tipologia dos materiais cerÂmicos petalÍticos … · quais as composições mineralógicas mudam...

IV Seminário Recursos Geológicos, Ambiente e Ordenamento do Território

Vila Real, 27 a 29 de Outubro de 2005

TIPOLOGIA DOS MATERIAIS CERÂMICOS PETALÍTICOS PROVENIENTES DE APLITO-PEGMATITOS GRANÍTICOS DA CINTURA CENTRO-IBÉRICA

P. Dias & C. Leal Gomes

Centro de Investigação Geológica, Ordenamento e Valorização de Recursos – Universidade do Minho 4710-057 Braga

RESUMO Materiais petalíticos provenientes de aplito-pegmatitos de tipo LCT da Cintura pegmatítica Centro Ibérica foram classificados de acordo com a sua textura, composição mineralógica e comportamento fundente em processos experimentais e industriais. As tendências de fraccionação primária e as evoluções isoquímicas ou metassomáticas a hidrotermais são responsáveis pela diversidade mineralógica das parageneses petalíticas e das correspondentes matérias-primas cerâmicas. Estas podem ser reduzidas a onze tipos principais de fácies aplito-pegmatíticas petalíticas (απPET), que podem ser obtidos de forma consistente e em quantidades economicamente significativas, a partir da lavra selectiva das respectivas jazidas. A maioria dos tipos απPET apresenta especificações adequadas para compostagens ou aplicações peculiares e a sua separação é vantajosa do ponto de vista industrial. A petalite monominerálica e a mistura aplito-pegmatítica indiferenciada são extremos de valorização materialográfica dos recursos de απPET.

ABSTRACT Petalite grade materials from LCT aplite-pegmatites of Central Iberian Pegmatite Belt, were classified according to texture, mineral composition, and melting behaviour in experimental and industrial ceramic procedures. Primary fractionation trends and isochemical or metassomatic-hydrothermal evolutions are responsible for the mineralogical diversity of petalite paragenesis and corresponding ceramic raw materials. These can be reduced to eleven consistent main types of petalitic aplite-pegmatite facies (απPET), which can be available in economic quantities from selective mining. The majority of these απPET types are suitable for specific applications and the combination of ceramic admixtures and its separation presents industrial advantages. Separation of petalite powder grade and bulk aplite-pegmatite production are the extremes of commodity value for απPET deposits and resources. Palavras chave: petalite, aplito-pegmatito petalítico, apetência cerâmica.

Fácies com petalite de apetência cerâmica podem ser produzidas em jazigos aplito-pegmatíticos exo-graníticos instalados em terrenos metassedimentares de idade Silúrica a Devónica. Estes aplito-pegmatitos de tipo LCT, petalítico (Leal Gomes, 1994) estão relacionados com granitos de duas micas especializados em Li. As fácies aplito-pegmatíticas petalíticas (απPET) ocorrem por vezes em quantidades e condições naturais que justificam o seu apuramento selectivo na lavra mineira. A sua aplicação em condições específicas do processamento industrial pode apresentar vantagens económicas e tecnológicas relativamente ao uso indiferenciado da mistura aplito-pegmatítica integral. Em jazigos cerâmicos heterogéneos as unidades απPET estão separadas de fácies contíguas aplito-pegmatíticas (απ) ou pegmatíticas (π) através de superfícies de contacto liquidus/liquidus, liquidus/solidus ou liquidus/solidus a baixa taxa de cristalização. Também podem estar delimitadas por superfícies de cisalhamento, painéis de nucleação acoplada por diferenciação termogravítica ou domínios cataclásticos a miloníticos, a partir dos quais as composições mineralógicas mudam drasticamente.

A grande diversidade paragenética observada em numerosos índices de prospecção e pesquisa da Cintura Pegmatítica Centro-Ibérica (CCI) impõe a necessidade de apurar uma tipologia de incidência macroscópica, que permita a individualização e manipulação dos materiais petalíticos no processo extractivo e nas compostagens posteriores. O esforço de classificação incide sobre dispositivos estruturais e paragenéticos individualizáveis e que apresentam características macroscopicamente discerníveis (macrodomínios da figura 1). Como atributo da tipologia procura-se estabelecer a relação entre a variabilidade de composição mineralógica e o comportamento fundente experimental e industrial.

Métodos analíticos A discriminação litológica das fácies απPET que possuem qualificação cerâmica teve como ponto de

partida a separação de macrodomínios composicionais com homogeneidade e coerência paragenética e portanto com identidade tipomórfica. As diferentes fácies, equivalentes a produtos cerâmicos potenciais, são combinações de macrodomínios. A sua análise estrutural e paragenética efectua-se em microscopia

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óptica de luz transmitida (MOLT). Por integração das composições dos macrodomínios é obtida a composição modal das fácies. Algumas amostras de domínios afaníticos ou de fácies com domínios criptocristalinos difusos, cuja discriminação mineralógica em MOLT era ineficaz, foram submetidas a difracção de Raios X sobre amostra pulverizada - em especial no caso das alterações. Também tiveram o mesmo tratamento, os separados de petalite que nas classificações de fundentes, apresentam o estatuto de “petalite grade materials” ou simplesmente petalite “powder grade”. Estes últimos materiais, com petalite predominante ou monominerálica, foram sujeitos a análise química por espectrometria de absorção atómica e submetidos a ensaio de fusibilidade com determinação das temperaturas de início e termo de fusão, e dos parâmetros, cor e % de retracção, em provete frio (após incremento térmico até 1210ºC). As evidências de fusão, digestão e/ou sinterização foram despistadas em MOLT, após preparação do provete em lâmina delgada de corte transversal mediano.

Atlas petrográfico Na figura 1 é apresentado em atlas um esboço da tipologia de produtos petalíticos, cuja

discriminação macroscópica e manipulação industrial são consistentes e reprodutíveis. Elegem-se 11 tipos representativos de fácies portadoras de petalite que correspondem a uma redução funcional do universo paragenético, capaz de sustentar a materialografia aplicada aos procedimentos extractivos e cerâmicos.

Por outro lado, esta tipologia respeita o equílibrio de fases observado entre aluminossilicatos e fosfatos de Li e incorpora a penalização dos produtos, decorrente da deformação e metassomatismo impostos ou sobrepostos (Leal Gomes, 1994).

As fácies típicas agrupam-se em duas classes essenciais, separadas de acordo com a abundância ou relevância experimental dos produtos de evolução em subsolidus. - Fácies portadoras de petalite

Incluem-se aqui as associações mineralógicas com predominância de petalite primária: απPET “comb” – petalite de fraccionação termogravítica com nucleação singenética de feldspato potássico sobre salbanda prévia; deformação tardi D3 Varisca produz cisalhamento dúctil a frágil que não afecta significativamente a paragénese inicial. απPET cat – petalite cataclástica devida a cisalhamento esquerdo D3 Varisco mostra transformação isoquímica para ESP+2QZ que representa 30% da moda; a ocorrência vestigial de minerais de Sn-Ti-Nb-Ta não afecta a qualificação cerâmica do material. πPETGRADE – petalite industrial não contaminada por produtos de evolução reaccional; apresenta transformação isoquímica para ESP+2QZ em macrodomínios que atingem 35,6% da moda, mas não modificam o comportamento industrial da fase suporte. απPET-MO – petalite contaminada por moscovite em banda de nucleação acoplada afectada por compressão; evolução reaccional incipiente sujeita a deformação produz moscovite, albite e quartzo. απPETG – aplito com petalite fenocristalina apresenta-se greisenizado em faixas de cisalhamento dúctil expressas pela presença de quartzo + zinwaldite. - Produtos de evolução da petalite

A evolução isoquímica ou metassomática das fácies petalíticas primárias tem capacidade para diversificar os produtos cerâmicos potenciais, gerando materiais ricos em espodumena ou em filossilicatos cujos comportamentos experimentais são previsivelmente diferenciados: απPET – CK+LEP – coockeíte e lepidolite pseudomórficas após petalite; a deformação que acompanha a evolução pseudomórfica está realçada na cataclase do feldspato potássico coexistente. απPET→ESP+2QZ – petalite completamente transformada para ESP+2QZ e afectada por cisalhamento, dilatação e preenchimento zinwaldítico; corresponde à culminação evolutiva de um processo cujo início está expresso no tipo απPET cat . πPETP – pegmatito coockeítico pseudomórfico pós- πPETgrade; o controlo da alteração hidrotermal por cisalhamento tardi-D3 Varisco é manifestado nos alinhamentos coockeíticos controlados por rupturas distensivas. πCEL – células ocelares com bickitaíte relíquia em pseudomorfose de filossilicatos após espodumena; está mascarada uma evolução prévia, espodumena-bickitaíte. ALTαπ1 – produtos de evolução απPET com coockeíte+esmectite relíquias. ALTαπ2 – produtos de evolução απPET para haloizite+quartzo.

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FKESP+2QZ

OFe

α m

PET

PET

OFe

micaQZ

AB OR

QZ Σmin.Li

AB+OR

ESM+QZ

απPET “comb” απPET Cat

QZ

AB OR

QZ Σmin.Li

AB+OR

QZ+ZW

CLVPET

AB mgf+QZ

AB mgf+QZ+ZWOFe

FK

CK+QZ

AB+QZ

Σmin.LiQZ

AB OR

QZ

AB+OR

AB

QZ

AB OR

QZ Σmin.Li

AB+OR

απPETG

πPETP

HZ+QZ

ZW

FK QZ

QZ

α f

OMn

OFe

QZ+AB mgf

ALT απ2

QZ QZ Σmin.Li

AB OR AB+OR

QZ

OR

QZ Σmin.Li

AB+OR

PET

OMnQZ

HZ+QZ+PET+POCK+QZ

αgFK

αf

OM

n

MICA

α g

BK pQZ

α f

QZ

AB OR

QZ Σmin.Li

AB+OR

ESP+QZ

PET

PET+QZ

πPETgrade

QZ QZ Σmin.Li

AB OR AB+OR

PET

OMn

CK+QZ±LEP

FK

αf

OFe

Mica

FK cat

QZ

απPETP

Σmin.Li

AB OR

QZ

AB+OR

QZΣmin.Li

AB OR

QZ

AB+OR

QZ

PET

αf

αg

αg

mica

PET+ZW

FK

απPET+MO

απPET→ESP+2QZ

AB OR

QZ QZ Σmin.Li

AB+OR

πCEL

Fig. 1- Tipologia textural e composicional dos materiais απPET – amostras representativas de fácies portadoras de petalite e dos seus produtos de evolução – e sua projecção composicional em diagramas triangulares AB-QZ-OR e AB+OR-QZ-Σ minerais de Li. A barra de escala mede 1 cm.

ALT απ1

greisen

Abreviaturas:αf-aplito fino, αm-aplito médio, αg-aplito grosseiro, mgf-textura micrográfica, OFe-volume permeável impregnado por óxidos de ferro, OMn-volume permeável impregnado por óxidos de manganês, BKp-bickitaíte pseudomorfisada, AB-albite, AM-MTB-ambligonite-montebrasite, BK-bickitaíte, CA-caulinite, CAS-cassiterite, CB-columbite, CK-coockeíte, ESM-esmectite, ESP-espodumena, ESP+2QZ-espodumena + quartzo circunscritos aos contornos da petalite hospedeira, ESP+QZ-espodumena+quartzo fora dos contornos da petalite hospedeira, FK-feldspato potássico, GIB-gibsite, GT-goethite, HZ-haloizite, IL-ilite, LEP-lepidolite, MB-mica branca, MBLi-mica branca de Lítio, MCL-microclina,Min. Sn-Nb-Ti-Ta-mineraisde, MO-moscovite, MTM-montmorilonite, NO-nontronite, OR pert - ortose pertítica,PET-petalite, PIR-PSL-pirolusite-psilomelano,PO-polucite, QZ-quartzo, ZW-zinwaldite.

salb

anda

α m

PET+QZ+ZW FK

QZ

ZW

Composição Modal (%)% Macrodomínios

3.8CA

5.9ESM

35.4ESP+2QZ

5.0ZW

2.8MO4.29QZ4.9PET4.29ESM+QZ

13.3FK16.8FK16.2AB26.7α m

12.7QZ47.9PET+QZ+ZW


3.8CA

5.9ESM

35.4ESP+2QZ

5.0ZW

2.8MO4.29QZ4.9PET4.29ESM+QZ

13.3FK16.8FK16.2AB26.7α m

12.7QZ47.9PET+QZ+ZW


0.6GT

1.1HZ

2.4CA±MTM

8.2ESP+2QZ3.21OFe

7.3ZW3.85QZ+ZW

9.1MO8.33FK

8.8PET10.6CLV

7.8FK14.4AB mgf+QZ+ZW

35.2AB15.1PET

20QZ44.6AB mgf+QZ


0.6GT

1.1HZ

2.4CA±MTM

8.2ESP+2QZ3.21OFe

7.3ZW3.85QZ+ZW

9.1MO8.33FK

8.8PET10.6CLV

7.8FK14.4AB mgf+QZ+ZW

35.2AB15.1PET

20QZ44.6AB mgf+QZ


0.3MB

0.9EU

0.9AM-MTB

0.3ESP

35.6ESP+QZ25.2ESP+QZ

61.7PET33.5PET

0.3AB41.3PET+QZ


0.3MB

0.9EU

0.9AM-MTB

0.3ESP

35.6ESP+QZ25.2ESP+QZ

61.7PET33.5PET

0.3AB41.3PET+QZ

0.50LEP


4.28Il

0.50LEP

1.05AM-MTB

0.29BK

0.8ESP±QZ

22.7MO

0.4PET11.6QZ

13.6FK 14.4BK p

26.4AB32.9α f

29.6QZ41.2α g

0.50LEP


4.28Il

0.50LEP

1.05AM-MTB

0.29BK

0.8ESP±QZ

22.7MO

0.4PET11.6QZ

13.6FK 14.4BK p

26.4AB32.9α f

29.6QZ41.2α g


vstCB

0.1min Nb-Ta

0.2GT

1.2PIR

0.6NO+“CL"

0.7CK

1.4LEP1.59QZ

0.7AM-MTB1.79mica

3ESP+2QZ2.19FKcat

0.6ZW2.19CK+QZ±LEP

7MO2.39OFe

25.7PET15.9FK

23.6FK20.3OMn

21.2AB25.1α

13.7QZ27.9PET


vstCB

0.1min Nb-Ta

0.2GT

1.2PIR

0.6NO+“CL"

0.7CK

1.4LEP1.59QZ

0.7AM-MTB1.79mica

3ESP+2QZ2.19FKcat

0.6ZW2.19CK+QZ±LEP

7MO2.39OFe

25.7PET15.9FK

23.6FK20.3OMn

21.2AB25.1α

13.7QZ27.9PET


vstMin Sn-Nb-Ti-Ta

0.2PIR±PSL

1.9CA±GIB

0.7NO±MTM

7.3MBLi±CK

3.2AM-MTB

6.6ESP

30ESP+2QZ

0.02MO

24PET0.41mica

1.2FK2.25OFE

11.9AB10.2α m

13.1QZ87.1PET


vstMin Sn-Nb-Ti-Ta

0.2PIR±PSL

1.9CA±GIB

0.7NO±MTM

7.3MBLi±CK

3.2AM-MTB

6.6ESP

30ESP+2QZ

0.02MO

24PET0.41mica

1.2FK2.25OFE

11.9AB10.2α m

13.1QZ87.1PETComposição Modal (%)% Macrodomínios

91,4ESP+2QZ

5,05ZW

0,19MO1,5OFe

0,38MCL3,76FK

2,64AB4,89ZW

0,38QZ89,8ESP+2QZ


91,4ESP+2QZ

5,05ZW

0,19MO1,5OFe

0,38MCL3,76FK

2,64AB4,89ZW

0,38QZ89,8ESP+2QZ


1.8ESM±CA

0.9MTM

0.45CK

1.1AM-MTB

0.05ESP+2QZ

2.2ZW2.27FK

12.9MO2.65MICA

7.8PET6.06PET

1.8FK8.33PET+ZW

58.4AB34.7αg

12.6QZ46.03αf


1.8ESM±CA

0.9MTM

0.45CK

1.1AM-MTB

0.05ESP+2QZ

2.2ZW2.27FK

12.9MO2.65MICA

7.8PET6.06PET

1.8FK8.33PET+ZW

58.4AB34.7αg

12.6QZ46.03αf

1.4ESM

2.0MTM

44.7CK

2.0NO


3.9EU

2.8LEP

1.0ESP

2.9PET

20.6AB14.7CK+QZ

18.8QZ85.3AB+QZ

1.4ESM

2.0MTM

44.7CK

2.0NO


3.9EU

2.8LEP

1.0ESP

2.9PET

20.6AB14.7CK+QZ

18.8QZ85.3AB+QZ

1,48AM-MTB

0,21GT

0,03ESP±QZ0,88OFe

0,23ESP+2QZ1,09ZW

1,70ZW2,4QZ+AB mgf

22,6HZ+QZ

0,04PIR

0,009LEP


0,37EU

3,39MO3,05OMn

0,02PET5,01QZ

32,0OR±MI23,3HZ+QZ

19,6AB29,4FK

18,3QZ34,9α f

1,48AM-MTB

0,21GT

0,03ESP±QZ0,88OFe

0,23ESP+2QZ1,09ZW

1,70ZW2,4QZ+AB mgf

22,6HZ+QZ

0,04PIR

0,009LEP


0,37EU

3,39MO3,05OMn

0,02PET5,01QZ

32,0OR±MI23,3HZ+QZ

19,6AB29,4FK

18,3QZ34,9α f

0.05CAS

0.3PO

0.6PIR

0.7GT

0.3AM1.32PET

2.7ESP+2QZ3.08α f

5.2ZW4.40OMn

19.1CA±NO

17.1HZ

10.4CK


1.3LEP0.44MICA

5.4MO5.05α g

1.2PET5.93QZ

10.7OR pert11.4FK

14.8QZ11.9CK+QZ

10.1AB56.5HZ+QZ+PET+PO

0.05CAS

0.3PO

0.6PIR

0.7GT

0.3AM1.32PET

2.7ESP+2QZ3.08α f

5.2ZW4.40OMn

19.1CA±NO

17.1HZ

10.4CK


1.3LEP0.44MICA

5.4MO5.05α g

1.2PET5.93QZ

10.7OR pert11.4FK

14.8QZ11.9CK+QZ

10.1AB56.5HZ+QZ+PET+PO

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Discriminação difractométrica de massas monominerálicas e constituintes criptocristalinos Fracções de petalite pura à lupa ou com estatuto de “petalite grade” foram separadas e sujeitas a

difracção de RX sobre pó. Apenas a petalite separada de πPETgrade se pode considerar mineralogicamente pura. Todos os restantes lotes manifestam a expressão difractométrica de produtos de evolução reaccional ou transformação em subsolidus a subsolvus.

As configurações de difractogramas obtidas a partir de domínios criptocristalinos mais vastos sugerem a existência de quatro estádios paragenéticos típicos da evolução progressiva da petalite percursora: 1-PET>QZ>ESP=AB>MO; 2-ESP=CK>QZ>>DK=OR; 3- QZ>CK>AB>OR=CLCL>MO>AM-MTB; 4- MO>>OR>AB>Calcite (símbolos na figura 1).

Estes estádios explicam-se invocando uma primeira transformação isoquímica PET→ESP+2QZ acompanhada ou seguida, em sistema aberto, de moscovitização e albitização (Leal Gomes, 1994). A alteração hidrotermal subsequente é convergente conduzindo ao aparecimento de BK, CK, DK e NO e a seguir CLCL, CA, HZ, IL, QZ (símbolos na figura 1) e calcite.

Geoquímica e ensaios de fusão de fases minerais purificadas Amostras de fases líticas monominerálicas cuja individualização era equacionável ao nível do

processo produtivo, foram submetidas a análise química e ensaios do comportamento fundente (tabela 1). As amostras 1 a 8 representam separados de petalite. Como seria de esperar, os respectivos provetes quando submetidos a aquecimento (>1210ºC) sofrem sinterização - % de retracção entre 0,7-1,8%. A fácies απPET+MO muito frequente e de elevada complexidade paragenética, apresenta uma fase petalítica impura (7 na tabela 1). Persistem conteúdos contaminantes de albite que são responsáveis pela fusão (ausência de sinterização) e alto valor da % de retracção do provete. Neste caso, dado o comportamento pouco consistente da fracção petalítica (ver 6, 7 na tabela 1), não se justifica a sua separação industrial. A fácies portadora deverá ser usada como mistura integral. Algumas pseudomorfoses são constituídas por produtos de evolução paragenética cujo comportamento em ensaio de fusibilidade é idêntico ao da fase petalítica primária – observa-se sinterização do provete e alto grau de brancura (amostras 9 e 10 correspondentes a πCEL e απPET→ESP+2QZ). Tabela 1- Composição química e indicadores de comportamento industrial para fracções purificadas de silicatos de lítio separados de απPET. 1, 2, 3, 4- petalite pura em πPETgrade; 5- petalite separada de απPET cat; 6, 7- petalite separada de απPET+MO; 8- petalite separada de απPET “comb”; 9-bickitaíte separada de πCEL; 10-espodumena separada de απPET→ESP+2QZ. Há percentagens significativas de perda ao rubro e de H2O não referidas. %R – percentagem de retracção, cor – grau de brancura.

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O TiO2 MnO P2O5 F Li2O %R cor

1 82.00 12.06 0.01 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.03 0.01 4.18 0.9 92.5

2 78.20 16.60 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 3.62 0.8 90.12

3 82.00 12.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 4.20 1.0 91.11

4 77.35 16.27 0.02 0.05 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.06 ⎯ ⎯ ⎯

5 73.76 17.43 0.08 0.02 0.03 0.35 0.26 0.01 0.01 0.24 0.06 4.00 0.7 93.5

6 77.01 16.70 0.01 0.02 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.06 ⎯ 1.8 92.3

7 74.41 15.82 0.12 0.16 0.05 2.98 0.01 0.01 0.01 0.14 0.06 3.39 8.5 80.0

8 75.67 15.29 1.30 0.00 0.77 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 3.61 1.1 87.76

9 75.88 17.60 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 4.62 0.9 89.61

10 58.63 25.09 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 7.71 2.1 80.07 Conclusões

Combinando os resultados da aproximação petrográfica (Fig. 1) com as composições químicas, comportamento fundente (tabela 1) e padrões de difracção de RX de fracções petalíticas e fácies απPET portadoras é possível deduzir intervalos de qualificação cerâmica para estes materiais. Nos casos de πCEL, πPETP, απPET+MO e ALTαπ não se justifica a produção separada de petalite relativamente ao aplito-pegmatito portador. Nos restantes casos – tipos απPET da figura 1 - a obtenção de lotes

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petalíticos “powder grade” e a separação das fácies απPET, relativamente ao restante material cerâmico sódico-potássico, pode ter vantagens económicas e tecnológicas.

Bibliografia LEAL GOMES, C. (1994) – Estudo Estrutural e Paragenético de um sistema pegmatóide granítico. O

campo aplito-pegmatítico de Arga-Minho (Portugal). Tese de Doutoramento; Universidade do Minho, 695p.

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