Caracterização de argilas utilizadas em olarias em Feira de Santana-BA, através de análise espectral.

REVISTA DE BIOLOGIA E CIÊNCIAS DA TERRA ISSN 1519-5228 Volume 12 - Número 1-1º Semestre 2012 Caracterização de argilas utilizadas em olarias em Feira de Santana-BA, através de análise espectral. Filipe Ramos Mello 1 ; Suzana Modesto de Oliveira Brito 2 ; Joselisa Maria Chaves 3 RESUMO A região de Feira de Santana BA é pouco estudada quanto a composição do seu solo. Em particular, os argilominerais constituintes desse solo são completamente desconhecidos. Neste trabalho utilizou-se a espectrorradiometria como técnica de identificação preliminar de argilominerais presentes em quatro pontos de coleta, visando a caracterização desses materiais antes de investir em processos de separação e tratamento, que são demorados, de custo relativamente alto e lançam resíduos para o ambiente. A espectrorradiometria dispensa o pré-tratamento de amostras acelerando o processo de análise mineralógica As amostras foram coletadas em quatro pontos onde são feitas retiradas de material para olarias. Os espectros foram obtidos sem nenhum tratamento prévio e permitiram identificar todas as amostras como fazendo parte do grupo das caoesmectitas, sendo que, em algumas amostras identificou-se a presença de halosita e nacrita. Duas amostras apresentaram exatamente o mesmo espectro, o que permite o direcionamento das análises posteriores, proporcionando economia de recursos e de tempo. Palavras-chaves: Argilas, Espectroscopia,Caracterização Mineral. Characterization of clays used in potteries of Feira de Santana-BA by spectral analysis. ABSTRACT There are no studies on the composition of the clay minerals of Feira de Santana BA. In this work four samples of clays used in pottery were studied by spectral techniques. These techniques enable the previous characterization of the samples without any kind of pre-treatment. This feature allows a better distribution of the time and materials used in clay separation and purification. The samples were collected in four sites of mineral prospection and were grounded and dried before analysis. The spectra were collected with the samples as received. The spectral analysis showed that the four samples are from the group of kaosmectite and it was possible to identify the presence of halosyte and nacrite in two samples as mixtures. The technique is environmentally friendly, non destructive and allows time and resources economy. Keywords: Clay, Spectroscopy, Mineral Characterization. 128

1 INTRODUÇÃO A análise espectral de amostras através de espectrorradiometria é capaz de trazer respostas acuradas quanto a mineralogia de argilas, pois permite capturar o espectro emitido por cada elemento, proporcionando respostas quanto a sua composição química (Clark, 1999). Cada elemento da natureza possui uma resposta espectral que o caracteriza (as assinaturas espectrais), dessa forma é possível através da análise dos espectros identificar e caracterizar argilas, entre outros minerais. Quando a superfície de um mineral é exposta a radiação eletromagnética em certa faixa de comprimento de onda, os fótons podem ser refletidos, absorvidos ou transmitidos (reflectância, absorbância e transmitância). Todas as superfícies naturais interagem com os fótons. Esses fótons são absorvidos ou refletidos mediante processos eletrônicos e vibracionais das moléculas formadoras do material fornecendo informações químicas sobre o mineral, quando expostos a luz (Clark 1999). Essas interações podem ser medidas através da espectrografia, dando origem aos espectros de absorção, emissão e transmissão. Esses espectros são característicos para cada substância e para cada faixa de comprimentos de onda estudada. No caso de amostras de minerais, a espectrorradiometria é uma técnica executada no intervalo de comprimento de onda de 0,4 a 2,4 µm, direto sobre a superfície do material em pó, não requerendo nenhum tratamento prévio do mineral. A interação da radiação nesta faixa de comprimentos de onda com o material analisado produz espectros individuais, que podem ser comparados com espectros padrão para obtenção da estrutura do material estudado. O objetivo desse trabalho é identificar e caracterizar os tipos de argilominerais que constituem amostras coletadas em olarias no município de Feira de Santana, com a finalidade de mapear os tipos de argilas existentes na região. Para isso são utilizados dados de espectroscopia de reflectancia das amostras brutas obtidos por espectrorradiometria, visando obter dados preliminares de identificação em um intervalo de tempo mais curto. A caracterização mineral do município de Feira de Santana é limitada e não se encontram dados a respeito dos argilominerais existentes na região. A necessidade de conhecimento dos recursos minerais explorados no município é extensa, visando à preservação ambiental dos sítios de coleta, que geralmente se localizam próximos a lagoas e nascentes. Além disso, o conhecimento da natureza do mineral coletado para uso em olarias pode permitir um melhor beneficiamento do mesmo, resultando em maior valor agregado e em melhoria da qualidade de vida da população que vive deste recurso natural. A rapidez na obtenção de resultados é fundamental para esse propósito, visto que acelera a tomada de decisões sobre o sítio de coleta em questão. 2 MATERIAIS E MÉTODOS Metodologia de Coleta e Preparação das Amostras Inicialmente foi feita a identificação e localização dos sítios de coleta de argilas, utilizados por olarias no município de Feira de Santana. Com o objetivo de evitar pontos de coleta clandestinos, foi solicitado à Secretaria Municipal de Meio Ambiente uma relação contendo os pontos de coleta cadastrados junto ao órgão. Os pontos cadastrados de coleta de argilas para olarias estavam situados nas localidades da Lagoa Salgada, São José, Candeal e Onça-flor. Os sítios de coleta já se apresentavam bastante degradados, com trincheiras totalmente reviradas, não sendo possível identificar o horizonte B, onde se encontram os argilominerais (Kiehl, 1979), desse modo o material para estudo foi coletado a partir do material já extraído pelos oleiros, alocado em forma de montoeira. Assim as amostras foram extraídas na forma de torrões e/ou conglomerados. As amostras em torrões são as mais usuais e são utilizadas para várias análises. Amostras obtidas desta maneira se prestam para certas análises físicas e de um modo geral, para todas as análises químicas (Kiehl, 1979). Estando o material seco e rígido foi necessária a utilização da picareta, para desagregá-lo. Por fim o material foi removido com pá e depositado numa sacola coletora de 10 x 15 cm. Após a coleta o material foi levado 129

para o laboratório e armazenado em frascos e local apropriado. As amostras foram nomeadas de acordo com o nome do local de coleta: Lagoa Salgada, LS; São José, SJ; Candeal, C; e Onça-flor, OF. As amostras foram secas a 60 C em estufa por 1 hora e moídas em moinho de bolas para redução do tamanho e desagregação da amostra, durante 10 min. As amostras foram então peneiradas em diferentes malhas sendo aproveitadas apenas a fração que passou na peneira de 0,005 mm (74 mesh), que era a malha mais estreita disponível. Obtenção dos Espectros As amostras foram colocadas em placa sintética de cor preta (500 mg), de forma a cobrir toda a superfície da placa. Esse material foi analisado em espectrorradiometro modelo FieldSpec Pro FR (ASD, 2002) com um FOV (Field Of View; Campo de Visada) de 25 graus, fonte de iluminação halógena (NORIS), placa de referência Spectralon, que cobre a faixa espectral de 0,4 a 2,5 µm, durante 60 segundos. Tratamento dos Espectros A) Remoção do contínuo O conjunto de assinaturas espectrais obtido para as amostras de argila teve o continuo removido pela técnica continuumremoval (Rsi, 2009), com o objetivo de manipular os dados com qualidade para visualização e realce. Define-se o continuo como sendo a linha base, que toca o máximo número possível de pontos da curva de reflectância espectral sem cruza - lá (Hoff, 2002). A remoção do continuo é realizada através de operações de subtração utilizando-se o software Envi 4.7. B) Análise empírica dos dados espectrais Após remoção do contínuo os dados espectrais foram utilizados na elaboração de uma biblioteca espectral própria. Essa biblioteca é composta por curvas espectrais de argilominerais puros (curvas de referência obtidas na biblioteca da USGS) e das curvas espectrais das amostras de argila extraídas em campo. O método empírico utiliza uma base bibliográfica da USGS (United States Geological Survey) e os trabalhos de Ducart (2004), Senna (2003) e Clark (1999). Para a análise dos espectros são observadas a forma da curva semelhante; localização das bandas de absorção (µm); profundidade das bandas de absorção; presença de argilominerias; e presença de outros minerais (Senna & Souza Filho 2003, Hoff 2002). A geometria dos picos ou bandas são elementos fundamentais na determinação de minerais. Esses picos ou bandas podem ser descritos como: largos, agudos, simétricos, com braço direito assimétrico, com ombro esquerdo ou direito e com dublete (Lyon & Khu, 1989 citado por Senna, 2003). 3 RESULTADOS E DISCUSSÕES Os resultados obtidos a partir da coleta dos espectros e seus principais picos de absorção são mostrados nas figuras a seguir (Figuras 1 a 6). Amostra C O espectro coletado dessa amostra é apresentado nas Figura 1 e 2. Observa-se que esse espectro possui valores baixos de reflectância devido à presença de matéria orgânica. Absorções mais acentuadas são verificadas em 2.189, 2.208, 1.922, 1.413, 1.392, 1.331 e 0,478 μm. Ocorre absorção alongada em 0.890 μm o que evidência a presença de ferro (Fe), assim como em picos discretos em 0.965 e 1.02 µm. A absorção em 2.208 μm é característica da presença de Al-OH. Outras absorções são notadas em 2.115, 2.314, 2.360, 2.386 e 2.422 µm. De acordo com a bibliografia consultada (Hunt 1977, Clark 1995), verifica-se que essa amostra possui características espectrais próximas a caoesmectita 2 (USGS), assim tratase de uma mistura entre caulinita e argilomineral do grupo das esmectitas. Essa amostra possui uma absorção acentuada em 1.413 e em 1.922 μm (presença de H 2 O). A amostra possui forte absorção em 2.208 μm (presença de Al-OH) e possui leve absorção dupla entre 2.36 μm e 2.385 μm (presença de mistura espectral, atribuído a presença de argilomineral do grupo das esmectitas). Percebe-se ao se comparar o espectro coletado a partir da amostra C e o espectro da caoesmectita (da biblioteca da USGS), que os 130

mesmos possuem perfis semelhantes (Figura 2). Pode-se observar que a faixa entre 0,4 e 0,6 µm apresenta picos em nosso material que não aparecem no espectro da caoesmectita, Esses picos, associados aos picos em 2,36 e 2,385 µm, indicam presença de magnésio na amostra, sugerindo que este material é uma mistura de caoesmectita e um dos minerais do grupo das esmectitas por possuir características de ambos. De fato, considerando que a caoesmectita é derivada da esmectita, é possível encontrar-se misturas desses minerais na natureza. Figura 1 - Espectro da amostra C mostrando as principais bandas observadas. Figura 2 - Comparação entre o espectro da amostra C [1], caoesmecita3 [2] e caoesmectita2 [3] e espectro da caoesmectita1 [4] 131

Amostra LS O espectro da amostra LS é mostrado na figura 3 e as comparações do mesmo com os espectros obtidos na literatura são mostradas nas figuras 4 e 5. O espectro coletado dessa amostra possui valores baixos de reflectância devido à presença de matéria orgânica. Absorções mais acentuadas são verificadas em 2.208 (media absorção); 1.912 μm (forte absorção) e 1.413 μm, média com fraca absorção em 0.513 μm. As absorções em 1,413 μm e 1,912µm são atribuídas a presença de água no material, a absorção em 2,209 μm é atribuída a Al-OH. Absorções são verificadas em 0.567, 0.590, 1.02 (transições eletrônicas de Fe +3 ), 1.116, 1.25, 1.331, 2.312 e 2.358 (caracterísitcas de minerais do grupo das esmectitas), 2.385 e 2.39 (causadas por misturas espectrais não identificadas). Essas bandas são atribuídas na literatura (Pontual e Ganson, 1997) a misturas de minerais, não sendo possível a identificação individual de cada um. Verifica-se que essa amostra possui características espectrais idênticas a caoesmectita 3 (da biblioteca da USGS) (Kiehl, 1979). Pode-se então supor que a amostra é uma mistura entre os argilominerais caulinita e esmectita. No entanto, a forma geral do espectro é clássica da caoesmectita. A fórmula química da caoesmectita é Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4. A amostra possui absorções destacadas em 1.413 e 1912 μm (atribuídas a OH e H 2 O) características das esmectitas. Entre o intervalo 2.13 e 2.385 μm o espectro da amostra LS possui semelhança ao espectro da Halosita da biblioteca JPL (JPL library spectra), tendo semelhança na forma da curva e nos picos de absorções (Figura 5). Isso nos leva a crer que essa amostra pode ser composta de caoesmectita e halosita misturadas. Figura 3 - Espectro da amostra LS 132

Figura 4 - Espectros da amostra LS [1] e da Caoesmectita 3 [2] Figura 5 - Comparação entre o espectro da amostra LS [1] e de espectro da halosita [2] da biblioteca espectral JPL. 133

Amostra SJ O espectro da amostra SJ é mostrado na figura 6 e a comparação deste espectro com vários espectros da literatura é mostrada na Figura 7. O espectro coletado dessa amostra possui valores elevados de reflectância, que indicam menor presença de matéria orgânica que a observada nas amostras obtidas nos outros sítios de coleta. Absorções são verificadas em 2.499; 2.446; 2.385; 2.360; 2.312; 2.312; 2.265; 2.207 e 2.184µm. Estes picos são diagnósticos da presença de caulinita o que reforça a idéia de que essa amostra também é uma mistura entre caulinita e minerais do grupo das esmectitas. A absorção em 2.115 µm é associada a minerais do grupo das canditas, no entanto neste espectro o pico não apresenta a profundidade característica desses minerais, assim, não podemos atribuí-lo com precisão. A absorção média e alongada em 1.925 µm indica presença de moléculas de H 2 O; as absorções em 1.841 e 1.799 µm indicam a presença discreta de sulfatos e caulinita; os picos em 1.413 e 1.389µm são atribuídos a presença de H 2 O e OH; os picos a 1.329; 1.269; 1.111; 1.019 e 1.000 µm são considerados transições eletrônicas de Fe +3, bem como os picos em 0.907 e 0.477 μm (óxidos e hidróxidos de ferro). A absorção entre 2.200 e 2.380 μm é devido à presença de argilominerais misturados, não identificados individualmente. De acordo com a bibliografia consultada (Hunt 1977, Clark 1995, Senna 2008), verificase que essa amostra possui características espectrais idênticas a Caulinita/Esmectita (Caoesmectita). Analisando detalhadamente o intervalo entre 1.413 e 2.207 μm verifica-se a semelhança com o espectro das caoesmectitas 1 e 2. Mesmo assim, percebe-se em baixa frequência que a amostra SJ possui uma absorção discreta que não se encontra no espectro da caoesmectita 2. Essa situação ocorre pela possível presença de outro mineral associado. Em pesquisa realizada na biblioteca espectral da USGS, com apoio de bibliografia específica (Gomes 1988, Clark 1999), o espectro da amostra SJ foi comparado com espectros dos minerais do grupo da caulinita, como dicta; nacrita e halosita além de minerais do grupo das esmectitas, montmorilonita, nontronita, saponita e por fim argilominerais aluminosos por serem propícios a associação com a caoesmectita. Ao serem comparados os espectros da caoesmectita 2, da nacrita e da amostra SJ (figura 7), verifica-se uma absorção na amostra SJ que não é verificada no espectro da caoesmectita2, no entanto é verificado na nacrita (USGS). Entende-se que além da caoesmctita (caulinita + argilomineral do grupo das esmectitas) a amostra SJ contém em sua composição a nacrita que tem formula química Al 4 [Si 4 O 10 ] (OH) 8,. Figura 6 - Espectro da amostra SJ 134

Figura 7 - Comparação entre espectro da amostra SJ [1], com os espectros da Nacrita [2] caoesmectita 5[3]; caoesmectita 4[4]; caoesmectita 3[5], caoesmectita 2[6], e caoesmectita 1[7] Figura 8 - Comparação entre o espectro da amostra OF [1] e o espectro da amostra LS [2] 135

Amostra OF Essa amostra possui as mesmas características da amostra LS, como se pode ver na figura 8. A amostra LS foi caracterizada como uma mistura de caoesmectita 3 e halosita. Assim, a amostra OF também foi identificada como uma mistura de caoesmectita 3 e halosita 4 CONCLUSÕES As argilas coletadas foram analisadas por espectrorradiometria e foram identificadas como sendo parte do grupo das caoesmectitas. Também foram identificadas misturas de minerais existentes na amostra. Assim, a amostra C (Candeal) é constituída por uma caoesmetita 2; as amostras LS (Lagoa Salgada) e OF (Onça Flor) são idênticas e constituem uma mistura de caoesmectita 3 e halosita, o que já era esperado, devido a proximidade dos sítios de coleta; e a amostra SJ (São José) é constituída de uma mistura de caoesmectita e nacrita. Pode-se ver que a análise espectral foi de grande utilidade na identificação prévia dos materiais, permitindo inclusive a decisão sobre análises posteriores. Por exemplo, como as amostras LS e OF são constituídas do mesmo material, torna-se desnecessário a análise detalhada das duas amostras, o que diminui o tempo do trabalho e proporciona economia de recursos. Embora permita a identificação de materiais através do espectro, a espectrorradiometria não possui um mecanismo de quantificação dos componentes da amostra, sendo necessária a complementação da análise com outras técnicas, como difração de raios X (DRX), fluorescência de raios X (FRX), etc. No entanto, a realização de um estudo prévio por espectrorradiometria permite o melhor direcionamento do trabalho, otimizando a utilização dos recursos disponíveis. A espectrorradiometria apresenta-se, então, como uma técnica útil para a identificação preliminar de amostras de argilominerais, diminuindo o tempo de processamento das amostras, visto que as mesmas não precisam de nenhum tratamento para serem analisadas, exceto moagem e secagem. A técnica permite uma seleção das amostras a serem encaminhadas a processamento posterior para separação da fração argila, diminuindo os custos com reagentes e o tempo de processamento. Além disso, por se constituir em técnica não destrutiva, não produz resíduos a serem lançados no ambiente, reduzindo a contaminação de efluentes provocada pelo uso de reagentes químicos no tratamento do material. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALMEIDA, José Antonio. P. 1992. Estudo Morfodinâmico do Sitio Urbano de Feira de Santana Ba. Dissertação de Mestrado, Instituto de Geociências, UFBA, Salvador, 140p. ANJOS, Nelson da Franca Ribeiro dos; BASTOS, Carlos Alberto de Miranda. 1968. Estudo das possibilidades hidrogeologicas de Feira de Santana - Bahia. Recife, SUDENE, Div. Documentação, 125p. BASTOS, Gracinete Souza. 2000. Uso de Sistemas de Informações Geográficas para zoneamento Geotécnico do Município de Feira de Santana. Feira de Santana, Sitientibus, 23 (1): 113-136. INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA (IBGE). 2006. Censo demográfico. Disponível em: www.ibge.br/municipios. Acessado em: 10/01/1010. SUPERINTENDÊNCIA DE RECURSOS HÍDRICOS DA BAHIA (SRH). 2003. Banco de dados geográficos. Salvador, CD-Rom SIG- BA. CLARK, R.N. 1995. Reflectance Spectra, AGU Handbook of Physical Constants, 178-188. Disponivel em: http://www.clarkvision.com/rnc/publist.html. Acesso em: dezembro de 2009. CLARK, R. N., Chapter. 1999. Spectroscopy of Rocks and Minerals, and Principles of Spectroscopy, in Manual of Remote Sensing, 136

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