Estudo mineralógico, geoquímico tecnológico e de beneficiação das areias siliciosas e cauliníticas da região da Guia (Pombal)

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1 XV SEMANA VI CONGRESSO IBÉRICO Estudo mineralógico, geoquímico tecnológico e de beneficiação das areias siliciosas e cauliníticas da região da Guia (Pombal) Mineralogical geochemical technological study and beneficiation of the siliceous, kaolinitic sands of the Guia (Pombal) area Ramos, J.M.F.; Oliveira A.; Amarante, M.M.; Sousa, A.M.B. ; Guimarães F., Calvo, R. Laboratório do INETI de S. Mamede de Infesta Abstract The main mineralogical geochemical, technological characteristics of the siliceous and kaolinitic sands in exploitation at 3 sand quarries in the Guia (Pombal) region are presented in this paper. The study focuses especially on the <.63mm and the >.63mm size fractions, and included chemical and mineralogical compositions as well as the identification of the heavy minerals. Some technological characteristics of the <.63 mm fraction are also described A beneficiation process was conducted which, by decreasing the iron content to.5-.6%fe 2O 3,.enabled the sand to be used for white glass manufacturing. Keywords: siliceous kaolinitic sands mineralogy chemistry, technology., Resumo No trabalho apresentam-se as principais características mineralógicas geoquímicas tecnológicas e de beneficiação das areias siliciosas, cauliníticas em exploração em 3 areeiros da região da Guia (Pombal) referindo-se em especial as suas características granulométricas composição química (elementos maiores e alguns traços) das fracções >.63 mm e <.63 mm, bem como a mineralogia da fracção pesada. Descrevem se igualmente algumas características tecnológicas da fracção <.63 mm e o resultado dos ensaios de beneficiação realizados. Palavras-chave: areias, siliciosas, cauliníticas, mineralogia tecnologia, geoquímica 8. Matérias-primas de interesse industrial/raw materials of industrial interest 397

2 Volume % Introdução Na região de Guia (Pombal) estão actualmente em actividade três areeiros que exploram desde há alguns anos areias siliciosas, feldspáticas e cauliníticas que têm sido utilizadas na indústria de vidro de embalagem e na construção civil como reboco. Com o presente estudo pretendemos apresentar uma caracterização sucinta da matéria-prima explorada. Para a realização do trabalho procedemos a uma amostragem por roço nas frentes dos areeiros diferenciando os dois níveis principais que macroscopicamente se distinguem: um nível superior de areia amarelada (NA) com cerca de 16m a 22m e um nível inferior de areia branca (NB) que em alguns locais atinge mais de 35 m. Foram obtidos por roço em V para cada amostra cerca de Kg de areia que foram tratadas no Laboratório. Esboço geológico da região da Guia A área de estudo fica localizada a cerca de 3.5 Km para WSW da Povoação de Guia (Pombal) Fig. 1 (anexo). Morfologicamente, trata-se duma região relativamente aplanada a levemente ondulada e nela afloram predominantemente materiais arenosos, como se pode observar no mapa geológico apresentado. Da sua análise, constata-se que na área de estudo afloram essencialmente terrenos atribuídos ao Plio-Plistocénico indiferenciado. Esta unidade sobrepõe-se a um nível de Pliocénico Marinho do Vale de Carnide e ao Miocénico e Paleogénico Indiferenciados. Sobre o nível Plio-Plistocénico, depositaram-se mais recentemente dunas e areias de duna que foram atribuídas ao Moderno. Estudos geológicos recentes realizados na área, (Carvalho et alia - 6), permitiram subdividir e caracterizar mais pormenorizadamente o Pliocénico e o Plistocénico. Assim, segundo estes autores a sedimentação Pliocénica compreenderá: a) um ciclo de sedimentação marinha caracterizado por três grandes conjuntos que, da base para o topo compreendem a Formação de Carnide, a Formação de Ilha e a Formação de Roussa; b) uma sequência de sedimentação continental que inclui a Formação de Barracão. A sedimentação de natureza continental terá continuado no Plistocénico com as Formações de conglomerados de Estevães e de conglomerados de Ranha. Resultados obtidos Granulometria As curvas granulométricas obtidas das amostras colhidas nos diferentes areeiros estão são apresentadas na Fig. 2. As amostras apresentam uma distribuição granulométrica muito semelhante, são bem calibradas, com um rendimento de lavagem ligeiramente mais elevado no nível inferior branco. Na Tab. 1 apresenta-se de forma sucinta os resultados da distribuição granulométrica das diferentes amostras Diâmetro das Partículas (micra) Fig. 2 Curvas granulométricas Soargila NB Soargila NA Litoareias NB Litoareias NA IMOSA NB IMOSA NA Tab. 1- Distribuição granulométrica Soargila Litoareias Imosa Fracção NA (%) NB (%) NA (%)) NB (%) NA (%) NB (%) + 2,5 1,62 1,21 2, 2,41 3, ,15 95, 94, 92, 95, 93, -63 3,8 3,8 4,49 5, 2,9 3,75 NA-Nível de areia amarela; NB-Nível de areia branca Mineralogia Com recurso à difracção de Rx procedemos à determinação mineralógica semiquantitativa das areias tal e qual. O resultado obtido está patente na Tab. 2. Tab. 2 - Composição mineralógica semi quantitativa Por Difracção de. Rx da amostra Tal e Qual Minerais Soargila Litoareias Imosa (%) NA NB NA) NB NA NB) Quartzo Feldspato K Feldspato Na Vest. - Vest. - Vest. - Caulinite Da análise da tabela pode concluir-se que as areias são ricas em quartzo (>87%), seguindose o feldspato K (< 13%) e os filossilicatos em percentagens inferiores a 3 %. Constata-se também que a composição mineralógica média não varia significativamente de areeiro para areeiro. Procedeu-se igualmente á separação da fracção pesada com recurso ao bromofórmio. O conteúdo em minerais pesados nos níveis amarelo e branco dos três areeiros está patente na Tab. 3. Tabela 3 - Conteúdo em minerais pesados e leves nas fracções <355 m - >18 m e <18 - >63 m Amostras Fracç. Granul. M.Pesados (%) M. Leves (%) Soargila >18µm<355 µm NA >63 µm <18 µm Soargila >18 µm <355 µm NB > 63 µm <18 µm Litoareias >18 µm <355 µm NA > 63 µm <18 µm Litoareias >18 µm <355 µm NB >63 µm <18 µm Imosa >18 µm <355 µm NA >63 µm <18 µm Imosa >18 µm <355 µm NB >63 µm <18 µm NA Nível amarelo; NB Nível branco 8. Matérias-primas de interesse industrial/raw materials of industrial interest 398

3 A Tabela III evidencia em todas as amostras uma percentagem relativamente modesta da fracção pesada (sempre < 5.46%) e a tendência para a concentração dos minerais pesados na fracção >63 m - <18 m. Também se constata alguma tendência para o enriquecimento em minerais pesados do nível amarelo. Os resultados do estudo mineralógico, com microssonda electrónica, da fracção pesada, presente numa amostra global representativa dos 3 areeiros e vai apresentado na Tab. 4. Tab. 4- Composição mineralógica da fracção pesada Minerais Nível Amarelo Nível Branco I (%) D ( m) (%) D. ( m) Turmalina Andaluzite Estaurolite Ilmenite Granada Quartzo Rútilo Zirção Outros D= Diâmetro médio Verifica-se que as duas amostras apresentam um cortejo semelhante relativamente aos principais constituintes da fracção pesada onde predominam a turmalina (mais abundante no nível branco), andaluzite e estaurolite. No nível amarelo registam-se conteúdos mais elevados de ilmenite, granada e zircão e presença de piroxena, espinela e mistos de andaluzite rutilo e quartzo. No nível branco detectamos ainda a presença de corindo e mistos de quartzo e rútilo. O cortejo mineralógico da fracção pesada é compatível com uma alimentação detrítica a partir de granitóides e rochas xistentas Química A caracterização química, tal e qual, (elementos maiores e traço), é apresentada na Tab. 5. Todas as amostras apresentam elevados teores de SiO 2 (>94%) e baixos de Al 2O 3 (<2.78%), K 2O (<.89%) e P.R.(<1.23%). Os teores destes três últimos componentes podem explicar-se pela presença de alguma mica e feldspato K. Relativamente aos elementos cromóforos os teores são em geral muito baixos, com excepção do Fe 2O 3 que, no entanto, é <.24% e está relacionado com a presença de ilmenite, turmalina, estaurolite, óxidos de ferro hidratados amorfos, etc. O nível inferior de areia branca apresenta, nos três areeiros, os mais elevados teores de SiO 2 e mais baixos nos outros componentes. Em relação aos elementos traço analisados, os teores obtidos são genericamente baixos, com excepção do Ba (provavelmente associado aos feldspatos), Zr (associado ao zircão presente na fracção pesada), Rb (associado às micas e feldspatos), Sr (associado aos feldspatos), Ce (associado às monazites) e o Pb (provavelmente associado a sulfuretos ou óxidos de Pb presentes na fracção pesada). Tab. 5 Composição química tal e qual (elementos maiores, menores e alguns traço) Òxidos. Soargila Litoareias Imosa níveis NA NB NA NB NA NB SiO 2 95,21 96, 94,37 95,52 95,75 96,23 Al 2O 3 2,24 1,89 2,78 2,22 1,95 1,92 Fe 2O 3,19,12,24,13,23,14 MnO <,2 <,2 <,2 <,2 <,2 <,2 CaO,5,4,5,8,6,5 MgO <,1 <,1 <,1 <,1 <,1 <,1 Na 2O <, <, <, <, <, <, K 2O,78,67,89,58,88,35 TiO 2,8,6,7,8,7,6 P 2O 5 <,3 <,3 <,3 <,3 <,3 <,3 P.R. 1,14,81 1,23 1,1,72 1,4 Rb Sr Zr Ba La <5 5 <5 6 <5 <5 Ce <5 7 Pb Cr < Os teores de Nb, Ta; Sn, W, Th, Hf, U, Sm, Yb, Ni, Cr Zn V Co e Ga estão abaixo do limite de detecção Fracção <.63mm Mineralogia e química Na Tab. 6 e VII apresentam-se respectivamente os resultados do estudo mineralógico e químico desta fracção numa amostra global representativa dos 3 areeiros: Tab. 6 - Composição mineralógica semi-quantitativa por difracção de Rx da fracção <.63mm presente nas areias da Guia (Pombal). Minerais Nível Amarelo Nível Branco Ilite 6 (%) 5 (%) Caulinite (%) 55 (%) Quartzo 18 (%) 25 (%) Feldspato K 16 (%) 15 (%) Constata-se a predominância de caulinite seguida do quartzo, feldspato K e ilite, bem como uma maior abundância de caulinite no nível branco. Tab. 7 - Análise Química elementos maiores e traços presentes na fracção <.63mm. Óxidos Amostra Amostra Global Elem.. Global níveis NA NB NA NB SiO Rb Al 2O Sr Fe 2O Y MnO.2 <.2 Zr CaO Nb 8 6 MgO Ba Na 2O Sn 9 K 2O Th 9 TiO La P 2O Ce P.R Nd Cu Zn Pb V Ga A composição química (Tab. 7) é consentânea com a mineralogia presente. As amostras são essencialmente constituídas por 8. Matérias-primas de interesse industrial/raw materials of industrial interest 399

4 Índice de plasticidade (%) Volume % SiO2, Al2O3 Fe2O3 e K2O com valores elevados de P.R. Os teores mais elevados de Al2O3, P.R. e Fe2O3 são explicados respectivamente pela maior percentagem de minerais argilosos e de óxidos de ferro hidratados, amorfos, na amostra amarela. Os teores mais elevados em SiO2 e K2O no nível branco relacionam-se respectivamente, com os maiores conteúdos de quartzo e feldspato K. No que respeita aos elementos traço constata-se a preponderância dos teores de Ba e Rb (relacionados com os feldspatos e as micas) e Zr (devido à ocorrência de zircão). Todos os outros elementos analisados não apresentam grande relevância. Granulometria Conforme se observa na Fig. 3 as amostras apresentam uma distribuição granulométrica muito semelhante, verificando-se que todas as partículas têm dimensão inferior a m. Tratam-se portanto de amostras silto-argilosas. O nível amarelo caracteriza-se por apresentar valores relativamente elevados de fracção <2 m Diâmetro das Partículas (micra) Fig. 3 Curvas Granulométricas. da fracção <.63mm. Plasticidade Diagrama de Casagrande (seg. Gippini) Amostras pouco plásticas Amostras muito plásticas NA NB NA NB As formações de areias de Pombal são constituídas por material de fácil desagregação, por desmonte a céu aberto, utilizando equipamentos simples, após retirada duma camada superficial de terra. Os processos de tratamento envolvem classificações que tiram partido das distribuições dos minerais pelos calibres, depois de investigados os respectivos intervalos granulométricos. As areias apresentam uma composição granulométrica muito homogénea, pelo que a classificação, habitualmente por equivalência, é efectuada num ou no máximo dois estágios; um para eliminação de graúdos e outro para eliminação da fracção que concentra os minerais pesados, ocorrendo o quartzo habitualmente nos calibres intermédios. Assim as instalações de lavagem de areias, efectuam inicialmente a desagregação do produto com água, seguida de classificação por equivalência e de espessamento e filtragens, se necessário. Normalmente os estéreis produzidos nestes jazigos são em muito pequena quantidade, constituídos por um sobrecrivo e um infracrivo sob a forma de lamas. As areias podem ainda ser beneficiadas por flutuação e separação magnética o que não parece ser necessário nestas areias. Nos ensaios efectuados realizaram-se análises granulométricas e determinação de teores em ferro por lotes, em amostras compósitas das areias tal qual, designadas por Areia Branca e Areia Amarela. Estas amostras apresentavam na fracção /1 m, percentagens relativas de 97% e 95% respectivamente, com teores iniciais de.% e.16 % em Fe total. Quando as amostras foram submetidas a uma operação de desagregação e limpeza superficial das partículas por atrito (scrubbing), seguida de uma operação de classificação para eliminação dos finos daí resultantes, calibres inferiores a 1µm, onde se concentram os penalizantes, foi possível a obtenção dum produto de elevada qualidade quer em termos de granulometria quer em teores finais em ferro, isto é valores inferiores a,5% e,6% de Fe 2O3 para a areia Branca e Amarela respectivamente. Consegue-se deste modo uma diminuição dos teores em ferro de ~%, em relação ao produto tal-qual Limite de Fluidez(%) Fig. 4 Diagrama de Casagrande. O diagrama de Casagrande (Fig.4) evidencia que a fracção <63 m do nível amarelo é mais plástica que a do nível branco, o que está de acordo com o teor mais elevado de minerais argilosos constatados neste nível. Beneficiação Conclusões O reconhecimento geológico realizado permitiu definir dois níveis principiais de areias finas: um superior de cor amarelada e outro inferior de cor branca. Esta estrutura apresenta uma notável continuidade lateral com variações de fáceis. Tratam-se de areias siliciosas, finas, bem calibradas que de acordo com as especificações conhecidas e após o tratamento efectuado, permitem a sua utilização no fabrico de vidro branco, uma vez que os níveis apresentam granulometria e teor em ferro adequados. O cortejo mineralógico da fracção < 63 m dos dois níveis é semelhante, apresentando o caulino, obtido por lavagem dos níveis amarelo e branco, aptidão cerâmica para introduzir em lotes para os sectores da 8. Matérias-primas de interesse industrial/raw materials of industrial interest

5 telha/pavimento e do barro branco, respectivamente, o que poderá permitir uma exploração integral do recurso. Referências Carvalho, M.,Soares, A.F.,Callapez, P.M., 6. Evolução sedimentar Plio-Plistocénica na região do baixo Mondego: Sector Pombal- Monte Redondo-Soure (Beira Litoral, Portugal)- Actas do VII Congresso Nacional de Geologia, Universidade de Évora Vol. 2 pps Manuppella, G., Zbyszewski, G.,Ferreira,O.V., 1978 Carta Geológica de Portugal escala 1/, Folha 23-A Pombal. Serviços geológicos de Portugal. Anexo 8. Matérias-primas de interesse industrial/raw materials of industrial interest 1