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IV SIMPÓSIO DE MINERAIS INDUSTRIAIS DO NORDESTE

10 a 13 abril de 2016, João Pessoa - PB

CARACTERIZAÇÕES MINERALÓGICA E TECNOLÓGICA DO CAULIM

DAS REGIÕES DE EQUADOR (RN) E JUNCO DO SERIDÓ (PB)

Luiz Carlos Bertolino¹, Victor Matheus Joaquim Salgado Campos², Marinésio Pinheiro Lima³,

Odivaldo Cambraia Alves4

1 Geólogo, D.Sc., Set. de Carac. Tecnológica - SCT, Centro de Tecnologia Mineral - CETEM/MCTI/UERJ

² Bols. de Iniciação Cient. – PIBIC, Set. de Carac. Tec. - SCT, Centro de Tec. Mineral - CETEM/MCTI/UERJ

³ Eng. de minas, M.Sc., Dep. de Eng. de Minas – DEMINAS, Uni. Fed. de Pernambuco - UFPE

4 Físico, D.Sc., Dep. de Físico-Química, Universidade Federal Fluminense - UFF

[email protected]

RESUMO

Caulim é uma rocha de granulometria fina e composta principalmente por caulinita. É usada nos

segmentos de papel, cerâmica e outros. Estudos recentes indicam que o Brasil é o quinto maior

produtor mundial de caulim. Porém, alguns depósitos de dimensões relevantes no país, como os

das cidades de Equador (RN) e Junco do Seridó (PB) ainda são explorados de forma precária. O

objetivo do trabalho consistiu nas caracterizações mineralógica e tecnológica de três amostras de

caulim, sendo duas de Equador (RN) e uma de Junco do Seridó (PB), com enfoque no estudo da

relação entre o íon ferro (III) e o índice de alvura. As amostras foram submetidas aos processos de

classificação granulométrica em peneiras de 44 µm, separação magnética em 14000 Gauss e

alvejamento químico com ditionito de sódio. A caracterização mineralógica foi realizada através

das técnicas de difratometria de raios X, microscopia eletrônica de varredura, fluorescência de

raios X e ressonância paramagnética eletrônica. Através dos resultados pode-se verificar que as

amostras possuem rendimentos de 61,28, 21,96 e 19,49 % em peneiras de 44 µm,

respectivamente, e que são constituídas por caulinita na forma de booklets e pelas impurezas

muscovita, quartzo e, em um dos casos, feldspato. Verificou-se que a separação magnética e o

alvejamento químico com ditionito de sódio foram responsáveis pela elevação no índice de alvura

de 78,2 para 91,3 % e 91,3 para 93,8 % nas amostras de Equador (RN) e de 86,9 para 89 % na

amostra de Junco do Seridó (PB), indicando que é possível melhorar de forma relevante a

qualidade do minério promovendo seu melhor aproveitamento.

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PALAVRAS-CHAVE: Caulim, caracterização, Nordeste.



ABSTRACT

Kaolin is a fine grained rock composed mainly by kaolinite. It is used in the segments of paper,

ceramic and others. Recent studies indicate that Brazil is the fifth major world producer of kaolin.

However, some deposits with great dimensions in the country, as of the cities of Equador (RN) and

Junco do Seridó (PB) which are exploited precariously. The purpose of the study was the

technological and mineralogical characterization of three samples of kaolin, two of them of

Equador (RN) and the last one of Junco do Seridó (PB), focusing in the study of the relationship

between the ion iron (III) and the index of whiteness. The samples are submitted to the processes

of granulometric classification in sieves of 44 µm, magnetic separation in 14000 Gauss and

chemical bleaching with sodium dithionite. The mineralogical characterization was made by the

analysis of X-ray diffratomic, scanning electron microscope, X-ray fluorescence and electron

paramagnetic resonance. From the results it can be seen that the samples have yield of 61.28,

21.96 e 19.49 % in sieves of 44 µm, respectively, and are composed by kaolinite in booklets form

and by the impurities muscovite, quartz and, in one of the cases, by feldspar, It was found that

through of the process of magnetic separation and chemical bleaching with sodium dithionite was

possible raise of index of whiteness of 78.2 to 91.3 % and 91.3 to 93.8 % in the samples of Equador

(RN) and of 86.9 to 89 % in the sample of Junco do Seridó (PB), indicating that it is possible

improve relevantly the quality of the ore promoting its better improvement.

KEYWORDS: Kaolin, characterization, Northeast.

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1. INTRODUÇÃO

Caulim é a rocha composta por caulinita e/ou seus polimorfos, apresenta granulometria fina

e também coloração esbranquiçada (Murray e Keller, 1993). O caulim pode ser classificado como

do tipo primário, quando produto de alteração de feldspatos, e do tipo secundário, quando de

origem sedimentar (Prasad et al., 1991). O caulim da área de estudo é do tipo primário (Silva,

2007), o que reflete em granulometria mais grossa do que os do tipo secundário, impurezas

compostas pelos minerais quartzo, muscovita e feldspato e, também, em baixo conteúdo de

óxidos e/ou hidróxidos de ferro. O caulim é usado em diversas partes da indústria, sendo os

principais segmentos os de produção de papel, tinta e cerâmica (Luz et al., 2005). Porém, a

extração de caulim ocorre de forma rudimentar em algumas regiões do país, como nos depósitos

das cidades de Junco do Seridó (PB) e de Equador (RN).

Silva (2007) realizou a caracterização tecnológica e mineralógica do caulim da região de

Junco do Seridó (PB), onde foi definido que o caulim é caulinítico, apresenta as impurezas de

quartzo, muscovita e feldspato e que a alvura do material pode ser elevada mediante separação

magnética em campo de alta intensidade e alvejamento químico, originando um material de

melhor qualidade.

2. OBJETIVOS

O estudo teve como objetivo a realização das caracterizações mineralógica e tecnológica de

três amostras de caulim com enfoque no estudo da distribuição do íon ferro (III) e de sua remoção

visando a melhoria de qualidade do minério.

3. MATERIAIS E MÉTODOS

Foram coletadas três amostras de caulim de aproximadamente 17 kg cada, sendo duas das

proximidades da cidade de Equador (RN) e uma da cidade de Junco do Seridó (PB), nomeadas de,

respectivamente, GB1, GB2 e JS (Figura 1). As coordenadas UTM de coleta dessas amostras são,

respectivamente, 754364E 9231863N, 754353E 9231943N e 750498E 9225368N, onde a Zona

UTM é 24 M e o DATUM utilizado é o SIRGAS 2000.

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Figura 1 - Locais de coleta das amostras GB2, GB1 e JS.

Nos laboratórios do CETEM, as amostras foram secas, homogeneizadas e quarteadas antes

de serem submetidas aos processos de classificação granulométrica a úmido em peneiras de 44

µm e separação magnética em equipamento BOXMAG-RAPID (14000 Gauss). As frações < 44 µm

não magnéticas foram submetidas ao alvejamento químico com uso de ditionito de sódio

(Na2S2O4) como agente redutor na proporção de 4 kg/t e hexametafosfato de sódio (Na16P14O43)

como agente dispersante na proporção de 3 kg/t. Foi produzida uma polpa com 80 % de água e 20

% de sólido, que foi mantida em agitação entre 80 a 100 rpm e com pH entre 3 e 4 com adição de

ácido sulfúrico.

Figura 2 - Fluxograma das etapas de beneficiamento das amostras

As frações obtidas no processo de beneficiamento foram caracterizadas através do

difratometro de raios X da Bruker modelo D4 Endeavor com radiação Co Kα (40kV/40 mA), análise

química por fluorescência de raios X em aparelho da PANalytical modelo Axios mAX, análise

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granulométrica no Malvern modelo Mastersize 2000, ressonância paramagnética eletrônica em

aparelhamento Bruker modelo ESP300E com banda X (frequência 9,75 GHz), microscópio

eletrônico de varredura modelo FEI Quanta 400 da Bruker. O índice de alvura foi determinado em

fotômetro Carl-Zeiss Elrepho modelo 96160 em padrão de 83,9 % (ISO).

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1 Classificação granulométrica e separação magnética

Os processos classificação granulométrica indicaram que as amostras GB2, GB1 e JS

possuem, respectivamente, rendimentos de 19,49, 21,96 e 61,28 % de material < 44 µm (Tabela

1). Os resultados da separação magnética mostraram que todas as amostras possuem menos de 1

% de fração magnética, indicando baixa presença desse material em todos os depósitos.

Tabela 1 - Balanço de massa após a classificação granulométrica e separação magnética. FM – Fração

magnética

Amostra GB2 (%) GB1 (%) JS (%)

> 44 µm 80,51 78,04 38,72

< 44 µm 19,49 21,96 61,28

< 44µm c/ FM 19,49 21,96 61,28

< 44µm s/ FM 19,42 21,91 61,22

Fração magnética 0,06 0,53 0,05

4.2 Ressonância Paramagnética Eletrônica

Através de espectros de ressonância paramagnética eletrônica (Figura 3) observou-se que o

íon ferro (III) se encontra distribuído em dois sítios, externo na forma de óxidos e/ou hidróxidos

(g ≅ 2,0) e na estrutura da caulinita em sítios octaedrais (g ≅ 4,2) substituindo o íon alumínio

(III) (Komusinski et al., 1981). Os resultados indicaram que parte do íon ferro (III) externo é

removido durante o processo de separação magnética (14000 Gauss). Já o íon ferro (III) interno

não é extraído durante o tratamento.

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Figura 3 - Espectros de RPE das amostras de caulim. NM – Não magnético M - Magnético

4.3 Difratometria de raios X e índice de Hinckler

Os resultados da difratometria de raios X indicaram que as frações GB2, GB1 e JS < 44 µm

não magnéticas são constituídas por caulinita e, secundariamente, por quartzo, muscovita e, no

caso da amostra GB2, por feldspato (Figura 4). A presença do feldspato indica que o processo de

caulinização não foi completo no depósito da amostra GB2.

Os índices de Hinckler obtidos da caulinita das amostras GB2, GB1 e JS foram 1,25, 1,29 e

1,35, respectivamente. Através desses valores foi possível afirmar que a caulinita apresenta

elevado grau de ordenamento estrutural, o que permite inferir que há pouca quantidade de íon

ferro (III) na estrutura da caulinita, fato que é corroborado pelos resultados de ressonância

paramagnética eletrônica (Figura 3), em que os picos referentes à presença de ferro (III) estrutural

na região g ≅ 4,2 não são muito intensos, principalmente na amostra JS, que apresentou maior

índice de Hinckler.

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Figura 4 - Difratogramas de raios X das frações < 44 µm não magnéticas das amostras GB2, GB1 e JS.

M - Muscovita Q - Quartzo C – Caulinita F - Feldspato.

4.4 Microscopia eletrônica de varredura

As imagens obtidas através do MEV indicaram que as frações < 44 µm não magnéticas são

compostas majoritariamente por booklets de caulinita em forma pseudo-hexagonal (Figura 5).

Também foram observados grãos de quartzo e muscovita dispersos ainda presentes nas amostras

mesmo após a classificação granulométrica em 44 µm.

Figura 5. Imagens das frações menores que 44 µm não magnéticas obtidas através do MEV. As

imagens foram registradas em aumento de, aproximadamente, 5000 x.

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4.5 Análise química por fluorescência de raios X

As frações <44 µm não magnéticas das amostras GB2, GB1 e JS apresentaram,

respectivamente, teores de SiO2, Al2O3 e perda ao fogo variando entre 44,5 e 46,3, 41,5 e 42,6 e

10,4 e 11,5 % (Tabela 3). De acordo com Dana (1974), a composição química teórica da caulinita é

39,5 % de Al2O3, 46,5 % de SiO2, 14 % de H2O e todas as amostras apresentaram teores de óxidos

dentro ou próximos dessa faixa indicando que as amostras, após a classificação granulométrica em

44 µm, são essencialmente compostas por caulinita.

Os teores de Fe2O3 das amostras não sofreram alterações relevantes após a separação

magnética, o que é resultado das hipóteses de a separação magnética não ser um método

eficiente na diminuição desse óxido ou do equipamento não ter a capacidade de determinar a

variação do óxido de forma efetiva.

Tabela 2 - Resultados da análise química por fluorescência de raios X das frações obtidas nos

processos de beneficiamento. B – Bruto; N – Não magnético

Óxidos GB2 B (%) GB2 NM (%) GB1 B (%) GB1 NM (%) JS B (%) JS NM (%)

SiO2 46,3 46,3 45,3 45,1 44,5 44,6

Al2O3 41,5 41,5 42,5 42,5 42,6 42,4

PF 10,4 10,4 11,5 11,7 11,3 11,3

Fe2O3 0,44 0,42 0,37 0,37 0,26 0,27

Outros 1,27 1,31 0,53 0,51 1,2 1,22

Total 99,91 99,93 100,2 100,18 99,86 99,79

4.6 Alvejamento químico e determinação do índice de alvura

Os resultados do processo de alvejamento químico feitos nas frações < 44 µm não

magnéticas da amostra GB2 indicaram elevação no índice de alvura de 78,2 % para 78,5 % após a

separação magnética e que houve aumento de 78,5 % para 90,9 % nos primeiros 30 minutos de

alvejamento químico.

Já os resultados em relação as frações GB1 foram diferentes por conta de o índice de alvura

da fração inicial já ser elevado. Após a separação magnética verificou-se pequeno aumento de

91,3 % para 92,5 % no índice de alvura. Porém, a maior evolução também ocorreu nos primeiros

30 minutos de alvejamento químico, onde o índice de alvura foi elevado de 92,5 % para 93,8 %.

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A evolução do índice das frações JS indica não alteração nos valores após a separação

magnética e maior elevação durante os 30 primeiros minutos de alvejamento químico de 86,9 %

para 88,4 %.

Os resultados do índice de alvura indicaram que a etapa de separação magnética pode não

ser tão eficiente em relação ao seu custo/benefício e que os 30 minutos iniciais em processo de

alvejamento químico são os mais relevantes no aumento de alvura do caulim.

Figura 6 - Valores obtidos na determinação do índice de alvura para as frações < 44 µm não

magnéticas das amostras JS, GB1 e GB2. NM – Não magnético.

5. CONCLUSÕES

Verificou-se que a amostra JS apresentou o melhor rendimento de 67,46 % de material

menor que 44 µm. Já as amostras GB1 e GB2 mostraram baixo rendimento de cerca de 21,96 % e

19,49 %, respectivamente. Tais valores destacam a natureza primária do caulim, onde se tem alta

quantidade de impurezas. Entretanto, pode-se confirmar que ocorrem também depósitos de alto

teor de minério e também que é possível, com as técnicas de beneficiamento adequadas,

concentrar o material de importância econômica. A caracterização mineralógica indicou que as

três amostras de caulim são constituídas por caulinita e, de forma secundaria, por quartzo,

muscovita e, no caso da amostra GB2, por feldspato.

Através da análise de ressonância paramagnética eletrônica foi possível verificar que parte

do íon Ferro (III) na forma de óxido e/ou hidróxido de ferro pode ser removido através de

separação magnética (14000 Gauss), o que promove pequeno ou nenhum aumento de alvura do

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material. Essa dicotomia mostra a necessidade de estudos mais aprofundados sobre a efetividade

da operação no tratamento do minério.

A técnica de alvejamento químico foi responsável por aumento considerável no índice de

alvura de todas as amostras nos primeiros 30 minutos de tratamento. Tal fato reflete a

necessidade de se verificar se o tratamento com 4 horas de duração, como é feito em algumas

indústrias, é realmente a melhor metodologia de tratamento em relação ao seu custo/benefício

.

Visto isso, entende-se que os resultados trazem novas discussões sobre a qualidade do

beneficiamento de caulim no Brasil, sendo esse feito em grande escala por parte de algumas

empresas nacionais.

6. AGRADECIMENTOS

Agradecemos ao CETEM, aos técnicos da SCT-COAM, à CATE/CETEM, ao CNPq e à FAPERJ

pelo auxílio e ao CBPF pelo uso do Laboratório de Ressonância Paramagnética Eletrônica.

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

DANA, J. D. S. Mineralogia descritiva. In: DANA, J. D. S. Manual de Mineralogia, 1 ed, v. 02, Rio de

Janeiro, Brasil: Livros Técnicos e Científicos, 1976, p.506-507.

KOMUSINSKI, J.; STOCH, L.; DUBIEL, S. M. Application of eléctron paramagnetic resonance and

Mössbauer spectroscopy in the investigation of kaolinite-group minerals. Clays and clay Minerals,

v.29, p.23-30, 1981.

LUZ, A. B., CAMPOS, A. R., CARVALHO, E. A., BERTOLINO, L. C. Caulim - Usos e Especificações. In:

LUZ A. B. e LINS F. F (eds) Rochas e Minerais Industriais. 2º ed. Rio de Janeiro, RJ, Brasil: Centro de

Tecnologia Mineral, 2005, p. 255-289.

MURRAY, H.H., KELLER, W., 1993. Kaolins, kaolins, and kaolins. In: Murray, H., Bundy, W., Harvey,

C. (Eds.), Kaolin Genesis and Utilization. The Clay Minerals Society, Boulder, pp. 1–24.

PRASAD, M. S., REID, K. J., MURRAY, H. H., 1991, “Kaolin: processing, properties and application”,

Applied Clay Science, v. 06, pp. 87-119.

SILVA, F. A. N. G. Estudos de Caracterização Tecnológica e Beneficiamento do Caulim da Região

Borborema-Seridó (RN). 2007. Dissertação (Mestrado) – COPPE, Universidade Federal do Rio de

Janeiro, Rio de Janeiro (Brasil).

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