OCORRÊNCIA DE MINERAIS RADIOATIVOS EM ROCHAS GRANÍTICAS ORNAMENTAIS

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1 OCORRÊNCIA DE MINERAIS RADIOATIVOS EM ROCHAS GRANÍTICAS ORNAMENTAIS Humberto Terrazas Salas Hermínio Arias Nalini Jr.**; Júlio César Mendes** *Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear CDTN/CNEN/MG Caixa Postal 941-Campus da UFMG-Pampulha , Belo Horizonte, MG., Brasil **Departamento de Geologia da Universidade Federal de Ouro Preto Ouro Preto, MG, Brasil RESUMO Estão sendo apresentados os resultados dos estudos para a determinação dos minerais radioativos em rochas graníticas ornamentais utilizadas como revestimento, provenientes de diversas jazidas do Brasil, sendo predominantes as amostras das jazidas localizadas nos Estados de Minas Gerais e Espirito Santo. Para o desenvolvimento deste trabalho foi realizada uma coleta de uma centena de amostras em algumas marmorarias de Belo Horizonte. Foram aplicadas no estudo dos minerais radioativos as técnicas da autoradiografia, assim como as necessárias para a determinação dos minerais associados e a determinação dos litotípos, utilizando-se a microscopia, difratometria e análises químicas, (espectrometria de energia de raios X, fluorescência de raios X, ativação neutrônica, gravimetria, volumetria, absorção atômica, fotometria de chama, microssonda eletrônica e microscopia de varredura). Os resultados apresentados pela autoradiografia, em várias amostras, demostram formas, tamanhos e intensidades de manchas enegrecidas, distribuídas irregularmente, que verificadas pela microscopia e microssonda eletrônica, evidenciam, principalmente, a monazita, a alanita e zircão. Através das analises químicas foram determinados teores que atingem ate 30 ppm de urânio e até 130 ppm de tório, associados, preferencialmente, a elevados teores de terras raras leves em rochas silicatadas de composição granítica. Alguns resultados da caracterização destas rochas graníticas ornamentais com minerais radioativos devem ser aplicados e publicados, posteriormente, em trabalho específico sob as possíveis implicações para com o meio ambiente ou danos que possam apresentar à saúde devido ao contato. Keywords: granites with radioactive minerals, radioactive minerals, ornamental rocks with radioactive minerals 1. INTRODUÇÃO A aplicação das rochas ornamentais na construção civil constitui uma importante atividade econômica, tanto no mercado interno, como no externo, com a exportação sempre crescente e tornando-se uma importante fonte de divisas para o Brasil [1]. O controle da radioatividade ambiental originada de fontes diversas, sempre foi uma preocupação tanto para as instituições governamentais como para a própria comunidade. Assim sendo, o estudo da radioatividade de rochas ornamentais e de revestimento brasileiras, demonstrado no presente trabalho, se faz cada vez mais necessário, para que o mesmo possa ser incluído como um parâmetro a mais dentro do controle da qualidade existente para estas rochas, considerando-se que, do ponto de vista comercial, a maior parte dessas rochas visam o mercado internacional. Foi verificado que os estudos da maioria das rochas ornamentais ou de revestimento são voltados, principalmente, para a resistência dos materiais rochosos e a comercialização dos mesmos [2], sendo muito escassos ou insuficientes os dados disponíveis sobre a radiatividade dessas rochas [3, 4,5,6,7,8,9,10]. Dentre as rochas ornamentais e de revestimento, objeto do presente estudo, encontram-se em grande quantidade, ou são predominantes, as rochas graníticas ou silicatadas. Estas rochas por sua vez, apresentam-se com diferentes níveis de radioatividade provenientes, principalmente, do urânio e do tório contidos na monazita, alanita e zircâo e, secundariamente, na titanita, apatita, inclusões dos produtos das possíveis alterações da uraninita ou pecheblenda, torita e também do resultado da desintegração do potássio. O presente trabalho é justificado pela importância da distribuição geográfica das rochas graníticas ornamentais no Brasil, o que resulta na existência de um grande

2 potencial econômico para essa atividade. Além disso, diversos materiais utilizados pela sociedade moderna derivam de rochas graníticas, dentre eles encontra-se areias, argilas e bens metálicos [11]. Por último, estas rochas constituem uma das fontes principais de U e Th, apresentando uma grande potencialidade para formar depósitos desses elementos. II. MATERIAIS E MÉTODOS Para a execução desta pesquisa foi realizada uma amostragem de 100 tipos de granito em marmorarias de Belo Horizonte, levando-se em conta suas respectivas classificações comerciais e procedências. A maior parte das rochas é oriunda dos Estados de Espírito Santo e Minas Gerais. As amostras foram solicitadas a título de doação, possuindo, no mínimo, 2 kg de peso e, normalmente, eram provenientes de sobras ou rejeitos do material beneficiado. Alem dos trabalhos de preparação, específicos para cada tipo de análise, as amostras foram submetidas a determinações químicas dos principais elementos por meio dos métodos analíticos da fluorescência de raios X, ativação neutrônica, gravimetria, volumetria, absorção atômica e fotometria de chama. Para a determinação das terras raras estas amostras foram submetidas a espectrometria de energia de raios X e para a análises do urânio e tório, utilizou-se a ativação neutrônica. Para determinar-se a distribuição dos minerais radioativos em amostra representativa de cada tipo, estas foram polidas e submetidas ao método da autoradiografia. Para os estudos mineralógicos utilizou-se a microscopia ótica e a microssonda eletrônica. Os resultados obtidos nas análises e testes, indicados anteriormente, foram suficientes para definir-se que um estudo mais detalhado deveria ser realizado somente em 23 dentre o grupo das 100 amostras. Estas foram escolhidas com base, principalmente, na ocorrência de concentrações de urânio e tório acima de 60 ppm (ativação neutrônica). Neste grupo de amostras detalhou-se aspectos, tais como petrográficos/mineralógicos e química mineral, visando a caracterização dos diferentes litotipos e a determinação de seus respectivos constituintes mineralógicos essenciais e acessórios (radioativos e não radioativos). Todos esses resultados deverão ser utilizados como subsídios para um posterior trabalho, onde serão estimadas as implicações ambientais decorrentes da presença de minerais radioativos nestas rochas. III. CARACTERIZAÇÃO PETROGRÁFICA E AUTORADIOGRAFIA Com base no estudo macroscópico, as 23 amostras selecionadas são leucocráticas à mesocráticas, com coloração predominante: amarelada (CG-02, 20, 23, 31, 42, 46, 52, 63, 66, 74, 93 e 100); cinza (CG-03, 78, 97, 98); avermelhada (CG-30, 33 e 35). Mais raramente: rósea (CG- 35); esbranquiçada (CG-37); lilás (CG-69) e marrom (CG- 90). A textura macroscópica destas amostras é de média a grosseira. Algumas amostras não apresentam bandamento e orientação de grãos (CG-02, 20, 23, 24, 30, 31, 33, 35, 46, 63, 66, 90, 93, 97 e 100) e outras são bandadas e orientadas (CG-03, 37, 42, 52, 69, 74, 78 e 98), sendo estas últimas denominadas comercialmente de movimentadas. Estas amostras orientadas exibem intercalação de níveis ou horizontes de espessura variada, atribuídas principalmente a deformações provocadas por esforços tectônicos que ocorreram durante ou posteriormente a sua intrusão. A maioria das amostras é constituída de quartzo (entre 9,7 a 33,4 % ), feldspato potássio (entre 24,3 a 51,3 % ) e plagioclásio sódico (entre 24,8 a 41,4 % ). Outros minerais comuns nestas rochas são as micas (biotita e moscovita). Os minerais secundários, provenientes da alteração dos minerais essenciais, exibindo diferentes graus de alteração, são representados principalmente por minerais de argila (caulim e montmorilonita), sericita, carbonato, óxidos de ferro e clorita. Os minerais acessórios, destas amostras, ocorrem menores que 1% e ocasionalmente apresentam-se em teores pouco superiores, são representados, preferencialmente, pelo zircâo, monazita, apatita, mineral opaco (magnetita, martita, ilmenita, pirita, pirrotita, goethita e calcopirita), titanita, alanita, rutilo, fluorita, epidoto, batnesita, xenotima e torita. A amostra de coloração predominantemente marrom (CG-90), é constituída essencialmente por k-feldspato (73,4 %), onde ocorrem como minerais pouco comuns o quartzo (0,5 %) e o plagioclásio (2,6 %), contendo frequentemente piroxênio (augita), anfibólio (hornblenda) e mica (biotita). Os resultados obtidos pela autoradiografia utilizando-se chapas fotográficas capazes de detectar as radiações com energia da ordem de 6 MeV, em teores superiores a 100 ppm, permitiram localização dos minerais radioativos existentes nas amostras (Figura 1-A), demonstrando formas, tamanhos e intensidades de manchas enegrecidas (Figura 1-B). As manchas encontram-se distribuídas irregularmente e, quando verificadas pela microscopia e microssonda eletrônica, evidenciam ser na maior parte das amostras constituídas, principalmente, de monazita, alanita e zircâo.

3 CG 30 (1-A) Aspecto macroscópico CG-30 (1-B) Autoradiografia com pontos e porções enegrecidas CG 97 (1-A) Aspecto macroscópico CG-97 (1-B) Autoradiografia com pontos e porções enegrecidas CG 98 (1-A) Aspecto macroscópico Escala: 1 cm CG-98 (1-B) Autoradiografia com pontos e porções enegrecidas Figura 1 Amostras CG-30, CG-97 e CG-98, Aspecto Macroscópico da Amostra (1-A) e Resultado do Teste de Autoradiografia (1-B) IV. CARACTERIZAÇÃO GEOQUÍMICA Através dos resultados das análises químicas dos principais óxidos pela fluorescência de raios X, utilizandose também as análises obtidas pela absorção atômica, volumetria e fotometria de chama, nas 23 amostras com urânio e tório acima de 60 ppm, foram determinados teores de SiO 2 entre 59,7 e 76,5 %, Al 2 O 3 entre 11,7 e 15,6 %, K 2 O entre 3,8 e 7,4 %, Na 2 O entre 1,91 e 4,52 % e Fe 2 O 3 entre 1 a 8 %. Outros óxidos analisados são o CaO, MgO e TiO 2, que encontram-se com seus teores menores que 1,33 %. Nos resultados para U 3 O 8 e ThO 2, analisados pela ativação neutrônica na amostra total, o urânio está variando entre 1 a 30 ppm e o tório entre 44 a 130 ppm. A presença destes óxidos, determinada através das analises por microssonda eletrônica, foi atribuída, preferencialmente, à monazita, alanita, zircâo e torita. Os teores de urânio e tório, nestas amostras, encontram-se, de uma forma geral, associados e com uma tendência a acompanhar as maiores concentrações das terras raras leves, determinadas pela espectrometria de energia de raios X, representadas pelo La 2 O 3 entre 50 a 300 ppm, Ce 2 O 3 entre 30 e 580 ppm, Pr 6 O 11 entre 20 e 580 ppm e o Nd 2 O 3 entre 30 e 200 ppm. Nas 23 amostras foram também analisadas pela microssonda eletrônica o plagioclásio e o k-feldspato. No plagioclásio os teores de Ab apresentam-se entre 68,8 e 98,6 %, de An entre 6,2 a 30,8% e Or menor que 2,5%. No k-feldspato os teores de Or ocorrem entre 80,7 a 95,9%, de Ab entre 1,5 a 16,6 % e de An menor que 0,5 %. Os principais óxidos analisados pela fluorescência de raios X e as analises complementares foram utilizados para se determinar a classificação geoquímica das amostras, aplicando-se o diagrama de La Roche 1964 [12], calculando-se as proporções em milications dos principais óxidos, usando-se os parâmetros R1 = 4Si 11(Na+K)

4 2(Fe+Ti) e R2= 6Ca + 2Mg + Al. Estas rochas encontramse localizadas no diagrama que define sua classificação predominantemente como granitos sieníticos e granitos alcalinos, onde ocorre também amostras classificadas de granito monzonítico, sienito quartzoso e sienito (Figura 2). Também utilizaram-se os resultados obtidos pelos óxidos de Al 2 O 3 (A), CaO (C), K 2 O (K) e Na 2 O (N), para determinar-se os parâmetros de saturação em alumina nestas rochas, definidos no diagrama de Shand 1927 [13]. Neste caso verificou-se que neste grupo de amostras ocorrem, principalmente, as rochas peraluminosas (A/CNK>1), onde excepcionalmente estão presentes a amostra CG-63 de composição peralcalina (A<NK) e a amostra CG-90 de composição metalcalina (A>NK), (Tabela 1). TABELA 1. Classificação das Rochas Graníticas Ornamentais com U 3 O 8 e ThO 2 Acima de 60ppm Amostra Classificação Saturação em U 3 O 8 ThO 2 Alumina (ppm) (ppm) Procedência CG-02 Granito Sienítico Gnaissico Peraluminosa 4±1 94±5 ES CG-03 Granito Alcalino Peraluminosa 5±1 100±5 ES CG-20 Granito Alcalino/Sienítico Peraluminosa 4±1 58±3 MG CG-23 Granito Alcalino Peraluminosa 6±1 57±3 MG CG-24 Granito Sienítico Peraluminosa 5±1 57±3 MG CG-30 Granito Alcalino Peraluminosa 20±1 59±3 GO CG-31 Granito Alcalino/Sienítico Peraluminosa 5±1 76±4 ES CG-33 Granito Alcalino/Sienítico Peraluminosa 6±1 74±4 MG CG-35 Granito Alcalino Peraluminosa 16±2 55±3 ES CG-37 Granito Alcalino/Sienítico Gnaissico Peraluminosa 1±1 66±3 MG CG-42 Granito Sienítico Gnaissico Peraluminosa 4±1 130±7 ES CG-46 Granito Alcalino Peraluminosa 5±1 58±3 ES CG-52 Granito Alcalino Gnaissico Peraluminosa 8±2 67±3 MG CG-63 Granito Alcalino Peralcalina 5±1 74±1 ES CG-66 Granito Alcalino/Sienítico Peraluminosa 5±1 66±3 MG CG-69 Granito Alcalino/Sienítico Gnaissico Peraluminosa 30±4 44±3 MG CG-74 Sienito Quartzoso Gnaissico Peraluminosa 4±1 94±5 MG CG-78 Granito Alcalino Gnaissico Peraluminosa 7±1 66±3 MG CG-90 Sienito Metaluminosa 5±1 76±4 RE CG-93 Granito Sienítico Peraluminosa 3±1 81±4 ES CG-97 Granito Monzonítico/Sienítico Peraluminosa 3±1 65±3 ES CG-98 Granito Alcalino Gnaissico Peraluminosa 4±1 105±5 ES CG-100 Granito Sienítico Peraluminosa 4±1 58±3 ES Figura 2. As Rochas Ornamentais com Urânio e Tório Acima de 60 ppm, no Diagrama de Classificação das Rochas Plutônicas (La Roche, 1964), Calculado a Partir da Proporção de Milications. R1 = 4Si 11(Na + K) 2(Fe + Ti); R2 = 6Ca + 2Mg + Al.

5 V. CONCLUSÕES O grupo das 23 amostras estudadas, selecionada por apresentarem teores de urânio e tório acima de 60 ppm (urânio entre 1 a 30 ppm e tório entre 44 a 130 ppm), apresentam coloração predominantemente amarelada e em menor freqüência cinza e avermelhada. São também principalmente de textura homogênea, ocorrendo em menor proporção as rochas suborientadas ou comercialmente denominadas movimentadas. A composição mineralógica essencial destas rochas é representada pelo K-fedspato, plagioclásio e quartzo. Como mineral comum subordinado está presente, de uma forma geral, a biotita e a moscovita. Os produtos de alteração variam, sendo principalmente sericita e minerais de argila, ocorrendo menor proporção o carbonato e óxido de ferro. Os minerais acessórios são constituídos de zircâo, monazita, apatita, mineral opaco (magnetita, martita, ilmenita, pirita, pirrotita, goethita e calcopirita), titanita, alanita, rutilo, fluorita, epidoto, batnesita, xenotima e torita. A autoradiografia possibilitou localizar, através de pontos e manchas enegrecidas, os minerais radioativos com teores superiores a 100 ppm, facilitando sua determinação ao microscopio petrográfico e na microssonda eletrônica. Estas manchas são, em sua maior parte, decorrentes da presença de monazita, alanita, zircâo, torita e batnesita. Estes minerais outorgam a seus hospedeiros ou aqueles que ocorrem próximos a eles, normalmente, halos e fraturas radiais, devido a sua radioatividade. Os resultados das análises químicas em rocha-total e e análise químico-mineralógica nos minerais radioativos, demonstram uma associação das terras raras leves (lantânio, cério, praseodímio e neodímio) com o urânio e tório, que são atribuídos, principalmente, a ocorrência da monazita, zircâo e alanita. Através da análise química via microssonda eletrônica em todas estas amostras, foi verificado que o plagioclásio apresenta-se com concentrações de Ab entre 68,8 a 98,6% e o k-feldspato com composição Or entre 80,7 e 95,9%. Os óxidos analisados na amostra total permitiram a utilização do diagrama de La Roche 1964 [12], destinado a classificar as rochas plutônicas, definindo-as, predominantemente, como granitos sieníticos e granitos alcalinos, onde ocorrem também amostras classificadas de granito monzonítico, sienito quartzoso e sienito. Os resultados dos principais óxidos foram também utilizados para determinar-se a saturação em alumina destas rochas, aplicando-se a classificação de Shand 1927 [13]. Esta indicou a ocorrência predominante de rochas peraluminosas (A/CNK). REFERÊNCIAS [1] MINISTÉRIO DAS MINAS E ENERGIA. Sumário Mineral. Departamento Nacional da Produção Mineral. ( [2] OLIVEIRA, S. F. DE. Caracterização Petrográfica, Estrutural e Física de Materiais com Aplicação no Setor de Rochas Ornamentais. Dissertação de Mestrado, Instituto de Geociências, Universidade de Minas Gerais. 1v, [3] WEDEPOHL, K.H. Handbook of Geochimistry Vol. I/5. Springer-Verlag. Berlim, New York, [4] BEA, F. Residence of REE, Y, Th and U in Granites and Crustal Protoliths; Implications for the Chemistry of Crustal Melts. Journal of Petrology, Vol. 37, Num. 3, pp , [5] ABDEL-MONEM, A, A, HUSSEIN, H. A, ABDEL- KADER, Z. M., ZIED, A. T. H., AMMAR, S. E. Radioactivity and Distribution of U and Th in Some Granitic Masses, Wadi el-saquia Area, Central Eastern Desert, Egypt. Pergamon. Vol. 47, No 5, pp , [6] FÖSTER, H-J. The Chemical Composition of REE-Y- Th-U-rich Accessory Minerals in Peraluminous Granites of the Erzebirge-Fichtelgebirge Region, Germany, Part I: The monazite-(ce)-brabantite Solid solution Series. American Mineralogist, Volume 83, pp , [7] SALAS, H. T. & ROCHA, F. Estudo de Rochas Radioativas da Província Carajás - PA. VII CGEN Congresso Geral de Energia Nuclear BH-MG, [8] SALAS, H.T.; BARBOSA, J.B.S.; MURTA, C.C.; ROCHA, F. DE A., NALINI, H.A.J; MENDES, J.C. Determinação de Minerais Radioativos em Granitos Como Rochas Ornamentais. In: V ENAN Encontro Nacional de Energia Nuclear, Rio de Janeiro, [9] HAREYAMA, M., TSUCHIYA, N. TAKEBE, M., CHIDA, T. Two-dimensional Measurement of Natural Radioactivity of Granitic Rocks by Photostimulated Luminescence Technique. Geochemical Journal, Vol. 34, pp. 1-9, [10] EL-SHERSHABY, A. Study of Radioactivity Levels in granite of Gable Gattar II in the North Eastern Desert of Egypt. Pergamon. ARI : pp.1-5, ( [11] WORLD NUCLEAR ASSOCIATION. Mineral Sands. Prepared from Australian Titanium Minerals Industry and CRA Information. 02p. (http// [12] LA ROCHE, H de. Sur Léxpression Graphique des Relations entre la Composition Minéralogique Quantitative des Roches Cristallines. Présentation d um Diagramme Destiné à l Étude Chimico-

6 Minéralogique des Massifs Granitiques our Granodioritiques. Sci. Terre, 9, p [13] SHAND, S. J. Eruptive Rock. Wiley & Sons, New York ABSTRACT In this work, we report on results of studies to determine the presence of radioactive minerals in ornamental granitic rocks used as revestiment, originated from several quarries in Brazil, predominantly those from the states of Espírito Santo and Minas Gerais. To develop this work, one hundred samples were collected from commercial stones in Belo Horizonte. In the study of the radioactive materials, techniques of autoradiography were used, as well as optical microscopy, diffractometry and chemical analysis (X-ray spectometry, X-ray fluorescence, neutronic activation, gravimetry and electron microanalysis) to determine the associated minerals and litotypes. Results obtained with autoradiographs of several samples show the shape, size and intensity of irregularly distributed dark spots which, when checked through an optical microscope and an electron microprobe, highlight mainly monazite, alanite and zircon. By using chemical analysis, concentrations of up to 30 ppm of uranium and 130 ppm of thorium were found, preferably associated to high concentrations of light rare earths in silicated rocks of granitic composition. In the future, further results about the ornamental granitic rocks with radioactive minerals will be applied, where possible implications to the environment and damages to the health due to contact with these rocks will be dicussed.