beneficiamento emserpentinito para uso como materialgemológico aplicado ao design de joias

Microtomografia como ferramenta paraestudo de elementos naturais:Estudo de caso caroço de pêssego

Usinagem de Arenito e Tecnologias 3D

Processo de usinagem por jato d’águaCNC em ágata aplicado ao design de joias

Contribuição ao Design de Superfície emGemas Naturais: estudo sobre a caracterizaçãoda gravação a laser em madrepérolas

Análise e identificação de gemas:ametista natural, sintética, reconstituída ou imitação

Agravos e doenças pulmonares emtrabalhadores de mineração na Regiãodo Médio Alto Uruguai - RS

Transformação de resíduos da mineraçãopara uso como artefato de concreto eremineralizador de solo

Obtenção de biomassa com característicasproteicas a partir do reuso do efluente oriundoda mineração no cultivo de cianobactéria

Diagnóstico por sensoriamento remotode uso do solo em lavras com exploraçãode ágata

Avaliação da extração de óleo de resíduos docorte de ágatas utilizando solventes por soxhlete assistida por ultrassom

Geração de Resíduos no Processamento de Ágatas: Uso de SiO

2 Como Material Suporte para Fe

3O

4

Análise do teor de óleo em diferentesresíduos sólidos do beneficiamentode ágata

Estudos de processos e métodos paratingimento de gemas na tonalidade verde aplicadaà diferentes tipologias de ágatas

Aprendizagem por meio dos relacionamentosinterorganizacionais no APL Soledade

Educação Profissional e Tecnologiasdesenvolvidas pelo SENAI – RSpara o setor de gemas e joias

154

146

138

130

122

114

106

98

90

82

74

66

58

50

42

34

26

20

14

6

6 7

Indicadores geológicos da presença de jazidas de ametista, ágata e cobre em basaltos doGrupo Serra Geral

Léo Afraneo Hartmann, Sérgio Benjamin Baggio

Instituto de Geociências, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Avenida Bento Gonçalves,9500; 91501-970 Porto Alegre, Rio Grande do Sul, Brasil leo.hartmann@ufrgs.br, sergio.baggio@ufrgs.br

Introdução O Grupo Serra Geral situa-se na por-ção brasileira da província vulcânica Paraná (Fig. 1) que também recobre porções do Uruguai, Argentina e Paraguai, totalizando uma área de 917.000 km2 de derrames de lavas. O vulcanis-mo gerou mais de uma centena de derrames e a espessura da pilha vulcânica atinge 1.723 m em Cuiabá Paulista, SP. O Grupo Serra Geral é constituído principalmente de basaltos que hos-pedam as maiores jazidas de ametista e ágata do mundo. Mineralizações de cobre nativo também estão amplamente distribuídas nos derrames. Estes depósitos foram gerados por eventos hi-drotermais durante o Cretáceo (135 Ma) por fluidos constituídos basicamente de água quente e vapor de água (~150 ºC) provenientes do aquí-fero Guarani. Os fluidos alteraram minerais da rocha basáltica e os transformaram em argilo-minerais. Nesta transformação, o cobre que es-tava retido dentro dos minerais (principalmente magnetita) foi liberado, remobilizado e deposi-tado na superfície das disjunções colunares e nas cavidades da zona amigdaloidal. A forte e con-tínua pressão do vapor de água sobre o basalto alterado gerou cavidades dentro do derrame que foram preenchidas por minerais de sílica dando origem aos geodos de ametista e ágata. Estudos da última década, focados nos eventos hidroter-mais, alavancaram expressiva evolução do enten-dimento científico sobre a origem e formação destes depósitos no Grupo Serra Geral e permi-tem identificar com clareza os indicadores geo-lógicos de sua presença nos derrames vulcânicos.

Figura 1. Mapa geológico da província vulcâ-nica Paraná. Localização de jazidas de ame-tista e mineralizações de cobre do Grupo Serra

Geral. Modificado de Peate et al. (1992).

Os critérios para identificar áreas preferenciais para exploração de ametista, ágata e cobre nativo in-cluem observações de campo e dados analíticos. A análise de imagens de satélite é focada na textura e geomorfologia da área. Morros com banhados ou clareiras podem revelar sílica gossans que são os principais indicadores geológicos da presença de jazidas de ametista, ágata e cobre no Grupo Serra Geral. Áreas de despejo natural com fragmentos de ametista ou cristais de cobre nativo no basalto auxiliam na identificação estratigráfica do derrame-guia que hospeda as mineralizações.

Metodologia A metodologia utilizada para definir os indicadores geológicos de jazidas de ametista e de mineralizações de cobre envolveu análise de imagens de satélite, principalmente as caracte-rísticas de textura que definem as diferenças entre as áreas com depósitos conhecidos e áreas sem depósitos, identificação de sílica gossans, geologia de campo com coleta de amostras, elaboração de perfis geológicos compostos (estratigrafia e geoquímica), aplicação de métodos geofísicos com leitura da emissão de raios gama (%K, eU e eTh e total) em gama espectrômetro RS-125 (UFRGS) e cintilômetro Exploranium GR-110 (CPRM/PA). As rochas foram analisadas nos laboratórios da UFRGS a partir da descrição da petrografia, difração de raios-X e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Centenas de análises químicas de rochas da província vulcânica foram utilizadas para avaliar a distribuição dos elementos e o comportamento geoquímico. No Institut für Mine-ralogie und Kristalchemie da Universität Stuttgart, Alemanha, foram utilizadas técnicas analíticas de espectroscopia Ramán, microssonda eletrônica e Laser ablation (LA-ICP-MS) e na Universität Hannover foram efetuadas análises isotópicas de cobre.

Resultados e discussões Os eventos hidrotermais H1, H2 e H3 ocorridos no Grupo Serra Geral há 135 milhões de anos foram identificados e descritos em estudos recentes (ex. Hartmann 2008a, 2008b; Duarte et al. 2009, 2011; Hartmann et al. 2010, 2012a; Pertille et al., 2013) na região de Quaraí (RS) e Ar-tigas (Uruguai) e sistematicamente foram sendo observados e descritos também em outras áreas da província a exemplo de Gramado (RS) e Campo Grande (MS). A pressão dos fluidos hidrotermais fluidizou porções de areia da Formação Botucatu e carregou-a através da pilha vulcânica. Confor-me o fluido hidrotermal avançava dentro da rocha basáltica, a areia ia sendo deixada como resíduo, formando uma rede interconectada que inicialmente apresentava grande porosidade e permitia que fluidos hidrotermais continuassem circulando por ela, até que foram silicificadas pelo próprio fluido e selaram sua passagem obrigando-o a encontrar outros caminhos para amenizar a pressão do vapor de água. Estes eventos provocaram a alteração hidrotermal dos basaltos, a formação de mineraliza-ções de cobre e os maiores depósitos de geodos de ametista do mundo. A mineralização de cobre foi iniciada a partir do evento H1 que alterou minerais do basalto e gerou argilo-minerais do grupo da esmectita. Este processo liberou o cobre da estrutura cristalina dos minerais, principalmente da magnetita, conforme análises LA-ICP-MS (Fig. 2A), mas também da ilmenita e dos piroxênios. O cobre foi remobilizado e transportado pelos fluidos hidrotermais. A forma mais comum de ocorrência do cobre é na superfície das disjunções colunares (Pinto et al., 2011; Baggio et al., 2014a). Estas estruturas se formaram durante o resfriamento da lava (~ 850 ºC) em derrames espessos com núcleo do tipo II (Gomes, 1996). Neste tipo de derrame os fluidos hidrotermais utilizaram as disjunções colunares como caminho de alívio da pressão do vapor de água. A interação rocha-fluido ocorreu ao longo das disjunções e o cobre foi depositado na sua superfície, em lâminas muito finas, que tem formas dendríticas (Fig. 2B). A dimensão dos cristais é mm-cm e espessura aproximada de 1 mm. As bordas dos cristais geralmente apresentam oxidação e formação de cuprita. Na porção superior dos derrames vulcânicos o cobre foi deposi-

8 9

tado pelo fluido hidrotermal no interior das cavidades da zona amigdaloidal. Neste caso, o cobre apresenta forma esférica ou arredondada (Fig. 2C) geralmente associado a zeolitas, confirmando que sua deposição ocorreu sob baixas temperaturas. A ocorrência do cobre no topo dos derrames está associada a brechas hidrotermais (Fig. 2D) em massas disformes com vibrantes tons de azul e verde. Estas tonalidades são características da malaquita, crisocola e azurita, minerais de cobre que foram identificados por raios-X e espectroscopia Ramán. As brechas representam o início explosi-vo do evento H2 quando a pressão do vapor de água suplantou a pressão litostática do derrame que estava selado e o topo do derrame foi rompido. Com o alívio imediato da pressão, os fragmentos da zona amigdaloidal juntamente com grandes porções de areia, água e vapor foram lançados em direção da superfície formando as brechas que foram cimentadas pelos minerais de cobre e pela areia que foi silicificada. Nestas brechas os teores de cobre atingem entre 5.800 ppm a 10.000 ppm (Arena et al., 2014). Este tipo de ocorrência é o mais importante da região de Realeza (PR) e de Santo Augusto (RS).

Figura 2: A) Imagem de elétrons retroespalhados da magnetita que apresenta cobre em sua estrutura cristalina (Análise LA-ICP-MS). B) Cobre nativo dendrítico sobre a superfície de disjunções colunares do basalto. C) Cobre nativo preenchendo cavidade e associado com zeolitas. D) Brecha hidrotermal cimen-

tada por crisocola e malaquita

O cobre nativo ocorre também em paralavas (Baggio et al., 2014c), que são rochas for-madas pela refusão parcial dos basaltos a partir da reação do gás metano, CH4 (proveniente do craqueamento do querogênio da Formação Irati, por exemplo) com a lava de derrames espessos que estavam esfriando. As paralavas apresentam teores de cobre superiores a 600 ppm enquanto que a média nos basaltos hospedeiros é de 207 ppm (Arena et al., 2014). Os eventos hidrotermais também afetaram as paralavas e a celadonita é o principal argilo mineral associado ao cobre. A composição isotópica 65Cu do cobre nativo do Grupo Serra Geral apresenta variação entre -0.59

‰ a 1.89 ‰ e é compatível com razões isotópicas de depósitos hidrotermais e de enriquecimento supergênico a exemplo dos basaltos da província vulcânica Keweenaw e Arizona nos Estados Uni-dos. Um dos indicadores geológicos das mineralizações de cobre é a sua observação visual na rocha vulcânica. Esta visualização é possível em pedreiras ativas onde a exposição da rocha é recente. Nas pedreiras inativas, mesmo naquelas citadas na bibliografia como mineralizadas a cobre nativo, a observação de sua ocorrência nas superfícies expostas ao intemperismo é extremamente limitada. Nestes casos, o indicador geológico são os teores anômalos de cobre em análises químicas, a exem-plo daqueles observados na Serra de Maracaju, MS (Baggio et al., 2015a). Por outro lado, os depósitos de geodos de ametista ocorrem no núcleo dos derrames do tipo I (Gomes, 1996). Este tipo de derrame não apresenta disjunções colunares e sua espessura é variável, mas geralmente menor que o dos derrames do tipo II. Em Ametista do Sul, os derrames mineralizados apresentam em média 30 m enquanto que na região de Artigas no Uruguai a média é em torno de 50 m. Ao contrário do derrame do tipo II, a interação do fluido hidrotermal com estes derrames ocorreu de maneira intensa, poro a poro promovendo alteração e argilização do basalto. A intensa e contínua pressão do vapor de água a 100-150 °C sobre o basalto argilizado e dúctil origi-nou uma rede de fraturas horizontais e cavidades (cm-m) interconectadas (Hartmann et al., 2012 b, Duarte et al., 2014) que facilitaram sua passagem. Estas cavidades com o passar do tempo foram sendo preenchidas por minerais de sílica dando origem aos depósitos de geodos de ametista (Fig. 3), ágata, gipsita e calcita.

Figura 3: Jazida de ametista. Mina do Museu, Ametista do Sul (RS). A) Geodo com sistema de fratura-mento horizontal (base). Os fluidos percolaram estas fraturas para formar os depósitos.

B) Geodo formado ao longo do sistema de alimentação do fluido hidrotermal.(Fonte: Duarte et al., 2014).

O fluxo ascendente dos fluidos hidrotermais através da pilha vulcânica formou caminhos preferenciais, como chaminés verticais com centenas de metros de diâmetro gerando depósitos de ametista “derrame a derrame”. Por isso, ao longo destas chaminés hidrotermais, os depósitos de ametista podem ocorrer em vários derrames da estratigrafia vulcânica. Alguns ocorrem mais na superfície, como nas minas de Entre Rios, SC; outros no primeiro derrame como em Artigas (Uruguai) ou em várias profundidades como em Ametista do Sul, RS onde os depósitos ocorrem em três derrames (derrame Veia Alta, Veia do Meio e Veia de Baixo). Nestas chaminés hidrotermais do Grupo Serra Geral novos depósitos de ametista e mineralizações de cobre nativo devem ocorrer em várias profundidades da pilha vulcânica. A ação do intemperismo sobre os derrames vulcânicos, principalmente durante o Qua-ternário, remodelou a topografia do Grupo Serra Geral. A erosão das rochas e a oxidação da su-

10 11

perfície das chaminés hidrotermais deram destaque a sílica gossans (Fig. 4) que são um dos in-dicadores geológicos mais importantes de depósitos de ametista e de mineralizações de cobre no Grupo Serra Geral. Eles apresentam formas hexagonais, poligonais ou irregulares e geralmente estão localizados em altos topográficos (morros). Silica gossans se caracterizam por desenvolver uma vegetação diferenciada dentro de sua estrutura e por apresentar áreas de banhados, lagos ou clareiras com intensa argilização e concentração de óxidos de ferro (zona oxidada) que destaca sua cor vermelha amarronzada ou ocre. A presença de diques, sills e camadas de areia silicificada deixa a sua estrutura mais resistente à erosão. Estas estruturas ocorrem em inúmeros locais do Grupo Serra Geral e foram observadas em todos os depósitos de ametista incluindo os distritos mineiros de Artigas (Uruguai), Ametista do Sul (RS) Entre Rios (SC), Chopinzinho (PR) e Wanda (Ar-gentina).

Figura 4: Textura dos sílica gossans Grupo Serra Geral (GoogleEarth). A) Planalto (RS), geodos com gipsita. B) São Martinho (RS). C) Chopinzinho (PR), geodos com ametista. D) Distrito mineiro de

Wanda (Argentina) geodos com ametista. (Fonte: Baggio et al., 2014b)

Outro indicador geológico de jazidas de ametista é a presença de áreas de despejo na-tural de cristais e geodos. Estas áreas ocorrem geralmente nas encostas do morro onde o derrame mineralizado foi exposto pelo intemperismo. O solo nestas áreas apresenta fragmentos de geodos e de cristais de ametista. Dentro das drenagens que cortam áreas de despejo é possível encontrar locais com acúmulo de cristais de ametista e fragmentos de ágata. A partir destas áreas de despejo é possível identificar na estratigrafia regional o derrame mineralizado que hospeda as jazidas de ametista.Estudos analíticos de derrames com sílica gossans reforçam sua importância como indicadores de mineralizações de cobre e ametista e comprovam que a alteração hidrotermal e o intemperismo foram os eventos que desencadearam a sua formação. A avaliação comparativa das análises quí-micas do Grupo Serra Geral em riodacitos, andesitos basálticos e basaltos (Baggio et al., 2014b) demonstra que as rochas localizadas dentro dos sílica gossans apresentam valores de perda ao fogo maiores (Fig 5) do que as rochas localizadas nas áreas que não apresentam sílica gossans.

Figura 5. Diagramas de distribuição de óxidos versus perda ao fogo. Simbolos pretos: análises químicas de rochas de dentro do sílica gossan Cinza: Fora do sílica gossan. (Análises: Baggio et al., 2014b; Rosensten-

gel e Hartmann 2012, Pertille et al., 2013)

Um exemplo disso é o sílica gossan da Mina do Museu em Ametista do Sul. O sílica gos-san aflora no derrame Coogamai, derrame do tipo II. localizado imediatamente acima do derrame Veia Alta, que é um derrame tipo I e produtor de ametista. Os valores de perda ao fogo fora do síli-ca gossan são em média 0.4 peso % enquanto que dentro do sílica gossan estes valores são em média 1,5 peso %, podendo apresentar valores mais altos, a depender da intensidade da alteração hidroter-mal. Quando avaliada a radioatividade natural do derrame, a leitura gama espectrométrica (K%, eU e eTh) de áreas fora do sílica gossan apresenta valores médios de 55 cps (contagem por segundo) enquan-to que nas áreas dentro do sílica gossan a média é de 43,5 cps. Esta diferença de leitura marca a ano-malia negativa que ocorre da borda para o centro do sílica gossan e que se intensifica sobre os depó-sitos de ametista (Fig. 6). Ela é resultante da com-binação dos eventos hidrotermais e intempéricos. O hidrotermalismo foi o responsável pela alteração de minerais (piroxênio, magnetita-ilmenita) e for-mação de argilo-minerais do grupo da esmectita. Os eventos intempéricos desencadearam a oxida-ção e concentração de ferro na superfície dos sílica gossans o que facilitou a solubilidade do Th e a mo-bilidade do U. Estes radionuclídeos adsorvi-dos em argilas coloidais, soluções silicá-ticas complexas e óxidos-hidróxidos de ferro são lixiviados pelos processos gra-vitacionais, gerando áreas com anomalia negativa nos sílica gossans. A concentra-

Figura 6. Sílica gossan Mina do Museu. A) Imagem Google Earth da área. B) Perfil gama-espectrométrico.

C) Mapa de contorno gama-espectrométrico sobre a Mina do Museu. (Fonte: Baggio et al., 2015b)

12 13

ção superficial de ferro, além de auxiliar este processo é uma característica importante dos sílica gossans. Por vezes formam-se crostas ferruginosas na superfície do terreno (Fig. 7A) e a cor do solo e das rochas alteradas torna-se vermelha amarronzada ou ocre. Associado a isso há grande concentração de argilo-minerais que facilitam a formação de áreas úmidas, banhados e lagos (Fig. 7B). As argilas predominantes foram identificadas por raios-X como montmorilonita e caolinita. A execução de análises por microssonda eletrônica (Baggio et al., 2015b) mostrou que fora do sílica gossan as esmectitas predominantes são dioctaédricas com intercamadas dominadas por K e dentro do sílica gossan as esmectitas tendem a trioctaedrais mais enriquecida em magnésio.

Figura 7. Feições superficiais dos sílica gossans. A) Crosta ferruginosa e coloração ocre característica. Mina do Museu, Ametista do Sul (RS). B) Concentração de argilo-minerais e formação de lago sobre o

sílica gossam Serra de Maracaju (MS). (Fonte: Baggio et al., 2014)

Conclusões Sílica gossans são os principais indicadores geológicos da presença de jazidas de ametista e de cobre. Observações de campo como a presença de áreas de despejo natural de cristais e geodos auxiliam a identificar e posicionar o derrame-guia que apresentará diversas jazidas na sua extensão lateral. Neste contexto, áreas topograficamente elevadas e que apresentem diques, sills e camadas de areia silicificada são alvos prioritários. Devem ser observadas mudanças significativas da vege-tação, presença de clareiras, concentração de argila e formação de banhados ou lagos, mudanças na coloração do solo ou formação superficial de crostas de ferro. Além destes parâmetros de campo há também os indicadores analíticos que incluem avaliação de estrutura geométrica em imagens de satélite, aumento da perda ao fogo dentro do sílica gossan e sua correlação negativa com óxidos (ex: SiO2), presença de anomalias negativas de %K, eU e eTh que se intensificam sobre os depósitos de ametista e mineralizações de cobre. A presença de argilo-minerais nos sílica gossans também tornou-se uma ferramenta importante para sua identificação. Nas áreas fora do sílica gossan predominam esmectita dioctaedrais com intercamadas dominadas por potássio e dentro do sílica gossan predomina a esmectita trioctaedral enriquecida em magnésio. Esta característica é importante e serve como um indicador confiável do grau de alteração hidrotermal do basalto.

Agradecimentos Pesquisa desenvolvida com apoio financeiro de projeto CNPq-VALE, “Novo modelo explo-ratório no ambiente hidrotermal do Grupo Serra Geral” e do projeto de excelência PRONEX-FAPER-GS/CNPq - minerais estratégicos do sul do Brasil, coordenados por Léo A. Hartmann.

ARENA KR, HARTMANN LA, BAGGIO SB. 2014. Geological controls of copper, gold and silver in the Serra Geral Group, Realeza region, Paraná, Brazil. Ore geology review 63:178-200.BAGGIO SB, HARTMANN LA, ANDRADE RHP, RIZZOTTO GJ, DUARTE SK, KNIJNIK DB, SIMÕES-NETO JA. 2015a. Basalt stratigraphy and silica gossans in Campo Grande and Serra de Maracaju, Mato Grosso do Sul, Paraná Volcanic Province. Ore geology review 69:73-87.BAGGIO SB, HARTMANN LA, MASSONNE HJ, THEYE T, ANTUNES LM. 2015b. Silica gossan as a pros-pective guide for amethyst geode deposits in the Ametista do Sul mining district, Paraná volcanic province, southern Brazil. Journal of Geochemical Exploration, submetido.BAGGIO SB, HARTMANN LA, ARENA KR, DU-ARTE SK, ANTUNES LM. 2014a. Silica gossans sobre mineralizações de cobre nativo, ouro e prata no Grupo Serra Geral. In: Hartmann LA, Baggio SB, (orgs). Metalogenia e exploração mineral no Grupo Serra Geral, Porto Alegre, 1a ed. UFRGS, p. 111-133.BAGGIO SB, PERTILLE J, ANTUNES LM, PETRY TS, HARTMANN LA. 2014b. Silica gossans sobre mine-ralizações de geodos de ametista e ágata no Grupo Serra Geral. In: Hartmann LA, Baggio SB, (orgs). Metalogenia e exploração mineral no Grupo Serra Geral, Porto Alegre, 1a ed. UFRGS, p. 89-109.BAGGIO SB, HARTMANN LA, WILDNER W. 2014c. Descrição e origem das paralavas da província vulcânica Paraná. In: Hartmann LA, Baggio SB, (orgs). Metalogenia e exploração mineral no Grupo Serra Geral, Porto Alegre, 1a ed. UFRGS, p. 173-202.DUARTE LC, HARTMANN LA, MEDEIROS JTN, JUCHEM PL. 2014. Origem epigenética-hidrotermal dos geodos de ametista e ágata na província vulcânica Paraná. In: Hartmann LA, Baggio SB, (orgs). Metalogenia e exploração mineral no Grupo Serra Geral, Porto Alegre, 1a ed. UFRGS, p. 21-39.DUARTE LC, HARTMANN LA, RONCHI LH, BER-NER Z, THEYE T, MASSONE HJ. 2011. Stable isotope and mineralogical investigation of the genesis of amethyst geodes in the los Catalanes homological district, Uruguai, southernmost Paraná volcanic province. Mineralium Depo-sita 46: 239-255.DUARTE LC, HARTMANN LA, VASCONCELOS MAS, MEDEIROS JTN, THEYE T. 2009. Epigenetic formation of amethyst-bearing geodes from Los Catalanes gemological district, Artigas, Uruguay, southern Paraná

Magmatic Province. Journal of Volcanology and Geothermal Research 184: 427-436.HARTMANN LA, 2008a. Geodos com Ametistas forma-dos por água quente no tempo dos dinossauros. Amethyst geodos formed from hot water in dinossaur times. Porto Alegre (RS). Gráfica UFRGS. 60p. HARTMANN LA, 2008b. Gossan over amethyst and agate deposits in the Paraná Basaltic Province and Hexagonal geometry of hydrothermal feeding chimneys. 44º Congresso Brasileiro de Geologia. Resumos (recursos minerais: explora-ção, aproveitamento e sustentatibilidade). p 213.HARTMANN LA, WILDNER W, DUARTE LC, DUARTE SK, PERTILLE J, ARENA KR, MARTINS LC, DIAS NL. 2010. Geochemical and scintillometric characterization and correlation of amethyst geode-bearing Paraná lavas from the Quaraí and Los Catalanes districts, Brazil and Uruguay. Geological Magazine 147(6): 954-970.HARTMANN LA, DUARTE LC, MASSONE HJ, MICHELIN C, ROSENSTENGEL LM, BERGMANN M, THEYE T, PERTILLE J, ARENA KR, DUARTE SK, PINTO VM, BARBOZA EG, ROSA ML, WILDNER W. 2012a. Sequential opening and filling of cavities forming vesicles, amygdales and giant amethyst geodes in lavas from the southern Paraná volcanic province, Brazil and Uruguay. International Geology Review 54: 1-14.HARTMANN LA, MEDEIROS JTN, PETRUZZELLIS LT. 2012b. Numerical simulations of amethyst geode cavity formation by ballooning of altered Paraná volcanic rocks, South America. Geofluids 12(2): 133-141.GOMES, MEB. 1996. Mecanismos de resfriamento, estru-turação e processos pós-magmáticos em basaltos da Bacia do Paraná – Região de Frederico Westphalen (RS) – Brasil. Porto Alegre. 219 f. Tese de Doutorado em Geociências. Instituto de Geociências, Universidade Federal do Rio Grande do Sul.PERTILLE J, HARTMANN LA, DUARTE SK, ARENA K, ROSA MLCC, BARBOZA EG. 2013. Gossan charac-terization in the Quarai and Los Catalanes amethyst geode districts (Brazil and Uruguay), Paraná volcanic province, using rock geochemistry and gamma-spectrometry. Journal of Geochemichal Exploration 124: 127-139.PINTO VM, HARTMANN LA, WILDNER W. 2011. Epigenetic hydrothermal origin of native copper and super-gene enrichment in the Vista Alegre district, Paraná basaltic province, southernmost Brazil. International Geology Review 53(10): 1163-1179.

Referências

14 15

Análise de fase em opala CT pordifratometria de raios X e microscopiaeletrônica de transmissão

William Saraiva Giuliano1,2, Daniel da Rosa Madruga1,2, Ruth Hinrichs1,2*

1 Instituto de Geociências, UFRGS, Porto Alegre, RS, Brasil2 Laboratório de Microanálise, Instituto de Física, UFRGS, P. Alegre, RS, Brasil*corresponding author: ruth.hinrichs@ufrgs.br

Introdução Na região do território do Rio Grande do Sul (RS) que é recoberta por rochas vulcânicas do Grupo Serra Geral ocorrem depósitos de ágata e ametista de muita importância econômica no local, fazendo do Estado um dos maiores produtores e exportadores desses minerais. Associadas a essas rochas também há depósitos de opala, que foram inicialmente descobertos junto à ágata e tem se tornado uma nova fonte de renda para garimpeiros e comerciantes da região [1]. Aopala, de composiçãoquímicanominalSiO2•nH2O, foi considerada inicialmentecomo um mineralóide (substância amorfa), mas vem sendo estudada com técnicas de análise de fase, tais como a Difratometria de Raios X (DRX) e a Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), mostrando que sua estrutura varia desde uma mistura de cristobalita-tridimita de baixa cristalinidade, até cristobalita quase perfeita [2]. A cristobalita e a tridimita são polimorfos da síli-ca, isto é, apresentam a mesma fórmula química do quartzo: SiO2. Porém, a cristobalita apresenta estrutura tetragonal com parâmetros de rede a=b=4,97 Å e c=6,92 Å, enquanto que a tridimita tem estrutura triclínica com parâmetros de rede a=9,93 Å, b= 7,2 Å e c=81,85 Å. A Figura 1 mostra as células unitárias das estruturas de cristobalita e tridimita.

A B

BA

A

C

B

Figura 1 - Células unitárias de a) cristobalita (tetragonal),b) tridimita (triclínica)

A opala do RS é mi-crocristalina, com uma variação signifi cativa no grau de cristali-nidade, sendo identifi cada como tipo cristobalita (opala-C) ou cristobalita-tridimita (opala-CT). O objetivo deste trabalho foi de determinar, como se dá o intercrescimento da tridimita e da cristobalita na opala-CT, bus-cando diferenciar as fases a partir dos difratogramas de elétrons no MET.

Metodologia Um fragmento maciço de opala branco-leitosa (Figura 2a), extraído da parte central de um geodo, foi analisada por DRX em ângulo de incidência rasante, para determinar o seu tipo. O difratograma foi obtido em um equipamento da marca Shimadzu (modelo XRD6000) com tubo de cobre, utilizando ângulo de incidência de 1º. A Figura 2b mostra o difratograma (vermelho) e os picos de cristobalita (preto) e tridimita (cinza), revelando se tratar de uma opala-CT.

Figura 2Geodo com opala branco leitosa: a) Fotografi a em luz natural da parte do geodo em que se localiza a opala

deste estudo (QM: quartzo macrocristalino, OP: opala) extraído de [3]; b) Difratograma da opala. As posições dos picos de cristobalita estão indicadas em preto e os de tridimita em cinza.

Para a análise no MET foi necessário preparar uma amostra transparente a elétrons, com menos de 0,1 m de espessura. Para obter regiões com esta espessura em uma amostra manuseável, utiliza-se ferramentas apropriadas (“dimpler”) para remover uma calota esférica do centro de um disco com aproximadamente 200 m de espessura, até que a parte central do disco esteja próxima da espessura desejada. O afi namento fi nal é realizado por impacto com íons de argônio em um equi-pamento denominado “ion mill”. Os equipamentos utilizados (do CME-UFRGS) estão mostrados na Figura 3.

D

Figura 3 - Equipamentos para preparação de amostras: a) “Dimpler”, para afi namento da região central; b) “Ion Mill” para acabamento fi nal; c) Perfi l da amostra depois do desbaste com “dimpler”; d) Perfi l da amostra depois d desbastamento com íons de argônio. A região transparente a elétrons está indicada com

setas. A escala é para (c) e (d).

No MET a parte transparente da amostra é submetida a um feixe de elétrons paralelo, de modo que se produza uma “iluminação” por uma frente de onda plana. A obtenção da imagem

16 17

é análoga à análise em um microscópio óptico petrográfi co, porém as magnifi cações que podem ser alcançadas são da ordem de 1 milhão de vezes (resolução lateral em torno de 1Å). A imagem é adquirida simultaneamente, registrando os elétrons transmitidos através da amostra, que geram um contraste de número atômico: regiões com número atômico médio mais alto geram áreas escu-ras na imagem. Em regiões cristalinas pode ocorrer a difração de elétrons, gerando um padrão de difração, que contém informações sobre a simetria cristalina e as distâncias interplanares. Pode-se utilizar um feixe de elétrons difratado para obter uma imagem denominada de “campo escuro”, em que apenas os grãos que contribuíram para a difração fi cam aparentes. Com o feixe central pode-se obter imagens com contraste de difração, em que os tons de cinza mais escuros estão relacionados com grãos que difratam mais.

Figura 4 - Esquema de um MET, indicando os principais componentes [adaptado de 4]. A amostra, transparente a elétrons, é inserida na coluna de vácuo, na altura da lente objetiva; b) MET Jeol 200kV

do Centro de Microscopia Eletrônica CME-UFRGS.

Resultados e discussão Imagens MET da opala CT mostram defeitos sub-micrométricos em uma matriz com padrão de difração compatível com as distâncias interplanares principais da tridimita. Na Figura 5a está mostrada uma área homogênea da matriz em magnifi cação de 30 mil vezes. Na Figura 5b está o padrão de difração de elétrons correspondente da mesma área, mostrando a existência de uma fração amorfa (luminosidade difusa em torno do obturador central) e de fração cristalina compatível com tridimita (spots com simetria pseudohexagonal) e spots de baixa intensidade com-patíveis com cristobalita.

Figura 5 - Matriz da opala: a) Imagem de MET de campo claro; b) Padrão de difração de elétrons mostrando a presença de distâncias interplanares da tridimita e da cristobalita (seta).

A B

Na Figura 6 a matriz se encontra permeada por precipitados que geram um contraste de difração escuro. Quando se obtém a imagem de campo escuro com o ponto em “1h” do padrão de difração de elétrons mostrado em 6b, se obtém a imagem de campo escuro mostrada na Figura 6c, que demonstra que o alinhamento dos cristalitos é subparalelo.

A B

C

Figura 6 - Matriz da opala com inclusões de feixes de fi bras: a) Imagem de campo claro, com contraste de difração; b) Padrão de difração de elétrons da área das fi bras; c) Imagem de campo escuro, gerada com o feixe difratado em “1h”, indicado com seta em (b).

18 19

Os resultados de MET apresentados acima evidenciam a presença de tridimita em feixes de fibras ou lamelar bem cristalizada, em uma matriz policristalina, que apresenta cristalinidade mais baixa e padrões de difração com anéis contínuos ou descontínuos. Os cristalitos observados neste trabalho apresentam dimensão entre 0,4-0,5 m, um pouco maiores que os descritos em amostras de opala-CT da California [5], em que foram observados comprimentos em torno de 250 nm. A dimensão perpendicular ao comprimento é de 15 a 20 nm, compatível com o que está descrito na literatura como unidade fundamental de precipitação de sílica (“elementary building block”) na opala de fogo, que também é do tipo CT [6]. Em relação à presença de cristobalita na amostra analisada até o momento, os resultados são ambíguos, como também está descrito nos estudos de MET de Elzea e Rice [7]. A presença de tridimita é evidenciada pela difração no plano com distância 4,30 Å, porém a cristobalita tem seu principal plano de difração semelhante àquele que produz o pico de 90% da tridimita. Desta forma, quando ambos polimorfos estão presentes na matriz policristalina, a determinação da presença de cristobalita depende da observação de spots de difração de baixa intensidade pelos planos hkl (102) e (200), como indicado na Figura 4b com uma seta. É necessário ressaltar que a técnica de DRX mostra a presença de cristobalita e tridimita e tem excelente representatividade do todo da amostra, enquanto a técnica do MET analisa ape-nas volumes com dimensões de poucos m, em que pode haver predomínio de uma das fases em detrimento da outra.

Conclusões Uma amostra de 3mm de diâmetro de opala do tipo CT foi analisada por MET e cons-tatou-se a presença de feixes de cristalitos de tridimita com algumas centenas de nm na extensão maior e com ~20 nm de espessura. Por difração de elétrons é possível distinguir a fase tridimita em todos os padrões obtidos, enquanto que a presença de cristobalita só é claramente identificada pela presença de spots de baixa intensidade em alguns padrões.

Agradecimentos Os autores agradecem o apoio técnico de Letícia Fernandes na preparação de amostras e de Aline Tais da Rosa na operação do MET de 200 kV do Centro de Microscopia Eletrônica da UFRGS. Os autores agradecem o apoio financeiro da FAPERGS (projeto 2081-2551/13-8) e do CNPq (projeto 459564/2014-5). DRM agradece bolsa IC- FAPERGS e WSG bolsa PROBIC-CNPq.

[1] T. M. M. Brum, P. L. Juchem, L. A. Hart-mann, A. H. Augustin, B. Hoppe; Característi-cas geológicas e geoquímicas dos depósitos de opala em rochas vulcânicas ácidas no Rio Gran-de do Sul. In: 13 Congresso Brasileiro de Geo-química, Gramado, RS. 1 CD-ROM. CPGQ 07, T25, p. 1517-1520. 2011.

[2] J.B. Jones, E.R. Segnit; The nature of opal I. Nomenclature and constituent phases. Jour-nal of the Geological Society of Australia 18, p. 57–68, 1971.

[3] C.R.L. Michelin, Ágata do distrito mineiro de Salto do Jacuí (Rio Grande do Sul, Brasil) : uma caracterização com base em técnicas es-tratigráficas, petrográficas, geoquímicas e iso-tópicas (tese); IGEO-UFRGS, Porto Alegre, 2014.

[4] http://en.wikipedia.org/wiki/Transmis-sion_electron_microscopy

[5] S.L. Cady, H.-R. Wenk, K.H. Downing, HRTEM of microcrystalline opal in chert and porcelanite from the Monterey Formation, Ca-lifornia, American Mineralogist 81, p. 1380-1395, 1996.

[6] E. Fritsch, E. Gaillou, B. Rondeau, A. Bar-reau, D. Albertini , M. Ostroumov, The nanos-tructure of fire opal, Journal of Non-Crystalline Solids 352, p. 3957–3960, 2006.

[7] J.M. Elzea, S.B. Rice, TEM and x-ray di-ffraction evidence for cristobalite and tridymite stacking sequences in opal, Clays and Clay Mi-nerals 44, p. 492-500, 1996.

Referências biliográficas

20 21

Microanálise por raios X característicos e imagens por microscopia eletrônica devarredura de inclusões em opala CT

Daniel da Rosa Madruga1,2, William Saraiva Giuliano1,2, Ruth Hinrichs1,2*

1 Instituto de Geociências, UFRGS, Porto Alegre, RS, Brasil2 Laboratório de Microanálise, Instituto de Física, UFRGS, P. Alegre, RS, Brasil*corresponding author: ruth.hinrichs@ufrgs.br

Introdução No Estado do Rio Grande do Sul a opa-la é encontrada nos muni-cípios de Soledade, Salto do Jacuí, Tunas, Campos Borges, Barros Cassal, Espumoso e Fortaleza dos Valos. Essa região do Estado apresenta-se recoberto por rochas vul-cânicas do Grupo Serra Geral (Bacia do Para-ná), caracterizado por eventos vulcânicos com mais de cem derrames, que recobriram parte do centro-sul da América do Sul com lavas vulcânicas básicas (na base) e ácidas (no topo), como basaltos toleíticos, dacitos, rioda-citos, riolitos e andesitos. A opala está associada a depósitos de ágata e sua origem é hidrotermal de baixa temperatura, ocor-

rendo nos geodos (total ou parcialmente preenchidos), nas fraturas, estruturas de fl uxo de lava, ou cimentando brechas. Suas rochas hospedeiras são dacitos e riodacitos (rochas ricas em sílica), que se apresentam alteradas e fraturadas. Os depósitos de opala estão adquirindo importância econômica para a região, devido a suas características gemológicas, embora o mineral ainda seja pouco conhe-cido no mercado de gemas brasileiro [1].

Figura 1Ocorrência de opala:

a) Mapa geológico da região de proveniência das amostras de opala (adaptado de [3]);

b) Rochas portadoras de opala (dacitos e rioda-citos) no diagrama QAP (adaptado de [4]).

AB

Ainda não está perfeitamente esclarecido como ocorre o processo de transformação dia-genética entre as várias formas de sílica presentes nas mineralizações. Existem evidências que indi-cam que predominantemente se trata de um processo de dissolução-reprecipitação em que ocorre a transformação de opala amorfa para opala-CT, para opala-C e para quartzo microcristalino. Esta sequência diagenética é caracterizada por aumento na cristalinidade, no tamanho de grão e na or-dem estrutural [5].

Metodologia Fragmentos de opala branco-leitosa, amarela e de opala de fogo foram embutidos em resina, planifi cados e polidos com lixas sucessivamente mais fi nas e com pasta de diamante. An-tes das análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV), as amostras foram analisadas por difração de raios X em ângulo de incidência rasante, determinando-se que são do tipo opala-CT (cristobalita-tridimita). Para as análises das microinclusões foi utilizado um MEV da marca Jeol, modelo LV5800. Neste MEV está instalado um espectrômetro por dispersão em energia (Energy Dispersive Spec-trometer, EDS) de Si(Li), refrigerado por nitrogênio líquido, da marca Th ermo Noran. As imagens no MEV foram geradas com elétrons secundários (SE – secondary electrons), que permitem maior magnifi cação. A energia do feixe de elétrons no MEV foi de 20 keV. Estes elétrons são freados no interior da amostra, percorrendo trajetórias aleatórias. Neste processo geram o sinal de raios X característicos, utilizado para a análise. É preciso manter em mente que ao observar as inclusões submicrométricas, a matriz encaixante também é ionizada. Desta forma o espectro contém o sinal dos elementos da matriz de opala, além daqueles da própria inclusão. A expansão do feixe de elé-trons de 20 keV, simulado em uma matriz de opala, está mostrado na Figura 2.

Figura 2Trajetória dos elétrons de 20 keV no interior da opala, gerando um

volume de análise maior que o diâmetro

de muitas inclusões. Simulação com o sof-tware CASINO [6].

22 23

Resultados e discussão Foram observadas inclusões monominerálicas de várias categorias de tamanho, desde 0,2 m a ~10 m. Em duas das três amostras foi observado a presença de ouro, em grãos menores que 0,5 m, identifi cados com segurança pela presença de três linhas características (Au-M , Au-L e Au-L ). É interessante notar que em estudos de análise de traços em opala, a presença de ouro não é reportada [7]. Zinco e cobre, cuja presença é reportada em [7], foram observados neste trabalho em inclusões maiores que 1 m, e a homogeneidade dos tons de cinza na imagem foi tomada como evidência que se trata de material monominerálico. No caso da inclusão que contém zinco se observa um teor baixo de enxofre, de modo que pode se tratar de sulfeto/óxido de Zn. Na inclusão de cobre, tanto o formato anédrico faz crer que se trate de cobre nativo, como o sinal de oxigênio no espectro é baixo demais para que seja proveniente de um óxido de cobre. A Figura 3 mostra as inclusões enumeradas acima, com imagem e espectros de raios X característicos obtidos sobre a inclusão (eventualmente mostrando Si e O provenientes da matriz).

Figura 3 - Resultados de MEV: imagem de elétrons secundários e microanálise:a) e b) inclusão submicrométrica de ouro; c) e d) inclusão micrométrica de zinco;

e) e f ) inclusão de cobre metálico.

A

A

CC

E

B

B

DD

F

A existência de potássio e sódio foi descrita em opala da Austrália [7], porém sua ocorrên-cia na forma de cloretos não foi mencionada. Na opala de fogo deste trabalho foram observadas in-clusões multiminerálicas de NaCl/KCl (Figura 4a e 4b). Este resultado é coerente com a observação de cloreto de sódio nos fl uidos de mineralização [8]. Raras inclusões maiores foram encontradas, em geral consistindo de carbonato de cálcio, eventualmente contendo outros microminerais.

Figura 4 - Resultados de MEV: imagem de elétrons secundários e microanálise: a) e b) inclusãopoliminerálica de cloreto de sódio e potássio; c) e d) inclusão extensa policristalina de carbonato de cálcio

com inclusão contendo Zr.

24 25

Conclusões A procura por inclusões micrométricas e submicrométricas em opala mostrou a presença de inúmeros tipos de minerais em inclusões monominerálicas e poliminerálicas. A presença de precipitados submicrométricos de ouro metálico em geodos em que a mineralização ocorreu em temperaturas menores que 80 ºC [8] indica que estas inclusões não são autigênicas, mas foram inseridas no geodo através de arraste dos fluidos formadores da mineralização. A presença de clo-retos de sódio e potássio é consistente com a salinidade dos fluidos, descrita na literatura [8].

Agradecimentos Os autores agradecem o apoio financeiro da FAPERGS (projeto 2081-2551/13-8) e do CNPq (projeto 459564/2014-5). DRM agradece bolsa PROBIC-FAPERGS e WSG bolsa PIBIC-CNPq. RH agradece a Léo A. Hartmann pelas discussões sobre as temperaturas de mobi-lização do ouro.

[1] T.M.M. BRUM, P.L. JUCHEM, Opala no Rio Grande do Sul; in HINRICHS, R., org.; Técnicas instrumentais não destrutivas aplica-das a gemas do Rio Grande do Sul; Porto Ale-gre: IGEO/UFRGS, 2013.120 p. ISBN:978-85-61424-40-4

[2] L.A. HARTMANN, W. WILDNER, L.C. DUARTE, S.K. DUARTE, J. PERTILLE, K.R. ARENA, L.C. MARTINS, N.L. DIAS, Geochemical and scintillometric characteriza-tion and correlation of amethyst geode-bearing Paraná lavas from the Quaraí and Los Cata-lanes districts, Brazil and Uruguay, Geological Magazine 147 (2010) 954–970.

[3] http://www.cprm.gov.br/publique/me-dia/mapa_rio_grande_sul.pd consultado em 19/03/2015

[4] K.G. COX, Interpretation of Igneous Ro-cks, Allen & Unwin 1979 464 páginas. ISBN 978-0045520152

[5] D.R. LEE, Characterisation and the dia-genetic transformation of non-and micro-crys-talline silica minerals 2007 http://www.geos.ed.ac.uk/homes/s0789516/microsilica.pdf.

[6] D. DROUIN, A.R. COUTURE, D. JOLY, X. TASTET, V. AIMEZ, R. GAUVIN, CASINOV2.42—a fast and easy-to-use mo-deling tool for scanning electron microscopy and microanalysis users, Scanning 29(2007) 92–101.

[7] E. GAILLOU, A. DELAUNAY, B. RONDEAU, M. BOUHNIK-LE-COZ, E. FRITSCH, G. CORNEN, C. MONNIER, The geochemistry of gem opals as evidence of their origin, Ore Geology Reviews 34 (2008) 113–126.

[8] H.A. GILG, G. MORTEANI, Y. KOS-TITSYN, C. PREINFALK, I. GATTER, A.J. STRIEDER, Genesis of amethyst geodes in basaltic rocks of the Serra Geral Formation (Ametista do Sul, Rio Grande do Sul, Brazil): a fluid inclusion, REE, oxygen, carbon, and Sr isotope study on basalt, quartz, and calcite, Mi-neralium Deposita 38 (2003) 1009–1025.

Referências biliográficas

26 27

Metodologia de análise, identificação ecertificação de minerais

Carlos Edmundo de Abreu e Lima Ipar, Elizandra Ortiz, Jaqueline Fernanda Lando, Thomas Felipe Zibetti, Maciel Donato, Juliano Tonezer da Silva [1][1] Centro Tecnológico de Pedras, Gemas e Joias do Rio Grande do Sul, Universidade de Passo Fundo. E-mail: ctpedras@upf.br.

Resumo Os minerais, devido ao seu processo de cristalização e propriedades físicas, químicas e ópticas se diferem entre si, criando características únicas. As principais propriedades que diferen-ciam os minerais são: densidade, isotropia, refração, pleocroísmo, cor, traço, dureza, fratura, cliva-gem e sistema cristalino. O Laboratório de Análise e Identificação de Minerais do Polo de Inova-ção Tecnológica do Botucaraí apresenta equipamentos que permitem a realização de ensaios não destrutivos para determinar algumas dessas propriedades. Este trabalho apresenta uma proposta de metodologia para a realização dos ensaios, de maneira a facilitar a interpretação e agrupamentos dos resultados para a identificação e certificação dos minerais.

Palavras Chave: Gemologia. Ensaios não destrutivos. Identificação de Minerais.

Introdução Apresenta-se neste trabalho uma proposta de metodologia para identificação e certifi-cação de minerais, no âmbito do Projeto “Implantação do Núcleo de Competência em Análise, Identificação e Certificação de Minerais”. Propõe-se a criação e estruturação de um Laboratório de Gemologia, a ser acreditado pelo Inmetro, no Polo de Inovação Tecnológica do Botucaraí (PITB). O laboratório é equipado com equipamentos para realização de ensaios não destrutivos, que permitem a análise, identificação e certificação de minerais e gemas.

Fundamentação teórica Esta seção apresenta os fundamentos básicos necessários para a acreditação de um labo-ratório, bem como o desenvolvimento de uma metodologia de análise para identificação e certifi-cação de um mineral. Primeiramente são apresentadas as definições sobre como requerer a acredi-tação de laboratórios pelo Inmetro e os equipamentos necessários para os ensaios não destrutivos. Apresenta-se também as aplicações e ensaios, bem como a proposta de uma metodologia para analise, identificação e certificação de minerais.

Certificação e acreditação De acordo com o INMETRO (2015), a certificação é uma modalidade de processos de avaliação de conformidade, sendo realizada por uma organização independente acreditada para executar essa modalidade de avaliação1.

Para a certificação de produtos e serviços, o INMETRO (2015) estabelece 8 modelos de certi-ficação, que variam conforme o tipo de ensaio realizado. Podem ser verificadas apenas amostras únicas dos produtos ou realizar uma análise de 100% dos produtos de determinada empresa, bem como a realização de aprovação de sistemas de qualidade do fabricante, ou seja, do processo produtivo utilizado. Para a realização da avaliação da conformidade, é necessário que exista um laboratório, organismo de certificação ou organismo de inspeção acreditado pelo INMETRO. A acreditação, de acordo com o INMETRO (2015), é uma ferramenta estabelecida em escala internacional para gerar confiança na atuação de organizações que executam atividades de avaliação da conformidade. Existem diversos tipos de procedimentos de acreditação, dependendo do tipo do órgão a ser acredi-tado, sendo todos estes regidos por normas internas do INMETRO. A principal vantagem referente a certificação de produtos e serviços encontra-se no fato de que os processos de avaliação da conformidade e acreditação garantem as empresas um diferen-cial no mercado, bem como poder atestar e comprovar que seus produtos e serviços estão de acordo com todas as leis e normas vigentes nacional e internacionalmente.

Equipamentos para análise e identificação de minerais De acordo com Juchem e Brum (2010), a identificação dos minerais é realizada por meio da análise das suas propriedades físicas, dentre elas: densidade, dureza, clivagem, fratura, traço, cor, sistema cristalino e também as características ópticas. Cada mineral devido a sua composição química e condições de formação possuem características diferentes, que permitem a classificação dentre os diversos tipos. As propriedades físicas dos minerais são determinadas através de diversos ensaios. Para a identificação de gemas, os principais métodos utilizados são os ensaios não destrutivos, uma vez que determinadas gemas possuem elevado valor agregado e laminá-las para a análise danificaria o pro-duto fazendo diminuir significativamente o valor no mercado. Para isso, utilizam-se equipamentos, os quais podem ser destacados:

•Refratômetro; •Polariscópio; •Dicroscópio; •MicroscópioGemológico; •BalançadePrecisão;

Ainda podem ser utilizados outros equipamentos como lâmpadas UV e filtros de cor (Chelsea e Rubi), bem como paquímetro e lupas de mão. Neste contexto, o Laboratório de Gemologia do PITB possui todos os equipamentos citados acima e também conta com um equipamento de Microtomografia Computadorizada de Raios-X 2, que possibilita a realização de análises de porosidade, volumetria e inclusões. A figura 1 apresenta os equipamentos necessários para identificação dos minerais presen-tes no Laboratório de Gemologia do PITB.

1Mais informações sobre a certificação de produtos e serviços, bem como uma lista de certificação voluntária e compulsória podem ser encontrados no site do INMETRO (www.inmetro.gov.br)

28 29

Figura 1- Equipamentos para identifi cação de minerais. A- Microtomografi a Computadorizada de Raios-X 2; B- Microscópio Gemológico; C- Lupa; D- Polariscópio; E- Refratômetro; F- Dicroscópio.

Aplicações Dentre os ensaios que poderão ser realizados no Laboratório de Gemologia do PITB, destacam-se Anisotropia (realizado no Polariscópio), Análise de Inclusões (realizada no microscó-pio gemológico) e a análise de volumetria, porosidade e inclusões minerais (realizada no microto-mógrafo de raios-X). Exemplos dessas aplicações são apresentados nos tópicos seguintes.

2 Shimadzu inspeXio SMX-90CT microfocus X-Ray CT System (ShimadzuCorporation)

Ensaios de Anisotropia A determinação da anisotropia permite identifi car se uma amostra se comporta como isótropa ou anisótropa. Foram executados ensaios em amostras de ágata e ametista. A amostra é rotacionada em torno do eixo do polaróide e são registradas quaisquer alterações que ocorram a cada 45º. No ensaio realizado com a ágata é possível observar que a amostra permite a pas-sagem da luz durante todo o giro de 360º, ou seja, em nenhum momento ocorre extinção na passagem da luz, este comportamento é observado na sequencia de imagens da figura 2. Tal comportamento é típico de minerais isótropos. Contudo, de acordo com Juchem e Brum (2010), a Ágata é um mineral anisótropo, pois pertence ao sistema cristalino hexagonal. Minerais isótropos são do sistema cúbico ou substâncias amorfas, o que não se aplica em nenhuma característica a ágata. Este comportamento pode ser atribuído ao fato de que a ágata tem formação microcristalina, ou seja, a organização das moléculas, apesar de serem ordenadas, não é estendida a grandes volumes.

Figura 2- Amostra de Ágata, observada em diferentes ângulos no polariscópio.

No ensaio realizado com a amostra de ametista é possível observar que a luz é extinta a cada giro de 90°, ou seja, o mineral se comporta de tal forma que ao atingir os seus 90º extingue-se parte da passagem de luz. Tal comportamento é observado na sequencia de imagens da fi gura 3. De acordo com Juchem e Brum (2010) o comportamento é típico de materiais anisótropos.

Figura 3- Amostra de Ametista observada em diferentes ângulos no polariscópio.

Microscopia A microscopia é realizada através do Microscópio Gemológico, este permite a visu-alização de bolhas de gás isoladas, linhas de crescimento, fraturas, trincas e inclusões mine-rais. A figura 4 apresenta a microscopia de duas amostras de gemas: uma safira sintética (A) e um segunda amostra (B) não identificada, que pode ser uma esmeralda sintética ou vidro.

A B

Figura 4- Observações ao microscópio gemológico. A- Safi ra sintética B- Amostra não identifi cada.

Ao realizar a observação da Safi ra (Figura 4A), é possível visualizar as linhas de cresci-mento do mineral em curva, (vestígios do processo de formação sintética), variação da cor e peque-nos pontos pretos que podem indicam bolhas de gás. Ao realizar a microscopia da segunda amostra (Figura 4-B) é possível visualizar diversas trincas, imperfeições e algumas bolhas e inclusões, bem como grandes diferenças na tonalidade de sua cor. Estas observações, isoladas, não são conclusivas em relação a identificação da amostra, sendo necessária a realização de outros ensaios para tal verifi-cação.

30 31

Ensaios de microtomografi a de raios-x Esta tecnologia funciona com uma observação completa em 3D da amostra de dentro para fora, utilizando radiação eletromagnética, sendo possível observar vários aspectos como poro-sidade, inclusões e volumetria. O equipamento utilizado neste ensaio foi o InspeXio 90CT, com o auxílio do software VGStudio3D®. Para a realização da análise no Microtomógrafo de Raios-X, foi utilizado um mineral chamado de Diamante de Herkimer, é assim chamado porque foi encontrado nas minas de Herki-mer, no Estado de New York, EUA. Sua composição química é SiO (Óxido de silício), identifi cado como um tipo de quartzo, é somente chamado assim pela sua transparência e brilho ser muito semelhante a de um diamante verdadeiro (Mindat.org, 2015). Foi realizada análises de volume, porosidade e inclusões. Os dados obtidos são conside-rados coesos e precisos. Os resultados obtidos foram: volume total da amostra: 4,13mm³; volume total dos poros (descontado do volume total do mineral): 0,15%. Como esta amostra não possuía inclusões não foi possível concluir à análise de inclusões. A fi gura 5 apresenta o resultado da aquisição de dados realizadas pelo Microtomógrafo de Raios-X convertidas em um objeto tridimensional pelo software VGStudio3D®. Este software é utilizado para a realização das análises de volume e porosidade. Para a obtenção dos dados, as imagens foram adquiridas com tensão de 90kV, corrente de 110 A, 3.000 projeções. Utilizou-se número de fatias 2, que permite especifi car o número de linhas de detectores para incluir no cálculo da média para cada fatia. Para o coefi ciente de escala foi utilizado 50. Geralmente, uma melhor imagem poderá ser obtida através da especifi cação de um coefi ciente de escala menor para materiais com uma gravidade específi ca mais elevada e um coefi ciente de escala maior para os materiais com uma gravidade específi ca mais baixa.

Figura 5 - A. Microtomografi a do Diamante de Herkimer.5-B. Análise de porosidade do Diamante de Herkimer.

A B

A fi gura 5A mostra a reconstrução em 3D da amostra, sem nenhuma transparência ou resultados da análise de inclusões e porosidade. Pode-se observar que a superfície da amostra é reproduzida em riqueza de detalhes e com elevada qualidade. Já na fi gura 5B a amostra sofreu alteração em sua transparência, permitindo a visualiza-

ção interna da mesma, sendo possível observar a disposição dos poros. A barra lateral, em forma de escala de cores, classifi ca os poros quanto ao seu volume, que varia de 0 a 5mm³. Nesta imagem, os poros apresentam volume máximo de aproximadamente 3,5mm³ (verde), sendo que existem muitos poros são menores do que 2,0mm³. A partir das análises realizadas pela Microtomografi a Computadorizada de Raios-X con-clui-se que o equipamento mostra-se capaz de auxiliar na identifi cação, classifi cação e certifi cação dos minerais, pois permite agregar informações que não são obtidas facilmente por outro equipa-mento, como o volume de poros, por exemplo. Por fi m, A partir das análises realizadas em todos os equipamentos conclui-se que estes são capazes de auxiliar na identifi cação de minerais, pois os resultados obtidos correspondem ao encontrado na literatura.

Metodologia de análise e identifi cação de minerais A partir do estudo das propriedades dos minerais e de suas técnicas de identifi cação foi possível formular uma metodologia para a realização de análise e identifi cação de minerais. Na fi gura 6 apresenta-se um organograma da metodologia para identifi cação de um mineral.

Figura 6: Organograma da Metodologia de análise, identifi cação e certifi cação de minerais.

Ao receber a amostra no laboratório determinam-se suas dimensões através do paquíme-tro, e informações adicionais, como: cor, diafaneidade e estilo da lapidação. Posteriormente registra-se uma foto da amostra. Todos estes dados são registrados em um Protocolo de Recebimento, que é entregue ao proprietário e serve como recibo para a retirada da amostra ao fi nal da análise. Em seguida, é iniciada a etapa de coleta de dados das propriedades da amostra. A sequ-ência de ensaios é realizada da seguinte forma: •Pleocroísmo,comauxíliodoDicroscópio.Deveserdeterminadoseépossívelounão

32 33

observar pleocroísmo na amostra, bem como sua intensidade e cores; •Isotropia,atravésdopolariscópio.Deveserdeterminadoseamostracomprta-secomomineral isótropo ou anisótropo; •Índicederefração,atravésdorefratômetrogemológico.Determina-se,alémdoíndicede refração, o caráter óptico, sinal óptico, birrefringência. Seus dados também auxiliam a confirmar a isotropia da amostra; •Densidade,atravésdoprocedimentodepesagemhidrostática; •Microscopia,realizadoatravésdoMicroscópioGemológico.Observam-se,porexem-plo, linhas de crescimento forçado (indícios de processo de síntese de minerais) ou inclusões de outros minerais, (indícios de um mineral natural); •AnálisedeVolumetria,PorosidadeeInclusões,realizadaatravésdoMicrotomógrafode Raios-X; •Fluorescência,comauxíliodelâmpadasderadiaçãoUltraVioleta.Deveserregistradose essa propriedade foi ou não observada. Como informação adicional usa-se as lupas de mão e a lupa de bancada. Elas auxiliam para encontrar trincas, defeitos na lapidação, polimento e quebras, características que agregam ou subtraem o seu valor comercial. A partir da realização dos ensaios, os dados coletados podem ser confrontados com os existentes na literatura especializada, sendo então possível identificar o mineral da amostra. A par-tir desses dados, deve ser confeccionado um laudo de análise, que deve ser entregue ao proprietário e serve como comprovação da identificação da amostra.

Considerações finais São diversas as formas possíveis para a comprovação dos minerais quanto as suas pro-priedades, sendo que cada mineral tem suas próprias características. Portanto, percebe-se a impor-tância dos ensaios adequados para distinguir, classificar, identificar e certificar um mineral. Percebe-se que a identificação de um mineral não é uma tarefa simples, e que requer elevado conhecimento de diversas propriedades e técnicas. Dessa forma, a metodologia proposta auxiliara na organização do método de análise, contribuindo para a homogeneização do procedi-mento. Foi possível observar também que os ensaios, se realizados isoladamente, não permitem obter informações conclusivas sobre as amostras, sendo necessário o agrupamento de diversos ensaios para tal identificação. Nesse sentido, a formulação de uma Metodologia de Análise e Iden-tificação de Minerais é crucial para futuros processos de acreditamento. A partir do aprofundamento das possibilidades da técnica de Microtomografia Com-putadorizada de Raios-X em minerais será possível qualificar a metodologia e promover maior confiabilidade na identificação. Nestas aplicações, foi possível realizar a determinação de volume, porosidade e inclusões presentes no mineral. Tais informações podem tornar-se fundamentais para a determinação de características peculiares de minerais. Agradecimentos A Secretaria de Ciência Tecnologia e Inovação do Estado do Rio Grande do Sul, e a Universidade de Passo Fundo pelos recursos financiados para a execução deste projeto, de acordo com o convênio SCIT 31/2012 processo 430-25.00/12-2.

Referencias bibliograficas

INMETRO. Certificação. <http://www.inme-tro.gov.br/qualidade/ certificacao.asp>

IBGM, DNPM. Manual Técnico de Gemas 4. ed. Consultoria, supervisão e revisão técni-ca desta edição, Jane L.N. da Gama. Brasília, 2009.

JUCHEM, P.L; BRUM. T. M. M.2010. La-boratório de Gemologia universidade Federal do Rio grande do Sul. Apostila gemologia par designers.

Mindat.org. Disponível em: http://www.mindat.org/min-1877.html. Acesso em 30/03/2015.

UFRGS, LdSM. JUCHEM L. PEDRO; SIL-VEIRA L. FLÁVIA; KINDLEIN J. WIL-SON. Seleção de materiais para o design de joias: esmeralda natural, sintética e imitação. Disponível em: http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/76833/000857160.pdf?sequence=1 . Acesso em 18/02/2015.

34 35

Estudo de técnicas de beneficiamento emserpentinito para uso como materialgemológico aplicado ao design de joias

Rosimeri Franck Pichler, Mestre, Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGSrosi.pichler@gmail.comPedro Luiz Juchem, Doutor, Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGSlabogem@ufrgs.br

Introdução O Design, sendo uma atividade responsável pela criação de bens materiais, vem incor-porando características culturais e saberes locais no desenvolvimento de produtos. O interesse por produtos culturais acarreta em desenvolvimento para as regiões produtoras, refletindo em diversos âmbitos da vida em sociedade, impulsionando e aumentando a competitividade do mercado local. Para isso, as tecnologias são fundamentais na promoção de inovações em produtos, facilitando o processo de produção e permitindo novas aplicações. Desta forma, a união destes dois fatores, tecnologias e valorização de produtos culturais, podem acarretar em ganhos, tanto para a região produtora, como para o país, no oferecimento de produtos com maior valor agregado. No Rio Grande do Sul, o beneficiamento de gemas é carente de tecnologias que atri-buam valor, que gerem inovação e que aumentem sua competitividade no mercado. Atualmente, os produtos confeccionados no estado são, na maioria das vezes, exportados no estado bruto ou com pouco valor agregado. Desta forma, o design aliado às novas tecnologias de beneficiamento, pode ampliar a gama de materiais possíveis de serem utilizados como material gemológico para aplicação em joalheria e demais objetos de adorno (DUARTE et al, 2010). Neste sentido, estudos recentes apontam técnicas como a Usinagem por Comando Numérico Computadorizado (CNC), o corte por jato d’água e o processo de corte e gravação a laser como principais técnicas de benefi-ciamento em gemas (CIDADE, 2012). O presente artigo apresenta os resultados do estudo de técnicas de beneficiamento em serpentinito do Rio Grande do Sul, cujo intuito é valorizar sua utilização como material gemoló-gico local aplicado ao design de joias. Como técnicas de beneficiamento foram testados o corte por jato d’água, a gravação a laser e acabamentos superficiais, compreendendo o polimento e a resina-gem, em oito amostras selecionadas. Essas amostras são oriundas do Laboratório de Gemologia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (Labogem/UFRGS) e de doação de exemplares brutos do material pela família Horvath de Bagé/RS.

Serpentinito O serpentinito é considerado uma gema ornamental rara, devido ao baixo número de depó-sitos no planeta e, no Rio Grande do Sul, ele só ocorre em terras do embasamento cristalino, localizadas a oeste do estado. Até o momento, obteve-se apenas um registro de beneficiamento desse material, na cidade de Bagé (RS), por um artesão que produzia objetos ornamentais entre as décadas de 70 e 90, denominado de William Horvath. Apesar disso, o serpentinito é pouco conhecido no estado, pois todas as peças produzidas eram destinadas à exportação, e não há conhecimento de outro uso comercial deste material (RIVALDO, 2006; JUCHEM et al, 2009). Essa rocha ocorre em várias texturas e cores, tendo sido selecionadas oito amostras para este estudo, que são mostradas em estado bruto na Figura 1.

Figura 1 – Amostras de serpentinito selecionadas e numeradas.

Os principais minerais constituintes dessa rocha são do grupo das serpentinas, que podem ocorrer como agregados maciços e lamelares (antigorita e lizardita) e como cristais fibrosos (criso-tilo) e quantidades menores de talco, clorita, magnetita, hematita e forsterita.

Resultados da aplicação das técnicas de beneficiamento Nos estudos de beneficiamento dessa rocha, foram testadas as técnicas de gravação a laser, corte por jato de água, corte com serra de precisão diamantada, lixamento, polimento e resinagem.

Gravação a laser No processo de gravação a laser foi utilizado o equipamento da marca Mira, da empresa Automatisa Sistemas®, localizado no Laboratório de Design e Seleção de Materiais (LdSM) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul / UFRGS. O método de realização dos testes a laser utilizado, baseou-se no trabalho desenvolvido por Cidade (2012), o qual compreende a criação de formas gráficas em Software de desenho vetorial bidimensional CorelDRAW X5® e a utilização de dois tipos de arquivos de exportação, PLT (arquivo de plotadora HPGL) para linhas, e JPEG

36 37

( Joint Photographic Experts Group) para testes de preenchimento. Desta forma, o experimento compreende a verificação das variáveis: velocidade de gravação e potência, em função da gravação de formas retas (Tabela 1A), curvas (Tabela 1B) e de preenchimento (Tabela 1C). Com estes parâmetros pré-determinados, efetuou-se o estudo de espaçamento entre linhas (Tabela 1D) e de saturação de preto (Tabela 1E) para determinação de tons e distâncias possíveis de utilização em projetos de design. Como resultados, observou-se que: para gravação de arquivos em PLT (formas retas e curvas), deve-se utilizar a velocidade de 2 m/min, com potência de 60 W e lente de 10 x 10 cm; para gravação de arquivos em JPEG (preenchimentos), deve-se utilizar a velocidade de 8 m/min, com potência de 60 W e lente de 10 x 10 cm; para espaçamentos entre linhas, adicionar a medida de 1 mm à medida final desejada; para gravação de desenhos com dois tons de preenchimento, utilizar a variação de saturação de preto de 30% para os elementos mais claros e de 100% para os elementos mais escuros (utilizar os mesmos parâmetros para arquivos JPEG).

Tabela 1 – Parâmetros e arquivos gerados para realização dos testes de gravação a laser.

Na Tabela 2, são apresentados os parâmetros para gravação a laser, as medidas de espa-çamentos e os preenchimentos de maior e menor contrates recomendados para esta rocha. Ob-serva-se que os parâmetros somente foram aplicados a 3 amostras das 7 submetidas aos testes de gravação a laser. Tal exclusão de amostras foi necessária devido ao baixo contraste percebido entre a gravação e a superfície gravada (rochas com texturas de cor preta ou verde escuro), porém, salienta-se que tal ocorrência abre a possibilidade de realização de futuros estudos, podendo ser avaliada a utilização da gravação a laser na obtenção de variações de textura na superfície, técnica bastante utilizada em joalheria, criando efeitos visuais e táteis interessantes.

Tabela 2 - Parâmetros recomendados para realização de gravação a laser em serpentinito.

Corte por jato d’água Os testes de corte por jato d’água foram realizados no equipamento modelo GA-JETS-TREAM II JETTEK WATERJET do Centro Tecnológico de Pedras, Gemas e Joias (CTPedras) na cidade de Soledade (RS). No jato d’água, as variáveis que interferem em um bom corte são: a dureza do material, a espessura da amostra a ser cortada e a velocidade de realização do corte.

Para isso, as amostras foram laminadas com espessuras de 5mm, a fim de que todas elas possuam a mesma condição para a realização do corte. O intuito do estudo é de verificar as variáveis de veloci-dade do jato (Figura 2A) e espaçamentos (Figura 2B) com a resistência do material, identificando fraturas e imperfeições nestas condições.

Figura 2 – Testes de corte por jato d’água. Arquivos para realização dos testes de velocidade (a)e de espaçamentos (b).

Os resultados observados ao corte evidenciaram a fragilidade de amostras com presença de veios ou predominância de serpentina da variedade crisotilo. Para estes casos, foram realizados testes em serra diamantada de precisão, onde observou-se resultados satisfatórios nas velocidades entre 100 e 150 rpm. Salienta-se que os cortes realizados neste tipo de equipamento não permi-tem o corte de formas orgânicas, mas somente de formas geométricas simples (cubos, retângulos, elipses). Nas demais amostras (amostras 01, 02, 03 e 05), em que há predominância da serpentina antigorita e lizardita (maciças e lamelares), a resistência do material é superior, obtendo-se dese-nhos com alta velocidade (100% - 250 mm/s em linhas retas e 200 mm/s em linhas curvas) e baixa velocidade (50% - 125 mm/s em linhas retas e 100 mm/s em linhas curvas) com boa qualidade e sem fraturas. Nestes casos, são suportados espaçamentos mínimos de 1mm de espessura com boa qualidade de corte. Na Tabela 3, são apresentados os parâmetros de corte aplicáveis nas amostras de serpentinito analisadas.

Tabela 3 - Parâmetros recomendáveis para aplicação de corte por jato d’água em Serpentinito.

Tais informações são de grande importância na confecção de desenhos que poderão ser aplicados nesse serpentinito. No caso da joalheria, estes desenhos compreendem dimensões muito reduzidas, sendo de grande valia saber antecipadamente os valores mínimos de distanciamentos necessários à execução satisfatória do projeto.

38 39

Lixamento, polimento e resinagem Os testes de lixamento e polimento foram realizados nas amostras a fim de avaliar a sua resistência e a obtenção de brilho das mesmas. Os ensaios foram realizados em Politriz lixadeira de velocidade variável (PVV), modelo PL02E, da marca Teclago, pertencente ao Laboratório de Microanálise do Instituto de Física/UFRGS. Cada amostra foi submetida a dois ensaios: PS1 – lixamento das amostras com o abrasivo Carborundum (carbeto de silício), em diferentes granu-lometrias; PS2 – lixamento com o abrasivo Carborundum, e polimento com o abrasivo Alumina (óxido de alumínio). Na Tabela 4, tem-se os parâmetros de lixamento e polimento executados nos ensaios PS1 e PS2, respectivamente.

Tabela 4 - Parâmetros de lixamento e polimento para os ensaios PS1 e PS2 na Politriz de velocidade variável.

Após a realização dos ensaios, as amostras foram submetidas à medição de brilho superficial utilizando o equipamento Handy Gloss Checker da marca Horiba, mo-delo IG-310. O equipamento pertence à Fundação de Ciência e Tecnologia do Estado do Rio Grande do Sul (CIENTEC) e foi disponibilizada pelo Prof. Dr. Clóvis Gonzatti, do Departamento de Mineralogia e Petrologia do Instituto de Geociências da UFRGS. Como procedimento, realizou-se 10 medidas em cada amostra e foram calculadas as médias. Como resultados, observou-se que a diferença dos índices de brilho entre os ensaios é mínima. Assim, deve-se avaliar a relação custo-benefício do uso da Alumina que, por ser um abrasivo caro, pode representar um custo maior de produção, com aumento de tempo de processo e gasto de recursos. Cabe ressaltar que em ensaios preliminares utilizou-se o abrasi-vo Trípoli, bastante utilizado pela indústria de gemas e joias de Soledade-RS e de custo mais acessível. No entanto, as amostras perderam brilho e apresentaram regiões com aumento da

rugosidade, sendo por isso excluído da pesquisa. Devido ao baixo ganho de brilho com o uso do abrasivo Alumina, realizou-se as mesmas medições de brilho em amostras que receberam o mesmo processo de lixamento, porém substituindo o processo de polimento pela resinagem. Com isso, percebeu-se que a resina acarretou, além de maior brilho, uma melhora na homoge-neidade de leitura dos índices de brilho em toda a superfície das amostras. Como resultados, observou-se que: para rochas com predominância de serpentina antigorita/lizardita (exemplo: amostra 01), recomenda-se o lixamento com lixas de Carbo-rundum, com tempo mínimo de exposição de 2 minutos. A sequência de lixas recomendada é: 180, 500, 1000 e 2000; para rochas com predominância da serpentina crisotilo (exemplo: amostra 06), o processo de lixamento deve ser realizado com Carborundum, com exposição mínima de 3 minutos para a lixa 320 e de 1 minuto e 30 segundos para a lixa 180. Após, reco-menda-se a sequência de lixas 500, 1000 e 2000, com tempo de abrasão mínimo de 2 minutos para cada lixa; para a obtenção de mais brilho no material, pode-se utilizar o polimento com alumina (brilho tênue) e a aplicação de resina acrílica (brilho intenso).

Utilização dos parâmetros no design de joias Os parâmetros das técnicas de beneficiamento definidos podem ser incorporados ao processo de desenvolvimento de joias na etapa de definição dos requisitos de projeto. Desta forma, os parâmetros com relação as gravações a laser podem compor os requisitos referentes à configuração estética, delimitando espessuras de linha, espaçamentos e formas dos desenhos que irão compor a peça. Já os parâmetros de corte por jato d’água, serra diamantada e as técni-cas de beneficiamento final, podem compor os requisitos referentes aos processos de fabrica-ção, delimitando velocidades, potências e etapas da fabricação. Para o desenvolvimento formal das peças, utilizou-se como inspiração a fauna e a flora do Pampa gaúcho, onde ocorrem os depósitos desse serpentinito. Com o intuito de apresentar a aplicação das técnicas estudadas no desenvolvimento de joias, buscou-se propor peças que utilizassem uma ou mais técnicas e parâmetros definidos como aplicáveis ao serpentinito. Assim, para exemplificar o uso de gravações a laser de linhas (Figura 3A), confeccionou-se o colar “Capim-do-Pampa”; para gravações de preenchimentos (Figura 3B), confeccionou-se o colar “Corticeira”; para exemplificar o uso do corte por jato d’água (Figura 3C) e corte com serra diamantada (Figura 3D), confeccionou-se os colares “João de Barro” e “Pampeano”. Como beneficiamento final, todas as amostras foram lixadas com o abrasivo carborundum e resinadas. Na Figura 4, tem-se as fotos da coleção “Meu Pam-pa é joia” com as peças finalizadas.

Figura 3 – Arquivos para confecção das peças. A – Colar Capim-do-Pampa; B – Colar Corticeira;C – Colar João de Barro; D – Colar Pampeano.

40 41Figura 4 – Peças da coleção “Meu Pampa é joia”, finalizadas

Conclusão Mediante os resultados obtidos nesta pesquisa, conclui-se que a aplicação das técnicas de beneficiamento no serpentinito mostraram resultados satisfatórios, mas que estes variam conforme a textura e a composição mineralógica da rocha utilizada. As rochas com predominância de antigo-rita e lizardita, por possuírem estrutura mineral maciça e lamelar, apresentaram melhor desempenho no corte por jato d’água, podendo ser empregadas altas velocidades de corte sem interferir na qua-lidade do mesmo. Em rochas de menor granulometria e com predominância de serpentina crisotilo (fibras), recomenda-se o corte das formas com serra diamantada de precisão e uso da gravação a laser na criação de elementos gráficos que venham a compor a peça. Para a obtenção de brilho mais intenso no material, recomenda-se a aplicação da resina acrílica, que além de apresentar menor custo, auxilia na proteção das gravações na superfície da rocha, quando for o caso.

ReferênciasCIDADE, M. K. Caracterização e padroniza-ção do processo de gravação a laser em ágata aplicado ao design de joias. Dissertação de mes-trado. UFRGS: Porto Alegre, 2012.

DUARTE, L. C et al. Técnicas Inovadoras e Materiais Naturais em Joalheria no Laboratório de Design e Seleção de Materiais. In: Tecnolo-gias para o setor de gemas, joias e mineração. Léo Afraneo Hartmann; Juliano Tonezer da Silva (Org.). IGEO/UFRGS: Porto Alegre, 2010.

JUCHEM, P. L. et al. Potencial gemológico da região sul do Brasil. Anais de evento. I SD-GEM: Soledade, 2009.

RIVALDO, N. P. Caracterização geológica e tecnológica de serpentinitos, Vila Palmas e Cerra da Mantiqueira, RS, Brasil. Dissertação de mestrado. Porto Alegre: UFRGS, 2006.

42 43

Microtomografia como ferramenta paraestudo de elementos naturais:Estudo de caso caroço de pêssego

Gabriel Barbieri1, Luciano Santos da Silva2, Fabio Pinto da Silva3

Universidade Federal do Rio Grande do Sul1 gabrielbarieri22@gmail.com2 lucianoengenhariareversa@gmail.com3 fabio.silva@ufrgs.br

Introdução A microtomografia computadorizada (MicroCT) tem princípio de funcionamento si-milar ao dos equipamentos de tomografia computadorizada (hospitalar), porém, atinge resolução espacial superior a 1 micrometro (LANDIS e KEANE, 2010). É uma tecnologia que, a partir da atenuação de ondas eletromagnéticas de raios-X, permite a visualização e reconstrução do objeto analisado sem danificar a amostra (BECKERS et al. 2014; RUECKEL, et al. 2014). Seu funciona-mento compreende uma ação onde feixes de raios-X são disparados em diversos ângulos do objeto, gerando imagens bidimensionais (2D) ou fatias. Tais fatias são agrupadas em um arquivo e, com o auxílio de softwares, é produzido um modelo tridimensional (3D). A MicroCT tem sido amplamente utilizada para a aquisição de dados de tecidos ani-mais mineralizados, como dentes, cartilagens e ossos (BURGHARDT et al., 2010; ATWOOD et al., 2010; LILJE et al., 2013). Ainda, em estudos de solos (TRACY et al., 2015), alimentos (CANTRE et al), minerais (NETO et al., 2011; KYLE e KETCHAM, 2015), entre outros, há grande aplicação da tecnologia em questão. O presente capítulo aborda a utilização do microtomógrafo Shimadzu Inspexio SMX-90CT, pertencente ao Centro Tecnológico de Pedras, Gemas e Joias do Rio Grande do Sul (CTPEDRAS), localizado na cidade de Soledade. Para analisar o processo de microtomografia, determinou-se um estudo de caso, o qual foi realizado com um caroço de pêssego. Tal escolha foi motivada por ser um objeto de interesse de estudos, na área da Biônica, realizados no Laboratório de Design e Seleção de Materiais (LdSM) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFR-GS). Para a aquisição de dados foram executadas análises e modificaram-se parâmetros como corrente elétrica e tensão. Além de alterar parâmetros no software do microtomógrafo, pode-se modificar os dados após sua aquisição, no software de análises VGStudio MAX, tais como o filtro de ruído obtido na captura, análises de volume, porosidade e inclusões. Pretende-se contribuir no entendimento do comportamento do equipamento, bem como na busca de parâmetros para aqui-sição de imagens de alta qualidade.

Microtomografia (MicroCT) A Microtomografia é baseada na atenuação que raios-X sofrem ao atravessar um ma-terial. A transmissão da intensidade das ondas depende da variação de um coeficiente que está relacionado com as propriedades do material atravessado, tais como densidade e número atômico (ATTIX e ROESCH, 1968; LANDIS e KEANE, 2010). A maior ou menor dificuldade em atra-vessar o material, influencia na resolução da aquisição, podendo essa ser comprometida com um

elevado grau de interferências ou ruídos. A Figura 1 mostra o funcionamento básico de um microtomógrafo. Segundo Landis e Keane (2010), um típico equipamento consiste em um emissor de raios-X (A), que projeta um feixe normalmente cônico (B), o qual atravessa a amostra de material (C) que se encontra fixada em uma plataforma giratória (D). O feixe então incide em um detector (E), o qual processa os raios-X, transformando-os finalmente em uma imagem digital bidimensional. Conforme a plataforma (D) rotaciona, uma série de imagens vão sendo obtidas (F). No processamento por softwares, as fatias são empilhadas (G) e, então, é processada a reconstrução do modelo digital em 3D (H).

Figura 1 - Esquema de funcionamento do microtomógrafo e reconstrução 3D. A) Emissor de raios-X; B) Feixe de raios-X; C) Amostra; D) Plataforma giratória; E) Detector de raios-X; F) Série de projeções

2D; G) Empilhamento de fatias; H) Reconstrução 3D.

Na Figura 2, é possível observar a área de trabalho interna do microtomógrafo do CTPE-DRAS. Os raios-X partem do emissor (A) e incidem contra a amostra que deve ser fixada em um suporte no encaixe (B). A plataforma (C) rotaciona em torno do eixo Z, no plano XY, posicionando a amostra em diferentes orientações. Os raios-X que atravessam a amostra incidem no detector (D), que capta as informações para a geração de imagens digitais.

44 45

Figura 2 - Parte interna do microtomógrafo Shimadzu Inspexio SMX-90CT. A) Emissor de raios-X; B) Encaixe da plataforma; C) Plataforma giratória; D) Detector de raios-X.

Quanto ao processamento, as imagens 2D podem ser consideradas mapas, nos quais cada pixel corresponde a um ponto em um plano do material. A cor do pixel corresponde ao valor de atenuação dos raios-X, o qual é correlacionado com a densidade do material. Normalmente, as imagens são geradas em escala de cinzas, sendo que cada tom de cinza corresponderá a uma deter-minada densidade. As regiões com maior brilho correspondem às de maior densidade, enquanto as mais escuras às de menor densidade. Assim, o contraste da imagem obtida é característico da densidade da amostra. A reconstrução do volume tridimensional é resultado do empilhamento das imagens em camadas. A partir dos dados obtidos na aquisição de diversos ângulos, são processados matema-ticamente voxels (volumes elementares ou pixels 3D). Assim, cada voxel representa a absorção de raios-X a cada ponto no volume da amostra (LANDIS e KEANE, 2010). A densidade do material se relaciona com a capacidade de penetração de raios-X, ou seja, um material muito denso dificulta a passagem de raios-X e um material pouco denso permite a passagem facilmente. Neste sentido, para uma adequada aquisição de dados, é importante de-terminar os parâmetros de tempo e energia suficientes para que os raios-X atravessem a amostra. Parâmetros inadequados de exposição tendem a gerar altos níveis de ruído. A tecnologia de raios-X geralmente é utilizada para adquirir imagens com uma alta den-sidade estrutural e com significativa atenuação dos raios-X. A baixa densidade de alguns materiais biológicos, tecidos finos, entre outros, tem sua visualização comprometida devido à baixa absorção e ao contraste da estrutura investigada. Cabe a partir disso, definir parâmetros que proporcionem uma visualização aproximada com um nível de ruído mínimo. Em termos práticos, uma imagem de qualidade dependerá das propriedades dos materiais, como densidade e estrutura atômica, e da relação sinal-ruído do espectro de raios-X (STOCK, 2008). Especificamente, para o microtomógrafo do CTPEDRAS, o ajuste dos principais parâ-metros é realizado na tela inicial do software de captura (Figura 3). Os parâmetros configurados são apresentados nas Tabelas 1 e 2.

Figura 3 - Tela de aquisição de dados do microtomógrafo Shimadzu Inspexio SMX-90CT. A legenda dos pontos marcados na imagem encontra-se na Tabela 1.

Tabela 1 - Dados da tela de aquisição do microtomógrafo, baseados em Shimadzu (2005).

Tabela 2 - Parâmetros verificados na janela de informações (ponto 22 da Figura 3).

46 47

Materiais e Métodos O método foi dividido em duas etapas de ensaios, avaliando e definindo alguns dos parâme-tros de aquisição do microtomógrafo Shimadzu Inspexio SMX-90CT, disponível no CTPEDRAS. O software inspeXio, que acompanha o equipamento, permite adquirir imagens em dois tamanhos de saída, 512x512 pixels ou 1024x1024 pixels. Visando uma aquisição mais rápida, para todos os ensaios, adotou-se como padrão a resolução de 512x512 pixels. Para manipulação de dados e reconstrução 3D, foi utilizado o software VG Studio Max, também disponível no CTPEDRAS. Para todos os ensaios, foi utilizado um caroço de pêssego com densidade de aproximadamente 1 g/cm³. Os primeiros ensaios consistiram em 4 análises, nas quais foram fixados os seguintes pa-râmetros (conforme Figura 3 e Tabela 1): tensão (B) = 40 kV, número de vistas (F) = 600, average (G) = 16, scan count (H) = 1, scaling coefficient ( J) = 100. Inicialmente, foram variados os parâmetros de corrente (C) e slice width (M), conforme pode ser observado na Tabela 3.

Tabela 3 - Variação de parâmetros para os ensaios iniciais.

Com o objetivo de determinar os melhores parâmetros de tensão e corrente, a segunda eta-pa de ensaios teve início. Para tanto, mantiveram-se os mesmos parâmetros dos ensaios preliminares, porém, fixando o Slice width em 32. Foram variadas a tensão (de 20 a 90 kV) e a corrente (até 250 µA), ou seja, em toda a faixa permitida pelo equipamento. O software de operação limita a corrente de acordo com a tensão selecionada, não permitindo atingir potências superiores a 10 W. Considera-se a potência (em watts) como produto entre tensão (em volts) e corrente (em amperes). Assim, partindo-se da tensão mínima houve incrementos, de 10 em 10 kV, até atingir a tensão máxima permitida. Apenas foi possível pré-visualizar imagens nítidas (item U da Figura 3 e da Tabela 1) a partir de 40 kV. Para cada tensão, foi gerada uma pré-visualização com a corrente variando de 10 µA até o limite de potência do equipamento (10 W). Foram selecionados valores representativos dos mínimos, médios e máximos das faixas de correntes que permitiram gerar imagens nítidas. Assim, os resultados ficaram dentro da faixa de potência de 1,2 a 10 W. As combinações resultantes desta triagem de parâmetros implicaram na realização de 27 ensaios, apresentados na Tabela 4.

Tabela 4:Parâmetros

ensaiados com o caroço do pêssego

e respectivapotência.

Resultados Os primeiros ensaios indicaram que a pequena variação na corrente empregada (em 10 µA) não resulta em uma variação significativa na aquisição de dados. O mesmo se aplica para o parâmetro slice width. Os modelos 3D ficaram praticamente idênticos, não sendo possível detectar diferenças na tela do software. O conjunto de parâmetros utilizados resultou em um tempo de aquisição de cerca de 20 min e mais 2 min para a reconstrução 3D, o que também se aplicou para o segundo grupo de ensaios. Para baixos valores de tensão não foi possível obter resultados satisfatórios. Preliminarmen-te, não foi possível obter imagens nítidas com tensão abaixo de 40 kV. Com o uso da tensão de 40 kV, só obtiveram-se imagens com correntes acima de 180 µA, porém, com visível ruído. A partir da tensão de 50 kV pode-se experimentar uma variação maior de corrente elétrica. De fato, para essa tensão, a nitidez da imagem mostrou-se bastante sensível ao valor de corrente. Com corrente baixa (30 µA) as imagens apresentaram alto nível de ruído (figura 4A). Dentre as ensaiadas, a corrente de 150 µA apresentou melhor resultado, sendo que nas demais ainda ficou evidente a pre-sença de ruído (Figura 4B). Utilizando tensão de 60 kV até 90 kV os resultados ficaram bastante similares. Notou-se que para correntes abaixo de 50 µA o ruído sempre esteve presente. Em geral, as correntes na faixa de 100 a 150 µA permitiram gerar imagens mais nítidas (Figura 4C). Neste mesmo sentido, observou-se que, respeitados mínimos de tensão e corrente, as análises realizadas com potências superiores a 6 W apresentaram resultados satisfatórios.

Figura 4 - Imagens geradas na segunda etapa de ensaios. A) tensão = 50 kV e corrente = 30 µA;B) tensão = 50 kV e corrente 200 µA; C) tensão = 70 kV e corrente = 100 µA.

Na reconstrução 3D podem ser utilizados filtros de ruído e de contraste. Tais filtros permitem obter modelos mesmo de imagens de menor qualidade. Para o ensaio de tensão = 50 kV e corrente = 30 µA, com algum esforço computacional, obteve-se um modelo 3D no qual observa-se uma textura super-ficial atribuída ao ruído (Figura 5A). Notam-se na superfície do modelo marcas, como linhas verticais em relevo, as quais não são desejadas e podem prejudicar medições e análises. Os parâmetros mais adequados, como tensão = 70 kV e corrente = 100 µA, geraram modelos 3D de melhor qualidade superficial (Figura 5B).

Figura 5:Reconstruções 3D

geradas na segunda etapade ensaios. A) tensão = 50 kV e

corrente = 30 µA; B) tensão = 70 kV e corrente = 100 µA.

48 49

Os parâmetros ensaiados foram plotados em um gráfico (Figura 6), no qual observam-se os incrementos discretos de tensão e o aumento de corrente elétrica limitado ao valor de potência resultante. Apresenta-se uma sugestão de faixa de utilização desses parâmetros, aplicada a mate-riais com densidades similares ao caroço de pêssego, próximas a 1 g/cm³.

Figura 6 - Relação entre as tensões e correntes aplicadas, com suas respectivas potências e faixas de utili-zação sugeridas para materiais com densidade próxima a 1 g/cm³.

Conclusão A partir dos ensaios realizados, pode-se concluir que, para a amostra em questão, com densidade na ordem de a 1 g/cm³, recomendam-se tensões mínimas de 50 kV e correntes mínimas de 100 µA, de maneira que combinadas obtenha-se uma potência maior do que 6W. Pequenas va-riações na corrente empregada, da ordem de 10 µA, são pouco perceptíveis e podem ser considera-das como ajuste fino, especialmente para amostras de menor densidade. Para alteração significativa na visualização da imagem recomendam-se incrementos de 30 a 50 µA. A utilização de menores correntes elétricas implica em imagens com maior nível de ru-ído. Pode-se fazer uma analogia entre a baixa corrente elétrica na tomografia e a baixa iluminação na fotografia. Essa falta de energia exige um aumento de sensibilidade do receptor, tornando-o mais suscetível a interferências. O alto nível de ruído pode causar texturas na superfície do modelo 3D reconstruído, o que deve ser evitado, visto que pode comprometer um estudo.

Agradecimentos À Secretaria de Ciência, Tecnologia e Inovação do Estado do Rio Grande do Sul e à Universidade de Passo Fundo, pelo apoio na execução deste trabalho, de acordo com o convênio SCIT 31/2012, Processo: 430-2500/12-2, no âmbito do edital 001/2012, do programa de apoio aos polos tecnológicos. Ao CNPq, à CAPES e à FAPERGS.

Referências bibliográficasAttix, F.H.R., Roesch, W.C., 1968. Radiation Dosimetry. Academic Press, New York

Atwood R.C., Jones J.R., Lee P.D. Analysis of pore interconnectivity in bioactive glass foams using X-ray microtomography. Doi. 10.1016/j.scriptamat.2004.08.014

Burghardt, A. J. et. Al. High-resolution Com-puted Tomography for clinical imaging of bone microarchitecture. DOI: 10.1007/s11999-010-1766x. 2010

Beckers, E., et al. X-ray microtomography: A porosity-based thresholding method to improve soil pore network characterization? Geoderma. DOI:10.1016/j.geoderma.2014.01.004. 2014

Cantre, D., Herremans, E., Verboven, P., Am-pofo-Asiama, J., Nicolai, B. Characterization of the 3-D microstructure of mango (Man-gifera indica L. cv. Carabao) during ripening using X-ray computed microtomography. In-nov. Food Sci Emerg. Technol. DOI: 1.1016/j.ifset.2013.12.008. 2014

Kyle, J.R., Ketcham, R.A. Application of higt resolution X-Ray computed tomography to mi-neral deposit origin, evaluation, and processing. Ore Geol. Rev. 65, 821-839. DOI: 10.1016/j.oregeorev.2014.09.034. 2015

Landis, E.N., Keane, D.T., X-ray microtomo-graphy. Mater Charact. 61, 1305-1316. DOI: 10.1016/j.matchar. 2010.09.012. 2010.

Lilje, O., Lilje, E., Marano, A.V., Gleason, F.H. Three dimensional quantification of biological samples using micro-computers aided tomogra-phy (microCT). J. Microbiol. Methods 92, 33-41 DOI: 10.1016/j.mimet.2012.10.006 2013.

Neto, J.M.R., Fiori, A.P., Lopes, A.P., Marchese, C., Pinto-Coelho, C.V., Vasconcellos, E.M.G., Silva, G.F., Secchi, R. A microtomografia com-putadorizada de raios-X integrada à petrografia no estudo tridimensional de porosidade em ro-

chas. Rev. Bras. Geociências 41, 498-508. 2011

Shimadzu. Shimadzu microfocus X-ray system instruction manual advanced operations. Japan, 2005.

Stock, S.R., 2008. Recent advances in X-ray microtomography applied to ma-terials. Int. Mater. Rev. 53,129-181. DOI:10.179/174328008X277803. 2008.

Rueckel, J. et al. Spatial resolution characte-rization of an X-ray microCT system. DOI: 10.1016/j.apradiso.2014.08.014. 2014

Tracy, S.R., Black, C.R., Roberts, J.A., Dodd, I.C., Mooney, S.J. Using X-ray computed to-mography to explore the role of abscises acid in moderating the impact of soil compaction on root system architecture. Environ. Exp. Bot. 110, 11-18. DOI: 10.1013/j.envexpbot.2014.09.003. 2015

50 51

Usinagem de Arenito e Tecnologias 3D

João Rogério Machado Pereira1; Wilson Kindlein Junior2; Fabio Pinto da Silva3

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)Laboratório de Design e Seleção de Materiais (LdSM)Av. Osvaldo Aranha, 99 - Sala 607, CEP 90035-190, Porto Alegre - RS - Brasil.1 joao.pereira@erechim.ifrs.edu.br; 2 wilsonkindleinjunior@gmail.com; 3 fabio.silva@ufrgs.br

Introdução O Arenito é um material muito abundante na região do Vale dos Sinos no estado do Rio Grande do Sul. Este material, apesar de suas nuances de coloração, vem sendo muito utilizado ape-nas na sua forma mais bruta, isto é, com pouco valor agregado. Hoje, a grande aplicação do Arenito é na construção civil, na forma de blocos para alicerce, muros, paredes e como pisos para calçadas de passeio público. Poucas aplicações mais nobres são feitas com esta rocha, provavelmente, pela dificuldade em trabalhar com um material tão abrasivo. O conhecimento e a utilização de novas Tecnologias 3D, tais como a Digitalização Tri-dimensional, aliadas à usinagem CNC (Comando Numérico Computadorizado) e às tecnologias CAD/CAM (Projeto Auxiliado por Computador/Manufatura Auxiliada por Computador), po-dem representar uma opção importante para produção de objetos em Arenito. Pode-se citar como aplicações destas tecnologias a produção de réplicas de esculturas, a restauração de fachadas de prédios históricos, obras de arte e tantos outros objetos tridimensionais. Também, podem-se criar objetos digitais e reproduzi-los fisicamente a partir da usinagem CNC. Este capítulo mostra algumas das Tecnologias 3D utilizadas no Laboratório de Design e Seleção de Materiais (LdSM) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e apre-senta um estudo de caso desenvolvido com a usinagem de Arenito.O estudo de caso descrito trata da produção de uma réplica de parte de uma Estela Egípcia. São descritos procedimentos, materiais e técnicas que foram utilizados para a produção da réplica em Arenito. Para tanto, foi utilizada a Digitalização 3D e a usinagem CNC de Arenito com a utiliza-ção de ferramentas diamantadas.

Produção de réplicas Os benefícios de se obter uma réplica de uma obra de escultura são muitos. São ainda maiores quando esta é única, tem grande importância histórica e cultural ou está exposta em lugar inacessível para a maioria das pessoas. Pode-se, neste caso, enquadrar obras egípcias, hieróglifos gravados em arenito e outros tantos objetos que podem remeter as pessoas há milhares de anos na história das civilizações. Muitas destas obras estão em lugares remotos ou guardadas em museus, dificultando o acesso para o grande público. É evidente que objetos com tamanho valor histórico precisam ser preservados, pois o manuseio acaba deteriorando-os e, neste caso, ter uma réplica permite que as pessoas possam tocar no objeto, ou, pelo menos, olhar de uma distância menor, sem oferecer riscos relacionados à integridade da obra original. Réplicas podem ser utilizadas para educação em escolas e faculdades e podem, ainda, permitir que pessoas com deficiência visual manuseiem fisicamente objetos do pa-trimônio histórico e cultural (KINDLEIN JUNIOR e SILVA, 2013). Em se tratando de réplicas, as peças poderão ser produzidas inúmeras vezes, em diferentes locais, dependendo do interesse ou necessidade.

Ao longo da história foram utilizados muitos métodos para produzir réplicas de objetos, sejam eles obras de arte, esculturas, monumentos, ferramentas, máquinas ou quaisquer objetos tri-dimensionais. Entre eles pode-se citar a cópia artística, a cópia por moldagem em areia e posterior fundição (GIULIANO, 2008), a cópia utilizando método das molduras, método dos três compas-sos, máquina de pontear ou cruzeta (SILVA, 2010), a cópia utilizando pantógrafos copiadores ou fresadoras copiadoras (Ribeiro, 2011), e, atualmente, Digitalização 3D seguida por métodos de fa-bricação digital, tais como Impressão 3D ou usinagem CNC no mesmo material da peça original.

Tecnologias 3D A utilização das Tecnologias 3D vem obtendo destaque cada vez maior em pesquisas multidisciplinares, abrangendo diversos campos do conhecimento, tais como Arqueologia, Artes, Biofísica, Biomimética, Design, Egiptologia, Geologia, Medicina, Meteorítica e Paleontologia (LOPES, 2013). As técnicas mais modernas para cópia ou reprodução de objetos tridimensionais se uti-lizam das novas Tecnologias 3D, tais como Digitalização Tridimensional seguida de fabricação digital. A fabricação digital pode ser classificada em dois grupos: Prototipagem Rápida Aditiva, ou Manufatura Aditiva, que trabalha por adição de material, e Prototipagem Rápida Subtrativa, na qual os modelos são obtidos por remoção de material, como na usinagem CNC.Segundo Freitas (2006), as tecnologias disponíveis para digitalização 3D podem ser divididas em dois grupos: digitalização com contato físico e digitalização sem contato físico com a peça. Os digitalizadores sem contato físico apresentam a grande vantagem de não haver a necessidade de contato físico com o objeto, o que para obras de arte representa uma grande vantagem no que se refere à preservação. Segundo Ahmed, Carter e Ferris (2014) este foi o fator decisivo na escolha do processo de digitalização de muitos objetos arqueológicos do programa canadense “Sustainable Archaeology (SA)”. Em relação aos processos de digitalização sem contato, atualmente, a digitalização a laser, tanto por triangulação, como por holografia, e a digitalização por fotografia são importantes tec-nologias utilizadas, tanto para medição de modelos tridimensionais, como para engenharia reversa (AZERNIKOV E FISHER, 2008). A digitalização a laser por holografia conoscópica apresenta como grande vantagem a grande precisão (FREITAS, 2006). Já a digitalização por luz branca ou luz estruturada, a qual também é uma técnica muito utilizada, apresenta como vantagem a grande velocidade na aquisição de dados. Após a digitalização, a próxima etapa é a reprodução do objeto físico, a qual, no escopo do presente trabalho, ocorre via usinagem CNC do Arenito. Usinagem CNC é um processo de manu-fatura subtrativa, no qual um computador coordena os movimentos da máquina operatriz. Através da leitura de modelos 3D digitais em softwares CAD/CAM, os movimentos nos eixos x, y e z são planejados e calculados para execução da usinagem de uma peça. Para a obtenção da forma desejada, uma ferramenta rotativa retira aparas de um bloco de material. Com relação à usinagem de rochas, há uma tecnologia básica, alguns processos são do-minados no que se refere à produção de placas, tanto para pisos como para revestimentos ou ainda para tampos de mesas e pias, em mármore e granito. Estas operações de usinagem são serramento, fresamento plano, furação, perfilamento de bordas e polimento com a utilização de diamante nas ferramentas. No entanto, a usinagem de geometrias complexas em rochas é pouco executada, pois há pouca informação e pouca disponibilidade desta tecnologia. Em geral, devido à dureza e abrasi-vidade dos grãos das rochas, são requeridas ferramentas diamantadas, porém, há pouca oferta dessas ferramentas, especialmente de pequeno diâmetro e com geometrias variadas. Ainda, cabe destacar que não há parâmetros de corte bem definidos para a maioria das rochas existentes em nossa região, como é o caso do Arenito.

52 53

Materiais e Métodos O material em foco, o Arenito, é definido como uma rocha composta de uma mistura de grãos minerais de fragmentos de rochas, oriundos da desagregação por erosão, de rochas de todos os tipos (PETTIJOHN, POTTER E SIEVER, 1973). Segundo Nichols (2009), também se pode definir Arenito como uma rocha formada por areia. Areia, segundo a escala granulométrica de Wentworth, é uma classe de sedimentos com tamanho de grão entre 0,062 e 2 mm (GIANNINI E RICCOMINI, 2000). O Arenito utilizado para usinagem foi coletado na pedreira Souza em São João do De-serto, município de Lomba Grande, Rio Grande do Sul. As coordenadas geográficas dos vértices da jazida são: 29°44’15’’069 S - 50°57’50’’862 W (vértice 1) 29°44’15’’069 S - 50°57’59’’891 W (vértice 2) 29°44’09’’720 S - 50°57’59’’891 W (vértice 3) 29°44’09’’720 S - 50°57’50’’862 W (vértice 4) Segundo o geólogo que acompanha a lavra, a pedreira pro-duz Arenito mais compacto em relação às demais lavras da região, em função do efeito térmico pro-vocado pelo contato com lavas ba-sálticas da Formação Serra Geral. A amostra utilizada é de Arenito da formação Botucatu. Para avaliação do pro-cesso de usinagem de arenito utilizando as Tecnologias 3D, foi realizado um estudo de caso. O objeto de estudo é uma Este-la Egípcia pertencente ao Museu Nacional da Universidade Fede-ral do Rio de Janeiro. Para tanto, foi cedida uma malha 3D com o arquivo, fruto de digitalização tridimensional da referida Estela em Arenito (LOPES, 2013). Na figura 1 pode-se observar o objeto digitalizado, bem como detalhes dos hieróglifos egípcios contidos nela. Para fins de estudo, de-limitou-se como área de interesse a área destacada na figura 1. Para adequar o modelo 3D a um equi-pamento de usinagem de pequeno porte, ainda decidiu-se fazer uma redução de escala para 30% das

dimensões originais resultando em uma peça com 43 x 76 mm. A máquina de usinagem utilizada foi um centro de usinagem Tecnodrill Digimill 3D, pertencente ao LdSM/UFRGS. Para o estudo foram usinados dois materiais, um de referência e o próprio Arenito. Pri-meiramente, como referência, usinou-se a estela em uma “placa usinável de poliuretano”, para ana-lisar trajetos da ferramenta e acabamento, visto que se trata de um material específico para prototi-pagem, de alta usinabilidade. A estratégia utilizada para usinagem foi de uma operação de faceamento, utilizando uma fresa de topo reta de 10 mm de diâmetro; uma operação de desbaste com a mesma fresa; uma ope-ração de acabamento com uma fresa de topo reta de 4 mm de diâmetro; e uma operação final de acabamento, utilizando-se uma fresa de topo com ponta esférica de 2mm de diâmetro.

Figura 1 - Modelo 3D e área de interesse da Estela Egípcia gerado a partir do arquivo cedido por Lopes (2013).

Para a operação de faceamento do poliuretano, utilizou-se 10.000 rpm, velocidade de avanço lateral de 4.000 mm/min, velocidade de avanço vertical de 1.000 mm/min e profundidade de corte de 0,2 mm por passe. O desbaste foi feito com os mesmos parâmetros, com exceção da profundidade de corte que foi de 0,1mm por passe. A operação de acabamento com a fresa de 4 mm de diâmetro foi executada com 18.000 rpm e os demais parâmetros de corte mantidos iguais aos da operação anterior. Já, a operação final de acabamento, com a fresa de ponta esférica de 2 mm de diâmetro, foi executada com 24.000 rpm e os demais parâmetros mantidos, com exceção da profundidade de corte que foi usada 0,04 mm por passe. A usinagem do poliuretano foi feita com utilização de fresas inteiriças de metal duro. Para usinagem do Arenito, partiu-se de um bloco com dimensões de 420 x 140 x 92 mm e retirou-se, inicialmente, uma amostra com dimensões de 80 x 80 x 50 mm. Para facilitar a fixação da amostra na base da mesa da máquina de usinagem, a mesma foi colada sobre uma base de aço SAE 1020 de 3/8” de espessura utilizando-se adesivo epóxi. A estratégia utilizada para a usinagem da parte da estela em Arenito foi a mesma utilizada para a usinagem em poliuretano, porém, as velocidades de avanço lateral e vertical foram 5% das anteriores, ou seja, 200 mm/min para velocidade de avanço lateral e 50 mm/min para velocidade de avanço vertical. Os parâmetros de rotação e profundidade de corte foram mantidos. Outra di-ferença foram as ferramentas de corte utilizadas para a usinagem do Arenito. Para as operações de faceamento e desbaste, no lugar da fresa, foi utilizado broca diamantada comercial para granito e mármore com diâmetro de 10 mm (figura 2A). Para a primeira operação de acabamento, foi uti-lizada broca diamantada comercial com diâmetro de 4 mm (figura 2B). Para a operação final de acabamento utilizou-se uma ponta diamantada Master Diamond, de ponta esférica de 2 mm de diâmetro (figura 2C).

Figura 2 - Ferramentas utilizadas para usinagem do Arenito. A) Ferramenta reta 10 mm;B)Ferramenta reta 4 mm; C) Ferramenta esférica 2 mm.

54 55

Após a usinagem, tanto do poliuretano quanto do Arenito, ainda com as peças fixadas na mesa da máquina, utilizou-se um cabeçote digitalizador a laser Optimet Conoprobe 1000 e fez-se a digitalização 3D das superfícies usinadas. Para tanto, utilizou-se resolução (x e y) de 0,1 mm e lente de 150 mm que possui precisão (z) de 0,035mm. Após a digitalização, as nuvens de pontos, tanto da peça em poliuretano como da peça em Arenito, foram processadas no software Geomagic Studio e, através do software Geomagic Qualify, foram comparadas com o modelo 3D inicial.

Resultados e discussões O processo de fabricação apresentou pequenos desvios geométricos em relação ao ar-quivo digital original, pouco perceptíveis em uma primeira análise a olho nu (figura 3). A textura superficial característica do Arenito dificulta a percepção de relevos com menor profundidade. A análise via digitalização 3D (figura 4) permitiu mensurar as variações dimensionais.

Figura 3:Superfícies das

Réplicas usinadas.A) Réplica usinada

em poliuretano;B) Réplica usinada

em Arenito.

Figura 4 - Comparação das réplicas usinadas com o modelo 3D original.A) Réplica usinada em poliuretano;

B) Réplica usinada em Arenito.

Analisando a usinagem do poliuretano (figura 4A), observa-se uma variação dimensional entre -0,20 e +0,37 mm, com um desvio padrão de 0,03 mm. Já para o Arenito (figura 4B), observa-se que as variações dimensionais ficaram na faixa de -1,22 a + 0,57 mm em seus valores máximos, sendo a média dos valores 0,12 mm e o desvio padrão de 0,15 mm. As variações dimensionais positivas representam limitações do processo e de ferramentas, pois o menor raio interno possível de se obter com as ferramentas utilizadas foi 1 mm, logo toda geometria com raio interno menor que 1 mm aparece como erro. As variações dimensionais negativas são atribuídas à rugosidade do material, por este fato elas são evidentes apenas na réplica em Arenito. De maneira geral, variações dimensionais positivas significam material que deveria se retira-do e não foi. Já variações negativas, significam material que não deveria ser retirado, mas foi; no Areni-to ainda ocorrem variações dimensionais negativas que podem ser atribuídas à porosidade do material. Também ocorrem essas variações quando o grão do material é arrancado em vez de ser cortado. Isto se deve ao fato do esforço para o corte do grão ser superior às forças de aglutinação da rocha. Rochas mais coesas ou menos friáveis diminuem essas variações. Um estudo mais aprofundado sobre o mecanismo de corte da rocha pode possibilitar a redução das forças atuantes no grão durante o fresamento, o que pode diminuir as variações dimensionais negativas na usinagem do Arenito. Admitindo-se uma tolerância de 0,3mm (figura 5), consegue-se uma melhor avaliação das variações dimensionais no Arenito. Neste caso, ficam evidentes algumas variações negativas referentes à porosidade do material, bem como de variações dimensionais positivas referentes a regiões não alcançadas pela ferramenta.

As velocidades de avanço lateral e vertical foram determinadas a partir de ensaios em máquinas de usinagem convencionais e as velocidades de corte, que determinam a escolha da rotação da máquina, foram obtidas com o fornecedor da ferramenta. Na tabela 1 mostra-se uma síntese dos parâmetros de usinagem utilizados.

Tabela 1 - Parâmetros de usinagem utilizados

56 57

Figura 5 - Comparação da réplica usinada em Arenito admitindo tolerância de 0,3 mm.

Conclusões A produção de réplicas com o auxílio das tecnologias 3D de fa-bricação permite produzir peças sem nenhum contato físico com a obra original, o que muito contribui para a preservação da integridade da obra. A usinagem do arenito mos-trou-se viável tecnicamente, porém, ainda é uma operação relativamen-te lenta, se comparada à usinagem da maioria dos materiais metálicos, ou específicos para prototipagem (como a placa usinável de poliuretano), devido à sua dureza e abrasão, bem como à falta de ferramentas apropriadas. Destaca-se que o uso de ferramentas diamantadas comerciais permitiu a usinagem, mas o mercado ainda oferece poucas opções de geometrias dessas ferramentas. Como a obra original, pro-vavelmente, foi produzida pelo talhe, e a réplica foi produzida por usinagem com ferramentas rotativas, têm-se li-mitações de raios internos devido à es-trutura e geometria das ferramentas de corte disponíveis. Ainda assim, pode-se dizer que o erro obtido nesse estudo de caso foi de 0,3 mm mais o raio da fer-ramenta (1 mm).

Agradecimentos Este trabalho foi possível graças ao apoio do CNPQ, da CAPES, da FAPERGS, do IFRS, do Museu Nacional da Universidade Federal do Rio de Janeiro, do Prof. Dr. Jorge Lopes do Departamento de Artes e Design da PUC – Rio e da UFRGS, dando ênfase ao Laboratório de Design e Seleção de Materiais – LdSM.

ReferênciasAHMED, Namir; CARTER, Michael; FER-RIS, Neal. Sustainable archaeology trhough progressive assembly 3D digitization. World Archaelogy Volume 46, Issue 1, 2014: Taylor & Francis on line.

AZERNIKOV, S; FISCHER, A. Emerging non-contact 3D measurement technologies for shape retrieval and processing. Virtual and Phy-sical Prototyping, Volume 3, Nº 2, 2008: Taylor & Francis on line.

FREITAS, Gustavo. Metodologia e aplicabili-dade da digitalização 3D a Laser no desenvolvi-mento de moldes para calçados e componentes. Dissertação de Mestrado, Porto Alegre, 2006: UFRGS.

GIANNINI, Paulo César F.; RICCOMINI, Cáudio. Sedimentos e processos sedimentares, In: TEIXEIRA, W.; TOLEDO, M. C. M.; FAIRCHILD, T. R.; TAIOLI, F. (orgs) 2000. Decifrando a terra. São Paulo: Oficina de Tex-tos. USP.

GIULIANO, José Antônio Schenini. Os pro-cessos de fundição, como ferramenta para ob-tenção de esculturas em metal. Dissertação de Mestrado, Porto Alegre, 2008: UFRGS.

KINDLEIN JUNIOR, Wilson; SILVA, Fábio Pinto. O Laçador, In: LOPES, Jorge et al (orgs). Tecnologias 3D: desvendando o passado, mode-lando o futuro. Rio de janeiro, 2013: Lexicon.

LOPES, Jorge et al (orgs). Tecnologias 3D: des-vendando o passado, modelando o futuro. Rio de janeiro, 2013: Lexicon.

NICHOLS, Gary. Sedimentology and stra-tigraphy. 2.ed. Hoboken, USA, 2009: Wiley-Blackwell.

PETTIJOHN, F.J.; POTTER, Paul Edwin; SIEVER, Raimond. Sand and sandstone. New YorK: Springer – Verlag, 1973.RIBEIRO, Isabela Lima Arrais. Discrepâncias

marginal vertical e interna de infraestruturas cerâmicas de zircônia: influência do tipo de sis-tema de fresagem e do término cervical. Disser-tação de Mestrado, João Pessoa, 2011: UFPB.

SELHORST JUNIOR, A. Análise compara-tiva ente os processos de prototipagem rápida na concepção de novos produtos: um estudo de caso para determinação do processo mais indi-cado. Dissertação de Mestrado, Curitiba, 2008: PUCPR.

SILVA, Fernando Roussado. Técnica da escul-tura em pedra – algumas reflexões sobre o talhe direto. Dissertação de Mestrado, Lisboa, 2010: Universidade de Lisboa.

58 59

Processo de usinagem por jato d’águaCNC em ágata aplicado ao design de joias

Denise Rippl Araujo Barp, Doutoranda, Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, denise.rippel@yahoo.com.brMariana Kuhl Cidade, Doutoranda, Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS,mariana.cidade@ufrgs.brLauren da Cunha Duarte, Doutora, Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS,lauren.duarte@ufrgs.brNey Francisco Ferreira, Doutor, Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS,neyferr@gmail.com

Introdução Os materiais e os avanços tecnológicos tem sido uma das grandes forças propulsoras no desenvolvimento de produtos na área do design. As formas de processar as diversas matérias-primas estão sendo refinadas com o passar dos séculos, onde, atualmente, o designer tem papel fundamental no processo criativo e na escolha do melhor modo de produção de seus ornamentos. Segundo Barp (2009), entre as tecnologias associadas à produção industrial, mais utilizadas nos últimos anos, podemos citar a automação dos processos via controle numérico computadorizado (CNC - Computer Numerical Control), as tecnologias laser, e a utilização de tecnologias de ma-nufatura auxiliada por computador (CAM - Computer Aided Manufacturing). Muitas são as possibilidades de processos tecnológicos na área da fabricação, trazendo melhores condições e maior eficiência na execução de bens de consumo de forma mecanizada e seriada. Entretanto, a base da criação contínua dependendo do processo de criação do pensamento humano, mesmo com todas as mudanças que a humanidade tem passado (CIDADE, 2014). Desta forma, os materiais naturais devem ser estudados e analisados de outras maneiras, buscando novas formas de processamento para que indústrias e profissionais da área possam agregar valor tanto no processo tecnológico como no valor final da peça. O Brasil é considerado uma das maiores províncias gemológicas, sendo o estado do Rio Grande do Sul, no sul do Brasil, um dos maiores produtores de ágata (IBGM, 2005). Apesar da valorização dos materiais gemológicos do Rio Grande do Sul pelo comércio externo, as indústrias do estado utilizam frequentemente de maneira discreta esses materiais no desenvolvimento de produtos inovadores e diferenciados (CIDADE, 2014). Os mesmos são geralmente utilizados para o desenvolvimento de objetos de decoração ou exportados em bruto para outros estados e países,comoChina,Índia,ItáliaeAlemanha(SCHUMANN,2006).Novastecnologiasvêmsen-do estudadas na área da joalheria e artefatos, tal como a usinagem por jato d’água CNC e corte e gravação a laser. Nas grandes indústrias do setor, tanto nacionais como internacionais, a utilização de meios eficientes e rápidos que possam auxiliar no processo de fabricação de seus produtos estão cada vez mais sendo utilizados, sendo progressivamente substituídos os métodos convencionais. Os principais critérios para tais substituições são menor custo, maior velocidade de fabricação e melhor qualidade (ZHOU e MAHDAVIAN, 2004). Neste contexto, a contribuição de estudos que envolvam novas tecnologias de benefi-ciamento, como a usinagem por jato d’água CNC, pode representar ganhos em produtividade, precisão, elevando o valor agregado do produto. Novas possibilidades de produzir ágata em formas complexas (utilizando formas agrupadas, repetidas, espelhadas, reduzidas, ampliadas), através da utilização de tecnologias de usinagem CNC, são fatores que aumentam as possibilidades de desen-volvimento do produto, utilizando o design como fator diferenciador. Com isto, o presente estudo

visa fortalecer no Brasil o beneficiamento inovativo do material gemológico ágata em peças com formas complexas, através de tecnologia CNC utilizando a usinagem não convencional por jato d’água com abrasivos como processo de corte.

Ágata No Rio Grande do Sul estão concentradas as maiores jazidas de ágata e ametista, o que faz do estado o maior produtor e exportador destes minerais (Brum et al., 1994). A ágata é uma variedade de material gemológico formada por sucessivas camadas de calcedônia (Figura 1) e ocorre preenchendo geodos (DEER et al., 1981). Geodos são cavidades total ou parcialmente preenchidas, alojadas em rochas vulcânicas e que possuem formas arredondadas e ovóides, tendo seu dimensio-namento entre 20 e 60 cm de diâmetro, embora não seja incomum a ocorrência de geodos maiores (STRIEDER & HEMANN, 2006). O bandamento pode ser composto por camadas sucessivas de calcedônia ou pode, por vezes, estar intercalado com opala (SCHUMANN, 2006). As bandas de calcedônia são constituídas de quartzo fibroso, orientado perpendicularmente em relação à superfí-cie das camadas de bandas individuais (FRONDEL, 1962; SCHUMANN, 2006).

Figura 1 - (A) Vista geral de extração (ao fundo), com pilha de geodos dispostos para posterior classificação e (B) chapa de ágata cortada por serras diamantadas, sendo este o principal tipo de beneficiamento dado a

este material (chapa com aprox. 10 cm).

O Rio Grande do Sul é o mais importante produtor de ágata dentre os produtores mun-diais. Apesar de toda riqueza mineral, o beneficiamento destinado às gemas e materiais gemológicos produzidos no estado, em sua maior parte, é pouco elaborado (BARP, 2009). Os principais bene-ficiamentos dados à ágata são o corte em chapas de espessura em torno de 3 milímetros (Figura 1B), lixamento, polimento e o tingimento destas chapas em cores variadas. Os produtos oferecidos apresentam baixa complexidade técnica e inovação e, por este motivo, têm pequeno valor agregado. Quando há corte em formas específicas, percebe-se que estas são limitadas pelas possibilidades pro-cessuais disponíveis, através do processo artesanal. O processo artesanal de produção gera diversas falhas relacionadas à forma e à precisão nas medidas. Na contramão desta corrente, algumas poucas empresas têm investido em tecnologias de corte de gemas, inovando na forma de beneficiamento com processos como, por exemplo, usinagem não convencional por jato d’água, representando uma direção de maior valorização do material gemológico (BARP, 2009).

Usinagem por jato d’água CNC O controle numérico computadorizado (CNC) faz parte das inovações desenvolvidas para fazer frente à necessidade de aumentar a eficiência dos processos de manufatura através da

60 61

automação. O CNC é considerado como “o mais dinâmico processo de fabricação, cons-tituindo um dos maiores desenvolvimentos para a automatização das máquinas opera-trizes de usinagem” (LEATHAM, 1986). O corte por jato d’água (Water Jet Cutting - WJC) enquadra-se no grupo dos processos que visam seccionar um material através da utilização de energia mecânica, onde a força de impacto exercida por um fino jato de água de alta pressão na superfície de contato do material supera a tensão de compressão entre as moléculas do material, seccionando o mesmo. Segundo Groover (1996), os referidos processos utilizam jatos que removem o material por meio de fluxos de alta velocidade de água, ou uma combi-nação de água com abrasivos. Este processo também é chamado de usinagem hidrodi-nâmica, mas corte por jato de água é o termo mais comumente utilizado na indústria. O WCJ pode ser utilizado de forma eficaz para cortar materiais planos como polímeros, materiais compósitos, azulejos, entre outros. Segundo Groover (1996), uma limitação do WJC é que o processo não é adequado para o corte de materiais frágeis (por exemplo, vidro) devido à sua tendência de quebrar durante o corte. Para o corte de materiais gemológicos, como a ágata, o processo adequado inclui, junto com o fluxo d’água, uma combinação com partículas abrasivas, chamado de jato de água abrasivo (Abrasive Water Jet Cutting - AWJC). A introdução das partícu-las abrasivas no fluxo confere maior complexidade ao processo, pois aumenta o número de parâmetros que devem ser controlados. Entre os parâmetros de processo adicionais estão os tipos de abrasivos, o tamanho dos grãos e a velocidade do fluxo. Óxido de alu-mínio, dióxido de silício e granada (um silicato), são materiais abrasivos bastante uti-lizados. Os parâmetros restantes do processo incluem aqueles que são comuns a WJC: pressão, vazão e diâmetro do orifício. O diâmetro de abertura do bocal tem em torno de 0,25 a 0,63 milímetros, um pouco maior do que no corte somente com jato d’água para permitir maior fluxo e mais energia no jato. O bico de saída de água para corte deve apresentar uma câmara de mistura e um sistema de controle de injeção do abrasivo. A pressão da água é praticamente a mesma que em WJC. As distâncias entre o bocal e a área de trabalho são um pouco menores para minimizar o efeito de dispersão do fluido de corte, que agora contém partículas abrasivas. As distâncias oscilam entre 25 a 50 por cento menor que no corte por jato d’água. O diâmetro do orifício de saída de água é bastante reduzido, variando de cerca de 1,2 mm a 5,0 mm. A velocidade da água é da ordem de 520 a 920 m/seg. Estes dois fatores combinados fazem com que a pressão exercida no bico de corte seja da ordem de 1500 a 4200 bar, causando um elevado desgaste do mesmo.

Corte por jato d’água CNC Para o desenvolvimento dos ensaios nesta pesquisa, foi utilizado o equipamen-to da marca Jetstream CNC (Figura 2), jato d’água de alta pressão por volta de 390 MPa (Mega Pascal), com 30 CV de potência e dois pistões hidráulicos. Estes experimentos foram realizados na cidade de Gaurama / RS, na empresa Belapedra. A empresa trabalha com o beneficiamento de diversos materiais gemológicos produzidos por processos artesanais; porém diferencia-se por investir em tecnologias de ponta entre os processos de produção utilizados. Os processos manuais de manufatura que utiliza são: corte de chapas com disco diamantado, corte manual em chapas planas, lapidação mecânica manual na forma de cabochões e lapidações facetadas por processos artesanais. Entre os processos envolvendo tecnologias, destacam-se desbaste CNC para lapidações facetadas e corte de ágata por jato d’água com abrasivos, metalização de cris-tais e entre outros.

Figura 2 – Equipamento para usinagem por jato d’água CNC da marca Jetstream®.

O equipamento utilizado nesta empresa possui como ferramenta de corte o fl uxo de água, que, passa por um orifício com ponta de safi ra e depois por um bico feito de aço inoxidável (Figura 3 A). Esta ponta de safi ra é substituída a cada 50 horas de uso. Após a saída da água são agregadas ao fl uxo partículas abrasivas, de tamanho de grão com ~0,3 mm (Figura 3 B). O jato de água cortante de diâmetro de 1,2mm é utilizado para espessuras de chapas de ágata de aproximadamente 5mm (Figura 3 C).

Figura 3 – (A) componentes do equipamento de corte por jato d’água; (B) visualização do compartimento de material abrasivo; (C) posicionamento da chapa de ágata para o corte; (D) equipamento em operação

de corte.

62 63

Formas Complexas utilizadas Para os ensaios de corte por jato d’água foram desenvolvidas duas formas, a primeira apresenta repetições de unidades circulares e, a segunda, de unidades triangulares (pontiagudas). Foram utilizadas formas geométricas simples, como círculos e triângulos, onde a partir de sua repetição obteve-se uma complexidade, tendo como objetivo averiguar o comportamento do equi-pamento perante as figuras. A composição do agrupamento foi de assimetria entre as duas metades do desenho, no qual, intencionalmente utilizou-se a ausência de ordenamento entre as formas. As formas pro-postas estão agrupadas, unidas e sobrepostas, por vezes interseccionadas; algumas cheias e outras vazadas e em larguras de linhas diversas (Figura 4). Da mesma forma, os círculos (Figura 4 A e B) e triângulos (Figura 4 C e D) apresentam raios e ângulos diversos, o que confere maior complexidade ao projeto e também na produção da peça. As formas criadas foram projetadas via computador, em software vetorial bidimensional (2D), onde, posteriormente, foram exportadas para um software CAD/CAM para a definição da estratégia de usinagem e realização do corte.

Figura 4 – (A) desenho projetado com repetição de forma circulares com diferentes raios (B) forma final projetada com variação de largura de linhas, formatos cheios e vazados; (C) desenho projetado com repe-tição de forma triangular com diferentes ângulos e (D) forma final projetada com variação de largura de

linhas, formatos cheios e vazados.

Resultados e Discussões As chapas de ágata utilizadas nos ensaios possuem espessuras de 3.5, 4.5 e 5.0 mm, sem tingimento, e foram selecionadas devido a uma possível utilização na joalheria. Estas foram subme-tidas ao corte de diversas formas pre´-estabelecidas conforme critérios descritos, sendo constituídas por círculos vazados e preenchidos (Figura 5 A, B e C), e formatos triangulares (Figura 5 D, E e F).

Figura 5 – (A) chapa com círculos cheios e vazados, espessura de 3,5 mm; (B) chapa com círculos cheios e vazados, espessura de 4,5 mm; (C) chapa com círculos cheios e vazados, espessura de 5,0 mm (D) chapa com formas triangulares cheias e vazadas com espessura de 3,5 mm; (E) chapa com formas triangulares cheias e vazadas com espessura de 4,5 mm; (F) chapa com formas triangulares cheias e vazadas com espessura de

5,0 mm.

O objetivo foi de estabelecer uma espessura mínima para que o produto final não apre-sentasse peso excessivo e por outro lado não fosse frágil demais, tendendo à quebra. A empresa Belapedra, onde os experimentos formas realizados, tem como costume utilizar a espessura de chapa 5,0 mm. Os ensaios partiram da referida dimensão (5,0 mm) sendo, posteriormente, conduzidos em espessuras menores (4,5 e 3,5 mm). Observando as amostras das chapas cortadas, à vista desarmada, podemos notar o com-portamento do jato d`água nas partes de menor área de corte, tanto nas formas circulares como nas triangulares (Figura 6). Em todas as espessuras de chapa, o corte foi satisfatório, sem nenhuma parte danificada. No corte das formas arredondadas nota-se que mesmo nas áreas menores, i. e., com ângulos internos agudos, o equipamento se comportou satisfatoriamente (Figura 6 A e B). Da mesma forma, no formato triangular os cantos internos ficaram levemente arredondados, como podemos observar na Figura 6 C e D, mas não afetaram o estilo do desenho proposto. Isto se deve a uma limitação técnica da espessura do jato d´água, no qual fica impossibilitado o corte de regiões

64 65

menores que seu diâmetro. Entretanto, como observado, é possível a execução de cortes com for-mas complexas e delicadas, permitindo uma gama maior de possibilidades de criação no design de joias.

Figura 6 – (A) chapa com círculos cheios e vazados, espessura de 3,5 mm; (B) detalhe de A, evidenciando as áreas internas de corte; (C) chapa com formas triangulares cheias e vazadas com espessura de 3,5 mm;

(D) detalhe de C, evidenciando as áreas internas de corte.

Considerações Finais A ágata, extraída em abundância no Rio Grande do Sul, apresenta potencial para o beneficiamento no Brasil envolvendo tecnologias que agreguem maior valor, eficiência, qualidade e precisão. O desenvolvimento e a fabricação de peças com formas complexas, produzidas pelo processo de corte por jato d’água, representam uma oportunidade de negócios a ser explorada, uma vez que esta tecnologia, quando disponível, permite a fabricação de peças que satisfaçam a demanda por produtos que apresentem diferenças e inovações em relação aos produtos oferecidos pelos concorrentes. Utilizando o referido processo, novas possibilidades de desenvolvimento de produtos de formatos com maior complexidade, com precisão e agilidade, são disponibilizadas aos empresários, designers e projetistas. A utilização de chapas com 3,5 mm de espessura, tanto em formatos circulares ou trian-gular, possibilita a utilização em peças joalheiras, pois seu peso é ideal em relação a chapas mais grossas. Espessuras que permitam o trabalho com peças mais leves, é considerado relevante para aplicação em joias, onde o peso pode ser um fator importante em tipos de peças como brincos, por exemplo. Pode-se afirmar que a tecnologia estudada é aplicável ao material, ampliando possibili-dades de realizar cortes em formas complexas variadas e minimiza esforços humanos na execução de tarefas.

Agradecimentos Este trabalho foi realizado com o apoio da CAPES – Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior e desenvolveu-se no Laboratório de Design e Seleção de Materiais - LdSM, que localiza-se na Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, e na empresa Belapedra na cidade de Gaurama / RS.

Referências BARP, D. R. A. Design e Materiais: Contribui-ção ao Estudo do Processo de Corte de Ágata por Jato d´Agua em Formas Complexas. 2009, 95 fls. Dissertação (Mestrado em Design), Pro-grama de Pós-Graduação em Design, Univer-sidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2009.

BRUM, Tânia M. M.; JUCHEM, Pedro L. Gemas no Rio Grande do Sul: uma síntese. In: Salão das Pedras Preciosas do Rio Grande do Sul, 1. 1994. Porto Alegre. Anais... Por-to Alegre: Secretaria de Energia, Minas e Comunicações,1994.

CIDADE, M. K.; DUARTE, L. C. Gravação a Laser no Design de Joias: caracterização e padronização do processo aplicado em ágata. 1. ed. Saarbrücken/Deutschland: Novas Edições Acadêmicas, 2014. v. 1. 141p.

Deer, W. A.; Howie, R. A.; Zussman, J. (1981). Minerais constituintes das rochas – uma intro-dução. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian. FRONDEL, Cliford. The system of mineralo-gy. John Wiley and Sons, Inc., New York and London, 1962.

GROOVER, Mikell P. Fundamentals of Mo-dern Manufacturing: materials, processes and systems. Englewood Cliffs: Prentice Hall, 1996.

Instituto Brasileiro de Gemas e Metais Precio-sos (IBGM). Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio (MDIC). Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM). Ma-nual Técnico de Gemas. 3 ed. Brasília, 2005.

LEATHAM, Jones, B. Introduction to Com-puter Numerical Control. Harlow: Addison Wesley Longman Limited, 1986.

SCHUMANN, W. Gemas do Mundo. Rio de Janeiro: Editora ao Livro Técnico, 2006.

STRIEDER, A. J.; HEEMANN, R. Structu-

ral constraints on Paraná Basalt Volcanism and their implications on agate Geode mineraliza-tion (Salto do jacuí, RS, Brazil). Pesquisas em Geociências 33, p.35-50, 2006.

ZHOU, BAI HUA; MAHDAVIAN, S. M. Ex-perimental and theoretical analyses of cutting nonmetallic materials by low power CO2-laser; Journal of Materials Processing Technology, 146 (2004): 188–192.

66 67

Contribuição ao Design de Superfície emGemas Naturais: estudo sobre a caracterizaçãoda gravação a laser em madrepérolas

1*Susana de Jesus Soares; 1Jaqueline Dilly; 1Lauren da Cunha Duarte; 2Fabio Pinto da Silva;2Luis Henrique Alves Cândido¹PGDesign/ Universidade Federal do Rio Grande do Sul²DEG/FA - LdSM/Demat/EE/Universidade Federal do Rio Grande do Sul*susana-soares@live.com

Introdução A madrepérola ou nácar é um material gemológico natural que reveste e protege in-ternamente a concha de moluscos perlíferos, como as ostras marinhas e mexilhões de água doce. O material é secretado continuamente pelas células epiteliais do tecido interno do molusco na superfície interna da concha. Apresenta-se como um compósito orgânico-inorgânico constituído de carbonato de cálcio (CaCO3) na forma de plaquetas de aragonita que medem de 10 a 20 mm de largura e 0,5 mm de espessura e estão ligadas por uma fina camada de conchiolina, substância orgânica córnea composta pela proteína quitina, que serve para cimentar estas placas formando um material resistente, resiliente e iridescente (BRAULIO, 2012). As placas de aragonita, juntamente com a conchiolina, depositam-se de maneira orde-nada formando uma superfície imbricada que proporciona um brilho iridescente característico. A iridescência ocorre devido a espessura das plaquetas ser próxima ao comprimento de onda visível da luz. Estas estruturas interferem-se de forma construtiva e destrutiva, com diferentes compri-mentos de onda de luz, em diferentes ângulos de visão, criando cores estruturais devido ao fenô-meno de difração, o qual resulta nas cores do arco-íris denominado Oriente (MATLINS, 2008). A madrepérola é também o principal componente das pérolas. Quando um corpo estra-nho invade a parte interna da concha, penetrando na membrana do tecido conjuntivo do molusco, causa uma irritação que produz uma reação de defesa no tecido epitelial. Tal reação produz e libera o nácar que deposita-se em inúmeras camadas sobre o invasor proporcionando, assim, o desenvol-vimento de uma pérola (SCHUMANN, 2006). Embora mais abundante e, por isso, menos valiosa que a pérola, a madrepérola tem sido um importante componente em joias, bijuterias e artes decorativas desde o Antigo Egito. As principais fornecedoras de madrepérolas são as “fazendas de pérolas”, pois o desenvolvimento do cultivo de ostras para a cultura de pérolas, a partir de 1960, fez com que a indústria ligada à ma-drepérola prosperasse. Desse modo, a primeira exportação do material ocorreu no início dos anos 1970. Atualmente, o Japão e a China são os principais produtores de pérolas e, consequentemente, de madrepérola (PEZZOLO, 2010). No Brasil, desde a época pré-cabralina, existe a ocorrência de ostras perlíferas naturais em águas doces que banham a parte sul da ilha de Marajó no estado do Pará. Os moluscos apre-sentam conchas com espessura média de 4 mm de madrepérola, com aproximadamente 105 mm de comprimento, as quais contém pérolas esféricas ou semi-esféricas com cores variadas. Na região em questão não existe manejo do cultivo de forma adequada, visto que as conchas, inicialmente, eram utilizadas para fabricação de botões de roupas, enfeites para cabo de facas e outros artefatos artesanais e as pérolas destinavam-se à confecção de joias e bijuterias para o comércio local. Pos-teriormente, conchas e pérolas passaram a ser vendidas a outros estados, com destaque para Santa Catarina e Ceará, também para a fabricação de joias e artesanato. A manifestação de ostras perlí-

feras naturais proporcionou a identificação da região do Marajó como possível produtor de pérolas e de madrepérolas (HOHN & DA COSTA, 2002). O potencial da madrepérola como matéria-prima na confecção de joias e adornos verifi-ca-se ao longo da história da joalheria tendo seu beneficiamento praticamente de modo artesanal. Neste contexto, percebe-se que existe a necessidade de estudos específicos que valorizem o material e possibilitem a aplicação de processos tecnológicos de fabricação. Este capítulo visa contribuir para o beneficiamento da madrepérola por meio da gravação a laser, contribuindo, assim, para o design de superfície. O design de superfície é uma vertente do design, a qual visa o tratamento de superfícies visuais e táteis que solucionam questões estéticas, simbólicas e/ou funcionais (RÜTHSCHILLING, 2008). Por meio da gravação a laser, buscou-se compreender a interação entre a superfície da madrepérola e o laser, gerando conhecimentos sobre a aplicação dessa tecnologia na gema. A partir da análise dos resultados, são recomendados métodos e parâmetros de processo para o desenvolvimento de uma determinada superfície projetada.

Metodologia Para a realização deste estudo, utilizaram-se onze discos de madrepérola, destinados a confecção de joias e ornamentos, com medidas de 25 mm de diâmetro e 3 mm de espessura. Foram adquiridas amostras com um processo de tingimento superficial na tonalidade azul escuro, visando facilitar a visualização dos traçados do laser na superfície do material. Para obtenção e caracteriza-ção dos resultados, utilizaram-se os seguintes métodos: gravação a laser, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e lupa estereoscópica, cujos equipamentos pertencem ao Laboratório de Design e Seleção de Materiais (LdSM/UFRGS). Para o processo de gravação a laser, utilizou-se o equipamento Automatisa Mira 3007, com lente para 10 cm x 10 cm (100 cm²). O laser é gerado em um meio gasoso de CO2 e tem potên-cia máxima de 60W. O equipamento é controlado via computador, o qual controla o movimento do feixe de laser por meio de um sistema galvanométrico. A área de trabalho é limitada em função do foco da lente utilizada e a velocidade máxima, tanto para corte como gravação, é de 500 m/min.Foram realizados três ensaios, denominados A, B e C, a partir de curvas e preenchimentos cria-dos no software CorelDRAW (Figura 1), o qual destina-se ao desenho vetorial bidimensional. As curvas são interpretadas como trajetórias para o feixe, enquanto os preenchimentos (pixels de uma imagem) são interpretados como uma área a ser varrida pelo laser. Os ensaios buscaram determinar os parâmetros adequados para a gravação da amostra final. Para o ensaio A, foram criadas linhas retas igualmente espaçadas entre si, a fim de verifi-car o grau de detalhamento do traçado em diferentes velocidades. As velocidades variaram de 5 em 5 m/min, iniciando em 5 e finalizando em 80 m/min. Para o ensaio B, circunferências de diâmetros 2, 3, 4 e 5 mm foram criadas no intuito de verificar a resolução da curvatura do traçado em diferen-tes velocidades. As velocidades ensaiadas foram aquelas que apresentaram traçado mais legível no ensaio A. As formas dos ensaios A e B foram exportadas como curvas, em arquivos de extensão .plt (plotadora HPGL), com resolução de curvatura de 0,01 mm, a qual permite um traçado mais suave das linhas (CIDADE, 2010). Já no ensaio C, foram criados seis retângulos preenchidos, com satura-ções de preto variando de 10% a 100%. Neste caso, buscou-se verificar como esses preenchimentos apresentavam-se na velocidade escolhida de acordo com o ensaio B. Ainda, para o melhor entendi-mento sobre a gravação de formas preenchidas em escala de cinzas, foi elaborado um desenho para ser gravado nas melhores velocidades, de acordo com os ensaios anteriores. A interação do laser na superfície da madrepérola foi estudada por meio de observações, após as gravações, com o auxílio de um microscópio eletrônico de varredura (MEV) Hitachi TM 3000. Foram geradas imagens eletrônicas do tipo BSE (Back Scatered Electron) com aumentos de 50x, 150x e 500x. Também foram obtidas imagens com uma lupa estereoscópica Olympus SZX16

68 69

Figura 1 - Arquivos digitais criados para os ensaios de interação do laser na superfície da madrepérola.

acoplada a uma câmera com resolução de 900 pares de linhas por milímetro.

Resultados e discussões Com a realização dos ensaios A e B (Figura 2), percebeu-se que com a velocidade 35 m/min obteve-se a melhor qualidade no traçado das linhas dos desenhos, tanto em formas retas quanto em formas curvas.

Figura 2 - Ensaios gravados na superfície da madrepérola. As setas indicam a velocidade que proporcio-nou melhor qualidade visual.

Pela análise via lupa estere-oscópica, percebeu-se que a velocidade interferiu na nitidez do traçado das li-nhas gravadas. Na velocidade de 5 m/min (Figura 3A), a gravação obteve maior profundidade e ocasionou mui-tas fraturas e porosidade, comprome-tendo a nitidez do traçado. Percebeu-se que com o aumento da velocidade

Figura 3 - Diferença de traçado vistana lupa esterioscópica nas velocidades:

A) 5 m/min, B) 25 m/min,C) 35 m/min e D) 65 m/min.

ocorreu a redução das microfraturas nas linhas gravadas e, a partir da velocidade de 25 m/min (Figura 3B), houve aumento na nitidez, mas ainda com a presença de muitas arestas irregulares. Na velocidade de 35 m/min (Figura 3C), o traçado apresentou-se nítido, com pouquissímas arestas e uma profundidade de gravação que permitiu a melhor represntação da linha na madrepérola. A par-tir da velocidade de 65 m/min (Figura 3D), o laser passou a atingir profundidades muito pequenas, gerando perda de nitidez e mesmo dificuldade de fixação da linha gravada. Pelo MEV, as imagens obtidas nas amostras do ensaio A e B , mostraram como o laser afeta a superfície da madrepérola. Em todas as velocidades, o feixe do laser quebrou de forma con-tínua as camadas de aragonita e não houve fusão do material, restando apenas resíduos em forma de um pó ao longo do traçado. Na velocidade de 35 m/min, considerada adequada ao processo de gravação, o laser interagiu na superfície da madrepérola de modo satisfatório, com profundidade que não ocasionou o surgimento de muitas arestas e manteve uma nitidez ao longo do desenho em sua totalidade (Figura 4). Para o ensaio C, os arquivos de imagem foram exportados na extensão .gif (Graphics Interchange Format), pois ensaios anteriores demonstraram que a qualidade do traçado neste for-mato, em relação ao dos arquivos em .jpg ( Joint Photographic Expert Groups), são superiores em qualidade visual. Enquanto as linhas dos desenhos na extensão .jpg apresentaram microrachaduras ao longo do perfil, no traçado dos desenhos em .gif percebeu-se redução das arestas, uniformidade nas fraturas e melhor visibilidade do grafismo na madrepérola. Assim, optou-se por trabalhar com imagens em .gif com resolução de 300 dpi (Figura 5).

Figura 4 - Imagens obtidas no MEV da circunferência de 5 mm do ensaio B na velocidade 35 m/min: A) Desenho ampliado 50x; B) Traçado nítido e quase sem arestas ampliado 150x; C) Quebra contínua das

plaquetas de aragonita ao longo do desenho; D) Interação do laser na madrepérola apenas fraturando sua superfície.

70 71

Figura 5 - Diferença de traçado observado na lupa esterioscópica.A) gravação em extensão .gif e B) gravação em extensão .jpg.

No ensaio C, a velocidade de 35 m/min foi aplicada nas 6 porcentagens de saturação na cor preta. Observou-se que com o aumento da porcentagem de saturação, ocorreu um aumento na profundidade e na nitidez do desenho gravado. A diferença entre os tons gerou um efeito degradê na peça, tornando-se uma alternativa para projetos de design de superfície (Figura 6).

Figura 6 - Ensaio C, gravação a laser em diferentes porcentagens de saturação de preto.

Visando um melhor entendi-mento no processo de gravação a partir de preenchimentos, foram estabeleci-dos alguns percentuais de saturação de preto para serem aplicados na segunda etapa do ensaio. A escala de cinzas do desenho planejado (Figura 7) foi mo-dificada para atender às saturações de 20%, 40%, 60% e 100%. Para gravação na madrepérola fora utlizadas as velo-cidades 100 m/min, 85 m/min, 65 m/min, 50 m/min e 35m/min.

Figura 7 - Desenho para a segunda etapa do ensaio C, com as definições de porcentagens de saturação de preto.

O resultado demonstrou que além das diferentes velocidades e porcentagens de satura-ção, outro fator que influencia o comportamento da madrepérola é o seu caráter orgânico. Há uma pequena variação nos resultados para diferentes amostras do material. Percebeu-se que, em todas as amostras, o percentual de saturação de 100% foi gravado com nitidez. Por outro lado, em nenhuma amostra, o percentual de 20% apresentou a gravação do desenho. Em velocidades maiores que 65 m/min, os preenchimentos de 40% e 60% ficaram pouco nítidos, por vezes ocasionando um efeito de degradê nas peças. A nitidez da gravação no percentual 60% passou a ser percebida somente abaixo da velocidade 65 m/min, enquanto que no percentual 40%, somente a partir da velocidade 50 m/min. Por fim, a amostra gravada na velocidade de 35 m/min apresentou boa nitidez nas diversas porcentagens, porém, não foi possível observar a diferença entre os tons de cinza (Figura 8).

Figura 8 - Resultado das amostras gravadas na segunda etapa do ensaio C.

Com base nos três ensaios realizados, fez-se a aplicação de um desenho para validação, buscando verificar a eficácia da gravação a laser na madrepérola com os parâmetros definidos. Para tanto, foi criada uma sobreposição de curvas e imagens preenchidas com 100% de preto. Foram ex-portados dois arquivos, .plt e .gif, respectivamente, e gravados com velocidade de 35 m/min (Figura 9).

Figura 9 - Gravação para validação dos parâmetros determinados. A) Sobreposição das imagens a serem gravadas e B) Gravação realizada na amostra de madrepérola.

72 73

Conclusões Este trabalho investigou a interação do laser na superfície da madrepérola, pela gravação de curvas e preenchimentos, visto a necessidade de agregar valor ao material com a inovação nos processos tecnológicos de fabricação. Os resultados demonstraram a viabilidade técnica de aplica-ção da tecnologia, pois foi possível determinar parâmetros para gravação e caracterizar a superfície do material. A gravação a laser confirmou-se como uma ferramenta capaz de valorizar e potencia-lizar o uso da gema estudada no âmbito do design de superfície, criando um diferencial para peças de joalheria e adornos. A partir dos ensaios realizados, foi possível constatar que a velocidade de 35 m/min proporcionou superfícies mais nítidas, tanto no traçado de curvas (.plt), quanto em preenchimen-tos por imagens (.gif ). Nesta velocidade, houve pouca formação de irregularidades ao longo do traçado e a gravação ocorreu de forma uniforme na superfície da gema.Em relação às gravações de preenchimentos, observou-se que as velocidades interferiram na ni-tidez de acordo com a porcentagem de saturação de preto aplicada, possibilitando a geração de efeitos em degradê. Quanto maior a porcentagem de preto, maior a remoção das camadas de nácar, eliminando a coloração superficial e evidenciando a iridescência das camadas inferiores do mate-rial, a qual gera maior brilho nos grafismos gravados. Por fim, notou-se que os desenhos de curvas com traçados muito próximos podem oca-sionar interferência uns aos outros, devido ao excesso de resíduos e fraturas geradas pela gravação. Assim, sugerem-se futuros estudos sobre a identificação dos espaçamentos mínimos entre linhas, bem como de suas espessuras, para a criação de desenhos mais detalhados.

Agradecimentos Os autores agradecem ao CNPq, à CAPES e à FAPERGS, bem como ao LdSM/UFR-GS, pelo apoio no desenvolvimento deste trabalho.

Referências Bibliográficas

BRAULIO, Mariana. Engenharia de Microes-trutura de Concretos Refratários Espinelizados.(2012). Tese Doutorado em Engenharia de Ma-teriais, Universidade Federal de São Carlos, São Carlos.

CALLIL, Cláudia. Análise da ultraestruturas das conchas de Anodontites trapesialis (La-marck) e Anodontites elongatus (Swaison) (Mollusca, Bivalvia, Etherioidea) do Pantanal do Mato Grosso, Brasil. Revista Brasileira de Zoologia. vol.22, n°3, Julho. 2005.

CIDADE, Mariana K.. Design de Produto para Ágata: Aplicação de Microcáspsulas Flu-orescentes em Superfícies Gravadas a Laser. Porto Alegre. In: Design e Tecnologia UFRGS 2010Disponível em: http:/www.pgdesig.com.br > .Acesso em: dez. 2014.

HOHN, Helmut; Da Costa, M. Ocorrência de ostras perlíferas no Marajó, rio Pará. In: Revis-ta. Escolar Minas, vol.55, n°1, Ouro Preto Jan./Mar, 2002.

MAMBER, Miriam. Miriam Mamber. São Paulo: Editora Bei, 2012.

MATLINS, A. The pearl book: the definitive buying guide. Woodstock, VT, 4º edição. Edi-tora: GemStone Press, 2008.

PEZZOLO, Dinah. A Pérola: História, cultura e Mercado. São Paulo: Senac, 2010.

RÜTHSCHILLING, Evelise A. Design de Superfície. Porto Alegre: Editora: UFRGS, 2008.

SCHUMANN, W. Gemas do Mundo. 9. Ed. Ampl. E atual. São Paulo, Editora: Disal, 2006.

74 75

Análise e identificação de gemas: ametista natural, sintética, reconstituída ou imitação

Felipe André Schwab, Mestrando, (UFRGS) – felipe.schwab@hotmail.comLauren da Cunha Duarte, Doutora, (UFRGS) – lauren.duarte@ufrgs.br Pedro Luiz Juchem, Phd, (UFRGS) – pedro.juchem@hotmail.com

Introdução A identificação e diferenciação de gemas, com foco em ametista é a abordagem da pre-sente pesquisa. Encontramos no mercado gemas nas mais variadas cores, formas, composições e estruturas, que variam desde naturais, sintéticas a meras imitações em vidro ou mesmo plástico. Isso faz dos métodos de reconhecimento e diferenciação fundamentais em importância, bem como o designer ser capaz de compreende-los e utilizá-los, uma vez que as propriedades e valores entre as variedades descritas podem ser gigantescas.

Classificação das gemas As gemas podem ser classificadas e agrupadas por diversos aspectos, dentre ele encon-tramos a simetria dos cristais, o hábito cristalino, à variedade e espécie, as propriedades ou mesmo à origem.

Origem A nomenclatura quanto a origem constitui-se em uma das mais importantes ao pro-fissional do design, pois ao adquirir gemas no mercado essa é uma das classificações amplamente utilizada. Assim faz- se necessário o conhecimento e diferenciação entre cada variedade (Figura 1). •Gemasnaturais,aquelesmateriaisgemológicosnaturais,ouseja,inteiramenteforma-das pela natureza, ao longo de anos, sem interferência do homem. Podem ser divididas em gemas naturais inorgânicas, aquelas que não são produzidas por seres vivos, tais como quartzo, rubi, dia-mante, ametista, turmalina. Ou orgânicas, produzidas por seres vivos, plantas ou animais a exemplo da pérola, azeviche, coral, âmbar, marfim. •Gemassintéticas,segundoBranco,P.(2014),sãoproduzidasapartirdegemasnatu-rais, que são pulverizadas, fundidas e recristalizadas, sob condições que variam conforme o proces-so usado. Por serem obtidos com material natural, possuem propriedades físicas, químicas, ópticas e estruturas cristalinas equivalentes às da gema natural. São, portanto, muito similares na aparência, e somente com uso de microscópio gemológico se consegue identificar a síntese. •Gemasartificiais,criadasemlaboratóriosemprocessosemelhanteàssintéticas,po-rém não possuem uma correspondente natural. A zircônia cúbica é um bom exemplo, pois não existe ou, pelo menos nunca foi encontrada, na natureza, sendo, portanto, artificial. •Gemasreconstituídas,produzidasatravésdaaglomeraçãooufusãoparcialdefrag-mentos de uma substância gemológica. Obtém-se assim um “bloco de gema” possível de ser lapi-dado. Normalmente feita de gemas opacas sem estrutura cristalina porque uma transparente, ao ser reconstituída, perde sua estrutura cistalina, resultando em um agregado sem transparência. •Imitações,“Asimitaçõessãofeitasparaapresentarafalsaaparênciadegemanatural.Elas imitam o aspecto, cor e efeito das substâncias naturais, mas não possuem suas propriedades químicas ou físicas.” (SCHUMANN, 2006, p.11)

Figura 1 – (A) Ametista natural. (Fonte: 3djoia, 2012); (B) Gemas sintéticas. (Fonte: Schumann, 2006); (C) Zircônia artificial. (Fonte: 3djoia, 2012); (D) Turquesa reconstituída. (Fonte: 3djoia, 2012).

Problemática Para estudo de caso, a pesquisa tem como proposta analisar ametistas adquiridas comer-cialmente como reconstituída, que segundo seu vendedor, passaram por fusão de seu material e que se analisada em laboratório seriam classificadas como quartzo, (Figura 2).

Figura 2 – Ametista adquiridas. (Fonte: Arquivo pessoal).

76 77

Ametista Como referência para as análises tem-se a listagem de características da ametista natu-ral: •Variedadevioletadequartzo •Sistemacristalinotrigonal •Inclusõesdegoethitaecalcedônia •FórmulaquímicaSiO2 •Dicroísmofraco •Anisotrópica •Índicederefração1,540–1,550

Análise da amostraDicroscópio A análise no dicroscópio possibilita a observação do pleocroísmo, propriedade óptica dos minerais percebida pela presença de duas ou mais variações de cores, quando a gema é observada em ângulos diferentes. Isso se deve ao fato da luz se propagar em velocidades diferentes dentro da gema. No dicroscópio a disposição de dois polaroides com planos perpendiculares entre si, coloca-dos lado a lado nos permite observar tal característica, (Figura 3). Em análise a amostra apresentou dicroísmo fraco, variação sutil em duas cores, o que pode ser observado na no quadro 6, o que é característico da ametista tanto natural como sintéti-ca.

Figura 3 – (A) Dicroscópio. (Fonte: Juchem e Brum, 2010); (B) Dicroísmo. (Consigli-preziosi, 2012).

Polariscópio A observação pelo polariscópio permite classificar a gema como isótropa ou anisótropa, tal nomeclaura é dada pelo modo como a luz se propaga no seu interior. Nos minerais do sistema cúbico ou substâncias amorfas a luz se propaga sempre com a mesma velocidade ou seja isótropa, nos demais a luz se propaga com velocidade variável, dependendo da direção, chamado assim de anisótropa. Segundo Juchem e Brum (2010, p. 36), o polariscópio possui polarizadores com planos de polarização da luz perpendiculares entre si [...] cujo plano de vibração da luz esteja a 90o do

plano de vibração do primeiro polarizador, é totalmente barrada. Se for colocada uma gema isótropa entre os dois polaróides, nenhuma luz atravessa o aparelho e observa-se a gema escura. Já uma gema anisótropa, quando colocada entre os dois polaróides, permitirá a passagem de parte da luz e ficara alternadamente clara e escura quando girada”, (Figura 4) A amostra apresentou a característica de anisotropia, intercalando fase clara e escura quando rotacionada. Essa propriedade é apresentada tanto pela ametista natural como sintética, uma vez que ambas possuem sistema cristalino trigonal.

Figura 4 – Polariscópio. (Fonte: Arquivo pessoal)

Refratômetro: O refratômetro mede através de uma escala numérica o índice de refração, desvio na direção de propagação, que a luz apresenta ao atravessar a gema. A exemplo do diamante que pos-sui índice de refração 2,4, o que significa que a velocidade da luz no ar é 2,4 vezes maior do que a velocidade da luz no interior do diamante. Segundo Schumann (2006, p. 31), o grau de refração da luz nos cristais é constante nos vários tipos de gemas e isso pode ser usado em sua identificação. O funcionamento do refratômetro pode ser observado na figura 9, onde os valores de re-fração podem ser observados diretamente em uma escala. A medição da amostra apresentou índices de quartzo entre 1,54 e 1,55.

Figura 5 – (A) Funcionamento do refreatômetro. (Fonte: Schumann); (B) Refratômetro(Fonte: Arquivo pessoal).

78 79

Lupa de aumento, microscópio óptico emicroscópio gemológico de imersão: A avaliação por lupa de aumento e microscópio óptico, permite a ampliação da imagem das amostras, identificando se há quadros de inclusões característico dos vidros artificiais, com bolhas de gás esféricas e estruturas resultantes da distribuição heterogênea dos seus constituintes, conhecidas como “marcas de redemoinho”. Já no microscópio gemológico, (Figura 6), a gema é imersa em um líquido com índice de refração semelhante ao da pedra, o que diminui a reflexão da luz na superfície da gema. Isso possibilitando a visualização das camadas internas e facilita a identificação de inclusões. Em análise pelos três métodos a amostra apresentou-se isenta de bolhas de ar, com constituição extremamente homogênea e limpa, este último pode ser um indicativo de substância sintética, uma vez que a gema natural tende a apresentar um quadro maior de inclusões. Segundo Hinrichs R. (2014), as principais inclusões identificadas nas ametistas do Rio Grande do Sul são marcas de crescimento como finas linhas paralelas às faces cristalinas, fraturas secas e cicatrizadas e inclusões cristalinas de goethita, calcita e calcedônia, além de inclusões fluidas monofásicas aquo-sas.

Figura 6 – (A) Lupa gemológica. (Fonte: Dn.pt, 2009); (B) Microscópio óptico. (Fonte: Arquivo pesso-al); (C) Microscópio gemológico de imersão. (Fonte: Arquivo pessoal).

Microscópio eletrônico de varredura: O microscópio eletrônico de varredura (MEV) produz imagens de alta ampliação da superfície de uma amostra, através da varredura com um feixe de elétrons. As imagens são geradas a partir da transcodificação da energia emitida pelos elétrons. Segundo Hinrichs R. (2014), em um modo simplificado pode-se descrever o MEV como uma coluna que gera um feixe de elétrons e o impacta sobre uma amostra localizada em uma câmara, em que detectores permitem a observação

de diferentes efeitos físicos gerados na interação do feixe com a amostra. Acoplado ao microscópio, o raio-x detector de energia dispersiva (EDS) possibilita a determinação dos elementos químicos presentes na amostra. Definido quatro pontos de análise, na gema em estudo, (Figura 7), obteve-se o resultado dos elementos descritos na tabela 1. Constatou-se a média de 51% oxigênio, 43% sílica, o que caracteriza a amostra tendo a composição química de um quartzo SiO2. Com exceção da aná-lise do spectrum 3 onde notou-se a presença de demais elementos, a amostra apresentou-se bastante uniforme. Esses demais elementos foram irrelevantes para determinar a composição química, uma vez que foram constatados em um ponto único da amostra que corresponde a menos de 0,5% de sua massa.

Figura 7 – (A) MEV. (Fonte: Dn.pt, 2009); (B) Análise em EDS. (Fonte: Arquivo pessoal).

Tabela 1 – Análise em microscópio eletrônico de varredura. Fonte: Arquivo pessoal

Análises dos resultados Através dos testes realizados nas amostras de ametista adquiridas, pode se des-cartar que sejam imitações de vidro. Descarta-se que tenham origem reconstituída, que visto anteriormente se aplica a gemas opacas sem estrutura cristalina. Apresentando ca-racterísticas de ametista natural em cinco dos seis testes, tabela 2. Apenas em microscó-pio gemológico podem ser encontrados indícios de origem sintética da gema, a ausência de inclusões minerais. Considerando também o fato de que tenham sido compradas como reconstituídas, pelo valor de dois reais o quilate, valor esse abaixo do quilate da gema natural, corroboram para a provável origem sintética das amostras e ressalta a falha na nomenclatura utilizada no meio comercial.

80 81

Tabela 2 – Resultados das análises. Fonte: Arquivo pessoal

Considerações finais O presente estudo auxilia o designer que trabalha no ramo joalheiro a compreender o processo de identificação de gemas, bem com a conceitualização e diferenciação entre gemas naturais, sintéticas, artificiais, reconstituídas ou imitações. Através das análises práticas, elucida as diferenças entre as classificações que são amplamente difundidas no meio comercial, auxiliando no reconhecimento da origem da gema, uma vez que tais nomenclaturas frequentemente são utiliza-das de modo incorreto nesse meio.

Referências bibliográficas3DJOIA. Classificação de gemas. Dis-ponível em: http://3djoia.blogspot.com.br/2012/06/3ddica-gemas-classificacao.html Acesso em: 06 nov. 2014.

BRANCO, P. Pedras preciosas sintéticas. Dis-ponível em: http://www.portaldasjoias.com.br/index.php?option=com_content&task=view&id=702&Itemid=32 Acesso em: 02 nov. 2014.

CASTAÑEDA, C; ADDAD, J. E; LICCAR-DO, A. Gemas de Minas Gerais. 1 ed. Minas Gerais: SBG, 2001. 288p.

CONSIGLI-PREZIOSI. Dicroísmo. Dis-ponível em: http://consigli-preziosi.blogspot.com.br/2012/11/tormalina.html Acesso em: 09 nov. 2014.

DN-PT. Lupa gemológica. Disponível em: http://www.dn.pt/inicio/portugal/interior.aspx?content_id=1414216 Acesso em: 02 nov. 2014.

HINRICHS R; HARTMANN L. Técnicas Instrumentais Não Destrutivas Aplicadas a Gemas do Rio Grande do Sul. Porto Alegre: IGEO/UFRGS, 2014.

JUCHEM, P. L; BRUM, T. M. Gemologia para designers: curso básico de gemologia, 2010. 54f. Notas de Aula. Impresso

SCHUMANN, W. Gemas do mundo. 9 ed. São Paulo: Disal, 2006. 279p.

82 83

Tamires Patrícia Souza1; Maíra Rossetto2; Carlos Podalírio Borges de Almeida3; Rafaela Souza4; José da Silva Moreira5; Marli Maria Knorst6.

1Autora: Enfermeira; Mestranda do Programa de Pós-Graduação em Ciências Pneumológicas, UFRGS. E-mail: tamires_psouza@yahoo.com.br.2Co-autora: Enfermeira; Doutoranda do Programa de Pós-Graduação em Enfermagem, UFRGS.3Co-autor: Quiroprata; Doutorando do Programa de Pós-Graduação em Ciências Pneumológicas, UFRGS.4Co-autora: Nutricionista; Residente em Sistema Público de Saúde – Ênfase em Atenção Básica, UFSM. 5Orientador: Médico Pneumologista; Doutor. Professor associado da UFSM, professor do programa de Pós-Graduação em Ciências Pneumológicas, UFRGS. 6Orientadora: Médica Pneumologista; Pós-doutora. Professora associada do Departamento de Medi-cina Interna, Faculdade de Medicina, UFRGS.

Agravos e doenças pulmonares emtrabalhadores de mineração na Regiãodo Médio Alto Uruguai - RS

Introdução As pneumopatias relacionadas à inalação de poeiras no ambiente laboral são bem co-nhecidas nos dias atuais, e são nomeadas como pneumoconioses (do grego, conion = poeira). No entanto, poucas doenças profissionais revelam a enorme importância da epidemiologia em estudos de Saúde Ocupacional como a silicose1. Relatos feitos pelo médico alemão Georg Bauer já em 1556, descreviam como “De Re Metallica” o fato de que os mineiros que trabalhavam em minas de ouro e de prata na região de Joachimstahl apresentavam alta mortalidade causada por uma doença pulmonar por eles chamada de “tísica dos mineiros” que, indiscutivelmente, eram casos de silicose1. Algum tempo depois, através de estudos de casos individuais, sabia-se que os minerado-res de determinados tipos de rochas apresentavam doença pulmonar que recebia os mais diversos nomes tais como “doença dos ceramistas”, “doença dos esmerilhadores”, entre outros; não havia, no entanto, nenhuma ideia estabelecida quanto ao agente etiológico que provocava tais doenças. No entanto, somente em 1915 ficou mostrado, através de um estudo epidemiológico baseado em atestado de óbito, que tais doenças pulmonares eram devidas ao dióxido de silício (SiO2) exclusi-vamente1. Embora a descoberta desta doença date de quase 500 anos, com etiologia, mecanis-mo fisiopatogênico, relação dose-resposta e ocupações de risco bem definidos e estabelecidos, ela continua sendo a pneumoconiose relacionada ao trabalho mais prevalente no Brasil e no resto do mundo, principalmente nos países em desenvolvimento2,3. Adicionalmente, a presença de comor-bidades como tabagismo, doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC), tuberculose e câncer de pulmão, é um fenômeno comum em pacientes com silicose3,4,5,6. O hábito tabágico constitui-se no principal viés confusional que deve ser considerado na análise do fator de risco envolvido no início dos sintomas respiratórios encontrados. Pode ser destacada maior prevalência e piora nos sintomas como tosse, escarro, sibilância e dor torácica, sendo o fator de risco mais importante na determinação destes sintomas do que idade, sexo ou classe social. O tabaco pode ainda interagir com pó de sílica ou com a silicose já manifestada e

modificar o risco de múltiplas evoluções da doença. Em longo prazo, leva ao dano de todo o sistema respiratório, transformando os tabagistas mais suscetíveis do que os que nunca fumaram aos efeitos adversos à saúde devido à exposição prolongada ao pó de sílica ou danos associados à silicose7,8. O tabagismo por sua vez, pode causar DPOC. O desenvolvimento da DPOC depende de diversos fatores, como a inter-relação entre os elementos externos e a resposta individual. A inalação de fumaça do cigarro, fumaça de lenha e gases irritantes são os fatores de risco mais conhecidos para DPOC. Contudo, apesar de evidências da ação deletéria dos agentes inalados sobre o aparelho res-piratório, especialmente no processo patogênico da DPOC, as micropartículas respiráveis, geradas nas mais diversas atividades produtivas, ainda são pouco reconhecidos como fatores etiológicos da DPOC ocupacional. No entanto, exposições crônicas a poeira da sílica podem aumentar os efeitos danosos de DPOC mesmo em exposições a sílica dentro dos limites permitidos3,9. Frequentemente pode-se observar que os trabalhadores com silicose apresentam também tuberculose, e, devido à gravidade desta doença, a American Toracic Society (ATS) recomenda a investigação diagnóstica de tuberculose em pacientes com silicose, a qual deve ser realizada junta-mente com os exames preventivos de silicose10. A introdução da radiografia de tórax no diagnóstico de silicose, bem como a utilização dos testes de tuberculina e coloração de escarro, permitiu distinguir esta de outras doenças respi-ratórias. Atualmente, acredita-se que o risco de desenvolver a tuberculose, pode ser considerado reduzido em função de melhor proteção respiratória, bem como do desenvolvimento de antibióticos ativos contra as bactérias. No entanto, as infecções por bactérias continuam sendo complicações comuns associados com todas as formas de silicoses11,12.

No ano de 1996, a Agência Internacional para Pesquisa sobre o Câncer (IARC) divulgou estudo afirmando que passou a classificar a sílica como substância do grupo 1, concluindo que havia evidências suficientes de carcinogênese em humanos, em todas as situações que levam ao risco de silicose crônica. Isto se justifica pelo fato de que provavelmente o processo inflamatório crônico da silicose é o que está associado ao aparecimento de câncer pulmonar13,14.Assim, é reconhecido que dos principais agentes ocupacionais implicados na etiologia do câncer de pulmão, a sílica é um dos que envolve maior número de expostos, estimados no Brasil em cerca de seis milhões de trabalhadores. E, de acordo com uma evidência científica publicada, o risco de câncer em pessoas com silicose parece ser maior nos trabalhadores com silicose que mantém hábitos tabágicos ativos15,16. Os indivíduos expostos à sílica devem, periodicamente, ser submetidos a uma avaliação médica que inclua radiografia de tórax e avaliação funcional pulmonar. Uma vez detectada anorma-lidade compatível com a silicose o indivíduo exposto deve ser afastado do contato com a poeira e ao confirmar-se a doença pulmonar, a abordagem é direcionada para o alívio de sintomas e tratamento das doenças oportunistas, restando nos casos mais avançados, o transplante pulmonar. Dessa ma-neira, o objetivo principal do tratamento para esta doença é prolongar a sobrevivência e melhorar a qualidade de vida dos doentes3,15. Dessa maneira, aqui serão apresentados os principais sinais e sintomas respiratórios, bem como as doenças pulmonares associadas á silicose dos trabalhadores de mineração da Região do Médio Alto Uruguai - RS.

Materiais e Métodos Trata-se de um recorte do trabalho apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Ciências Pneumológicas, junto ao Programa de Pós-Graduação em Ciências Pneumológicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Tal estudo teve delineamento transversal que avaliou garimpeiros do município de Ametista do Sul, Rio Grande do Sul, coopera-dos da Cooperativa de Garimpeiros do Médio Alto Uruguai (COOGAMAI). Foram convidados a

84 85

participar do estudo todos os trabalhadores de mineração expostos à poeira de sílica que realizaram avaliação de saúde no Centro de Diagnóstico em Saúde do Trabalhador (CDST) de Ametista do Sul, entre os meses de novembro de 2013 e março de 2014. De um total de 506 trabalhadores cha-mados para consulta de rotina, 420 compareceram no CDST e 348 aceitaram participar do estudo. 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 antes da inclusão. A coleta dos dados foi efetuada no CDST com informações obtidas através de consulta médica, entrevista padronizada com enfermeira, aplicação de questionários de QVRS e revisão de prontuário. Foram coletados dados antropométricos, renda, escolaridade e história tabágica. Na história ocupacional foi anotada a idade de início na atividade na mineração, o tempo de exposição à sílica (tempo transcorrido desde a primeira exposição e a avaliação) e a situação profissional (ativo, afastado ou aposentado). Todos os dados foram coletados num formulário padronizado e digitados numa plani-lha Excel® 2010. A análise estatística foi realizada utilizando o Statistical Package for the Social Sciences® (SPSS) versão 18.0. Os dados são apresentados como frequência e porcentagem para variáveis categóricas e como média ± DP ou mediana e intervalo interquartil (IQR) para variá-veis numéricas. Associações entre variáveis não-paramétricas foram realizadas com o teste 2 de Pearson. Para avaliar a diferença dos valores encontrados entre as variáveis numéricas, utilizou-se teste “t” de Student ou teste de Mann-Whitney. Os valores de p <0,05 foram considerados como indicativo de significância estatística.

Resultados e Discussão No momento da entrevista, nenhum trabalhador apresentava sinais de exacerbação res-piratória. Todos os entrevistados eram do sexo masculino, com idade variando entre 36 anos (95% DP 25-47) para os trabalhadores sem silicose e 47 (95% DP 37-57) para os trabalhadores com silicose. A prevalência da doença foi de 37% (95% DP 32-42) entre todos os trabalhadores. Foi possível observar que o nível de escolaridade dos trabalhadores é baixo, porém, os trabalhadores que apresentam a doença respiratória tem nível de escolaridade dois anos a menos. Os anos de exposição dos trabalhadores entrevistados revelaram que os trabalhadores mais expostos à poeira contendo sílica, apresentavam mais a doença, quando comparados à trabalhadores que estavam neste ramo a menos tempo. E os trabalhadores com a doença, referiram trabalhar por mais horas do que os trabalhadores saudáveis (Tabela 1).

Tabela 1. Características dos trabalhadores a

Em outro estudo realizado anteriormente com trabalhadores de marmorarias, encontrou-se um percentual de 61,9% de trabalhadores (52) com cinco anos ou menos de exposição e 38,1% de trabalhadores (32) no estrato acima de cinco anos, sendo que estes já apresentavam algum sintoma respiratório17. Sabe-se que ainda a dimensão dos indivíduos acometidos por silicose não é completa-mente conhecida no Brasil, contudo, prevalências acima de 20% foram encontradas em trabalhado-res da indústria de construção naval e cavadores de poços artesianos, e, entre 3 e 5% na indústria de cerâmica e nas fundições na década de 90. No entanto, não se pode utilizar metodologias idênticas para a realização desses estudos, o que dificultam análises comparativas dos resultados. Sendo que algumas estimativas apontaram no ano de 1998, que aproximadamente 6 milhões e 600 mil traba-lhadores estariam potencialmente expostos à sílica no Brasil17. Ao se tratar de sintomas respiratórios (Tabela 2), alguns trabalhadores mesmo sem o diagnóstico de silicose, referiram em algum momento, algum tipo de sintoma, sendo o mais preva-lente a expectoração, seguida pela dispneia.

Tabela 2. Sintomas relatados pelos pacientes

Isso se justifica ao fato de que os processos produtivos além de geradores de riscos am-bientais que rebatem sobre a saúde da população também atuam como fatores de risco à saúde dos trabalhadores diretamente a eles vinculados19, estes por sua vez, acabam, desenvolvendo sintomas comuns àqueles referidos pelos pacientes que apresentam silicose. Houve dois estudos anteriores a este que relataram os sintomas mais presentes nos traba-lhadores de mineração. O primeiro, do ano de 2006, apresentou que dos garimpeiros que já possu-íam o diagnóstico de silicose, 37% referiram tosse; 27% cansaço fácil; 13% falta de ar; 13% dor no tórax e 10% chiado no peito20. Ao se comparar estes dados, com dados revelados no ano de 2013, pode-se observar que os sintomas de maior pre valência continuam sendo os mesmos, dispneia, tosse, expectoração e dor torácica21. Os sintomas abordados foram similares aos de outros estudos. A tosse foi relatada como o sintoma mais prevalente nos trabalhadores com exposição a sílica, dessa forma, é necessário alertar que a tosse é um mecanismo de defesa relevante, sendo um sintoma que deve ser investigado22,23. E a dispneia foi relatada por apenas 15 Moedores de Ágata no estudo do ano de 2014, com 170 trabalhadores18. Dentre as doenças relatadas pelos trabalhadores, associadas à silicose, as que mais se des-tacam são a DPOC em 9% (30) dos casos, e a Tuberculose em 2% (5) dos casos. Porém, pode-se dizer que muitas dessas doenças são subestimadas ou referidas erroneamente, uma vez que muitos dos trabalhadores nunca realizaram teste específico para a tuberculose, e realizaram somente radio-grafia de tórax, como exame indicador da DPOC. A prevalência de sintomáticos respiratórios em uma população de risco, ou não, é indi-

86 87

cador indireto de doenças respiratórias agudas e crônicas, bastante confiável sob o ponto de vista epidemiológico. Esta prevalência está associada a uma gama de fatores, tais como: variáveis am-bientais (aspectos geográficos, condições de temperatura e umidade do ar, características sociais e culturais), variáveis ligadas ao próprio indivíduo (sexo, idade, hábito tabágico, história ocupacional e patológica pregressa), entre outros3,5,17. É necessário enfatizar a história ocupacional, ambiental, mórbida pregressa e atual, dos hábitos de lazer, bem como a história tabágica. Os principais sintomas respiratórios sejam eles dispneia, tosse, expectoração, sibilância, devem ser cuidadosamente investigados. Para tanto, o exa-me físico é fundamental e deve ser geral, com avaliação pormenorizada dos sinais associados à possível doença respiratória subjacente24. As ocupações que expõe os trabalhadores ao risco de inalação de poeiras que causam pneumoconioses, em especial a silicose, estão relacionadas a diversos ramos de atividades, como a mineração e a transformação desses minerais em produtos comercializados. Considerando esses ramos de atividade, algumas estimativas de número de expostos foram baseadas em censos recen-tes, ondem acredita-se que milhares de trabalhadores não possuem qualquer tipo de cadastro de trabalho. Contando que muitos desses trabalhadores não mantêm hábitos de vida saudáveis, as doenças pulmonares podem estar sendo subestimadas e agravadas pelo tempo de exposição25. Conclusões Os resultados permitem concluir que mesmo os trabalhadores que não apresentam sili-cose, ainda assim, referiram sintomas respiratórios encontrados nos pacientes que possuem a do-ença. Isso nos alerta para o fato de que, mesmo os trabalhadores que não desenvolveram a doença, seja pelo uso de EPIs, seja pelo pouco tempo de exposição à sílica, podem vir a desenvolver doenças pulmonares além da silicose, como a tuberculose e o câncer de pulmão. O uso dos equipamentos de segurança, tanto individuais, quanto coletivos, deve ser incentivado em todos os âmbitos do trabalhado que tenha risco de contato com a sílica livre respirável, independente do uso de sistemas de ventilação e perfuração a úmido, conforme se faz preconizado pelo órgãos regulamentadores da atividade garimpeira. Verificou-se durante a presente pesquisa que, em função da baixa escolaridade, havia di-ficuldade de compreensão por parte dos trabalhadores a importância do uso de EPI’S, dificuldade de associar fator de risco com a possibilidade do aparecimento da doença e dificuldade na leitura dos termos da pesquisa, sendo necessário ajuda do pesquisador.

Referências

1. Nogueira DP et al. Ocorrência de silicose en-tre trabalhadores da indústria cerâmica da cida-de de Jundiaí, SP (Brasil). Rev. Saúde Públ., S. Paulo, 15: 263-71, 1981.

2. Capitani EM. A silicose (ainda) entre nós. J Bras Pneumol, 32(6):33-35, 2006.

3. Souza T P, Moreira JS, Knorst MM. . A Sili-cose nos trabalhadores de mineração da região do Médio Alto Uruguai do Rio Grande do Sul. In: Leo Afraneo Hartman, Juliano Tonezer, Maciel Donato. (Org.). Tecnologia e Inovação em Gemas, Jóias e Mineração. 2ed.Porto Ale-gre: UFRGS, v. 1, p. 06-151, 2014.4. Heyworth IT, Hazell ML, Linehan MF, Frank TL. How do common chronic conditions affect health-related quality of life? The British Journal of General Practice. 2009.

5. Van Nispen RM, Boer MR, Hoeijmakers JG, Van Ringens PJ, Rens GH. Comorbidity and visual acuity are risk factors for health-related quality of life decline: five-month follow-up EQ-5D data of visually impaired older patients. Health and Quality of Life Outcomes 7, 18. 2009.

6. Park HH, Girdler-Brown BV, Churchyard GJ, White NW, Ehrlich RI. Incidence of Tu-berculosis and HIV and Progression of Silicosis and Lung Function Impairment Among For-mer Basotho Gold Miners. Am. J. Ind Med, 52: 901–08, 2009.

7. Gu D, Kelly TN, Wu X, Chen J, Samet JM, et al. Mortality attributable to smoking in China. N Engl J Med 360: 150–159, 2009.

8. Tse LA, Yu ITS, Qiu H, Leung CC. Joint Effects of Smoking and Silicosis on Diseases to the Lungs. PLoS ONE 9(8): e104494, 2014.

9. Bagatin E, Jardim JR, Stirbulov R. Doença pulmonar obstrutiva crônica ocupacional. J Bras Pneumol., 32(Supl 1):S35-S40, 2006.

10. American Thoracic Society (ATS) - Com-mittee of the Scientific Assembly on Envi-ronmental and Occupational Health: Adverse effects of crystalline silica exposure. American Journal of Respiratory and Critical Care Medi-cine, New York, v. 155, p. 761-768, 1997.

11. Chang KC, Leung CC, Tam CM. Tuber-culosis risk factors in a silicotic cohort in Hong Kong. International Journal of Tuberculosis and Lung Disease, Hong Kong, v. 5, p. 177-184, 2001.

12. Ministério da Saúde - Brasil. Tuberculose na atenção primária à saúde. 2. ed. Porto Alegre: Hospital Nossa Senhora da Conceição, 2013. 180 p.

13. International Agency for Research on Can-cer (IARC). Silica some silicates coal dust and para-aramid fibrils. Monographs on the Evalu-ation of the Carcinogenic Risk of Chemicals to Humans. Lyon, v. 68. 1997.

14. _______ Formaldehyde, 2-Butoxyethano-land 1-tert-Butoxypropan-2-ol. Monographs on the Evaluation of the Carcinogenic Risk of Chemicals to Humans. Lyon, v. 88. 2006.

15. Algranti E, De Capitani E, Carneiro A, Sal-diva P. Patologia respiratória relacionada com o trabalho. In: Mendes R, editor. Patologia do trabalho. 2ª ed. São Paulo: Atheneu. p. 1329-98, 2003.

16. American College of Occupational and Environmental Medicine (ACOEM). Medical surveillance of workers exposed to crystalline silica. 2009. Disponível em: http://www.acoem.org/guidelines.aspx?id=746. Acesso em: 27 de out. 2014.17. Pivetta ABDA, Botelho C. Prevalência de sintomas respiratórios e avaliação espirométrica em trabalhadores de marmorarias. J Pneumol 23(4), 1997.

88 89

18. Rafeemanesh E, Majdi MR, Ehteshamfar SM, et al. Respiratory diseases in agate grin-ding workers in Iran. Int J Occup Environ Med, 5:130-136, 2014.

19. Moreira ER. Trabalho, Ambiente e Saúde: um estudo da relação entre processos produti-vos, recursos hídricos e risco à saúde. Cadernos do Logepa. João Pessoa. Vol. 1, n.2, p. 47-58, 2002.

20. Pagnossin EM, Pires CAF. Silicose em ga-rimpeiros de Ametista do Sul. Hygeia 4(7):51-71, 2008.

21. Souza TP, Moreira JS, Souza JA, Panosso CG, Souza R. . Levantamento Epidemiológico Referente aos Agravos Associados Encontrados nos Trabalhadores dos Garimpos do Municí-pio de Ametista do Sul. In: Léo Afraneo Hart-mann; Juliano Tonezer da Silva. (Org.). Fórum Estadual “II Mostra de Resultados de Pesqui-sas Aplicadas ai Arranjo Produtivo de Gemas e Joias do Rio Grande do Sul”. 2ed.Porto Alegre: IGEO/UFRGS, v. 1, p. 46-49, 2013.

22. Castro HA, Vicentin G, Ribeiro PC, Men-donça IC. Perfil respiratório de 457 trabalhado-res expostos à poeira de sílica livre no Estado de Rio de Janeiro. Pulmão, RJ, 13(2):81-5, 2004.

23. Fiss E, Monteiro Filho AA, Pinto RM. Tosse. RBM;60(7):497-504, 2003.

24. Neder JA, Nery LE, Bagatin E. Avaliação da disfunção e da incapacidade nas Pneumo-coniosis. J Bras Pneumol, 32(Supl 1):S93-S8, 2006.

25. Ministério da Saúde - Brasil. Pneumoco-nioses. Secretaria de atenção à saúde, Brasília. 2006.

90 91

Transformação de resíduos da mineração para uso como artefato de concreto eremineralizador de solo

Maciel Donato1, Edson Campanhola Bortoluzzi2, Clarissa Trois Abreu2, Francisco Dalla Rosa3

1 Centro Tecnológico de Pedras, Gemas e Joias do Rio Grande do Sul, Universidade de Passo Fundo - UPF, mdonato@upf.br.2 Laboratório de Uso e Manejo do Território e dos Recursos Naturais, Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária – UPF, edsonb@upf.br, clarissabreu@upf.br3 Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental, Faculdade de Engenharia eArquitetura – UPF, dallarosa@upf.br

Introdução O presente capítulo tem o objetivo de apresentar o projeto “Transformação de resíduos da mineração para uso como artefato de concreto e remineralizador de solo” apoiado pela Secretaria Estadual da Ciência, Inovação e de Desenvolvimento Tecno-lógico (SCIT), edital 01/2014, pelo Programa de Apoio aos Polos Tecnológicos, a ser executado na região do Alto da Serra do Botucaraí. Esse projeto nasce da necessidade da região em aperfeiçoar seus processos de produção.A exploração e beneficiamento mineral são responsáveis por aproximadamente 38% do produto interno bruto de Soledade. É nessa cidade que o Centro Tecnológico de Pedras, Gemas e Joias do Rio Grande do Sul (CTPGJRGS) atua junto ao Arranjo Produtivo Local (APL) de Pedras, Gemas e Joias como um polo importante na geração e disse-minação de inovação e tecnologia. A exploração, beneficiamento e comercialização de ametista e ágata, são atividades estratégicas para o desenvolvimento econômico da re-gião do Alto da Serra do Botucaraí. Essa cadeia produtiva coloca o Rio Grande do Sul na posição de maior produtor mundial de geodos de ametista e ágata. A exploração de ágata tem cerca de 40 empresas ligadas a Associação de Pequenos Pedristas de Soledade. Ao realizar uma de suas etapas no processo, o corte, gera 14 t por mês de lodo oleoso (óleo diesel, água e pó de ágata), o passivo de lodo nas empresas chega a 51 t, e mais 26 toneladas de pontas de ágata (Vilasbôas et al., 2013). Por outro lado, o resíduo de ba-salto originado da exploração dos geodos de ametista tem sido estudado como possível remineralizador de solos (Abreu et al., 2014). O Objetivo geral do projeto é fomentar o desenvolvimento regional, através da geração de novos processos e produtos tecnológicos, tendo como matéria prima os resíduos da indústria extratora e do beneficiamento de pedras preciosas na região do Alto da Serra do Botucaraí.Como objetivos específicos têm-se: - Consolidar o Centro Tecnológico de Pedras, Gemas e Joias do Rio Grande do Sul como centro de referência e excelência técnico-científica na identificação de mine-rais e materiais residuais das atividades do setor de pedras e na formação de pessoas; - Caracterizar composição mineral e química, bem como, classificar os resíduos sólidos, semi-sólidos e líquidos gerados nos processos de extração e beneficiamento dos geodos;

- Desenvolver processo de aproveitamento do efluente oleoso do processo de corte de geodos, para produção de biomassa de microalgas/cianobactéricas para uso como fertilizantes; - Desenvolver tecnologia para confecção de artefatos de concreto com utiliza-ção de resíduo de rolagem como agregado pétreo; - Estudar a Macro e Microestrutura dos artefatos de concreto produzidos a partir do resíduo da mineração, além da sua composição química e mineralógica; - Capacitar discentes de todos os níveis de formação em todas as etapas do projeto, através de oficinas realizadas no CT-Pedras em Soledade; - Sensibilizar por meio da extensão universitária, a comunidade da região, inse-rida e envolvida na cadeia produtiva mineral, das possíveis consequências sobre o meio ambiente e à saúde pública relativas ao setor. Como metas a serem cumpridas destacam-se as seguintes: - Meta 1: Constituir uma base de dados em meio eletrônico (disponível à co-munidade), para o CT-Pedras, por meio da produção de planilhas com os resultados das análises químicas e mineralógicas (em especial identificação dos tipos de argilominerais), com auxílio do equipamento de Difração de raios x e Fluorescência de raios x e micros-cópio petrográfico. - Meta 2. Identificar possíveis reusos ou aplicações através da classificação e da caracterização da composição mineral e química dos resíduos sólidos e semi-sólidos (conforme as normas NBR 10004 e NBR 10006 -ABNT, 2004), e líquidos (segundo o APHA, 2005) gerados nos processos de extração e beneficiamento dos geodos, além de estabelecer metodologias para as aplicações de resíduos sólidos. - Meta 3. Produzir 100 blocos de concreto intertravados com substituição de agregado pétreo por resíduos de rolagem, a serem utilizados no calçamento do CTPe-dras. - Meta 4. Desenvolver um fertilizante para uso como adubo agrícola e/ou subs-trato para produção de mudas a partir do processo de aproveitamento do efluente oleoso gerado pelo corte de geodos, para produção de biomassa de microalgas\cianobactéricas. - Meta 5. Realizar 2 (dois) cursos sobre o uso de resíduos diversos para remine-ralização de solos e seus impactos no solo e nas plantas (partes I e II), com carga horária de 8 horas e, no mínimo, 30 produtores rurais participantes cada. - Meta 6. Realizar 2 (dois) cursos sobre produção de artefatos de concreto: metodologia e custos (partes I e II) com carga horária de 8 horas e, no mínimo, 40 par-ticipantes, sendo destes, no mínimo, 10 participantes do setor produtivo da construção civil em cada curso. - Meta 7. Realizar 3 (três) oficinas de educação sanitária e socioambiental, com no mínimo 30 participantes cada e duração de 20 horas. - Meta 8. Promover um Fórum de Discussão Intersetorial com duração de 6 horas, para no mínimo 50 pessoas, envolvendo participantes das oficinas e representantes de entidades, instituições, organizações sociais, empresas e trabalhadores do setor.

Materiais e Métodos Para execução do projeto será necessário à aquisição de equipamentos de ponta, fundamentais para a consolidação do CT-Pedras como centro de referência regional na identificação de minerais e resíduos industriais. Serão disponibilizados à comunidade acadêmica e demais instituições envolvidas no Arranjo Produtivo Local de Pedras: um difratômetro de raios X (Albers et al., 2002) que permite a identificação e a quantifi-

92 93

cação de fases cristalinas, entre outras aplicações como o estudo de cristais, textura e orientação preferencial, microdeformação e tensão residual, espessura de camadas, estu-do de polimorfismo, transição de fases e nanopartículas; um aparelho de fluorescência de raios X que determinar a concentração multi-elementos de amostras líquidas, em pó e sólidas (solos, sedimentos, rejeitos, minerais, escórias, cimento, metais e petroquími-cos) e um analisador elementar que permite a determinação de carbono e nitrogênio em amostras sólidas de materiais, entre outros equipamentos de suporte. Os resíduos sólidos, semi-sólidos e líquidos serão caracterizados conforme os métodos padronizados segundo o APHA (2005), a fim de verificar possíveis reusos e/ou aplicações em bioprocesso. Após caracterização, serão estudadas metodologias de apli-cação dos resíduos sólidos e semi-sólidos. O resíduo líquido (efluente) será empregado como meio de cultivo em sistemas heterotróficos para a produção de biomassa. A ciano-bactéria que será utilizada é a Phormidium sp., isolada do Deserto Cuatro Cienegas no México (26º59’N 102º03W ). Inicialmente será realizada uma adaptação da espécie ao efluente através de uma diluição gradativa do efluente em meio sintético BG11. Con-cluída a adaptação, será iniciado o cultivo heterotrófico da cianobactéria em biorreator de coluna de boeisas empregando o equipamento Fermentador de 3,0L sob condições de cultivo de aeração (1VVM) e agitação (150rpm) constantes, ausência de luminosidade, razão carbono/nitrogênio (C/N) de 68 ajustada caso necessário, temperatura de 30ºC e pH de 7,8. Serão controlados on line parâmetros como pH, temperatura, nitrogênio, oxigênio dissolvido e dióxido de carbono. Para isso, amostras serão submetidas a análise elementar de C, N, O, H por um auto analisador de CNOHS. Operacionalmente serão avaliados dois modos de operação, descontínua e des-contínua alimentada. As amostragens serão realizadas de forma asséptica a cada 24 horas durante a fase de crescimento do microrganismo. A concentração de carbono or-gânico, expressa em termos de demanda química de oxigênio (DQO) será determinada por método colorimétrico segundo metodologia proposta por APHA (2005). O resíduo sólido (pó de ágata e pó de ametista) será utilizado na confecção de blocos de concreto para pavimentação, em substituição ao agregado miúdo. Primeira-mente serão realizados estudos buscando definir o teor ideal de substituição, macro e microestruturas e porosidade, conforme descrito a seguir: - Caracterização dos materiais empregados: cimento, agregados miúdos, agre-gado graúdo e resíduo, obtendo parâmetros necessários para a dosagem do concreto, como composição granulométrica, massa específica e massa unitária. Macro e microes-trutura com auxílio de equipamento disponíveis na instituição executora como o MEV (Microscopia Eletrônica de Varredura) e Microtomógrafo. - Produção dos blocos: primeiramente será realizado um estudo de dosagem do concreto de referência, visando definir um traço adequado à moldagem dos blocos de pavimentação que resulte em um bom acabamento. Definido o teor de argamassa e teor de umidade adequados, serão realizadas misturas substituindo parte do agregado miúdo pelo resíduo em estudo, em diferentes teores de substituição. - Para cada mistura realizada serão moldados dezoito blocos, a fim de avaliar o produto resultante. Serão avaliadas: resistência à compressão (aos 7 e 28 dias) e absor-ção de água (aos 28 dias). Também será realizada microscopia eletrônica de varredura, avaliando a microestrutura do componente produzido. - Com os dados obtidos nos ensaios e com base em avaliação de viabilidade econômica, será definido o teor de substituição adequado a empregar na produção dos blocos de concreto para pavimentação, de modo a se obter um produto que satisfaça os requisitos técnicos da NBR 9781 (ABNT, 2013).

- Definido o teor de resíduo a ser empregado, serão produzidos 100 blocos de concreto para pavimentação que serão utilizados para calçamento do CTPedras. A capacitação de recursos humanos ocorrerá com a realização de dois cursos sobre o “uso de resíduos diversos para remineralização e seus impactos no solo e nas plantas”. Dois cursos sobre “produção de artefatos de concreto: metodologia e custos”. Estão previs-tas três oficinas de educação sanitária e socioambiental. Essa atividade é destinada aos trabalhadores do setor de beneficiamento de pedras na região de Soledade. Ao final do projeto será promovido um Fórum de Discussão Intersetorial, no município de Soledade, envolvendo as instituições governamentais, organizações sociais, setor empresarial e re-presentantes de trabalhadores integrantes do Arranjo Produtivo Local de Pedras. A divulgação, bem como a disponibilização das informações geradas a partir do projeto será realizada por meio eletrônico com página própria para o CT –Pedras, ainda a ser desenvolvida. A divulgação em mídia ocorrerá por meio da UPF-TV e rádio, bem como mídias sociais. A publicação de artigos científicos e a capacitação de recursos humanos também são produtos esperados na durante a vigência da proposta.

Cronograma de Execução O projeto terá uma duração de 24 meses e tem como principal instituição a Universidade de Passo Fundo que é a responsável pela execução, sob coordenação do Prof. Dr. Maciel Donato. Abaixo se encontra uma planilha do cronograma das atividades a serem desenvolvidas.

Equipe executora - Dr. Maciel Donato, Engenheiro Civil, coordenador do projeto. - PhD. Edson Campanhola Bortoluzzi, Engenheiro Agrônomo, Professor do

94 95

Curso de graduação e Pós Graduação em Agronomia UPF. Especialista em Mineralogia de solos. Bolsista produtividade do CNPq PQ 2. - Dra. Clarissa Trois Abreu, Engenheira Florestal, Bolsista Pós Doutorado DOC Fix, Fapergs/Capes, UPFTec UPF. - MSc. Jackson Korchagin, Engenheiro Agrônomo, Doutorando em Agrono-mia PPG Agro, UPF. - MSc Fernanda Vilasbôas, Bióloga, Doutoranda PPGEM UFRGS, pesquisa-dora associada ao CT-Pedras. - Acadêmicos em Agronomia UPF: Bolsista de Iniciação Científica Rafael Muller e Juliana Teresinha Alerico. - Dr. Carlos Samudio Perez, Físico, Professor da UPF. - Dr. Erika Cristina Francisco, Graduada em Tecnologia em Saneamento Am-biental, Especialista em biotecnologia ambiental. - Msc. Patrícia Martins, Engenheira Ambiental, Especialista em efluentes. - Msc. Eder Nonnemacher, Engenheiro Civil, Especialista em saneamento am-biental. - Msc. Simone Fiori, Engenheira Civil, Especialista em Recursos Hídricos e Saneamento. - Dr. Eduardo Pavan Korf, Engenheiro Ambiental, Especialista em Engenha-ria Geoambiental e resíduos sólidos. - Dr. Pedro Domingos Marques Prietto, Engenheiro Civil, Especialista em Geotecnia Ambiental; Bolsista de Produtividade CNPq - Nível II; Coordenador do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental da UPF. - Msc. Patrícia Silveira Lovato, Arquiteta e Urbanista, Especialista em Plane-jamento e Materiais. - Msc. Cleomar Reginatto, Engenheiro Ambiental, Especialista em biorreme-diação e tratamento de efluentes. - Dr. Adriana Augustin Silveira, Engenheira Civil, Especialista em Materiais e Componentes de Construção. - Dr. Antônio Thomé, Engenheiro Civil, Especialista em técnicas de remedia-ção de solos contaminados e reuso de resíduos industriais no desenvolvimento de novos materiais; Bolsista de Produtividade CNPq - Nível II. - Dr. Francisco Dalla Rosa, Engenheiro Civil, Especialista em novos materiais aplicados a pavimentação. - Dr. Luciana Londero Brandli, Engenheira Civil, Especialista em gestão da infraestrutura e meio ambiente. - Dr. Márcio Felipe Floss, Engenheiro Civil, Especialista em Geossintéticos e solos cimentados. - Dr. Léo Afraneo Hartmann. Doutor em Geociências pela UFRGS. Bolsista de Produtividade em Pesquisa 1A - CA GC. - Dr. Juliano Tonezer da Silva. Doutor em Informática na Educação. - Msc. Elisabeth Maria Foschiera, Especialista em Ecologia. Centro de Ciên-cias e Tecnologias Ambientais – CCTAM. Faculdade de Educação – FAED/UPF. - Dra. Bernadete Maria Dalmolin, enfermeira, doutora em saúde pública. Vi-ce-Reitora de Extensão e Assuntos Comunitários da Universidade de Passo Fundo/RS. - Maria Lúcia DalMagro, enfermeira do trabalho, mestranda em gestão da saúde. - MSc. Cilene Maria Potrich; graduada em Educação Artística e mestre em Educação.

Resultados Esperados A execução do projeto impulsionará a geração de conhecimento necessário para atender as demandas regionais do setor. Espera-se gerar conhecimento para viabilizar o aproveitamento do efluente para geração de biomassa a partir de cianobactéria destinada ao uso como fertilizante.Espera-se gerar conhecimento para a produção de artefatos de concreto em substituição a agregados convencionais, redução de custo e redução do impacto ambiental pela dispo-sição apropriada do resíduo. Espera-se produzir conhecimento a fim de reduzir o impacto ambiental e da periculosidade dos resíduos líquidos, sólidos e semi-sólidos gerados nos processos de corte e rolagem. Espera-se gerar conhecimento para a transformação e uso de resíduo como re-mineralizador de solo em agricultura (horticultura, campo nativo e lavoura de grãos) reduzindo custos e impacto ambiental pela disposição apropriada do resíduo. Espera-se formar e capacitar estudantes de vários níveis, trabalhadores do setor de pedras e da comunidade em geral aptos a enfrentar os problemas regionais dessa mo-dalidade de desenvolvimento regional do Rio Grande do Sul.

Considerações Finais A geração de conhecimento por meio desse projeto permitirá agregar qualidade aos produtos e processos desenvolvidos na região, em específico na produção de artefatos de concreto em substituição a agregados convencionais, na redução de custo e redução e do impacto ambiental do setor. Além da capacitação de recursos humanos aptos ao enfrentamento dos problemas regionais relativos ao setor.

Agradecimentos À Fapergs/Capes, pelo Programa de Bolsas de Pós-Doutorado – DOCFIX, edi-tal Capes/FAPERGS n° 09/ 2012 destinado à Clarissa Trois Abreu. Ao CNPq pela bolsa Pq2 à E.C. Bortoluzzi e bolsa de doutorado à Jackson Korchagin (processo n° 140617-2014-0). À Secretaria Desenvolvimento Econômico, Ciência e Tecnologia (SDECT) (edital 01/2014 programa de apoio aos Polos Tecnológicos: 438-25.00/14-0).

96 97

Referências bibliográficasABNT NBR 10004 (Associação Brasileira de Normas Técnicas). Resíduos Sólidos – Classifi-cação, 2ª ed., Rio de Janeiro, RJ, 2004.

ABNT NBR 10006 (Associação Brasileira de Normas Técnicas). Procedimento para Obten-ção de Extrato Sólido Solubilizado de Resídu-os Sólidos, 2ª ed., Rio de Janeiro, RJ, 2004.

ABREU CT, KORCHAGIN J, BERGMANN M, BORTOLUZZI EC. Nutrient desorption from basaltic rock. In: Proceedings of the 16th World Fertilizer Congress of CIEC held in Rio de Janeiro – Brazil. Poster session, 2014. p 183-185.

ALBERS APF, MELCHIADES FG, MA-CHADO R, BALDO JB, BOSCHI AO. Um método simples de caracterização de argilo-minerais por difração de raios X. Cerâmica, 48:34-37, 2002.

APHA, AWWA, WEF (American Public Health Association, American Waterworks Association, Water Environmental Federa-tion), Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 21st ed. Prot City Press, Baltimore, Maryland, 2005, 1325p.

VILASBOAS, F. S.; SILVA, J.T.; SCHNEI-DER, I. A. Diagnóstico da gestão dos resíduos sólidos oriundos do processo de beneficiamen-to de ágata. In: Fórum Estadual II Mostra de resultados de pesquisas aplicadas ao arranjo produtivo de gemas e joias do Rio Grande do Sul, Soledade, 2013. p 58-61.

98 99

Obtenção de biomassa com característicasproteicas a partir do reuso do efluente oriundo da mineração no cultivo de cianobactéria

Erika Cristina Francisco1, Mariana Manzoni Maronese2, Eduardo Jacob-Lopes2

1Doutora em Engenharia Química pela unicamp, professora na Universidade de Passo Fundo,Faculdade de Engenharia e Arquitetura, Engenharia Ambiental. erika@upf.br2Departamento e tecnologia e ciência dos alimentos. Universidade Federal de Santa Maria.mariana_manzone@hotmail.com, jacoblopes@pq.cnpq.br

Introdução As cianobactérias constituem um grande grupo de micro-organismos com ampla ver-satilidade metabólica e pouca exploração. O termo cianobactéria é empregado à espécies foto autotróficas. Entretanto, apesar de algumas espécies obrigatoriamente apresentarem como sistema metabólico a fotossíntese, muitas espécies são de fato micro-organismos heterotróficos e outras são capazes de realizar os diferentes sistemas de modo simultâneo ou sequencialmente (GLADUE & MAXEY, 1994; LEE, 2001; BUMBAK et al., 2011; DA ROS et al., 2013). As cianobactérias também conhecidas como algas verde azuladas, são micro-organismos procariotos. O estudo des-tes micro-organismos apresenta algumas limitações devido à incapacidade que algumas espécies demonstram de se desenvolver a partir de meios sintetizados em laboratório (CASTENHOLZ & WATERBURY, 1989; THUMMAJITSAKUL et al., 2012). Em geral, as cianobactérias apresen-tam grande potencial para as indústrias de aquicultura, bioprodutos, bioenergia e bioremediação, como na redução de amônia, fósforo e compostos orgânicos amplamente presentes nos diferentes tipos de efluentes (KUMAR & GAUR, 2012). O Brasil é reconhecido mundialmente, além de outros aspectos, pela sua diversidade mi-neral, quantitativamente e qualitativamente. A história da mineração no país data do século XVII a partir de expedições por metais e pedras preciosas. Ao decorrer das décadas, a exploração de mi-nérios no país passou a demonstrar grande preocupação devido ao alto crescimento das atividades e consequentemente dando início às discussões com relação aos impactos ambientais (COSTA, 2007). O Estado do Rio Grande do Sul é reconhecido pela riqueza na produção de ágatas e ame-tistas, sendo as cidades de Soledade e Ametista do Sul, destaques de produção da região do Vale do Taquari. Segundo CECCHIN et al. (2014) a cidade de Soledade apresenta uma tecnologia de beneficiamento considerada ultrapassada, pois emprega no corte de geodos, serras rotativas que utilizam óleo diesel como lubrificante, resultando em um efluente/resíduo de alta complexidade com relação ao tratamento e destinação final. Neste sentido, o objetivo geral de uma das etapas do projeto “Transformação de Resí-duos da ineração para Uso como Artefato de Concreto e Remineralizador de Solo”, é avaliar o emprego da cianobactéria Phormidium autumnale no tratamento do resíduo/efluente oriundo da mineração na produção de biomassa de características proteicas visando seu emprego como fertilizante orgânico.

Cianobactérias As cianobactérias estão classificadas em um diverso grupo de eubactérias Gram-nega-tivas amplamente encontradas em lagoas, solo, rochas, mares e oceanos (CARR & WHITTON,

1982; CASTENHOLZ & WATERBURY, 1989). Provavelmente os primeiros organismos na Terra, as cianobactérias libertam oxigênio para a atmosfera e, assim como as plantas superiores, possuem fotos sistemas I e II e capacidade de fixar nitrogênio, tornando-as o único grupo de orga-nismos capazes de reduzir nitrogênio e carbono sob condições aeróbicas (HONG & LEE, 2007). Algumas espécies de cianobactérias podem habitar ambientes extremos incluindo regiões polares e desérticas, adaptando-se à congelação e dessecação (WHITON & POTTS, 2000; SABACKÁ & ELSTER, 2006). Espécies filamentosas da ordem Oscillatoriales, especialmente as espécies Phor-midium, como a Phormidium autumnale, foram detectadas em consórcios microbianos presentes na Antártida (KOMÁREK et al., 2008). A capacidade que estas espécies possuem de sobreviver em sistemas de condições extremas resulta num caráter de robustez das espécies quando submetidas a determinadas situações, como por exemplo, o emprego destes micro-organismos no tratamento de efluentes. Devido a compostos potencialmente importantes, muitas linhagens de cianobactérias são cultivadas no setor comercial. A maioria dos produtos são compostos orgânicos complexos com estruturas únicas, não podendo ser sintetizados em laboratório. Por esta razão, as cianobactérias são conhecidas como “fábricas celulares”. Muitas pesquisas se concentram no estudo do metabolismo de cianobactérias com a finalidade de se produzir bioprodutos de alto valor agregado em grande escala (BURJA et al., 2003; HONG & LEE, 2007). A espécie Phormidium tênue apresenta composição aproximada de 15% de proteínas e cerca de 58% de carbono, sendo identificados 12 diferentes tipos de polissacarídeos (DE PHILIPPIS et al, 2001; PEREIRA et al., 2009; FOY & SMITH, 1980; VAN LIERRE et al., 1979).

Emprego de cianobactérias no tratamento de efluentes O tratamento de águas residuais e efluentes por cianobactérias é uma ideia antiga de apli-cação, sendo limitada devido aos custos envolvidos no tratamento de grandes volumes sob condi-ções autotróficas em um tempo hábil (DE-BASHAN & BASHAN, 2010). Sistemas mais recentes empregando cultivos heterotróficos estão sendo estudados em escala laboratorial e demonstram que sob as condições empregadas, é verificado um maior potencial na eliminação de nutrientes (PEREZ-GARCIA et al., 2010). A necessidade de remoção de elevadas concentrações de nutrientes, em particular o ni-trogênio e o fósforo, é um importante requisito para o tratamento de efluentes. Um dos princi-pais problemas gerados pela alta concentração desses nutrientes oriundos do despejo inadequado é a eutrofização. Entre os nutrientes, em particular o fósforo, apresenta-se como uma fonte de difícil remoção (HOFFMAN, 1998; PITTMAN et al., 2011). As cianobactérias ainda demons-tram eficiência na remoção de metais tóxicos, demonstrando, portanto um importante potencial na remediação de poluentes presentes em efluentes industriais (AHLUWALIA & GOYAL, 2007; MALLICK, 2002). Além disso, os sistemas de tratamento de efluentes empregando cianobactérias apresentam-se ambientalmente favoráveis com um carácter sustentável, uma vez que não geram poluentes adicionas, fornecendo oportunidades de reciclagem de nutrientes a partir do emprego da biomassa, por exemplo, como fertilizante de baixo custo ou ração animal (MUNHOZ & GUIEYS-SE, 2006). O crescimento eficiente de cianobactérias depende de uma variedade de variáveis, como pH, temperatura, presença de nutrientes essenciais como nitrogênio, fósforo e carbono orgânico, disponibilidade de oxigênio, e fatores como luz e dióxido de carbono, quando sob condições au-totróficas (KONIG et al., 1987). Outros fatores que podem afetar o desenvolvimento das ciano-bactérias são as altas concentrações de metais, como cádmio e mercúrio geralmente presentes em efluentes industriais, e fatores abióticos, como a presença de bactérias, que podem competir pelo substrato presente. As variáveis apresentadas apresentam variação conforme a origem do efluente,

100 101

como aguas residuárias, efluentes de diferentes origens, bem como local e sistema de tratamento (RUIZ-MARINET al., 2010). Atualmente o cultivo de cianobactérias visando apenas a produção de determinados bioprodutos, como os biocombustíveis, não apresenta viabilidade econômica. Uma opção atrativa é o acoplamento do tratamento de efluentes ou águas residuárias à produção de diversos produtos, entre eles uma biomassa rica em proteínas (PITTMAN et al., 2011). A escolha de matérias-primas baratas é de grande importância para a economia global de processos biotecnológicos, dado que representam 50% do custo final do produto. A melhor maneira de reduzir o custo de substrato para a biotecnologia é a utilização de resíduos constituídos por nutrientes essenciais para o de-senvolvimento do micro-organismo empregado, resultando ainda em benefícios ambientais. Em todo o mundo, milhões de toneladas de resíduos perigosos e não perigosos são gerados a cada ano, demonstrando a necessidade de uma melhor gestão destes resíduos através dos conceitos reduzir, reutilizar e reciclar (MAKKAR & CAMEOTRA, 2002). Até agora, vários substratos renováveis, que incluem efluentes, resíduos e subprodutos de origem agrícola e industrial têm sido intensa-mente estudados para o cultivo de micro-organismos e produção de bioprodutos (MENDES et al., 2007; PEREZ-GARCIA et al., 2010; PLAZA et al., 2011; SCHIMIDT et al., 2005). O emprego de cianobactérias e/ou microalgas na obtenção de bioprodutos de alto valor agregado ou não, está sendo amplamente discutido e inserido no contexto de “Biorrefinaria”, que entre diversas definições, podemos citar sendo “a separação da biomassa sem componentes distin-tos, os quais podem ser individualmente fornecidos ao mercado tanto diretamente após a separa-ção, como após tratamentos adicionais, como biológico, termoquímico ou químico” (SANDERS, 2003). No estudo em questão, o conceito de biorrefinaria será inserido na forma da reutilização do efluente e/ou resíduo produzido no corte de geodos. Este sistema pode ser considerado como um modo de valoração do efluente/resíduo, uma vez que este ao invés de obrigatoriamente ter que passar por um tratamento e destino final específico e custoso, por ser classificado como um resíduo Classe 1 – Perigoso, será empregado como fonte de substrato nos cultivos da cianobactéria Phor-midium autmnale.

Emprego da biomassa na agricultura A Phormidium autumnale é apontada como uma espécie em potencial no emprego de tecnologias de tratamento de efluentes a partir de sistemas que empregam cianobactérias devido a sua tolerância a determinadas condições como temperaturas extremas e concentrações elevadas de nutrientes. Em geral, deve-se considerar a eficiência de remoção de nutrientes e o potencial de geração de produtos na escolha do micro-organismo a ser empregado no tratamento de efluentes (SU et al., 2012). Estudos empregando a espécie Phormidium bigranulatum, comprovam eficiên-cia na remoção de íons metálicos como Pb (II), Cu(II) e Cd (II) em meio aquoso, demonstrando a eficácia do emprego da cianobactéria na biorremediação de águas residuárias constituída de diversos metais (KUMAR & GAUR, 2012). Sendo considerados organismos valiosos para a pesquisa, as cianobactérias possuem os mesmos pigmentos fotossintéticos encontrados em microalgas e plantas superiores, além de serem fontes de produtos valorizados, como lipídeos, carotenoides, proteínas, ficobiliproteínas e compos-tos bioativos como anticancerígenos, antibacterianos, antifúngicos e agentes imunossupressores (BURJA et al., 2001). Os compostos bioativos podem ser intracelulares e exo-celulares podendo ser empregados pela célula na sobrevivência em condições ambientais extremas (DVORNYK & NEVO, 2003). A descoberta de compostos bioativos demonstra o desenvolvimento de novas téc-nicas a serem empregadas na agricultura, a partir da substituição de produtos químicos por com-postos naturais com menor toxicidade (SAXENA & PANDEY, 2001). Alguns destes compostos encontrados em extratos de cianobactérias apresentam atividade antibacteriana (ULTEE et al.,

2000; THUMMAJITSAKUL et al., 2012).

MetodologiaCaracterização do efluente e cultivos O efluente da mineração será caracterizado para verificação da composição das frações de sais inorgânicos e carga orgânica a partir de metodologia padronizada (APHA, 2005). Após carac-terização será realizado um estudo sobre as características físicas do efluente gerado nas diferentes etapas do processo para verificação das melhores condições de cultivo e prováveis diluições a serem realizadas para a melhor assimilação no metabolismo da cianobactéria.A cianobactéria que será empregada no estudo é a Phormidium autumnale, isolada pelo professor Eduardo Jacob-Lopes (Universidade Federal de Santa Maria) do Deserto Cuatro Cienegas no México (26º59’N 102º03W). Após purificação, as culturas estoque foram mantidas em tubos de ensaio contendo meio sintético BG11 (RIPPKA et al., 1979) solidificado com agar-agar (20g/L). As condições de manutenção foram 25ºC e intensidade luminosa constante de 1klux. Os cultivos em biorreatores serão realizados em fermentador no modo de coluna de bo-lhas e/ou agitação com impelidores. O volume total do equipamento será de 3,0L. Serão monito-rados automaticamente e manualmente durante o cultivo, o pH, o oxigênio dissolvido, crescimento celular e temperatura. Operacionalmente, diferentes modos de operação serão avaliados: operação descontínua e descontínua alimentada. Será desenvolvido um estudo do melhor sistema de cultivo, autotrófico, mixotrófico e/ou heterotrófico, considerando o metabolismo da cianobactéria e levando em consideração a composição do efluente estudado. Métodos analíticos e obtenção da biomassa As amostragens serão realizadas de forma asséptica a cada 24 horas durante a fase de crescimento do micro-organismo. A dinâmica do pH para os cultivos em biorreator, será deter-minada por potenciômetro e a concentração celular através de gravimetria e/ou espectrometria. A concentração de carbono orgânico, expressa em termos de demanda química de oxigênio (DQO), para o caso dos cultivos mixotróficos e heterotróficos, será determinada por método colorimétrico, e a análise da fração proteica será avaliada por kjeldahl (APHA, 2005). A biomassa obtida passará por um processo de separação do meio líquido a partir de processos de decantação e secagem natural. A partir da assessoria de pessoal técnico do curso de Engenharia Agrícola da Universidade de Passo Fundo, serão realizados testes para avaliar a viabili-dade do emprego da biomassa da cianobactéria Phormidium autmnale como adubo orgânico para diferentes culturas. Selecionadas as culturas a serem desenvolvidas bem como as técnicas de cultivo, as informações serão disseminadas à população local através de treinamentos e desenvolvimento local e/ou regional.

Resultados Esperados Após a caracterização do efluente oriundo da mineração, serão realizados testes para veri-ficar a melhor forma de cultivo na obtenção de altas concentrações de biomassa. A cianobactéria se-lecionada para o estudo, Phormidium autumnale, demonstrou e estudos anteriores, representativas produtividades de biomassa, que consequentemente é constituída por diversos bioprodutos, entre eles, uma fração proteica. Além da capacidade da cianobactéria em crescer e se desenvolver em cultivos com carac-terísticas extremas, como por exemplo, diferentes tipos de efluentes, estes micro-organismos tam-bém são capazes de se desenvolver em diferentes modos de cultivo. Em particular, a Phormidium autumnale, demonstra a capacidade de metabolizar diferentes substratos, orgânicos e inorgânicos,

102 103

em cultivos do tipo autotróficos e heterotróficos (FRANCISCO et al., 2014). Estudos relataram que a espécie em questão apresentou produções de biomassa de 4360 mg/L, 5540 mg/L e 12010mg/L; e, produtividades em biomassa de 17,3mg/L.h, 66,7mg/L.d e 35,1mg/L.h, respectivamente para cultivos autotróficos, heterotróficos empregando frutose como fonte de carbono orgânico e heterotróficos utilizando efluente oriundo da produção de farinha de mandioca como meio de cultivo (FRANCISCO et al., 2010; 2014; 2015). Sendo assim, espera-se produtividades na ordem mínima de 20mg/L.h para o caso de cultivos autotróficos, na presença de luminosidade, e de 40mg/L.h para cultivos heterotróficos, com ausência de luminosidade e presença de uma fonte de carbono orgânico exógeno.

Conclusão Os processos biotecnológicos empregando micro-organismos, como cianobactérias, mi-croalgas, bactérias e fungos, ao longo dos anos se desenvolveram amplamente. Estes processos passaram de tecnologias que visavam apenas à obtenção de bioprodutos de alto valor agregado para metodologias que empregam o conceito de Biotecnologia Ambiental. A inovação de uma ampla gama de processos acoplada ao reuso de resíduos e/ou efluentes, em um ciclo de produção aonde os impactos são mínimos ou em determinadas situações, nulos, levaram ao desenvolvimento das tecnologias denominadas por Biorrefinarias. O estudo em questão se insere neste conceito uma vez que ao reutilizar um efluente/re-síduo que obrigatoriamente necessitaria de tratamentos adequados antes de seu destino final, visa à produção de um bioproduto, neste caso a biomassa, que será empregada como adubo orgânico, a partir de testes variados. Este ciclo que esta sendo proposto demonstra a potencialidade do reuso e valoração de resíduos e/ou efluentes gerados na mineração, dando-os valor econômico, uma vez que são empregados como substratos em cultivos, ao invés do seu destino convencional.

Referências bibliográficasAPHA, AWWA, WEF (American Public Health Association, American Waterworks Association. Water Environmental Federation) (2005). Standard Methods for the Examina-tion of Water and Wastewater 21st (ed) Prot City Press, Baltimore, Maryland

Ahluwalia, S.S.; Goyal, D. Microbial and plant derived biomass for removal of heavy metals from wastewater. Bioresource Technology, 98: 2243–2257, 2007.

Bumbak, F.; Cook, S.; Zachleder, V.; Hauser, S.; Kovar, K. Best practices in heterotrophic high-cell-density microalgal processes: achie-vements, potential and possible limitations. Applied Microbiology and Biotechnology, 91: 31–46, 2011.

Burja, A.M.S; Banaigs, B.E.; Abou-Mansour, Burgess, J.G.; Wright, P.C. Marine cyanobac-

teriaa prolific source of natural products. Te-trahedron, 57: 9347-9377, 2001.

Carr, N.G.; Whitton, B.A. The biology of cya-nobacteria. Blackwell Scientific Publications Ltd., Oxford., 1982.

Castenholz, R.W.; Waterbury, J.B. Oxygenic photosynthetic bacteria. Group I. Cyanobacte-ria, pp. 1710–1727, 1989.

Cecchin, I.; Reginatto, C.; Thomé, A. Remo-ção de diesel em resíduo de processo de corte de pedras preciosas.Tecnologia e Inovaçao em Gemas, Joias e Mineração. Universidade Fede-ral do Rio Grande do Sul, Instituto de Geoci-ências, Porto Alegre, 2014.

Costa, M. Beneficiamento de pedras preciosas no Vale doTaquari – diagnóstico e modelo para análise e redução de perdas nos processos pro-

dutivos. Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produ-ção. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2007.

De-Bashan, L.E.; Bashan, Y. Immobilized microalgae for removing pollutants: review of practical aspects. Bioresource and Technology, 101, 1611–1627, 2010.

De Philippis, R.; Sili, C.; Paperi, R.; Vincenzini, M. Exopolysaccharide-producing cyanobacteria and their possible exploitation: a review. Jounal of Applied Phycology, 13: 293–299, 2001.

Dvornyk, V.; Nevo, E. Genetic polymorphism1. of cyanobacteria under permanent stress: A les-sonfrom the “Evolution Canyons”. Research in Microbiology, 154: 79–84, 2003.

Foy, R.H.; SMITH, R.V. The role of carbo-hydrate accumulation in the growth of plankto-nic Oscillatoria species. British Phycologycal Journal, 15, 139-150, 1980.

Francisco, E.C,; Neves, D.B.; Jacob-Lopes, E.; Franco, T.T. Microalgae as feedstock for biodie-sel production: carbon dioxide sequestration, lipid production and biofuel quality. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 85, 395 – 403, 2010.

Francisco, E.C,; Franco, T.T.; Wagner, Roger; Jacob-Lopes, E. Assessment of different carbo-hydrates as exogenous carbon source in cultiva-tion of cyanobacteria. Bioprocess and Biosyste-ms Engineering, 8, 1497 – 1505, 2014.

Francisco, E.C,; Franco, T.T.; Zepka, L.Q.; Ja-cob-Lopes, E. From waste-to-energy: the pro-cess integration and intensification for bulk oil and biodiesel production by microalgae. Journal of Environmental Engineering, 3, 482 – 487, 2015.

Gladue, R.M.; Maxey. Microalgal feeds for aquaculture. Journal of Applied Phycology, 6(2): 131–141, 1994.

Hoffmann, J.P. Wastewater treatment with suspended and nonsuspended algae. Journal of Phycology, 34: 757–763, 1998.

Hong, S.J.; Lee, C.G. Evaluation of central metabolismo based on a genomic database of Synechocystis PCC6803. Biotechnology and Bioprocess Engineering, 12: 165-173, 2007.

Komárek, J.; Elster, J.; Komárek, O. Diversity of cyanobacterial microflora of the northern part of James Ross Island, NW Weddell Sea, An-tarctica. Polar Biol, 31: 853–865, 2008.

Konig, A.; Pearson, H.W.; Silva, S.A. Ammo-nia toxicity to algal growth in waste stabiliza-tion ponds. Water Science and Technology, 19: 115–122, 1987.

Kumar, D.; Rai, J.; Gaur, J.P. Removal of metal ions by Phormidium bigranulatum (Cyanobac-teria) – dominated mat in batch and continuou flow systems. Bioreource Technology, 104, 202-207, 2012.

Lee, Y.K. Microalgal mass culture systems and methods: their limitation and potential. Jour-nal of Applied and Phycology, 13(4): 307–315, 2001.

Makkar, R.S., Cameotra, S.S. Na update on the use of unconventional substrates for biosurfac-tant production and their new applications. Ap-plied of Microbiology and Biotechnology, 2002, 58 (4): 435.

Mallick, N. Biotechnological potential of im-mobilized algae for wastewater N, P and me-tal removal: a review. BioMetals, 15: 377–390, 2002.

Mendes, A.; Guerra, P.; Madeira, V.; Ruano, F.; da Silva, T.L.; Reis, A. Study of docosahexae-noic acid production by the heterotrophic mi-croalga Crypthecodinium cohnii CCMP 316 using carob pulp as a promising carbon source. World Journal of Microbiology and Biotech-nology, 23(9): 1209–1215, 2007.

104 105

Munoz, R.; Guieysse, B. Algal–bacterial pro-cesses for the treatment of hazardous conta-minants: a review. Water Research, 40: 2799–2815, 2006.

Pereira, S.; Zille, A.; Micheletti, E.; Moradas-Ferreira, P.; De Philippis, R.; Tamagnini, P. Complexity of cyanobacterial exopolysaccha-rides: composition, structures, inducing factors and putative genes involved in their biosyn-thesis and assembly. FEMS Microbiology Re-views, 33: 917–941, 2009.

Perez-Garcia, O.; Bashan, Y.; Puente, M.E. Organic carbono supplementation of stelized municipal wastewater is essencial for hetero-trophic growth and removing ammonium by microalga Chlorella vulgaris. Journal of Phico-logy, 47 (01): 190-199, 2010.

Pittman, J.K.; Dean, A.P.; Osundeko, O. The potential of sustainable algal biofuel produc-tion using wastewater resources. Bioresource Technology, 102: 17-25, 2011.

Rippka R, Derueles J, Waterbury JB, Herdman M, Stanier RY (1979) Generic assignments strain histories and properties of pure cultures of cyanobacteria. J Gen Microbiol 111:1-61

Ruiz-Marin, A.; Mendoza-Espinosa, L.G.; Stephenson, T. Growth and nutriente removal in free and immobilized green algae in batch and semi-continuous cultures treating real wa-stewater. Bioresource Technology, 101: 58–64, 2010.

Sabacká, M.; Elster, J. Response of Cyanobac-teria and Algae from Antarctic Wetland Habi-tats to Freezing and Desiccation Stress. Polar Biology, 30: 31–37, 2006.

Sanders, J. Biorefinery, the bridge between Agriculture and Chemistry. European Confe-rence on Biorefiney Resource, Helsinki, Suécia, 2006.

Saxena, S.; Pandey, A.K. Microbial metabolites as eco-friendly agrochemicals for the next mil-

lennium. Applied Microbiology and Biotech-nology, 55: 395–403, 2001.

Schmidt, R.A.; Wiebe, M.G.; Eriksen, N.T. Heterotrophic high celldensity fed-batch cul-tures of the phycocyanin-producing red alga Galdieria sulphuraria. Biotechnology and Bio-engineering, 90(1): 77–84, 2005.

Su, Y.; Mennerich, A.; Urban, B. Compari-son of nutriente removal capacity and biomass settleability of four high-potential microalgal species. Bioresource Technology, 124: 157-162, 2012.

Thummajitsakul, S.; Silprasit, K.; Sittipraneed, S. Antibacterial activity of crude extracts of cyanobacteria Phormidium and Microcoleus species. African Journal of Microbiology Rese-arch, 6(10): 2574-2579, 2012.

Ultee, A.; Kets, E.P.W.; Alberda, M.; Hoekstra, F.A.; Smid, E.J. Adaptation of the food-borne pathogen Bacillus cereus to carvacrol. Arch Mikrobiol, 174: 233-238, 2000.

Van Lierre, L. Oil Oscillaloria agardhii go-mont. Experimental ecology and physiology of a nuisance bloom forming cyanobacterium. Ph.D. Thesis, University of Amsterdam, The Netherlands, 1979.

Whitton, B.A.; Potts, M. The Ecology of Cya-nobacteria, Their Diversity in Time and Space. Springer, Berlin, 2000.

106 107

Diagnóstico por sensoriamento remotode uso do solo em lavras com exploraçãode ágata 1

Maurício S. Tonello2,3, Clarissa Trois Abreu3, Luana Dalacorte3, Jackson Korchagin3,Edson Campanhola Bortoluzzi3

1 Tema da Dissertação de Mestrado do primeiro autor.2 Mestrando Programa de Pós Graduação e Agronomia, Universidade de Passo Fundo - UPF,mauricio_tonello@hotmail.com.3 Laboratório de Uso e Manejo do Território e dos Recursos Naturais, Faculdade de Agronomia eMedicina Veterinária – UPF, clarissabreu@upf.br, luanadalacorte@hotmail.com,jack_korch@hotmail.com, edsonb@upf.br.

Introdução O objetivo principal deste trabalho é estudar nas áreas de exploração de pedras preciosas (ágata principalmente) a modificação da paisagem, usando-se técnicas de sensoriamento remoto (SR) conjuntamente com análises laboratoriais de solo. Com isso, espera-se auxiliar na geração de uma tecnologia mais eficiente no monitoramento das áreas de exploração e também gerar conheci-mento acerca das características dos solos explorados, otimizando assim a recuperação destas áreas e a proteção ambiental. A primeira etapa do levantamento constituiu-se na localização e no georreferenciamen-to de áreas de exploração de ágata da região Alto da Serra do Botucaraí. Por meio das técnicas de

Figura 1. Mapa geológico, rochas vulcânicas (basaltos e riodacitos) região sul (A) cedido por Léo A. Hartmann (2013) arquivo pessoal. Mapeamento de garimpos de ágata licenciados na região de Soleda-

de, RS (B) Google Earth (2015).

sensoriamento remoto é possível tipificar o solo e a vegetação das áreas, bem como, permite inferir sobre o possível impacto da exploração de ágata sobre a paisagem. Ao final desta etapa, mapas temáticos georreferenciados das áreas de exploração de ágatas serão produzidos. Vale lembrar que uma das vantagens do SR é a análise de imagens que traz consigo uma solução ágil e de baixo custo, adaptada aos levantamentos de áreas de difícil acesso. Isso porque, o principal entrave para o avanço do conhecimento científico nessas áreas é o difícil acesso físico às áreas de exploração. A Figura 1 (A) mostra a distribuição das rochas vulcânicas na região sul do Brasil, sendo as áreas de exploração estudas encontradas todas sobre a formação Grupo Serra Geral. Todas as áreas situadas na Figura 1 (B) tiveram suas posições extraídas das próprias licenças ambientais. A distribuição geográfica das áreas abrange a região do Alto da Serra do Botucaraí em mais de 250 km² de raio, cujo centro econômico é o município de Soledade, Rio Grande do Sul. O processo de licenciamento ambiental das áreas, segundo relato pessoal de garimpeiros, é lento, podendo se estender por vários anos até a obtenção da licença de operação, pela qual se permite a exploração das minas. O uso do SR pode permitir dar agilidade na obtenção de licenças, subsi-diando todos os atores com informações a respeito da área, o que garantiria um processo mais ágil e uma renda mais rapidamente possível pela exploração da mina. Também se espera que a difusão do uso do SR incentive a exploração legal como maneira de se manter a viabilidade e lucratividade nesta atividade. Na região, além da exploração de pedras ágatas, o processo de licenciamento permite a exploração de diversas pedras que se encontrem no mesmo ambiente. Na figura 2, por exemplo, localizamos um dos proprietários o qual pessoalmente nos relatou a importância da exploração de pedras contendo opalas. A opala possui um valor muito superior que a pedra ágata no mercado e é também encontrada na região. Existem poucas informações disponíveis a respeito de outros tipos de pedras, tais como informações de prospecção e exploração na região do Alto da Serra do Botu-caraí.

Figura 2. Área de lavra em plena produção (extração de pedras ágatas e opalas) Tonello (2015).

108 109

Outro ponto a considerar é a recuperação das áreas após a exploração, seja qual for o mineral. Segundo a recomendação técnica contida nas licenças ambientais o proprietário deve atentar para os seguintes processos: promover a separação e o depó-sito do solo vegetal (entende-se o horizonte A) em local adequado para utilização na remediação da área degradada; o solo vegetal removido durante o decapeamento da área deverá ser armazenado dentro da própria jazida, em local adequado, para que se mante-nha suas propriedades e possa ser utilizado na recuperação ambiental da área minerada; a recuperação da área deverá iniciar com a efetiva recomposição do solo fértil, devendo se necessário ser importado, caso o armazenado não seja suficiente, e devendo também ter corrigida a sua fertilidade (Fepam - Licença Operação, expedida em 2013). Em muitas atividades exploratórias, a remoção total do solo superficial difi-culta ainda mais o processo de instalação e sucessão vegetal, uma vez que o banco de sementes é removido juntamente com a camada superficial do solo que contém maior concentração de nutrientes e de matéria orgânica (ÂNGELO et al., 2002). A revege-tação dessas áreas requer, muitas vezes, uma adequação química e física do solo com introdução de adubações e de espécies compatíveis para cada situação (OLIVEIRA NETO et al., 1998). A recuperação das áreas é orientada pelo Plano de Contenção Ambiental pre-viamente aprovado pela Fepam. A recuperação das áreas exploradas pode acontecer na-turalmente, sem nenhuma ação antrópica no local. Porém esse processo de recuperação pode ser acelerado através de tratamentos realizados no solo decapeado superficialmen-te. Assim torna-se importante a caracterização dos solos e sua função na paisagem na-tural, facilmente conseguida pela coleta de material em áreas próximas. Assim, pode-se quantificar e qualificar o impacto da ação de extração de pedras comparativamente às paisagens naturais. A ilegalidade de parte da cadeia produtiva de extração de pedras preciosas na região do Alto da Serra do Botucaraí dificulta muito a execução de trabalhos de pesqui-sa, no monitoramento e na busca de novas tecnologias que permitem agregar eficiência e qualidade à exploração. Nesse sentido, várias perguntas de pertinência científica e prática vêm à tona: i) é possível monitorar as modificações na paisagem de áreas de exploração utilizando imagens de satélite? ii) Após a extração de pedras como ocorre a recuperação das áreas degradadas pela exploração e como se dá a reconstituição da fertilidade natural dos solos? Esses questionamentos são parte do problema abordado no presente estudo. Para re-compor as áreas degradadas e monitorar sua evolução propõem-se desenvolver meto-dologia por sensoriamento remoto (SR) adequadas à realidade local para reconstrução do ambiente anterior à exploração, seja ele um ambiente de produção agrícola ou uma paisagem natural.

Material e Métodos O trabalho se insere na temática abordada pelo CT-Pedras (Centro Tecnoló-gico de Pedras, Gemas e Joias), e conta com apoio da FAPERGS por meio do edital Pesquisador Gaúcho 001/2013 (Número 1939-2551/13-7). Nesse sentido, a Associação dos Pequenos Pedristas de Soledade (APPSol), o Comitê de Bacia Hidrográfica do Rio Alto Jacuí (Coaju), Comitê Bacia Hidrográfica Rio Passo Fundo (CBHPF), Sindipe-dras, prefeituras municipais e a Universidade de Passo Fundo foram consultadas e se constituem em apoiadores do projeto. Esse contato teve como objetivo dar conhecimen-to sobre os objetivos do projeto além de solicitar apoio logístico e de informações sobre

as atividades do Setor. Inicialmente foram contatadas as entidades ligadas ao setor mineiro direta ou indiretamente. Por meio dessas instituições buscou-se ter acesso, consentido, às áreas de mineração para georreferenciamento e a coleta de amostras de solos. Também, por meio de consulta à FEPAM (Fundação Estadual de Proteção Ambiental Henrique Luiz Roes-sler – RS) foram obtidas as licenças publicadas e a localização dos garimpos em processo de licenciamento e já licenciadas. De posse da localização aproximada dos garimpos legalizados inseriu-se estas no software Google Earth Pro® a fim de localizá-las geograficamente. Coordenadas de polígonos envolvendo as áreas de mineração foram construídos para que imagens de alta resolução fossem realizadas. Levantaram-se manualmente estradas e acessos das minas e roteiros mapeados para a realização da investigação a campo. Dessa etapa foram localizadas 15 áreas de exploração situadas nos municípios de Espumoso, Soledade, Barros Cassal, Lagoão e Fontoura Xavier. Com auxílio dos roteiros construídos, percorreu-se a região e com auxílio de moradores locais foram encontradas 10 áreas. Nestas 10 áreas coletaram-se amostras de solo e realizou-se a caraterização do ambiente (paisagem e vegetação) por meio de registro fotográfico. A coleta de amostras de solo foi realizada com pá-de-corte na profundidade de 0-20 cm. Em cada ponto amostrado coletaram-se amostras em 3 repetições em um raio de 10 metros. A amostragem foi nas seguintes situações: i) dentro da área onde ocorre a exploração, no ponto de maior profundidade da escavação (quando houver exploração); ii) fora da área onde ocorre a exploração (quando houver), em local próximo à linha limí-trofe da área escavada; iii) em área de mata nativa próxima a exploração; iv) em área de campo nativo próximo à área explorada; As amostras foram acondicionadas em recipien-tes e devidamente identificadas para envio ao laboratório da UPF e realização de análises químicas e físicas. No Laboratório de Uso e Manejo do Território e dos Recursos Naturais, da Universidade de Passo Fundo foram realizadas as análises físicas do solo (densidade do solo, porosidade total e umidade das amostras em diferentes posições da paisagem); aná-lise granulométrica (porcentagem de areia, silte e argila) será realizada pelo método da pipeta. A caracterização química do solo, será por meio das análises do teor de matéria orgânica, pH em água e pH SMP, teores de nitrogênio, fósforo, potássio, cálcio, magné-sio, enxofre, zinco, boro, cobre, ferro e manganês (Tedesco, 1995). Em 5 áreas, não foi possível ter acesso utilizando pontos georreferenciados fornecido nas licenças.Todos os pontos com amostragem de solo foram georreferenciados, utilizando-se para isso um receptor de GPS com precisão submétrica. Pontos georreferenciados foram cole-tados em objetos que se destacassem em meio à paisagem (caixas de água, postes, galpões, capões mato entre outros) para que posteriormente, as imagens possam ser corrigidas quanto ao seu posicionamento. Foi realizado um levantamento fotográfico de todas as paisagens encontradas no levantamento a fim de caracterizar o tipo de vegetação pre-sente nos pontos de coleta de solo e entorno. Imagens de satélite foram adquiridas em duas épocas (2014 e 2010) para a detecção das alterações no uso do solo e posterior de-senvolvimento de metodologia capaz de avaliar e tipificar as modificações na paisagem causadas pela exploração mineira. A utilização dos resultados das propriedades físicas e químicas dos solos possibilita a caracterização dos os tipos de solos presentes no mo-saico de áreas, e também a existência ou não de similaridade na constituição química ou física que cada uma destas áreas possui. A comparação da similaridade das áreas na região do Alto da Serra do Botucaraí, onde há ocorrência de pedras preciosas, fornecerá parâmetros que permitam inferir sobre novas áreas passíveis de serem exploradas, ou

110 111

fornecer um parâmetro científico para auxiliar na tomada de decisão quanto aos locais onde iniciarão a exploração. A qualidade do solo após a mineração é fundamental para determinar o tipo de manejo e a recuperação das áreas para posterior uso agrícola. Resultados e Discussão A Tabela 1 apresenta 10 áreas de garimpo de ágata, distribuídos nos municí-pios da região do Alto da Serra do Botucaraí.

Tabela 1. Identificação da área de garimpo, município e tipo licença obtida junto a Fepam, RS.

O levantamento das áreas se concentrou naquelas que possuem processo de li-cenciamento ambiental junto ao órgão competente (Fepam). De acordo com as licenças expedidas, apenas 5 áreas estariam aptas à exploração, possuindo licença de operação. Dessas áreas em operação, até o presente, duas foram visitadas, as áreas 13 em Espumo-so e 01 em Barros Cassal. Os parâmetros físicos como densidade do solo e químicos como pH em água e teor de alumínio resultantes das análises de solo das áreas visitadas são apresentadas na Tabela 2.

Tabela 2. Parâmetros médios de densidade do solo, pH em água e teor de Alumínio.

Os resultados preliminares observados na Tabela 2, mostram pequenas alterações na den-sidade do solo e pH entre duas áreas de garimpo e o controle pastagem nativa. Entretanto, o teor de alumínio se destaca nas áreas de garimpo, como um dos possíveis impactos da remoção da camada superficial do solo para as atividades de mineração. A degradação do solo tem se tornado um pro-blema ambiental de grandes proporções na sociedade moderna, podendo resultar na alteração física pela modificação estrutural e a perda de porosidade (Filho et al., 2014) e química, pela diminuição da fertilidade e perda da matéria orgânica do solo (Gama-Filho et al., 2008).

Considerações Finais O uso de técnicas de sensoriamento remoto por meio de imagens de satélite pode ser usado com segurança e eficácia em monitoramento do território, avaliando a modificação da paisa-gem em função do uso do solo. Isso é de fundamental importância, pois, permite o estudo de áreas de difícil acesso com custos reduzidos. No caso específico da caracterização física e química dos solos de áreas de garimpos constituem-se em informações complementares imprescindíveis para a definição dos métodos de manejo e recuperação aplicados na restauração das áreas após o fim da atividade mineira. A estratégia dá segurança ambiental para o setor, visto que a cadeia produtiva em questão, dada sua importância econômica na região, necessita de uma nova perspectiva tecnológica que embase uma reestruturação produtiva. Existem inúmeras demandas que devem ser supridas para que o setor seja fortalecido. Uma delas é a legalização da atividade de exploração com garantias de preservação e sustentabilidade econômica e ambiental essenciais para o avanço produtivo, social e científico do setor.

112 113

Agradecimentos À FAPERGS pelo apoio financeiro através do edital Pesquisador Gaúcho número 001/2013 (Número 1939-2551/13-7), sem o qual este não poderia ser realizado. À Universidade de Passo Fundo pelo apoio. Ao Dr. Maciel Donato diretor do CT-Pedras de Soldedade, RS pelo apoio em diversos momentos do projeto. Ao Presidente do SINDIPEDRAS, Sr. Sadi Bagattini, pelo apoio ao projeto. À FAPERGS/CAPES, edital 09/2012 pela bolsa de pos doutorado acor-dada a Dra. C.T. Abreu. Ao CNPq pela bolsa produtividade acordada ao Dr. E.C. Bortoluzzi e de doutorado ao Msc. J. Korchagin. À CAPES pela bolsa de mestrado acordada a L. Dalacorte.

Referências BibliográficasÂNGELO, J. G. M.; LENA, J. C de.; DIAS, L. E.; SANTOS, J. B dos. Diversidade vegetal em áreas em reabilitação de mineração de ferro, na mina de alegria, em Mariana-MG. Revista Árvore, Viçosa, v. 26, n. 2, p. 183-192, 2002.

GAMA-RODRIGUES, E. F.; GAMA-RO-DRIGUES, A. C.; PAULINO, G.M.; FRAN-CO, A. A. Atributos químicos e microbianos de solos sob diferentes coberturas vegetais no norte do Rio de Janeiro. Rev. Bra. Ci. Solo, 32:1521-1530, 2008.

FILHO, J. T.; MELO, T. R.; MACHADO, W.; MACIEL, B. V. Structural changes and degradation of red latossols under diferent ma-nagement systems for 20 years. Rev. Bra. Ci. Solo, 38:1293-1303, 2014.

OLIVEIRA NETO, S. N.; PAULA, R. C.; BARROS, N. F. Adequação de um solo de-gradado para revegetação In: SIMPÓSIO NA-CIONAL SOBRE DE RECUPERAÇÃO DE ÁREAS DEGRADADAS, 3, 1988, Ouro Preto, MG. Anais... Ouro Preto: SOBRADE/UFV, 1998. p.181-186.

TEDESCO, M. J.; GIANELLO, C.; BISSA-NI, C. A.; BOHNEN, H.; VOLKWEISS, S. J.; Análise de solo, plantas e outros materiais. Porto Alegre: Departamento de Solo, UFRGS. 174p. 1995.

114 115

Avaliação da extração de óleo de resíduos do corte de ágatas utilizando solventes por soxhlet e assistida por ultrassom

Milene Prescendo1, Clóvia Marozzin Mistura1, Fernanda Vilasbôas2

1 Curso de Química, Instituto de Ciências Exatas e Geociências, UPF. E-mail: clovia@upf.br2 Centro Tecnológico de Pedras, Gemas e Joias do Rio Grande do Sul, PPGE3M – UFRGS.E-mail: fernandavilasboas@gmail.com

Resumo No Município de Soledade o beneficiamento de ágata é a principal atividade econômica. Em virtude disto, micro empresas foram criadas para que fosse possível realizar o beneficiamento deste mineral e gerar mais renda para a comunidade, com isso problemas relacionados ao meio ambiente e a forma de trabalho sem fiscalização foram se agravando a medida que o setor foi crescendo. Nos processos muitos efluentes e resíduos são gerados, entre eles o lodo formado pelo pó da ágata e o óleo lubrificante das máquinas, originado no processo de corte. Considerado resí-duo perigoso é necessário dar o destino adequado para tal, ou transformá-lo em um material não prejudicial ao meio ambiente que pode ser reutilizado como matéria prima para outros produtos. O projeto de pesquisa propôs alternativas que podem solucionar o problema deste resíduo para o setor.

Palavras-chave: resíduo, óleo, pó de ágata

Introdução A mineração é uma das atividades de fundamental importância para a sobrevivência do homem na sociedade. Com o passar dos anos ela foi sendo aprimorada e discutida, pois sua prática inadequada e ou inexperiente pode acarretar danos ao meio ambiente. Busca-se um equilíbrio entre o setor de extração mineral e o meio ambiente. Surgiram assim várias formas de fiscalização ambiental, para regularizar o setor (THOMÉ, et al., 2010). No Munícipio de Soledade, RS, esta atividade de beneficiamento é uma importante fonte de renda. Os diferentes processos geram resíduos sólidos, efluentes líquidos e emissões at-mosféricas. Dentre os resíduos sólidos produzidos tem-se um resíduo característico constituído por óleo lubrificante e sílica (pó de ágata), gerado nos processos de corte e polimento da ágata (IPAR, 2011). A FEPAM (Fundação Estadual de Proteção Ambiental Henrique Luiz Röessler) como gestor público do destino ambientalmente correto dos resíduos perigosos no âmbito do RS, pu-blicou no Diário Oficial do Estado em 23/04/2010 a Portaria nº 16 (RS, 2010), que disciplina a destinação de resíduos com características inflamáveis em aterros e centrais de recebimento e des-tinação de resíduos classe I, conforme Norma da ABNT (Associação Brasileira de Normas Téc-nicas). Com este instrumento a FEPAM buscou a redução dos riscos de acidentes por substâncias inflamáveis nestes empreendimentos (incêndios) e o incentivo às alternativas de reprocessamento, recuperação, reciclagem, tratamento biológico e incorporação em fornos de cimento dos resíduos contaminados com óleos, solventes, derivados de petróleo e petroquímicos. Assim, o poder público, através de regramento oficial, visa estimular que as empresas

hierarquizem as opções de destinação de seus resíduos a partir de um planejamento mais abrangen-te das soluções e que estas incluam desde a revisão de processos e matérias-primas; reutilização, mi-nimização de geração; após, destinações com recuperação e separação de componentes, tratamento biológico, co-processamento e incorporação em fornos de clínquer e, finalmente aterro de resíduos. Cabe destacar que os aterros e centrais de resíduos perigosos são como alternativas importantes para o destino dos resíduos classe I. Por ser uma preocupação atual, diversos métodos de caracterização e separação desse resíduo têm sido testados, como extração por sistema Soxhlet , extração com ultrassom, processo de separação por floculação/flotação , neste trabalho foram testados sistemas de extração para me-lhorar as condições de reuso destes resíduos,visando possibilitar a utilização da sílica e minimizar o descarte deste resíduo perigoso, diminuindo o problema para os empresários do setor de beneficia-mento mineral. Buscaram-se também informações mais precisas nas empresas sobre quantificação e passivos existentes referentes a este resíduo.

Metodologia Diagnóstico (Levantamento de Dados): As indústrias que doaram as amostras para as análises estão associadas ao Appesol (Associação dos Pequenos Pedristas de Soledade). Estas rece-beram um questionário, no qual foram indagados sobre os processos da produção, os tipos e quan-tidades de resíduos sólidos e líquidos gerados, dando ênfase a emulsão de óleo lubrificante e pó de ágata, quantidade de passivo que possuem e destino atual do resíduo.Preparação das amostras: As amostras foram coletadas em empresas de beneficiamento de pedras preciosas no Município de Soledade, RS, sendo estas de pequeno e médio porte, filiadas a Appe-sol. Inicialmente, a caracterização foi feita com uma amostra Ap. Posteriormente, foram cole-tados 5 kg de amostras em cada empresa, denominadas A1, A2 e A3. Após, metade das 3 amostras foi homogeneizada conjuntamente, a amostra resultante foi denominada A4. (Figura 1) As amos-tras foram acondicionadas em recipientes plásticos identificados e armazenadas temporariamente, ao abrigo da luz, no laboratório de pesquisa de química do ICEG (Instituto de Ciências Exatas e Geociências), na UPF (Universidade de Passo Fundo).

Figura 1: Aspecto dos resíduos do corte de ágata e óleo diesel: Fonte: Própria.

116 117

Caracterização dos resíduos Foram realizados os seguintes ensaios para caracterizar as amostras de resíduos, sempre em triplicatas.

Umidade e materiais voláteis: Mediu-se uma massa de cada amostra em cápsula de porcelana, aproximadamente 5,0000 g e levou-se a estufa a 105 oC por 4h, após, foi retirada para resfriamento e acondicionada em dessecador, mediu-se novamente a massa até valor constante.Calcinação: Mediu-se uma massa de cada amostra em cadinho de porcelana, constando de apro-ximadamente 5,0000 g e levou-se a mufla a 700 oC por 4h, foi retirada para resfriamento e acon-dicionada em dessecador, após mediu-se a massa até valor constante.ph:Mediu-se uma massa de cada amostra constando de aproximadamente 10,0000 g, em béquer de capacidade 200 mL, acrescida de 80 mL de uma solução 1% de NaCl(aq), agitando em agitador magnético por 15 min. e imediatamente, o pH foi medido com auxílio de pHmetro previamente calibrado.

Métodos de extração e separação da fase oleosa: Sempre em triplicata, as amostras foram identificadas com 1, 2 e 3 e os brancos 4, 5 e 6, conforme pode-se observar nos dados e com os resultados obtidos. Teor de óleos e graxas: O solvente utilizado, foi o hexano, para realizar a extração foram montados os sistemas de extração Soxhlet (Figura 2) que tem como princípio o refluxo. Neste processo, o solvente evapora e condensa sobre a amostra do resíduo, que está acondicionado em cartuchos confeccionados de papel filtro, material sólido, contido nos cartuchos preparados com o resíduo,a emulsão óleo e pó de ágata.

Figura 2 - Extração com sistema Soxhlet. Fonte: Própria.

Extração com solventes assistida por ultrassom: Mediram-se 5,0000 g aproximadamen-te de amostra em frasco de extração, adicionou-se uma alíquota de 50 mL de solvente hexano a temperatura ambiente. As amostras foram submetidas a banho de ultrassom por 5, 10,15 e 30 min. (Figura 3). Imediatamente uma alíquota 10mL do sobrenadante foi retirada e colocada em tubos de ensaio e submetidas a estufa a 65 °C por 8 horas para evaporação de parte do solvente.

Figura 3 – Banho de ultrassom. Fonte: Própria.

Recuperação do Solvente: Um sistema de destilação simples foi montado com o objetivo de recuperar o solvente da extração e separar o possível óleo que foi extraído.

Resultados Os dados apresentados nas Tabelas a seguir, correspondem as atividades experimentais realizadas. A umidade e material volátil a 150 °C encontrada no resíduo foi de 63,69% (±0,22), Na Tabela 1, pode-se observar o valor médio da triplicata encontrado para o material perdido na calcinação a 700 °C foi de 59,10% (±0,39). Já na Tabela 2 está o pH médio encontrado foi de 5,70. Estes resultados foram obtidos das análises da amostra Ap.

Tabela 1-Determinação de umidade e materiais voláteis(MV) e resíduo da calcinação(C)nas amostras dos resíduos.

Tabela 2-Método de separação por extração com solvente assistida por ultrassom: Tempo no banho de ultrassom de 5, 10 e 15 min, amostra 10 g (ESU).

118 119

A separação do óleo do resíduo utilizando o método de extração com solvente assistida por ultrassom obteve valor médio das triplicatas no tempo de 5 min. de 0,80% (± 0,015). Em 10 min. de 0,60% (± 0,024), Tabela 2. Em 15 min. de 3,47% (± 0,15), Tabela 5. No tempo de 30 min. de 0,72% (± 0,056). Para os resultados obtidos analisando-se a amostra Ap, o melhor tempo de extração encontrado foi de 15 min. A análise do teor óleos e graxas pelo sistema de extração Soxhlet da amostra Ap, obteve valor médio em triplicata de 1,70% (± 0,343). A amostra A4 que é a homogeneização das três A1, A2 e A3, apresentaram resultados satisfatórios de extração pelo sistema Soxhlet, obtendo valor médio em triplicata de 3,95% (± 0,60). Foi possível obter resultados melhores de extração com o sistema de extração Soxhlet com a amostra A4 em comparação com o a extração Soxhlet e a extração com solvente assistida por ultrassom na amostra Ap.

Tabela 3: Análise do teor de óleos e graxas pelo método de extração soxhlet (ES): Amostra Ap e A4 que é a homogeneização das três A1, A2 e A3.

Nas Tabelas a seguir, é possível observar a diferença de extração pelos métodos de extra-ção com solvente assistida por ultrassom e extração Soxhlet para a amostra Ap. Na extração com solvente assistida por ultrassom foi trabalhado com 50 mL de solvente hexano e deste sistema, foi retirada uma alíquota de 10 mL do sobrenadante, portanto é necessário considerar no momento da realização dos cálculos de porcentagem, multiplicando-se por um fator de diluição “5” a média dos percentuais alcançados, para obter o valor real do óleo extraído.

Tabela 4: Na diferença de extração dos dois métodos é possível observar o melhor desempenho da extração Soxhlet em comparação com o banho de ultrassom de 5 min. Amostra Ap.

Tabela 5: Na diferença de extração dos dois métodos é possível observar o melhor desempenho da extração soxhlet em comparação com o banho de 10 mim. Amostra Ap.

Na diferença de extração dos dois métodos é possível observar o melhor desempenho na extração por ultrassom no banho de 15 min., pois se calculando o percentual e levando em consi-deração a alíquota que foi de 10 mL do sobrenadante de 50 mL do solvente utilizado na extração, tem-se 3,47% de óleo extraído pelo ultrassom. Como pode ser verificado na Tabela 6.

Tabela 6: Na diferença de extração dos dois métodos é possível observar o melhor desempenho na extração por ultrassom em comparação com o Soxhlet. Amostra Ap.

Tabela 7: Na diferença de extração dos dois métodos é possível observar o melhor desempenho da extração Soxhlet em comparação com o banho de 30 mim. Amostra Ap.

Conclusão Na caracterização do resíduo, a umidade, material volátil e perda por calcinação, foram significativas pois foi possível observar as características de composição deste resíduo para poder tratá-lo. A separação utilizando o método de extração com solvente assistida por ultrassom obteve melhor resultado e maior porcentagem de óleo extraído em 15 min. de extração no banho em com-paração com a extração Soxhlet para a amostra Ap. A amostra A4 submetida à extração, apresentou maior porcentagem de óleo como sis-tema Soxhlet em comparação com o método de extração com solvente assistida por ultrassom e extração Soxhlet da amostra Ap. Avaliando-se as extrações e análises foi possível constatar que o resíduo presente nas amostras pode ser retirado por extração com solvente hexano, a presença de óleo no resíduo foi característica e comprova assim que este resíduo não pode ser descartado sem tratamento em aterros de resíduos do RS, como disciplina a legislação vigente (RS, 2010) deve ser destinado adequadamente por suas características contaminantes ou tratado de modo a eliminar a presença do óleo.

120 121

ABNT. Associação Brasileira de Normas Téc-nicas. Resíduos Sólidos – classificação, NBR 10.004/04. Disponível em: <http://www.aslaa.com.br/legislacoes/NBR%20n%2010004-2004.pdf>. Acesso em: 24 jan. 2015.

IPAR, E.de A. Desenvolvimento de matéria-prima para impressão tridimensional a partir de rejeitos gemológicos de ágata. Dissertação (Mestrado em Design) – Universidade Fede-ral do Sul <http://www.upf.com.br/seer/index.php/ciatec/article/view/2409/1766>. Acesso: em 20 jan. 2015.

RS FUNDAÇÃO ESTADUAL DE PRO-TEÇÃO AMBIENTAL - FEPAM POR-TARIA N° 016/2010, DE 20 DE ABRIL DE 2010. Disponível em <http://www.mprs.mp.br/areas/ambiente/anexos_noticias/porta-ria_fepam_016_2010.pdf>. Acesso em 10 de mar. 2015.

THOMÉ, A.; ABREU A. G. de; BRANDLI, L. L.; FERNANDES, V. M. C., PRIETTO, P. D. M. Diagnóstico dos resíduos gerados pelo setor de pedras preciosas do município de So-ledade – RS. In: HARTMANN, L. A.; SIL-VA, J. T. da; (Org.). Tecnologias para o setor de gemas, joias e mineração. 1. ed. Porto Alegre: IGEO/UFRGS, 2010.p. 90-105.

Referências

122 123

Geração de Resíduos no Processamento de Ágatas: Uso de SiO

2 Como Material Suporte

para Fe3O

4

Rodrigo de Almeida Silva1*; Daiane Folle1 ; Fernanda Vilasbôas2; Ivo André H. Schneider2;Douglas Carissimo1;Jocenir Boita1

1: Fundação Meridional - IMED, Escola de Engenharia Civil, Passo Fundo - RS, Brasil.e-mail: engenhariacivil@imed.edu.br2: Universidade Federal do Rio Grande do Sul-UFRGS, Porto Alegre, Brasil.e-mail: ivo.andre@ufrgs.br

Resumo O Brasil é um dos o principais produtores de gemas de cor, e o Rio Grande do Sul o estado com maior produção de ágatas ametistas e citrinos. Este setor é preponderante na econo-mia das regiões do Alto Uruguai e Planalto Médio, mas apresenta dificuldades tecnológicas, onde destacam-se o grande volume de gemas exportadas em estado bruto com baixo valor agregado e equipamentos com baixa eficiência. Outro problema detectado é o grande volume de resíduos gerados sem tratamento e destinação adequada. O objetivo do presente trabalho é realizar um diagnóstico do beneficiamento das gemas, identificar os tipos de resíduos gerados e a importância da aplicação da gestão ambiental para este setor industrial e propor uma alternativa de uso de SiO2 (resíduo do beneficiamento de Ágatas) como material suporte para compostos a base de óxidos de ferro.

Palavra-chave - ágata, resíduo, SiO2, Fe3O4, material suporte.

Introdução O Brasil apresenta-se no mercado gemológico internacional como um dos maiores for-necedores de gemas de cor. O Estado do Rio Grande do Sul destaca-se pela produção de ágatas, ametistas e citrinos. No ano de 2003, as exportações gaúchas no setor foram de US$ 47 milhões.O arranjo produtivo local abrange cinco municípios gaúchos: Ametista do Sul (onde se produz ametista e citrino), Salto do Jacuí (produtor de ágata), Guaporé, Lajeado e Soledade onde estão os centros de comercialização e exportação (Figura 1). Há nesses municípios cerca 300 micro e pequenas empresas atuando no setor [1]. A produção de artefato de pedras ornamentais está concentrada em Soledade, Lajeado e Teutônia. Soledade é o pólo de industrialização e exportação dos produtos de ametistas e ágatas. Cerca de 95% da produção é exportada, principalmente para os EUA, Alemanha e Inglaterra. Se-gundo o SINDIPEDRAS/RS, existem cerca de 180 empresas (micro, pequenas, médias e grandes) que fabricam artefatos de ametistas e ágatas em Soledade, deste montante, cerca de 30 são exporta-doras. O setor mantém ao redor de 1.500 empregos diretos e 3.000 indiretos, representando 31,5% do PIB da economia do município. As exportações de pedras preciosas são responsável por 78,9% das exportações do setor mineral do Estado [2]. Na figura 1 a seguir temos o mapa da América do Sul e a região de Soledade, importante produtora de pedras preciosas.

Figura 1: Mapa da localização da região de Soledade.

O processo industrial compreende basicamente as operações de corte e/ou britagem, la-vagem, desbaste (pré-formação, perfuração) tingimento, tratamento térmico e polimento. O corte é a primeira etapa do beneficiamento das ágatas. É nesta etapa que as peças ganham sua forma definitiva. O geodo de ágata é preso em uma morsa móvel em sentido perpen-dicular a um disco diamantado acionado por um motor elétrico, a refrigeração do corte é feita por óleo combustível. Esta etapa apresenta grande deficiência, pois muitas vezes os equipamentos são construídos na própria empresa sem levar em consideração parâmetros técnicos construtivos. A bri-tagem é executada em um britador de mandíbulas que tem por objetivo a fragmentação das ágatas [3, 4]. A primeira lavagem é executada para remoção do óleo oriundo do corte e outros resíduos que possam prejudicar o tingimento uniforme das peças. Detergentes especiais, soluções de soda e sabão em pó são os produtos normalmente utilizados. Após um período de imersão as peças são esguichadas sob pressão e escovadas peça por peça para uma limpeza adequada.No desbaste, para peças maiores a forma final é dada pelo desgaste com um abrasivo em uma lixa. E para peças menores, em vibradores. Também nesta fase, algumas empresas utilizam equipamentos mais sofisticados chamados copiadoras ou retificadoras. O tingimento é executado basicamente nas cores inorgânicas, denominadas de quente, que são: verde quente (óxido de cromo), vermelho quente (óxido de ferro), azul (cianeto de potás-sio), preto (açúcar carbonizado). E as cores obtidas por corantes orgânicos denominados de frio que são: verde frio (verde brilhante), rosa (rodamina B), roxo (cristal violeta), vermelho (mistura de rodamina B e laranja básico). O polimento é a etapa final do processo de lapidação e pode ser separado em dois tipos, conforme o tamanho das peças. As peças maiores são polidas em rebolos de feltro fixos e as peças menores são polidas em vibradores com abrasivo. A seqüencia usual das operações é demonstrada no fluxograma do beneficiamento de Ágatas mostrado na Figura 2.

124 125

Figura 2: Fluxograma básico do processo de beneficiamento de Ágatas.

O uso de rejeitos do beneficiamento de Ágatas pode ser empregada como material su-porte para partículas em diversos tamanhos, abrangendo tamanhos na ordem micrométrica a na-nométrica, podendo suportar materiais como, cobre (Cu), platina (Pt), níquel (Ni) e compostos de ferro (FeO, Fe2O3). Em especial a obtenção de compostos ferrosos tem sido realizada ao longo dos anos, por diversas rotas químicas a partir de precursores metálicos resultando em sistemas coloidais suportados em SiO2, e interagindo com outros metais nobres, como a platina (Pt) e o Ródio (Rh) [5-7], ou suportadas em carvão usadas por exemplo, na oxidação de CO [8]. O uso de nanopartículas (NPs) de forma geral tem sido aplicado com êxito em diferentes processos, onde é possível notar ganhos tanto em termos tecnológicos, de inovação e financeiros, quando compara-dos aos materiais “bulk”. A obtenção de pigmentos nanoestruturados suportados em SiO2 pode significar um marco nesta área do conhecimento, possibilitando aplicações além dos existentes com uso de microestruturas, aplicados em argamassa, bloco de concreto e pavers coloridos, em função da modificação das suas propriedades óticas, mecânicas, elétricas, magnéticas e catalíticas as quais estão diretamente ligadas a modificações nas suas propriedades eletrônicas e estruturais.

A. Geração dos Resíduos A industrialização das gemas produz como resíduos lama de corte, íons metálicos, coran-tes orgânicos em solução e águas de lavagem dos diferentes processos que compreendem o desbaste, polimento, tingimento e lapidação. Numa abordagem otimista pode–se dizer que 65% do peso da ágata bruta é transformado em produto vendável. A tabela 1 relaciona os resíduos com sua origem no processo produtivo [9].

Tabela 1: relação dos processos de beneficiamento e tipo de resíduo gerado em cada um.

B. Destino e Tratamento dos Resíduos Fragmentos de ágatas: Algumas indústrias se especializaram em produzir enfeites e ador-nos pessoais com fragmentos das ágatas que não apresentam características para confecção de arte-fatos. Pó de ágata sem óleo: De forma geral, o pó de ágata é composto por aproximadamente 98% de SiO2 finamente cominuído com 95% abaixo de 74 µm. Este material é utilizado atualmente para preenchimento em aterros de terrenos. Segundo Tramontina et al,1997 [10] o resíduo de pó de ágata pode ser empregado na construção civil como material de preenchimento em argamassas em uma concentração de até 1,25% da massa de cimento e areia. Pó de ágata com óleo: Nas indústrias com estrutura organizada, a lama resultante do corte das ágatas é processada para separação do óleo. Este processo consiste em misturar água à lama e agitar, formando duas fases, uma com óleo no sobrenadante e outra afundada com o pó de ágata. Em seguida o óleo é recuperado e retorna para o processo e o pó de ágata é utilizado como agente abrasivo misturado ao pó de trípoli. Então o efluente é conduzido a uma caixa de separação para tratamento. Efluentes: Os efluentes são tratados por processo físico-químico (ajuste do pH, coagu-

126 127

lação/floculação, decantação), sendo o efluente lançado nas águas superficiais e o lodo gerado no tratamento é enviado a aterros de resíduos industriais. A Figura 3 apresenta um esquema conven-cional de tratamento de efluentes gerado no processo de beneficiamento das gemas.

Figura 3: Processo convencional de tratamento de efluente gerado no processo de beneficiamento de gemas [11].

Entretanto, o tingimento de ágatas em cores exóticas obtidas com corantes orgâni-cos vem ganhando espaço, pois apresenta uma boa aceitação no mercado externo, principal-mente EUA, Japão e China e os processos produtivos são mais simples. Porém os efluentes oriundos das águas de lavagens apresentam uma coloração intensa e elevada carga orgânica devido aos corantes. Alguns métodos têm sido desenvolvidos na tentativa de reduzir os impactos causa-dos por estes efluentes altamente corados, onde podem-se citar: a) Degradação Fotoquímica. Utiliza a radiação solar como fonte alternativa de energia, porém este método necessita de grandes áreas, baixa vazão e alto tempo de deten-ção. A adição de semi-condutores como catalizadores do processo vem sendo estudada com algum sucesso para efluentes da industria têxtil [12]. b) Oxidação com Hipoclorito de Sódio. A descoloração com Hipoclorito de Sódio (NaClO), é a mais utilizada atualmente pelas indústrias, principalmente pela facilidade de aplicação e baixo custo. No entanto, há o risco de que durante a oxidação dos compostos corados ocorra à formação de moléculas de organoclorados. Essas moléculas apresentam propriedades bioacumulativas nos tecidos vivos, alterando o funcionamento celular. Fazem parte do grupo dos organoclorados os PCB’s e DDT’s, dioxinas e furanos, que são altamente tóxicos [13]. c) Processo Oxidativos Avançados: Os processos oxidativos avançados (POA’s) ba-seiam-se na geração do radical hidroxila (.OH), espécie com elevado potencial de oxidação. Esse processo possui alta eficiência na oxidação de compostos orgânicos complexos produ-zindo moléculas mais simples, mais susceptíveis a biodegradabilidade, ou em alguns casos, levando a total mineralização restando apenas CO2 e H2O. A reação de Fenton pertence aos processos oxidativos avançados e foi utilizada para tratar o efluente da indústria de ágatas por Carissimi et tal, (2006) [14] apresentando bons resultados na descontaminação.

Experimental A. Sintese das amostras Um dos produtos do beneficiamento de Ágatas são os seixos rolados que são obtidos a partir do desbaste de pedaços de Ágatas sem valor comercial agregado. Esse material é colocado em moinhos de bola sem carga moedora, onde o próprio atrito das gemas produz o desbaste e gera um material na forma de pó com baixa granulometria (passante 300 mesh) e boas características de ad-sorção e área superficial específica. A capacidade de adsorção deste resíduo através da técnica “Azul de Metileno”, apresenta uma área superficial específica de 80 m2.g-1 [15, 16]. O SiO2 advindo deste processo produtivo foi utilizado como suporte para as partículas de óxido de ferro. O material é composto majoritariamente por 98,9 % de SiO2 e 1,1 % de outros óxidos (FeO2, Al2O3, CaO, SO3, K2O e TiO2). Apresentando o SiO2 nas estruturas de Quartzo, Cristobalita. O óxido de ferro foi sintetizado via rota hidrometalúrgica com concentração do sal e pH estabelecido na literatura [17]. Após a preparação da solução do FeSO4 foi adicionado ao sistema 10 g de resíduo de SiO2 sob agitação por 3 h. Após este período justou-se o pH entre 9 e 12. O sistema permaneceu em agitação por 24 h, ocorrendo a formação do material magnético suportado sobre a SiO2 advinda do processo de beneficiamento de Ágatas.

Resultados A. Óxido de Ferro suportado no Resíduo A SiO2 adquirida foi colocada na solução contendo partículas de compostos de ferro. O difratograma a seguir mostrado na figura 4, possui os planos cristalinos referentes a fase da SiO2 representada pela cor azul, e as fases Magnetita representada na cor preta, de acordo com a base

Figura 4: (a) Difratograma das partículas de Fe3O4 suportadas em SiO2. (b) Indexação dos planos crista-linos correspondentes a SiO2 e Fe3O4, acompanhado da representação de clusters para cada estrutura.

128 129

de dados ICSD number 039830 (SiO2) e 064829 (Fe3O4). Neste caso aparecem as duas fases, uma proveniente do material suporte “SiO2” e outra advinda das partículas adsorvidas no suporte, contendo a fase “Magnetita”. Este experimento promove o aproveitamento dos resíduos do be-neficiamento de Ágatas como suporte, neste caso servindo como uma espécie de “Ancora” para as estruturas contendo óxidos de ferro. Este material formado que possui uma cor preta quando em fase pó, com propriedades magnéticas adsorventes e redutoras [18]. Este material pode ser aplica-do em diversos campos na ciência, principalmente na indústria de tintas, na construção civil como argamassa, na produção de pavers e blocos de concreto coloridos, visando o uso do resíduo no lugar de areia convencional, contribuindo para um processo amigavé e no tratamento de efluentes como adsorventes de metais tóxicos. Na Figura 4, junto do difratograma temos a representação da estrutura cristalina na forma de clusters do suporte “SiO2” e da “Magnetita”.

Discussão O setor de pedras preciosas tem grande influência no desenvolvimento econômico da região. Devido ao grande número de empresas de pequeno porte e informais, a fiscalização am-biental fica prejudicada. De forma geral, o setor de pedras preciosas, especificamente, na região de Soledade estão buscando sua adequação ambiental. As empresas que tratam seus efluentes utilizam o método tradicional onde o objetivo é transferir os poluentes de uma fase dispersa para outra concentrada sem levar em conta as vantagens dos novos processos de tratamento. Contudo, algumas empresas estão percebendo a importância da preservação do meio ambiente como forma de atingirem novos mercados que preferem produtos ecologicamente corretos. No entanto, todas as ações ambientais que vem sendo executadas para remediar os da-nos ambientais causados pelas indústrias de beneficiamento de ágatas não estão de acordo com as tendências ambientais, pois tem-se ainda a ideia de que a solução está no fim do processo, ou seja, tratamento de “fim de tubo” e não na aplicação dos conceitos “REDUZIR, REUSAR E RECICLAR”. Para que haja uma melhora substancial na diminuição dos impactos ambientais, é necessária uma avaliação em cada etapa do processo produtivo, reduzindo as perdas e aumentando a eficiência, consequentemente proporcionando uma redução na geração dos resíduos. Como alternativa de redução e uso de uma das etapas do beneficiamento de Ágatas, esta na utilização como material suporte para outros materiais, sejam eles óxidos ou até mesmo nano-partículas metálicas que podem ser usadas na área da construção civil, como também na indústria de tintas. Agradecimentos Os autores agradecem a IMED pelo apoio ao desenvolvimento dos trabalhos de pesqui-sa a UFRGS pela parceria nos trabalhos, e ao CT-Pedras.

Referências[1] Disponível:http://www.finep.gov.br/imprensa/noticia.asp?cod_noticia=322 .Aces-sado em 27-07-2014.[2] P. M. Branco e C. A. A. Gil, Mapa Gemológico do Estado do Rio Grande do Sul, 2ª ed., Porto Alegre: CPRM, 2002.

[3] Departamento Nacional de Produ-ção Mineral (DNPM). Ágatas do Rio Gran-de do Sul. Série Difusão Tecnológica, Brasília, 1998.

[4] A. Costenaro., Indústria de pedras preciosas: um estudo dos fatores competitivos em empresas de Soledade (RS), 2005.

[5] Siani, A., et al., Synthesis of cluster-derived PtFe/SiO2 catalysts for the oxidation of CO. Journal of Catalysis, 2008. 255(2): p. 162-179.

[6] Kharisov, B.I., et al., Iron-containing nanomaterials: synthesis, properties, and envi-ronmental applications. RSC Advances, 2012. 2(25): p. 9325-9358.

[7] Pélisson, C.-H., et al., Moving from surfactant-stabilized aqueous rhodium (0) colloidal suspension to heterogeneous magneti-te-supported rhodium nanocatalysts: Synthesis, characterization and catalytic performance in hydrogenation reactions. Catalysis Today, 2012. 183(1): p. 124-129.

[8] Guo, X., et al., Ferrous Centers Con-fined on Core–Shell Nanostructures for Low-Temperature CO Oxidation. Journal of the American Chemical Society, 2012. 134( 30): p. 12350-12353.

[9] Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM). Ágatas do Rio Grande do Sul. Série Difusão Tecnológica, Brasília, 1998.

[10] TRAMONTINA. L., CASAGRAN-DE, L., SCHNEIDER, I. A. Caracterização e Aproveitamento do Resíduo da Serragem de Pedras Semi-Preciosas do RS. In: Congresso Internacional de Tecnologia Metaúrgica e de Materiais - ABM, 1997, São Paulo. Anais do 2º Congresso Internacional de Tecnologia Me-taúrgica e de Materiais - ABM, 1997.

[11] CARISSIMI, E. Tratamento de Efluentes do Tingimento de Ágatas por Oxi-dação Química. Monografia (Trabalho de Con-clusão de Curso) – Faculdade de Engenharia e Arquitetura, Departamento de Engenharia Ci-vil da UPF, Passo Fundo, 2001.

[12] DANESHVAR, N., SALARY, D., KHATAGEE, A. R., Photocatalytic degrada-tion of azo dye acid red 14 in wateron ZnO as

an alternative catalyst to TiO2. Photochemistry end Fhotobiology A: Chemistry. V 162 (2004), p. 317-322.

[13] CARISSIMI, E., PIZZOLATO, T.M., MACHADO, M.E., SCHNEIDER,I.A., Colour removal with NaClO of dye wastewater from in agate-prossessing plan in Rio Grande do Sul. Journal Mineral Processing, v 65, p. 203-211, 2002.

[14] BARROS, A.L.,. PIZZOLATO, T.M.,. CARISSIMI, E.,. SCHNEIDER, I.A.H., Decolorizing dye wastewater from the agate industry with Fenton oxidation process. Minerals Engineering 19 (2006) 87–90.

[15] TCHOBANOGLOUS, G., BUR-TON F., STENSEL, H.D., Wastewater Engi-neering Treatment and Reuse: Metcalf & Eddy. Boston: McGraw Hill, 2003. 1819p.

[16] Marisco, V.M ; Silva, R. de A. ; Tubi-no, R. M. C. ; Orellana, D. . Resíduo de ágatas composto por silica microcristalina e sua pos-sibilidade de utilização como adsorvente. In: XXIII Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa, Gramado-RS, 2009.

[17] CORNELL, R.M. SCHWRTMNN, U. The Irom Oxides in the Laboratory –Prepa-ration and Characterization. Verlag GmbH Wiley-VHC, 1996.

[18] Hu, J.; Chen, G.; Lo, I. M. C., Re-moval and recovery of Cr(VI) from wastewater by maghemite nanoparticles. Water Research 2005, 39 (18), 4528-4536.

130 131

Análise do teor de óleo em diferentesresíduos sólidos do beneficiamentode ágata

Fernanda S. Vilasbôas1 , Rodrigo de Almeida Silva2, Ivo André H. Schneider3,Maciel Donato4 , Juliano T. da Silva4

1PPGE3M/UFRGS; CTPedras/UPF. E-mail: fernandavilasboas@gmail.com2IMED. E-mail: engenhariacivil@imed.edu.br3PPGE3M/UFRGS. E-mail: ivo.andre@ufrgs.br4CTPedras/UPF . E-mail: mdonato@upf.br

Introdução O Brasil destaca-se mundialmente pela diversidade de pedras preciosas em seu território, sendo reconhecido no cenário mundial por possuir uma das maiores e mais importantes províncias gemológicas do planeta, contribuindo com cerca de 60% das gemas de cor para o mercado internacional ( JUCHEM et al., 2010). O Rio Grande do Sul contribui com o fornecimento de geodos, artefatos de ágata e de ametista que estão localizadas nas rochas vulcânicas da Formação Serra Geral ( JUCHEM et al., 2009). O APL (Arranjo Produtivo Local) Gaúcho de Pedras, Gemas e Joias do RS é considerado um dos cinco principais aglomerados do setor no país, en-volve desde atividades de extração mineral, nas jazidas existentes no estado, até a pro-dução e a comercialização do produto final – pedras brutas, gemas lapidadas, artefatos, joias, folheados e bijuterias. Pode-se destacar também seu potencial exportador e como importante fonte de emprego nas regiões onde se localiza (PDP, 2014). Os municípios precursores das pequenas fábricas de beneficiamento de pedras preciosas, oriundas da vocação dos imigrantes alemães que dominavam as técnicas de extração e beneficiamento de gemas foram Lajeado, Teutônia e Estrela. Sendo que a partir do final da década de 70, houve um deslocamento da indústria de Lajeado para Soledade, por estar mais próxima das regiões produtoras e por contar com mão-de-obra mais barata (COSTENARO, 2005). Após este deslocamento, desenvolveu-se um verdadeiro polo de indústrias no setor de pedras preciosas, assim o município de Soledade/RS (Figura 1) consolidou-se como centro de beneficiamento, comercialização e exportação de pedras preciosas. A es-timativa atual é de que existam mais de 180 empresas de diferentes portes instaladas no município, 63 empresas são associadas ao Sindicato das Indústrias de Joalheria, Mine-ração, Lapidação, Beneficiamento e Transformação de Pedras Preciosas do Rio Grande do Sul (Sindipedras) e 150 empresas associadas à Associação dos Pequenos Pedristas de Soledade (Appesol), ressalta-se que uma empresa pode ser associada ao Sindipedras e à Appesol. (PDP, 2014). Esse setor é responsável por grande parte da economia do município, possuindo atualmente mais de 1.000 (um mil) empregos diretos e 3.000 (três mil empregos indiretos) (MARTINS, 2009).

Figura 1:Localização do

Município de Soledade-RS.Adaptado de Wikipedia.

Geração de Resíduos As empresas beneficiam ágata através das atividades de serragem, tingimento, lixamento e poli-mento, produzindo diversos artefatos para comercialização. Nesses processos são gerados resíduos líquidos e sólidos, os quais tem sido alvo de ações para minimização do impacto ambiental (Figura 2).

Figura 2: Fluxograma do beneficiamento de ágata.Elaborado pelos autores.

132 133

Uma das importantes etapas do beneficiamento de ágatas é constituído pelo corte dos geodos. Como a ágata apresenta alta dureza (escala de dureza), o corte é efetuado por disco dia-mantando sob refrigeração de óleo combustível. Esse processo gera grande volume de lodo oleoso, que é classificado com Resíduo Perigoso -Classe I (1004:2004). (TRAMONTINA et al., 1997).A etapa de corte/serragem da ágata também produz o rejeito gemológico de ágata, esse rejeito gemológico (restos de ágata) é encaminhado para empresas que realizam a britagem/rolagem, tranformando-as em pedras roladas, nesse processo é gerado um resíduo na forma de pó de ágata (THOME et al., 2010). Atualmente, 41 empresas associadas à APPESOL realizam o processo de serragem, resultando numa produção mensal de mais de 26.000 kg de rejeitos gemológicos de ágata e de 14.000 kg de lodo oleoso, o passivo do lodo nas empresas é superior a 51.000 kg (VILASBÔAS et al., 2013). Estima-se que a geração de pó obtido da rolagem de pedras preciosas seja de mais de 100 toneladas por mês no município. Na maioria das empresas que realizam a serragem de ágatas, é realizada a recuperação do óleo diesel no lodo oleoso, para reutilização do óleo lubrificante no processo, esse método é empírico foi desenvolvido pelos empresários visando diminuir os custos. Segundo BEDIN (2014) cada empresa adapta o método conforme suas necessidades, mas no geral inicialmente a máquina é desligada e deixada inativa por aproximadamente 3 horas, assim através da diferença de densidade ocorre a separação entre o óleo e o pó de ágata. Após é retirado o óleo excedente que fica na parte superior com um sifão, depois de retirado o óleo superficial, o lodo oleoso é acondicionado em uma betoneira ou recipiente e junto com água e submetido a agitação, até que ocorra a separação de fases e o óleo seja removido. A água é adsorvida pelo pó da ágata e o óleo pode ser reaproveitado no processo. Na Figura 3, pode-se observar os diferentes resíduos do beneficiamento de ágata que serão utilizados neste estudo, sendo A – pó de sílica, B - Lodo oleoso e C - Lodo batido.

Figura 3: Aspectos dos resíduos sólidos das etapas: rolagem de ágata (A) e corte de ágata (B e C).

Assim, a geração de resíduo oleoso é um importante passivo ambiental a ser solucionan-do pelo setor de beneficiamento de gemas e joias do Rio Grande do Sul. Desta forma, o presente trabalho pretendeu avaliar o conteúdo de óleo através de oxidação química em comparação com a extração por solvente. A quantificação do conteúdo orgânico foi executado por oxidação química com dicromato de potássio (K2Cr2O7) em meio ácido, pela adaptação da técnica da DQO (De-manda Química de Oxigênio).

Metodologia Os testes de avaliação foram organizados para propiciar a comparação entre três tipos de resíduos do setor. Um resíduo isento de contaminação de oleoso (Amostra 1), e um resíduo oleoso em estado bruto (Amostra 2), outro resíduo com óleo, após o processo de remoção parcial do

óleo por agitação mecânica com água (Amostra 3). Como descrito na Figura 3. As amostras foram obtidas em duas empresas da APPESOL, a amostra A (pó de ágata) foi obtida de uma empresa do município que tem a atividade de beneficiamento de rolagem/britagem de pedras preciosas, as amostras B e C foram obtidas de uma empresa que faz as atividades de corte e tingimento de ágata. Ambos os ensaios tiveram sua metodologia adaptada de o Standard Methods (APHA, 2005). Para a determinação do teor de óleo nas amostras, foram pesados 10 g de cada amostra e foi realizado o método extração Soxhlet por solvente (Hexano), os resultados foram expressos em g/kg teor de óleo na amostra. Os ensaios de DQO (Demanda Química de Oxigênio) foram realizados nas amostras antes (DQO1) e depois da extração de óleos e graxas (DQO2), pelo método de Dicromato de Po-tássio. As quantidades utilizadas nos ensaios estão demonstradas na Tabela 1

Tabela 1- Quantidades de amostras de resíduos usadas em cada análise:

Resultados e Discussões A quantificação do teor do carbono orgânico é efetuada pela correlação do número de eletros que são transferidos ao cromo, pela reação redox (equação 1). O procedimento analítico, no qual o teor de dicromato remanescente na solução, após a oxidação, é titulado com uma solução de Fe(II). Através da estequiometria da reação é possível determinar a massa de Carbono Oxidada. Outra forma de expressão dos resultados é através do seu equivalente em oxigênio. O qual represen-ta a quantidade de O2 necessária para mineralizar (converter o Corgânico em CO2).

Comumente, a quantidade de óleos e graxas é avaliada pela extração em solventes or-gânicos, baseado semelhança de polaridade entre soluto e solvente, favorecida pela elevação da temperatura até ponto de ebulição do líquido. Os resultados obtidos neste estudo preliminar podem ser visualizados na Tabela 2, em relação a DQO 1, a amostra 1 que é o pó de ágata apresentou o menor valor 41,1 g/kg O2, na amostra 2 foi obtido o maior valor 8.816,3 g/kg O2, esse resultado está de acordo com o grau de periculosidade do resíduo, pois trata-se do lodo coletado na máquina de serragem. A DQO 1 para a amostra 2 foi de 2.2432,0 g/kg O2, demonstrando que embora ocorra a retirada do óleo através do sistema de agitação com a água, ainda há matéria orgânica no resíduo.Pode-se verificar que com relação ao Parâmetro de DQO os resultados não foram satisfatórios. A amostra 1 apresentou valor maior de DQO no resíduo bruto, sem contaminação com óleo ou contato com o Solvente Orgânico. Este resultado indica que existe no resíduo algum material com poder de reduzir o Cromo. Já nas amostras 2 e 3 houve uma tendência de redução da DQO após a extração dos óleo com o solvente, indicando uma redução da carga orgânica. Os resultados do teor de óleos e graxas, houve uma melhor resposta, a amostra para as amostra 2 e 3, visto que o solvente mostrou-se capaz de realizar a extração de óleo. Há na amostra 1, o valor apresentado não reflete o teor de óleo, visto que esta amostra não tem contato com o

134 135

produto durante o processo de beneficiamento . Os resultados também estão expressos na Tabela 2.

Tabela 2 - Valores obtidos nas amostras de resíduos do beneficiamento de ágata:

Diferentes técnicas têm sido usadas em estudos anteriores, para o tratamento de resídu-os sólidos do beneficiamento visando alterar as características dos resíduos, reduzir o volume e a periculosidade, incorporar o resíduo em outra atividade industrial. O resíduo de rolagem de pedras preciosas por apresentar características inertes ao meio ambiente foi usado como material alternativo na execução de pavimentação urbana por DALLA ROSA et al. (2014), que efetuaram uma mistura do resíduo da rolagem de pedras preciosas com cal hidratada, através do processo conhecido como estabilização de solos para a construção de uma pista experimental no CT-Pedras. Verificaram que esta mistura é capaz de desenvolver elevada resistência mecânica, suficiente para suportar o tráfego urbano de veículos. PEDRO et al. (2014), utilizaram o resíduo da rolagem de ágatas e resíduos de demolição da construção civil para a produção de agregados coloridos artificialmente, através da impregnação de óxidos de ferro dentro dos poros da sílica microcristalina. CECHIN, (2011); THOME et al. (2012), realizaram um sistema adaptado de lavagem de solo (Soil Washing) com hidróxido de sódio para remoção da carga poluente existente no lodo oleoso, atingiu eficiência de remoção superior a 95% do contaminante numa temperatura de 60 ºC e a molaridade de hidróxido de sódio de 0,22 mols/L. Em um trabalho recente de BEDIN (2014), foi empregado pressão em diversas tempe-raturas para remoção do óleo no resíduo de corte. Os resultados demonstraram que a compressão melhora a extração de óleo, contudo, com a elevação da temperatura houve uma redução no valor da extração do óleo, indicando que o com o aumento da temperatura ocorre um maior aprisiona-mento de óleo. Uma alternativa de reuso do resíduo da serragem de ágata é encontrada nos trabalhos de BRUXEL (2011) e BRUXEL et al. (2012) os quais propõem a sua incorporação na massa cerâ-mica. Isso é possível dada às características em comuns apresentadas pelo lodo oleoso e pela argila, visto que ambos possuem em sua composição uma quantidade expressiva de sílica. Nos trabalhos foram desenvolvidos testes incorporando-se diferentes quantidades de lodo, sendo os corpos de prova produzidos em escala industrial, o que possibilitou a obtenção de resultados mais confiáveis, sendo o melhor resultado obtido a partir da incorporação de 5% de lodo a massa cerâmica. O uso de percentuais superiores poderia comprometer a qualidade, a resistência e a estética do tijolo, além de gerar um maior desgaste dos equipamentos, elevando o custo de produção, o que resultaria em uma produção não sustentável do ponto de vista financeiro. Para Bruxel (2011), a incorporação do resíduo na massa da cerâmica vermelha repre-senta um destino final ambientalmente correto e que contribui para a inertização de elementos potencialmente tóxicos. Observa-se também que este procedimento pode gerar retornos finan-ceiros tanto para as empresas beneficiadoras de gemas, a qual reduz o seu gasto para tratá-lo e dar o destino correto, como para a empresa produtora de cerâmica, a qual necessita comprar uma quantidade inferior de argila utilizada no processo de produção da cerâmica.

Considerações finais Através da extração de óleos e graxas foi possível determinar o teor de óleo nos diferentes resíduos. A DQO nas amostras apresenta-se adequada a quantidade de óleos e graxas presentes nos diferentes resíduos. No entanto, os resultados apresentados principalmente na amostra 1não são satisfatórios, necessitando avanços na adaptação dos procedimentos.

Agradecimentos Os autores agradecem ao CNPq pela concessão de bolsa de estudo e à Fapergs pelo apoio financeiro para o desenvolvimento do projeto de pesquisa.

Referencias Bibliográficas

ABNT. NBR 10.004: Resíduos sólidos: Classi-ficação. São Paulo, 2004.

BEDIN, M. F. M. Remoção da fração líquida (óleo e água) presente no resíduo da serragem de ágatas por prensagem. Dissertação. PPGE3M-UFRGS, Porto Alegre, 2014.

BRUXEL, F. R. A problemática dos resíduos provenientes do setor de gemas: avaliação da incorporação do lodo de gemas na massa ce-râmica. Dissertação (Mestrado em ambiente e Desenvolvimento) , Centro Universitário Uni-vates, Lajeado, 2011.

BRUXEL, F. R .et al. Estudo da adição de resí-duo (lodo) de gemas na massa cerâmica verme-lha. Cerâmica. São Paulo, vol.58, nº346, Abr./Jun. 2012.

CECHIN, I. Descontaminação de resíduo con-taminado com diesel com aplicação de soilwa-shing modificado. 2011. 84f. Monografia (Cur-so de Engenharia Ambiental), Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, 2011.

COSTENARO, A. Indústrias de Pedras Pre-ciosas: um estudo dos fatores competitivos em empresas de Soledade-RS. Dissertação. Pro-grama de Pós Graduação em Administração, UFSM, Santa Maria, 2005.

DALLA ROSA, F. ; THOMÉ, A. ; DONA-TO, M. Análise da viabilidade técnica da apli-cação do resíduo da rolagem de pedras preciosas em estruturas de pavimentos urbanos. In: Léo Afraneo Hartmann, Juliano Tonezer da Silva, Maciel Donato. (Org.). Tecnologia e inovação em gemas, joias e mineração. 01ed.Porto Ale-gre: IGEO/UFRGS, 2014, v. 01, p. 91-98.

JUCHEM, P. L. et al. Potencial gemológico da região sul do Brasil. In: Seminário sobre design e gemologia de pedras, gemas e joias do RS, So-ledade, 2009.

JUCHEM, P. L. et al. O laboratório de gemo-logia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. In: Tecnologias para o setor de gemas, joias e mineração, Porto Alegre, v. 1, n. 10, p. 133 –148, 2010.MARTINS, M. S. Diagnóstico Operacional das Empresas Beneficiadoras de Pedras de So-ledade/RS. Soledade/RS. Relatório da Discipli-na Estágio Curricular do Curso de Engenharia Mecânica da UFSM. 2009.

PEDRO, R. et al. Obtenção de agregados colo-ridos p e l o processa mento conjunto de resídu-os de sílica microcristalina e materiais ferrosos da construção civil – revisão de literatura. IX Simpósio Internacional de Qualidade Ambien-tal. Disponível em http://www.abes-rs.org.br/

136 137

qualidade2014/trabalhos/id1018.pdf. Acesso em Fevereiro de 2014.

THOMÉ, A. et al. Diagnóstico dos resíduos gerados pelo setor de pedras preciosas do mu-nicípio de Soledade/RS. In:Tecnologias para o setor de gemas, joias e mineração, Porto Alegre, v. 1, n. 7, p. 90 – 106, 2010.

THOMÉ, A.; CECCHIN, I.; FREITAS, M.da S. Descontaminação de Resíduo Con-taminado com Diesel com aplicação de Soil Washing Modificado. IN: Mostra de resulta-dos de pesquisas aplicadas ao arranjo produtivo de gemas e joias do Rio Grande do Sul. Porto Alegre: IGEO/UFRGS, 2012.

TRAMONTINA, L. ; CASAGRANDE, L. ; SCHNEIDER, I. A. H. . Caracterização e Aproveitamento da Resíduo da Serragem de Pedras Semi-Preciosas do RS. In: 2o Congres-so Internacional de Tecnologia Metalúrgica e de Materiais, 1997, São Paulo. 2o Congresso Internacional de Tecnologia Metalúrgica e de Materiais. São Paulo: Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais, 1997. v. CD ROM.

VILASBÔAS, F. S.; SCHNEIDER, I. A. H.; SILVA, J.T. Diagnóstico da gestão de resíduos sólidos oriundos do processo de beneficiamen-to de ágata. In: HARTMANN, L. A. SILVA, J.T. (Org.). II Mostra de Pesquisas, Produtos e Tecnologias aplicadas ao Arranjo Produtivo de Gemas e Joias do Rio Grande do Sul. 1ªed.Porto Alegre: IGEO/UFRGS, 2013, p. 58-61.

ZANATTA, A. L. (Org.). Plano de Desenvol-vimento com Metodologia Participativa Apl Pedras, Gemas e Joias. Passo Fundo: Graffoluz Editora e Indústria Gráfica Ltda., 2014. 120 p.

138 139

Estudos de processos e métodos paratingimento de gemas na tonalidade verde aplicada à diferentes tipologias de ágatas

Cristiane Ericksson1, Irineu Antônio Schadach de Brum2, Pedro Maraschim Zancan3,Camila Körbes Hauschild4, Diego Felipe Johann5

1 Química, Mestranda em Engenharia de Minas, Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS.2 Engenheiro de Minas, Prof. Dr. Metalurgia Extrativa Laboratório de Processamento Mineral – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS. 3 Graduando em Engenharia de Minas, Bolsista de Iniciação Científica do CNPq – UFRGS.4 Graduanda em Engenharia de Minas, Bolsista de Iniciação Científica da FAPERGS – UFRGS.5 Graduando em Engenharia de Minas, Bolsista de Iniciação Científica do CNPq – UFRGS.

Introdução: Na análise de métodos e processos de tingimento pesquisados na região de Soledade/RS, identificaram-se alguns procedimentos em relação ao tingimento empregado nas gemas. Neste sentido, verificam-se quatro tipos de tonalidades para as gemas a partir de reagentes inorgânicos, as quais se caracterizam pelas cores verde, vermelha, azul e preta. Sendo que outras tonalidades como, por exemplo, rosa, roxo e verde claro são conferidas aos corantes orgânicos. As gemas podem ser tingidas nestas diversas cores, conforme a demanda e necessidade local, evidenciando a relevância de estudos no que diz respeito ao mecanismo em que se processam todas as etapas envolvidas nos procedimentos e métodos de tingimento em gemas. Assim sendo, inicialmente busca-se, a padronização dos processos e métodos de tin-gimento em verde de gemas, 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. Superada a etapa de quantificação, busca-se a identificação de quantidades mínimas necessárias, para a efetivação do processo de tingimento em verde vinculado à minimização de reagente e insumos usados envolvidos no beneficiamento de minerais. E, ainda, levando em consideração a composição natural que cada mineral possui, comprovar a influencia diretamente ou indireta da solução tingidora em verde na eficiência do tingimento aplicado às diferentes tipologias de gemas. Para tanto, a amostragem fora classifi-cada conforme tipologias atribuídas às suas características predominantes, buscando-se análises espectrofotométricas antes do tingimento, após o tingimento e após o polimento de cada peça de amostragem. Contudo, após a análise de dados e interpretação destes, preconiza-se a atribuição da qualidade do tingimento em solução verde com as características naturais predominantes em cada gema amostrada.

Metodologia: Etapa 1 Preparam-se previamente, as amostras de ágatas para a imersão na solução tingidora. Para tanto, as mesmas são submetidas a uma classificação prévia, dentro da linguagem coloquial, oriunda da região de concentração da pesquisa, neste caso, o município de Soledade/RS.

As amostras de gemas são 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. Neste contexto, usaram-se 20 amostras na totalidade, sendo 05 da categoria “vidrada”, demarcadas como amostras 21, 22, 23, 24 e 25; 05 da categoria “com sal”, demarcadas como amostras 61, 62, 63, 64 e 65; 05 da categoria “bandada”, demarcadas como amostras 96, 97, 98, 99 e 100; 05 da categoria “massa boa”, demarcadas como amostras 136, 137, 138, 139 e 140. Nas imagens a seguir, pode-se visualizar as amostras usadas no processo de tin-gimento, contemplando as características principais supracitadas, para o critério de amostragem.

Figura 01. Amostras de lâminas de ágata, da categoria “vidrada”, as quais foram submetidas ao processo de beneficiamento, comtemplando o tingimento em solução verde.

Figura 02. Amostras de lâminas de ágata, da categoria “com sal”, as quais foram submetidas ao processo de beneficiamento, comtemplando o tingimento em solução verde.

Figura 03. Amostras de lâminas de ágata, da categoria “bandada”, as quais foram submetidas ao processo de beneficiamento, comtemplando o tingimento em solução verde.

140 141

Figura 04. Amostras de lâminas de ágata, da categoria “massa boa”, as quais foram submetidas ao processo de beneficiamento, comtemplando o tingimento em solução verde.

Posterior ao processo de classificação, segue-se para a lavagem das mesmas, onde são imersas em solução aquosa de detergente e devidamente higienizadas, visando a remoção do óleo residual da serra policorte, usada para beneficiar o geodo mineral em lâminas, comumente conhe-cidas como chapas de ágatas. Em capela de exaustão, prepara-se solução tingidora para a tonalidade em verde, a partir do ácido crômico (H2CrO4(s)), 10,6 M, e cloreto de amônio (NH4Cl(aq)), 7,5 M. Posterior-mente, dispõem-se as amostras de gemas em béquer, de modo que todas possam ficar totalmente submersas na solução tingidora. Após acondicionar adequadamente o sistema, reserva-se, deixando-o em repouso por imersão por um período de 168 horas, sob CNTP. Transcorridos o período supramencionado, com auxílio de uma pinça tenaz, retiram-se as amostras de gemas do interior da solução tingidora, removendo-as para outro recipiente. Transfere-se a solução tingidora para vidro âmbar, previamente identificado e rotulado. Fecha-se e armazena-se adequadamente, ao abrigo da luz e calor, para reuso no processo de tingimento.Lavam-se as amostras de gemas em quantidade mínima e suficiente de água. Após, separar o sis-tema, armazena-se o efluente gerado no processo, visando o reciclo do mesmo. Seca-se as amostras de ágatas com uso de papel toalha.

Etapa 2 Dispõem-se as gemas em camadas intercaladas de areia, em uma forma metálica. Colo-cando-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.

Etapa 3 As amostras de ágatas são submetidas ao processo de polimento, com equipamento apropriado para tal finalidade. Lavam-se as amostras de gemas em quantidade mínima e suficiente de água. Após, separar o sistema, armazena-se o efluente gerado no processo, visando o reciclo do mesmo. Seca-se as amostras de ágatas com uso de papel toalha. Nas imagens a seguir, pode-se visualizar as amostras obtidas no processo, após transcorridas todas as etapas descritas.

Figura 05. Amostras de lâminas de ágata, da categoria “vidrada”, posterior ao processo de beneficiamento, comtemplando o tingimento em solução verde.

Figura 06. Amostras de lâminas de ágata, da categoria “com sal”, posterior ao processo de beneficiamento, comtemplando o tingimento em solução verde.

Figura 07. Amostras de lâminas de ágata, da categoria “bandada”, posterior ao processo de beneficiamento, comtemplando o tingimento em solução verde.

Figura 08. Amostras de lâminas de ágata, da categoria “massa boa”, posterior ao processo de beneficiamento, comtemplando o tingimento em solução verde.

142 143

Etapa 4 As amostras de ágatas são submetidas à analises por espectrofotometria 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 ultra–violeta. Usa-se como iluminante o D65, que representa a repartição espectral da luz do dia. A captação da reflectância simula um observador a 10°. Executa-se a calibração do aparelho no início do trabalho, tendo dois pontos de referência, o zero e o branco–padrão. Foram arbitrados cinco pon-tos por face, neste caso, dez por peça. Para a demarcação dos pontos, segue-se padroni-zação 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.

Resultados e discussão: Tendo-se por base a medida e comparação da quantidade de luz (radiação eletromagnética) absorvida e/ou transmitida pelas amostras trabalhadas durante a pes-quisa, obtém-se os gráficos de espectros, nas Figuras 10 e 11 a seguir, com informações acerca da reflectância pelo comprimento de onda da fonte de luz. Ainda, para que os resultados obtidos pelas medidas realizadas no espectrofotômetro sejam precisos, se faz necessário sempre fazer a calibração do instrumento utilizando-se padrões conhecidos. Sendo que a faixa de comprimentos de onda da radiação eletromagnética mais utilizada está, aproximadamente, entre 350 nm e 750 nm, ou seja, no espectro de luz visível, con-forme ilustra a Figura 09, abaixo.

Figura 09. Ilustração do espectro visível pelo olho humano (luz), com identificação dos diferentes com-primentos de onda.

Conforme pode-se verificar, pela interpretação das figuras 10, 11 e 12, corres-pondentes à amostragem de gemas antes e depois do tingimento em solução tingidora verde e, após o polimento; o comprimento de onda relacionado à cor do espectro visível se estabelece entre 400 nm e 700 nm, em função da intensidade da luz. Tal leitura cor-responde ao comprimento de onda do verde, tabelado entre 500 nm e 565 nm, conforme fonte da Figura 09.

Figura 10. Espectrofotometria em amostras de ágatas antes do tingimento.

Figura 11 Espectrofotometria em amostras de ágatas entre o tingimento e o polimento.

Figura 12. Espectrofotometria em amostras de ágatas após o polimento.

A partir do espectro de reflectân-cia das amostras analisadas, pode–se obter os parâmetros colorimétricos L*, a* e b* determinados pela CIE (Comission Inter-national de l’Eclairage). Segundo Silva et al. (2007), esses parâmetros representam os eixos de um diagrama tridimensional, Figu-ra 13, onde os valores de a* indicam cores vermelhas (valores positivos) e verdes (valo-res negativos); os valores de b* demonstram cores amarelas (valores positivos) e azuis (valores negativos); e L* é uma medida da escala de cinza em uma faixa de medida que varia de 0 (preto) a 100 (branco). A cor é definida pela combinação destas três esca-las.

Figura 13. Ilustração do CIE/Lab (L*; a*; b*), para a padronização das cores, à esquerda. Representação do sólido colorido para o espaço colorimétrico L*a*b* (Minolta, 1994 apud Silva et al, 2007), à direita.

Na Figura 13, tem-se os eixos a*, b* e L*, obtidos com o uso do espectrofotômetro, o qual faz a função de um olho humano, porém, com a vantagem de “enxergar” exatamente a cor. No

144 145

instrumento eletrônico, a cor não é uma sensação, como para os olhos humanos e sim, uma leitura exata do comprimento de onda emitido pela luz refletida da amostra de ágata. A Figura 14, representa a análise da intensidade do tingimento em verde focando-se, prin-cipalmente, nas escalas a* (vermelho e verde) e b* (amarelo e azul), visto que a escala L* (Figura 15) pondera-se o quão clara ou escura encontram-se as amostras analisadas. Inicialmente, identificou-se como notória a mudança significativa de cor após o tingimento (indo do azul e vermelho esmaecidos aos verde e amarelo mais intensos), assim como a intensificação desta mudança após o polimento. Avaliando-se a escala a*, cuja variação foi mais representativa, percebendo-se os melhores resultados nas amostras de ágata “vidrada” e resultados pouco expressivos nas amostras de ágata “com sal” (Figura 16). A variação do nível de luminescência (escala L*) foi praticamente constante nas quatro categorias (a exceção das amostras de ágata “com sal”), reduzindo após o tingimento e após o polimento (Figura 17), conferindo com a intensificação da cor percebida pelos tingimento e polimento das amostras.

Figura 14. Ilustração do gráfico representando o índice de Cor Refletida (índices a* e b*) e a evolução e espectrográficas destas escalas.

Figura 15. Ilustração do gráfico representando o índice de Luminescência (L*) e a evolução e espectrográficas desta escala.

Figura 16. Índice do cor para as amostras de ágatas das tipologias “vidrada”, “com sal”, “bandada” e “massa boa”, analisadas nas etapas de pré tingimento, pós tingimento e pós polimento de cada amostra. Evolução das análises espectro-gráficas por tipo de amostra na escala a*.

Figura 17. Intensidade da luz refletida (L*) para as amostras de ágatas das tipologias

“vidrada”, “com sal”, “bandada” e “massa boa”, analisadas nas etapas de pré tingimento, pós tingimento e pós polimento de cada amostra.

Conclusões: Tendo em vista a padronização, a partir de procedimentos operacionais, para o preparo da solu-ção tingidora verde, obteve-se resultado satisfatório no quesito tingimento, considerando que todo o pro-cesso fora realizado sem o uso de aquecimento, bem como a implantação de sistema de reciclo da solução e efluente. 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 maior eficiência no processo de tingimento verde para as amostras de ágata classificadas na tipologia “vidrada” em comparação às demais. Ainda assim, fora observada a pouca eficiência do processo de tingimento em verde nas amostras de ágatas classificadas na tipologia “com sal”. Tais constatações, podem ser atribuídas às características naturais predominantes em cada peça da amostragem. Fora observada, visualmente, melhora na intensidade de cor após o processo de polimento em todas as amostras, para tanto consideram-se o fator de luminescência conferida à cor observada, conforme ilustrado nas Figuras de 14 a 17.

Agradecimentos: Os autores agradecem ao CNPq pelo apoio.

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

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

TUBINO, Luiz Carlos B. Tratamento indus-trial da ágata em bruto no Estado do Rio gran-

de do Sul. Dissertação para obtenção do título de Mestre em Engenharia UFRGS, Porto Ale-gre, 1998.

SILVA, Rodrigo de Almeida ; PETTER, Car-los Otávio ; SCHNEIDER, Ivo André . Ava-liação da perda da coloração artificial de ágatas. Revista da Escola de Minas, v. 60, p. 477-482, 2007. <http://dx.doi.org/10.1590/S0370-44672007000300007>

146 147

Aprendizagem por meio dos relacionamentos interorganizacionais no APL Soledade

Anelise Rebelato MozzatoUniversidade de Passo Fundo - UPF anerebe@upf.br

Claudia C. BitencourtUniversidade do Vale do Rio dos Sinos - Unisinosclaudiacb@unisinos.br

Introdução Nos arranjos produtivos Locais (APLs) coexistem diferentes formas de relações inte-rorganizacionais, tanto de cooperação como de competição. Os APLs podem ser definidos como aglomerações territoriais que envolvem agentes econômicos, políticos e sociais que apresentam vínculos entre si, mesmo sendo intensos ou fracos, nas suas variadas formas de representação e associação (LASTRES; CASSIOLATO, 2006). Em diferentes relações inteorganizacionais, a aprendizagem interorganizacional (AIO) ocorre, em maior ou menor proporção. A AIO é uma forma de aprendizagem que ocorre por meio das relações de cooperação entre diferentes agentes, como refere Child (2001), melhorando e au-mentando as bases de conhecimentos de cada envolvido, acrescentando potencial para criação de vantagem competitiva aos mesmos. Este capítulo tem como objetivo demonstrar o processo da AIO no APL Soledade por meio do entendimento dos relacionamentos horizontais estabelecidos entre os diferentes agentes nas atividades cotidianas, gerando episódios de aprendizagem nos diferentes espaços sociais de aprendizagem (estruturados e não estruturados).

Metodologia Dado o escopo delineado, a AIO é analisada por meio da proposição de um framework (esquema conceitual analítico) desenvolvidos em tese de doutoramento em Administração da pri-meira autora, sob orientação da segunda autora. O presente estudo de caso qualitativo envolve etapas distintas na sua execução, nas quais os dados foram coletados por meio de técnicas diversificadas, abrangendo oitenta e um partici-pantes: entrevistas, observação não participante e grupo focal, além de dados secundários (sites especializados no ramo gemológico, sites específicos de indústrias do ramo, etc.). Tal diversificação na coleta de dados foi utilizada nas análises como mais uma fonte para a triangulação dos dados. Os dados foram analisados por meio de análise de conteúdo (BARDIN, 2006, MOZZATO; GRZYBOVSKI, 2011) e todo o processo teve como apoio o programa de análise em pesquisas qualitativa, o NVivo 9, facilitando a análise de múltiplas fontes de evidências.

Resultados e discussões Tendo como foco demonstrar o processo da AIO no APL Soledade, parte-se da aplica-ção do framework (Figura 1) para facilitar a exposição e a compreensão do mesmo. Tal framework é aplicado de acordo com a realidade deste APL em estudo, destacando os diferentes agentes e relações interorganizacionais nesta configuração específica. Inserido neste contexto ocorre a expli-

citação dos seis elementos constitutivos do processo da AIO, salientando-se que esses se encontram em processo dinâmico de interligação, incidindo de maneira diferenciada nas diversas relações es-tabelecidas num APL. Tais elementos são: colaboração, confiança, interações sociais, proximidade social, interdependência e suscetibilidade ao aprendizado.

Figura 1 - Fluxo das relações entre os diferentes agentes envolvidos no APL de Soledade – RS

Observando a Figura 1, com a análise empírica observa-se que o APL Soledade confi-gura-se num ambiente de relacionamentos múltiplos, havendo inter-relação entre a maioria dos agentes, tanto por meio de vínculos intensos como por vínculos mais fracos, podendo ser conside-rado como um caso de relacionamento interorganizacional horizontal em que prevalece a coopera-ção (AMATO NETO, 2000; CASSIOLATO; LASTRES, 2003; KENIS; OERLEMANS, 2008), mesmo coexistindo a competição ( JORDE; TEECE, 1989); está trabalhando com uma estratégia de sobrevivência (SHIMA, 2006) e expansão global de acordo com a economia dos novos tempos, beneficiando os envolvidos. O processo da AIO ocorre no APL Soledade, mesmo que se admita que possam haver mais episódios de aprendizagem em diferentes espaços sociais. Torna-se evidente que, como qual-quer outro APL, além das relações e características próprias do contexto interno (cultural, histórico e político), também se encontra intimamente ligado ao contexto externo, sofrendo suas influên-cias. O framework compreende os diversos espaços sociais (formais = estruturados e informais = não estruturados) oriundos das diferentes relações estabelecidas no fluxo das relações entre os diferentes agentes envolvidos no dia a dia. Tais espaços observados no APL Soledade são expostos no Quadro 1. Como referem Janowicz-Panjaitan e Noorderhaven (2008), os espaços sociais estru-turados e não estruturados repercutem de maneira diferenciada no processo da AIO mas, ambos importantes e complementares. No APL Soledade fica evidente essa complementaridade, além de que os espaços sociais não estruturados são, na maioria das vezes, decorrentes dos estruturados.

148 149

Quadro 1 – Espaços sociais estruturados e não estruturados de aprendizagem no APL Soledade

Torna-se notório que tais espaços sociais instigam os relacionamentos interorganiza-cionais, os quais, por sua vez, levam à ocorrência dos “episódios de aprendizagem” no fluxo das atividades cotidianas que se dão em espaços formais e informais. Destacando a importância de tais episódios de aprendizagem no contexto do APL Soledade, alguns são referidos: a) assimilação de novas técnicas em cursos desenvolvidos no CTPedras, junto ao Senai e a UPF. Exemplo: aprendi-zagem em design em joias, corte de pedras, lapidação, gestão, etc.; b) apropriação de conhecimen-tos na área de gestão oriundos da assessoria prestada pelo Sebrae; c) identificação e/ou absorção de informações diversificadas originárias das trocas ocorridas nas várias reuniões que ocorrem no setor, promovidas por instituições como o Sindipedras, o Sebrae, a AproSol, a APPSol, o CTPe-dras e a Prefeitura; d) informações oriundas de fóruns, seminários, workshops, rodadas de negócios e rodadas de discussões, principalmente, durante a Exposol; e) resultados aplicados das pesquisas científicas realizadas pelas universidades, sobretudo, da parceria entre UPF e UFRGS (no entanto, não se negam os resultados de pesquisas aplicadas desenvolvidas pela Univates e, recentemente, pela UFSM). A título de exemplificação, citam-se: o trabalho com o software capaz de identifi-car para uma gema corada, se é melhor lapidar uma única peça ou múltiplas peças com modelos idênticos ou distintos (3D-Gemas); f ) o desenvolvimento de um GeoPortal para divulgação das empresas do APL (portal gemas); g) a integração das indústrias extratoras de pedras preciosas no contexto dos atuais procedimentos legais, realizando uma homogeneização de processos que visam atender aos objetivos de caráter ambiental (Metodologia para o licenciamento ambiental das indústrias de pedras preciosas do RS); h) a utilização de rejeitos da indústria de beneficiamento de pedras preciosas para aplicação na indústria cerâmica, construção civil; i) identificação de ten-dências em visitas (programadas ou não) a outras indústrias do setor; j) identificação de tendências em visitas em missões técnicas e visita a stands por meio da participação em feiras nacionais e internacionais. Os diferentes agentes salientam que são justamente nas feiras internacionais que as tendências são apresentadas, culminando em vários aprendizados; l) trocas de informações com concorrentes e clientes, além da efetivação de contatos e ampliação do network na participação nas feiras nacionais e internacionais; m) informações diversas repassadas pelas diferentes entidades de classe, sobretudo Sindipedras e APPSol. Informações pontuais em relação à política cambial e às

atividades de exportação, às tendências, às feiras, etc. Tais subsídios levam os empresários a busca-rem novos caminhos para produzir e comercializar os seus produtos, gerando distintos episódios de aprendizagem; n) aprendizagens ocorridas por meio do repasse de informações ou mesmo no decorrer das negociações junto aos agentes de vendas; o) captação de informações e técnicas diver-sificadas na prática de trabalho do dia a dia, principalmente, por meio de visitas aos concorrentes para a realização de atividades em conjunto ou na complementaridade de tarefas. No momento em que os empresários negociam ou buscam sua mercadoria nos concorrentes, identificam “novidades”; p) assimilação de informações no contato com fornecedores. Em razão do conhecimento dos for-necedores, esses indicam, em certas ocasiões, a melhor forma que a pedra pode ser trabalhada, au-mentando o valor agregado ao produto; q) absorção do conhecimento oriundo do convívio familiar, amizades e/ou em razão do longo tempo de atuação no setor; r) informações obtidas através da rede de internet. Como exemplo pode-se citar as buscas no IBGM; s) informações obtidas por meio de conversas informais antes e após reuniões em diferentes espaços sociais, além das que ocorrem em encontros casuais em espaços aleatórios (p. ex: restaurantes, festas, bancos). Os espaços sociais só vão comportar e/ou instigar a ocorrência da AIO ao serem facili-tados pela presença dos seis elementos constitutivos que estão representados na elipse presente no fundo na Figura 1. Assim, os episódios de aprendizagem que ocorrem em diferentes espaços sociais facilitam a AIO, a qual se dá por meio do estabelecimento da confiança e da cooperação entre os diferentes agentes envolvidos em relações interorganizacionais, mediados pelos outros elementos constitutivos do processo da AIO. Cada um dos seis elementos constitutivos são melhor explicita-dos na sequência. As relações de cooperação ficam evidenciadas no APL em estudo, trazendo vantagem competitiva para o mesmo, o que já foi comprovado por outra pesquisa realizada no local por Mo-zzato, Storti e Ranzi (2013). A cooperação é entendida como estímulo para o comprometimento entre os diferentes agentes que compõem um APL, adotando a ideia de ganhos mútuos, ainda que em proporção diferenciada e mesmo coexistindo a competição. Muitas vezes as empresas e/ou empreendimentos são levados a cooperar porque não lhes restam alternativas para sobrevivência no mercado. Para exemplificar citam-se as subcontratadas, as exportações em conjunto por parte das menores, a venda e troca de produtos ou matéria prima, as negociações com os garimpos ou cooperativas. É justamente nesse sentido que autores como Ebers e Jarillo (1998), Powell (1998), Cassiolato e lastres (2003), Zaheer et al. (2010) destacam a importância das estratégias cooperativas para melhorar o desempenho das organizações. Paralelamente à cooperação foi sendo desenvolvida a confiança ao longo desses anos de história com as pedras em Soledade, a qual foi sendo criada e cultivada gradualmente, em razão, no início, do trabalho restrito às pessoas da família, aos vizinhos e amigos mais próximos. Com o passar do tempo, os laços sociais foram se ampliando, mas ainda eram calcados na mesma base de relacionamentos, o que não é muito diferente até hoje, apesar da inserção de várias empresas e empreendimentos. A questão da amizade confirmada por Larsson et al. (1998), Lubatkin, Florin e Lane (2001) e Bergh, Thorgren e Wincent (2011) e do tempo de relacionamento por Larsson et al. (1998) e Lui (2009), asseguram a respeito de que cada organização fica mais disposta a aumentar o seu compromisso com a parceira. A confiança constitui-se como mecanismo básico de controle, atribuindo maior impor-tância a ela do que aos contratos formais, seguindo os preceitos Woolthuis, Hillebrand e Noote-boom (2005) e Bachmann e Zaheer (2008), entre outros. Mais alguns exemplos manifestos de cooperação e confiança no APL Soledade: projetos do CTPedras envolvendo universidades e parcerias diversas, como com o Senai; projetos do CTPe-dras direcionados para as empresas e para a sociedade; parcerias estabelecidas entre o CTPedras, prefeitura, UPF, APPSol e Sindipedras; projetos da APPSol em parceria com a prefeitura; projetos da AproSol em parceria com outras entidades de classe - Exposol; exportações conjuntas; trocas

150 151

e empréstimos de matéria prima entre indústrias; terceirizações, complementando a produção; parceria do Sebrae e prefeitura para a promoção de melhor gestão administrativa das indústrias; trabalhos em parceria com o gestor do APL. As interaçõessociaisconsistem nas relações sociais estabelecidas entre os diferentes agentes num APL, revelando a capacidade de interligação (intercâmbio) mantidas nas relações interorganizacionais. A interação constitui-se num aspecto essencial do processo da aprendizagem em aglomerações produtivas, indicando que o estudo desses processos exige a concentração na dinâmica e no emergente, além do formal e do informal (KNIGHT, 2002). No APL Soledade ocorre um intenso e significativo relacionamento entre as empresas e empreendimentos dos mais variados portes, além da interação entre diferentes agentes econômi-cos, políticos e sociais, por meio da intermediação de associações de classe, sindicatos, consultorias, universidades e órgãos representativos do governo. Tais intermediações das diferentes represen-tações do APL Soledade vão desde o trabalho inicial (extração de matéria prima) até o final do processo, da comercialização. Dessa forma, é por meio das múltiplas interações entre os diversos agentes que se constitui, como afirma Nooteboom (2008), num importante pressuposto para a ocorrência da AIO. Evidências demonstram as interações sociais no APL Soledade: comunicação fluente; abertura ao diálogo por parte da maior parte dos agentes envolvidos no APL; compartilhamento de informações do cotidiano; poder simétrico, não se negando assimetrias; e, a formação do capital relacional ao longo dos anos. Constatado que o APL Soledade se constitui num ambiente de relacionamentos múl-tiplos, por meio da interação cotidiana entre os agentes além das fronteiras organizacionais, em diferentes espaços sociais é que se promove o ambiente de aprendizado coletivo, a AIO. Em tais espaços sociais já identificados e analisados na visão processual do APL Soledade, como já se espe-rava, existem interações formais e informais. Contudo, neste ambiente, infere-se que as interações informais são mais representativas, podendo ser explicadas pelos laços de amizade, parentesco e história própria do APL, facilitando a passagem do conhecimento tácito, o que exige a profícua interação, como afirmam Kale; Singh e Perlmutter (2000) e Janowicz-panjaitan e Noorderhaven (2008). Knight e Pye (2005), ao estudarem a AIO em relações interorganizacionais, entendem o papel das interações sociais como fundamentais. Em consonância, Nooteboon (2008) afirma que a interação entre os diferentes agentes numa configuração interorganizacional constitui-se em importante elemento facilitador para a aprendizagem e inovação. Evidências empíricas ratificam a ocorrência da proximidadesocialno APL Soledade em razão da identificação e formação de laços sociais (fortes e fracos) e da identidade entre os agentes, reforçando a conectividade. A proximidade social é aumentada na medida em que existe identidade entre os diferentes agentes, facilitando o estabelecimento de laços sociais mais fortes. Tanto a formação de laços fortes como fracos são importantes no processo da AIO (NOOTE-BOON, 2008). Observa-se uma aguçada identidade entre os diferentes agentes no APL, manifes-tando valores comuns, percepções compartilhadas e fatores contextuais similares, o que pressupõe uma compatibilidade cultural, denotando a identidade territorial e os valores socioculturais que são trabalhados por Aun, Carvalho e Kroeff (2005). Quase todos os empresários do APL têm uma história de pedras na família, iniciando lá nos primórdios, até mesmo com os garimpos, havendo um contexto favorável de identificação que aumenta o acesso a novos conhecimentos. Tais fatores contextuais e culturais interferem na AIO, como asseguram Knight e Pye (2005) e Inkpen e Tsang (2007). Pode-se afirmar que existe a ocorrência da interdependênciaentre os agentes do APL Soledade, a qual se dá por meio dos objetivos compartilhados, recursos comuns e complementa-ridade de tarefas. A incidência de compromissos recíprocos entre os parceiros é percebida, o que é

defendido por Lubtkin, Florin e Lane (2001) como importantes para a AIO. Mesmo não negando a possível existência de divergências entre os diferentes agentes do APL, os interesses são convergentes. Entende-se que o processo da AIO está sendo facilitado pela interdependência de recursos. Também fica manifesta a ocorrência da complementaridade de tarefas, havendo receptividade entre os agentes para a realização de algumas tarefas conjuntas, so-bretudo, exportações. Muthusamy e White (2005) afirmam que a complementaridade demonstra o compromisso recíproco, auxiliando na AIO, o que é manifesto no APL Soledade. Cabe ainda salientar o papel das diferentes representações do APL na complementaridade de tarefas. Por fim, a suscetibilidadeparaoaprendizadoé revelada no APL, ocorrendo a receptivi-dade para o aprendizado e a capacidade absortiva. A receptividade para o aprendizado tem aumen-tado gradativamente, mas, mais em razão do reconhecimento da necessidade de aprender (GO-OLD; CAMPBELL; ALEXANDER, 1994 apud INKPEN; TSANG, 2007) dadas as condições impostas pelo mercado, tanto em relação à dinâmica das vendas, como as exigências relacionadas à legalização e ao meio ambiente. A maioria dos agentes entende que tais questões os aproximam, possibilitando maior receptividade ao novo. O reconhecimento da necessidade de aprender é imperativo para a receptividade ao aprendizado, culminando na suscetibilidade para o aprendizado (INKPEN; TSANG, 2007), o que fica manifesto no APL estudado. As evidências empíricas apontam que a capacidade absortiva tam-bém é realidade, dadas as constantes mudanças e reestruturação no setor, dada a receptividade ao novo, a exemplo da formalização de muitos empreendimentos e o aumento do segmento joalheiro, havendo a assimilação gradual ao novo. As evidências empíricas confirmaram que as relações interorganizacionais horizontais estabelecidas entre os diferentes agentes do APL Soledade tem trazido resultados satisfatórios aos envolvidos e ao espaço socioterritorial, possibilitando a AIO, inclusive, comprovando a afirmação de Child (2001) de que a aprendizagem culmina em resultado natural dos arranjos colaborativos.Algumas implicações práticas desvendadas neste estudo de caso são elencadas pontualmente, dada a identificação de ações que potencialmente poderiam intensificar o processo da AIO e gerar mais dinamismo e desenvolvimento da atividade econômica no APL Soledade: 1) Ações que visem for-talecer as relações entre os diferentes agentes, aumentando a incidência de laços fortes, devem ser constantes; 2) O fortalecimento de parcerias diversas, envolvendo os diferentes agentes do APL; 3) A busca contínua do apoio dos Governos Federal e Estadual, principalmente por meio do Governo Municipal, consolidando o APL, o que, por consequência, aumenta as condições para a ocorrência da AIO; 4) A busca contínua de promoção do setor por parte de associações; 5) Os diferentes agentes envolvidos podem e devem criar mais espaços sociais estruturados e, por consequência, não estruturados, formando uma base para a troca de informações e saberes, o que contribui para o for-talecimento do trabalho colaborativo entre os envolvidos, impulsionando inovações e novos saberes e conhecimentos que vão sendo incorporados e trabalhados, trazendo maior vantagem competitiva para o setor e, consequentemente, para o desenvolvimento do APL, culminando em maior “efici-ência coletiva”. No APL Soledade são identificados resultados de múltiplas ações convergentes e com-plementares entre os diferentes agentes, inferindo-se a ocorrência de desenvolvimento local. Os dados coletados evidenciam que no APL Soledade há mobilizações de energias sociais que impe-lem mudanças capazes de aumentar as oportunidades sociais e econômicas na cidade e tambémna região, mesmo em menor medida, o que está de acordo com o que é pontuado por Buarque (2003) como desenvolvimento local. Em sentido semelhante, com base nos preceitos teóricos propostos por Nooteboon (2008), compreende-se que estão sendo mobilizadas e exploradas as capacidades e potencialidades inerentes ao APL Soledade, possibilitando a elevação das oportunidades sociais, culminando com o que já era salientado por Castells (1999), em razão do efeito positivo na socie-dade e, por consequência, desenvolvimento socioterritorial.

152 153

Conclusões Chega-se à conclusão de que há a ocorrência e a intensa inter-relação entre os diferentes elementos constitutivos da AIO no APL Soledade, por mais que se identifiquem incidências di-ferenciadas entre eles, o que não impede o processo da AIO. Por meio das relações interorganiza-cionais, oriundas das atividades cotidianas entre diferentes agentes, são constituídos espaços sociais estruturados e não estruturados, os quais facilitam a ocorrência da aprendizagem, por meio dos episódios de aprendizagem, culminando no processo da AIO. Portanto, tais episódios de apren-dizagem emergem no todo relacional do dia a dia. A AIO é vista no LPA Soledade “como um processo dinâmico que ocorre nas relações interorganizacionais cooperativas, encontrada nas inte-rações estabelecidas nos diferentes espaços sociais estruturados e não estruturados” (MOZZATO; BITTENCOURT, 2014, p.293). Com esta rápida exposição de alguns resultados da pesquisa realizada no APL Soledade espera-se estar contribuindo para com o avanço do entendimento das relações interorganizacio-nais no mesmo. É nessa perspectiva que se espera que os resultados desta pesquisa contribuam com a melhor compreensão, e, consequentemente, desenvolvimento da AIO, trazendo vantagens com-petitivas para o APL, sobretudo, para as micro e pequenas empresas, visando o desenvolvimento socioterritorial numa perspectiva de sustentabilidade e responsabilidade com o ser humano. Nessas perspectivas é que trabalhos de pesquisa continuam sendo desenvolvidos neste APL.

Referências:AMATO NETO, J. A. Redes de cooperação produtiva e clusters regionais: oportunidades para as pequenas e médias empresas. São Paulo, Atlas, 2000.

AUN, M. P.; CARVALHO, A. M.; KROEFF, R. L. Arran-jos produtivos locais e sustentabilidade: políticas públicas promotoras de desenvolvimento regional e da inclusão social. Alcance UNIVALI, v.12, n.3, p. 317-333, 2005.

BACHMANN, R.; ZAHEER, A. Trust in inter-organi-zational relations. In: CROPPER, S; EBERS, M.; HU-XHAM, C. The Oxford Handbook of Inter-Organizational Relations. Oxford: University Press, 2008.

BARDIN, L. Análise de conteúdo. Lisboa: Edições 70, 2006.

BERGH, P.; THORGREN, S.; WINCENT, J. Entrepre-neurs learning together: The importance of building trust for learning and exploiting business opportunities. International Entrepreneurs Management, n.7, p. 17-37, 2011.

CASSIOLATO, J. E.; LASTRES, H.M.M. O foco em arranjos produtivos e inovativos locais de micro e pequenas empresas. In: LASTRES, H.M.M.; CASSIOLATO, J. E.; MACIEL,L. (Orgs.). Pequena empresa: cooperação e desen-volvimento local. SP: Relume Dumará, 2003.

CHILD, J. (2003). Learning through strategic alliances. In M. Dierkes, A. B. Antal, J. Child, & I. Nonaka (Eds.), Hand-book of organizational learning and knowledge. United Sta-tes: Oxford University Press. Oxford University Press, New York, NY, p. 657-679, 2001.

EBERS, M.; JARILLO, C. The construction, forms, and consequences of industry networks. International Studies of Management & Organization, n.27, p. 3-21, 1998.

INKPEN, A. C; TSANG, E. W. K. 2007. Learning and Strategic Alliances. The Academy of Management Annals, n.1, v.1, p.479- 511, 2007.

JANOWICZ-PANJAITAN, M.; NOORDERHAVEN, N. G. Formal and informal interorganizational learning wi-thin strategic alliances. Research Policy, v. 37, p.1337–1355, 2008.

JORDE, T. M.; TEECE, D. J. Competition and coopera-tion: striking the right balance. Business & Public Policy, spring, 1989.

KALE, P., SINGH, H., PERLMUTTER, H., Learning and protection of proprietary assets in strategic alliances: buil-ding relational capital. Strategic Management Journal, v. 21, n.3, p.217–237, 2000.

KENIS, P.; OERLEMANS, L. The social network perspec-tive: understanding the structure of cooperation. In: CRO-PPER, S; EBERS, M.; HUXHAM, C. The Oxford Hand-book of inter-organizational relations. Oxford, University Press, 289-312, 2008.

KNIGHT, L. Network learning: exploring learning by inte-rorganizational networks. Human Relations, v. 55, p.427–454, 2002.

KNIGHT, L.; PYE, A. Network learning: an empirically de-rived model of learning by groups of organizations. Human Relations, n.58, v.3, p.369-392, 2005.

LARSSON, R.; BENGTSSON, L.; HENRIKSSON, K.; SPARKS, J. The Interorganizational Learning Dilemma: Collective Knowledge Development in Strategic Alliances. Organization Science , n.9, v.3, p.285-305, 1998.

LASTRES, H. M. M.; CASSIOLATO, J. E (Orgs.). Rede de pesquisa em sistemas produtivos e inovações locais, glossário de arranjos e sistemas produtivos e inovações locais. Rio de Janeiro, IE/UFRJ, Sebrae, 2006. Disponível em: www.ie.ufrj.br/redesist. Acesso em jul. 2010.

LUBATKIN, M.; FLORIN, J.; LANE, P. Learning together and apart: a model of reciprocal interfirm learning. Human Relations, n.54, v.10, p.1353-1382, 2001.

LUI, S. S. The roles of competence trust, formal contract, and time horizon in interorganizacional learning. Organization Studies, n.30, p. 333-353, 2009.

MOZZATO, A. R.; BITENCOURT, C. C. Understanding Interorganizational Learning Based on Social Spaces and Learning Episodes. BAR - Brazilian Administration Review, v.11, n.3, 2014.

MOZZATO, A. R.; GRZYBOVSKI, D. Análise de Con-teúdo como Técnica de Análise de Dados Qualitativos no Campo da Administração: Potencial e Desafios. RAC. Re-vista de Administração Contemporânea (Impresso), v. 15, p. 731-747, 2011.

MOZZATO, A. R.; STORTI, A. T.; RANZI, C. Relaciona-mentos interorganizacionais de cooperação: vantagem com-petitiva para o arranjo produtivo de gemas e pedras preciosas da cidade de Soledade/RS. Revista Perspectiva, v. 1, p. 105-118, 2013.

MUTHUSAMY S. K.; WHITE, M. A. Learning and kno-wledge transfer in strategic alliances: a social exchange view. Organization Studies, n.26, v.3, p.415-441, 2005.

NOOTEBOOM, B. Learning and innovation in inter-or-ganizational relationships. In: CROPPER, S; EBERS, M.; HUXHAM, C. The Oxford Handbook of inter-organizatio-nal relations. Oxford: University Press, 2008.

POWELL, W. Learning from collaboration: knowledge and networks in the biotechnology and pharmaceutical industries. California Management Review, n.40, p.228-240, 1998.

SHIMA, W. T. Economia de redes e inovação. In: Pelaez, V.; Szmrecsányi, T. (Orgs.) Economia da Inovação Tecnológica. São Paulo: HUCITEC/Ordem dos Economistas do Brasil, 2006.

WOOLTHUIS, R.; HILLEBRAND, B.; NOOTEBOOM, B. Trust, contract and relationschips development. Organiza-tion Studies. v.26, n.6, p.813-840, 2005.

ZAHEER, A.; GÖZÜBÜYÜK, R.; MILANOV, H. It’s the connections: the network perspective in the interorganizatio-nal research. Academy of Management Pespectives, n.24, v.1, p. 62-77, 2010.

154 155

Educação Profissional e Tecnologiasdesenvolvidas pelo SENAI – RSpara o setor de gemas e joias

MORAES, Heidi Frantz;Técnica de Laboratório, Agência de Educação Profissional SENAI de Soledade, RS.

O Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial (SENAI) é uma instituição privada, administrada pela indústria, criada em 22 de janeiro de 1942, com o propósito de qualificar pro-fissionais para o setor industrial. O Departamento Regional do SENAI no Rio Grande do Sul é vinculado ao Sistema Federação das Indústrias do Rio Grande do Sul (FIERGS) e participa do desenvolvimento da comunidade industrial do Estado, formando recursos humanos de qualidade e proporcionando apoio técnico e tecnológico às indústrias através de suas unidades operacionais em todo o estado. Neste contexto, encontra-se a Agência de Educação Profissional SENAI de Soleda-de, cuja especialidade é o setor de Gemologia e Joalheria que ao longo dos anos vem consolidando sua atuação na comunidade pela participação nos Arranjos Produtivos Locais, coordenando e exe-cutando projetos de inovação tecnológica voltadas para o setor de gemas e joias, além de promover a educação profissional e tecnológica da região. Dentre as pesquisas desenvolvidas no projeto Gejors através da Chamada Pública MCT / FINEP / AT – Coop. SEBRAE 10 / 2005 Linha 1 pelo SENAI– RS no âmbito do Arranjo Pro-duto Local (APL) de gemas e Joias do Rio Grande do Sul destaca-se a tecnologia de tratamento de efluentes líquidos gerados pelo processo de lavagem e tingimento das gemas nas indústrias de beneficiamento, pois na maioria dos casos estes resíduos estariam sendo lançados no meio ambien-te com níveis de toxicidade acima do permitido pela legislação. O desenvolvimento da planta da Estação de Tratamento de Efluentes (ETE) foi realiza-do por intermédio das Engenharias do Sistema FIERGS e da Prefeitura Municipal de Soledade. A ETE foi projetada para realizar o tratamento dos efluentes gerados nas atividades desenvolvidas no próprio Laboratório desta escola, além de atender as pequenas empresas de tingimento de ágatas filiadas a Associação dos Pequenos Pedristas de Soledade (APPESOL). Com o intuito de cumprir a sua missão de promover educação profissional e tecnológica, em 2014 foram efetivadas 321 matrículas nas áreas de Eletroeletrônica, Segurança do Trabalho, Construção Civil e Joalheria. Ainda, em parceria com a APPESOL foram capacitados 99 pro-fissionais do setor pedrista através da realização de 3 turmas do Curso Básico em Prevenção e Combate a Incêndios e 2 turmas do Curso Básico em Soldagem de Joias. Além disso, o SENAI disponibiliza cursos na área de Gemologia como Lapidação de Gemas e Desenho de Joias com o objetivo de contribuir para a profissionalização do setor e elevar a competitividade da indústria.

Referências[1] SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL (SENAI). Tingimento de Ágatas. Relatório referente ao Projeto GEJORS – Desenvolvimento de Novas Tecnologias para o APL de Gemas e Joias do Rio Grande do Sul, 2008.

156