UTILIZAÇÃO DE ANÁLISE MULTICRITÉRIO PARA MAPEAMENTO DE ÁREAS PRIORITÁRIAS PARA EXTRAÇÃO DE MINERAIS RICOS EM LÍTIO NOS PEGMATITOS DO MUNICÍPIO DE SOLONÓPOLE (CE) Marcos Aurélio Marcelino Moreira 1 Cristiano Alves da Silva 1 10.18190/1980-8208/estudosgeologicos.v27n1p171-182 1 Superintendência do Departamento Nacional de Produção Mineral no Ceará Brasil. marcos.moreira@dnpm.gov.br, cristiano.silva@dnpm.gov.br RESUMO O lítio vem sendo cada vez mais demandado como ânodo na fabricação de baterias elétricas, por apresentar um carregamento mais rápido e maiores densidade de carga e durabilidade, o que amplia a vida útil da bateria. No Brasil, a extração de lítio está restrita aos pegmatitos de Araçuaí (MG), entretanto, considerando a demanda crescente do mercado, torna-se necessária uma melhor compreensão de outras áreas com potencial para a extração de minerais de lítio, como no caso dos pegmatitos encontrados na região de Solonópole (CE), sendo o objetivo deste artigo, demonstrar a utilização de análise multicritério para mapeamento de áreas prioritárias para explotação de minerais ricos em lítio, a partir de observações de campo realizadas em antigos garimpos de pegmatitos existentes nesta região. Os resultados obtidos foram considerados satisfatórios, com a identificação de áreas prioritárias para explotação de minerais litiníferos, ponderando de forma holística os dados coletados nos antigos garimpos abandonados. Os resultados das análises químicas e da avaliação multicritério corroboram com os trabalhos já existentes na região, mas com o diferencial do escalonamento da potencialidade, fornecendo a pesquisadores interessados no lítio existente na região, uma fonte de informação exploratória capaz de maximizar as pesquisas e minimizar custos. Palavras chave: Explotação, ambligonita, lepidolita, potencial. ABSTRACT Lithium has been, increasingly demanded as anode in the manufacture of electric batteries, by presenting a faster loading and greater charge density and durability, which extends battery life. The lithium extraction in Brazil is restricted to the pegmatites of Araçuaí (MG). However, considering the growing market demand, it is necessary a better understanding of other areas with potential for the extraction of lithium minerals, as it is the case of the pegmatites found in the region of Solonópole (CE). The purpose of this article, demonstrate the use of multi-criteria analysis for mapping of priority areas for explotation of minerals rich in lithium, from field observations in ancient mining of existing pegmatites in this region. The results were satisfactory, with the identification of priority areas for explotation litiníferos minerals, weighing holistically data collected in old abandoned mines. The results of chemical analysis and multi-criteria evaluation corroborate existing jobs in the region, but with the difference of the potential escalation, providing researchers interested in existing lithium in the region, a source of exploratory information able to maximize research and minimize costs. Keywords: Explotation, amblygonite, lepidolite, potential. 171
Marcos Aurélio Marcelino Moreira & Cristiano Alves da Silva INTRODUÇÃO O lítio, elemento mais leve e mais eletropositivo dos metais, é normalmente utilizado como ânodo na fabricação de baterias elétricas, por apresentar um carregamento mais rápido, bem como maior densidade de carga e durabilidade, o que amplia a vida útil da bateria. Geologicamente, os principais ambientes para concentração de lítio ocorrem em salmoras de evaporitos, sendo possível sua ocorrência também em pegmatitos graníticos, na composição dos minerais ambligonita, espodumênio e lepidolita, dentre outros. Garcia (2014) estima as reservas de óxido de lítio no Brasil em 48 mil toneladas, sendo sua exploração restrita aos pegmatitos do munícipio de Araçuaí (MG). Entretanto, estudos como o de Moraes et al. (1973), Oliveira (1983) e Souza (1985) apontam a existência de minerais com teores significativos de lítio nos pegmatitos encontrados no município de Solonópole (CE), podendo esta ocorrência ser uma nova fronteira nacional para exploração desta substância, haja vista sua intensa exploração ocorrida no final do último século, onde além do lítio foram exploradas por garimpeiros, de forma rudimentar, substâncias como tantalita, berilo, ambligonita, feldspato e cassiterita, sendo a atividade interrompida por falta de mercado. Neste contexto, considerando o crescimento do mercado favorável ao consumo de energia limpa e o consequente investimento na fabricação de veículos elétricos, torna-se necessária uma melhor compreensão de novas áreas com potencial para a extração de minerais que contenham teores significativos de lítio em sua composição, sendo o objetivo principal deste artigo, demonstrar a utilização de análise multicritério para mapeamento de áreas prioritárias para exploração de minerais ricos em lítio a partir de observações de campo realizadas em antigos garimpos de pegmatitos na região de Solonópole no Estado do Ceará (Fig. 1). Figura 1. Localização da área de estudo. 172
UTILIZAÇÃO DE ANÁLISE MULTICRITÉRIO PARA MAPEAMENTO... CONTEXTO GEOLÓGICO Segundo Souza (1985), o Distrito Pegmatítico de Solonópole/Quixeramobim (DPSQ), situado no centro-oeste do Ceará, apresenta a maior concentração de pegmatitos com potencial econômico, abrangendo os municípios de Solonópole, Quixadá, Milhã e Banabuiú. Moraes et al. (1973) descreve as rochas do embasamento cristalino compostas por gnaisses e migmatitos diversos (embrechitos, anatexitos, epibolitos), granitoides e quartizitos do Grupo Ceará, cortadas por diques de diabásio, correlacionados com o magmatismo básico Terciário no Rio Grande do Norte. Os pegmatitos por sua vez apresentam natureza granítica e estão orientados preferencialmente segundo N70E e E-W, com mergulhos verticais a sub-verticais. São compostos essencialmente por quartzo, feldspato, biotita, muscovita e afrisita e associadamente berilo, cassiterita, ambligonita, espodumênio, tantalitacolumbita e turmalinas coloridas. Oliveira (1983) sugere que o quantitativo dos corpos pegmatitos presentes no município de Solonópole e adjacências é superior a 50, podendo alcançar até 100 corpos, cuja maioria possui extensões menores que 100 m e larguras inferiores a 10 m. Esses pegmatitos foram definidos por Moraes et al. (1973) como estano-tantalíferos, associados a granitos pegmatóides mineralizados em cassiterita na porção sudeste da área, enquanto que os demais pegmatitos foram caracterizados como lítio-berilo-tantalíferos, com frequentes fenômenos de albitização e greisenificação. Souza (1985) posicionou que as principais ocorrências dos pegmatitos litiníferos encontram-se i) a NE da sede do município de Solonópole, caracterizados por associações lítio-berilo-tantalíferas e lítio-berilo-estaníferas, e ii) na porção W e NW do município, onde estão representadas as maiores ocorrências de pegmatitos lítio-berilo-tantalíferos. MÉTODOS Com o intuito de alcançar o objetivo de mapear as áreas prioritárias para exploração de minerais ricos em lítio na região de Solonópole (CE), foi realizada uma análise multicritério a partir de informações de campo coletadas em antigos garimpos de pegmatitos, conforme metodologia ilustrada no fluxograma da figura 2 e descrito com detalhe na sequência. 173
Marcos Aurélio Marcelino Moreira & Cristiano Alves da Silva Figura 2. Fluxograma da metodologia utilizada. A metodologia utilizada neste estudo de caso foi iniciada com uma revisão bibliográfica de trabalhos realizados anteriormente na região de Solonópole (Benevides, 1983; Medeiros, 2006), permitindo assim a elaboração de um Sistema de Informação Geográfica (SIG) contemplando os garimpos onde foram retirados minerais litiníferos, bem como os pegmatitos nos quais foi verificada a presença desses minerais na associação mineralógica. De posse destes dados, foi realizada uma expedição de campo, onde as informações obtidas na revisão bibliográfica foram comprovadas e complementadas com o apoio dos garimpeiros que trabalhavam na região no passado, auxiliando na localização dos principais pegmatitos onde foram encontrados minerais de lítio (ambligonita, espodumênio e lepidolita) dando origem ao SIG dos Pegmatitos Litiníferos de Solonópole (CE). Na ocasião, sempre que possível, foram coletadas amostras de minerais litiníferos para análise química, visando à identificação do percentual de óxido de lítio (Li2O) presente. A partir das informações contidas no SIG foi realizada uma análise multicritério para determinação do potencial para exploração de lítio nestes locais. Dentre os diversos métodos multicritério passiveis de integração em ambiente SIG, foi utilizado o método Analystic Hierarchy Process (AHP) desenvolvido por Thomas L. Saaty na década de 70, que consiste, de acordo com Saaty (1980), em um processo de escolha baseada na lógica de comparação par a par (pairwise comparison), em que diferentes fatores que influenciam na tomada de decisão são organizados hierarquicamente, comparados entre si, e um valor de 174
UTILIZAÇÃO DE ANÁLISE MULTICRITÉRIO PARA MAPEAMENTO... importância relativa (peso) é atribuído ao relacionamento entre estes fatores, conforme uma escala pré-definida que expressa a intensidade que um fator predomina sobre outro, em relação à tomada de decisão, sendo seu processo realizado ao longo de seis etapas, agrupadas em três estágios, conforme ilustrado na figura 3. O primeiro estágio do processo AHP consiste na estruturação de uma hierarquia dos fatores determinantes para identificação do potencial para explotação de lítio nos pegmatitos georreferenciados no SIG, possibilitando definir a influência mutua entre os mesmos, onde as entidades de um grupo influenciam as de outro e são influenciadas pelas entidades de apenas outro. Ficando no topo da hierarquia o objetivo, no caso definir o potencial para explotação de lítio, no segundo nível os quatro critérios observados em campo: (i) principal mineral de lítio explotado, (ii) volume explotado no antigo garimpo, (iii) relevância do lítio na explotação do garimpo, e (iv) tamanho da cava, e no último nível as características intrínsecas a cada critério, formando uma hierarquia onde os elementos com características mais gerais são alocados nos níveis superiores, enquanto os que caracterizam especificamente o problema são dispostos nos níveis de base (Fig. 4). Figura 3. Estágios do processo AHP. Figura 4. Hierarquia de decisão. 175
Marcos Aurélio Marcelino Moreira & Cristiano Alves da Silva A partir da hierarquia de decisão, no segundo estágio do método AHP, foram construídas as matrizes de comparação pareada que, de acordo com Silva et al. (2004), consistem em matrizes quadradas de n x n, de comparação entre os n critérios, onde as linhas e as colunas correspondem aos critérios, sendo o resultado igual à importância relativa do critério da linha face ao da coluna, sendo os valores de entrada nas matrizes obtidos com base na comparação dois-a-dois dos fatores, avaliando seu grau de influência em relação ao objetivo de identificar o potencial para explotação de lítio, definindo a importância relativa entre os fatores, conforme uma escala pré-definida de 1 a 9, onde o valor 1 equivale ao mínimo e 9 o máximo de importância de um fator em relação ao outro. De cada matriz de comparação pareada foram extraídos seus autovetores, que correspondem ao grau de importância relativa para cada fator considerado, sendo os autovetores do segundo nível da hierarquia denominados notas e os resultantes da matriz de cada conjunto de atributos do terceiro nível chamados de pesos. No terceiro e último estágio do método AHP foi realizada a priorização das alternativas e definição das classes de potencial, onde os autovetores notas e pesos, resultantes das matrizes de avaliação, foram utilizados para compor a classificação final com o potencial para explotação de lítio de cada pegmatito mapeado no SIG, sendo este fruto do cruzamento dos autovetores obtidos na mesma coordenada x, y de cada fator ponderado na hierarquia, conforme ilustrado na figura 5. De posse da classificação do potencial dos pegmatitos para explotação de lítio foi utilizado o estimador de Kernel no software TerraView 4.2.2, para gerar uma superfície interpolada que reflete a intensidade pontual do processo em toda a região de estudo, sendo atribuído a cada ponto o valor resultante do processo AHP, permitindo assim agrupar os pegmatitos avaliados em áreas prioritárias para explotação do lítio. Figura 5. Ilustração do processo de cruzamento dos critérios ponderados. 176
UTILIZAÇÃO DE ANÁLISE MULTICRITÉRIO PARA MAPEAMENTO... RESULTADOS Os dados de campo apontam a existência, na região de Solonópole, de pelo menos 47 pegmatitos caracterizados pela presença de minerais de lítio em sua composição, principalmente ambligonita e secundariamente, espodumênio e lepidolita. Além destes é possível observar a presença de quartzo, feldspato, muscovita, tantalita, berilo, cassiterita e turmalina, sendo essas últimas apresentadas nas colorações preta, azul e rosa. Os resultados das análises químicas revelaram que as amostras de ambligonita foram as que apresentaram os maiores teores para óxido de lítio. Quatro minerais desse tipo foram analisados, com resultados de até 9,41% de Li2O, o que, exceto por uma amostra com apenas 3,1%, as ambligonitas recolhidas nesses pegmatitos expressaram valores mais elevados em comparação com os minerais estudados em Moraes et al. (1973). Ressalta-se que considerando um único pegmatito, um mesmo mineral pode apresentar teores diferentes, e que neste caso, a comparação ocorre com diferentes pegmatitos da região (Tabela 1). A maioria dos resultados químicos das lepidolitas analisadas revelou teores inferiores aos valores típicos esperados, descritos em Braga & Sampaio (2008). Já quando comparados aos resultados observados em Moraes et al. (op. cit.) em outros pegmatitos da região, os teores se mostraram normalmente mais elevados. A única amostra de espodumênio recolhida apresentou teor de apenas 0,43% para Li2O, valor muito inferior ao identificado nos trabalhos anteriores realizados na região (Tabela 2). Tabela 3 Resultados da análise química das amostras de minerais de lítio. Amostras recolhidas em um mesmo pegmatito estão representadas com a mesma numeração. Amostra Mineral Li 2 O (%) Li-01 ambligonita 8,68 Li-26 ambligonita 8,89 Li-41A ambligonita 3,12 Li-53 ambligonita 9,41 Li-37A espodumênio 0,43 Li-37B lepidolita 2,35 Li-40 lepidolita 1,03 Li-41B lepidolita 4,84 Li-45 lepidolita 3,16 Li-52 lepidolita 2,48 Li-55 lepidolita 1,96 177
Marcos Aurélio Marcelino Moreira & Cristiano Alves da Silva Tabela 4 Comparação dos resultados obtidos nas amostras de pegmatitos analisadas nesse trabalho com os teores observados nas amostras de pegmatitos de Moraes et al. (1973) Mineral Resultados Obtidos Li 2 O (%) Moraes et al. (1973) Li 2 O (%) ambligonita 8,7; 8,9; 9,4 entre 7,7 e 8,5 lepidolita 1; entre 1,96 e 4,84 1,9 espodumênio 0,43 1,7 e 6,8 O potencial para explotação de lítio destes pegmatitos, estimado utilizando o método AHP, foi classificado em: (i) baixo, (ii) moderado, e (iii) alto, conforme os resultados obtidos nas matrizes de comparação pareada, que representam o grau de influência exercido por cada fator para determinação do objetivo (Tabelas 3 e 4). Posteriormente, utilizando o estimador de Kernel, foi gerada a partir da densidade dos pegmatitos e seu peso (classe de potencial) obtido pelo método AHP, uma superfície interpolada que reflete a intensidade pontual do processo em toda a região, permitindo segmentar a área de estudo em classes de áreas prioritárias para explotação de lítio em: (i) baixo, (ii) moderado, e (iii) alto (Fig. 6). Como é possível observar no mapa da figura 6, foram obtidos dois núcleos na porção sul da área de estudo considerados como de potencial alto para explotação de lítio, onde no primeiro estão localizados os garimpos cadastrados entre as localidades de Logradouro e Algodão e no segundo, entre as localidades de Soledade e Marlenópolis. Um terceiro núcleo, de caráter secundário e potencial moderado, foi identificado nas adjacências da localidade de Bom Jesus. Tabela 3 Resultados das matrizes de comparação pareada. CRITÉRIOS NOTA TAMANHO DA RELEVÂNCIA PESO CAVA LÍTIO PESO Tamanho da cava 0.0646 Grande (>30m) 0.4126 Principal 0.5695 Lítio explotado 0.1472 Media (10-30m) 0.3275 Secundário 0.3331 Volume Explotado 0.2404 Pequena (<10m) 0.2599 Não explorado 0.0974 Mineral 0.5479 TOTAL 1.0000 TOTAL 1.0000 TOTAL 1.0000 VOLUME PRINCIPAL PESO EXPLOTADO MINERAL PESO Grande 0.6144 Ambligonita 0.8333 Pequeno 0.2684 Lepidolita 0.1667 Não Explotado 0.1172 TOTAL 1.0000 TOTAL 1.0000 Tabela 4 Intervalos de classe de potencialidade para explotação de lítio. Classe de Potencial Resultado AHP Baixo 0,145636 0,221046 Moderado 0,221047 0,606574 Alto 0,606575 0,689752 178
UTILIZAÇÃO DE ANÁLISE MULTICRITÉRIO PARA MAPEAMENTO... No núcleo Algodão/Logradouro estão compreendidos os garimpos encontrados nas localidades homônimas, sendo observadas grandes cavas com até 100 metros de extensão, onde ocorreram produções elevadas de ambligonita, normalmente de forma prioritária. As duas amostras recolhidas para esse mineral em diferentes pegmatitos desse núcleo apresentaram resultados de 8,89% e 8,68% para óxido de lítio. Apesar dos principais garimpos voltados para extração de minerais litiníferos estarem concentrados na localidade Carnaúba, optou-se por denominar o segundo núcleo como Soledade/Marlenópolis, por melhor definir os limites desse núcleo. Os garimpos cadastrados nessa área apresentam normalmente cavas com menores dimensões em comparação ao núcleo anterior, com média de 20 metros aproximadamente, embora tenha sido identificada uma abertura com 100 metros de extensão. De um modo geral, a ambligonita foi alvo de extração prioritária na localidade de Carnaúba, próximo da área definida por Souza (1985), que relatou a presença de garimpos no entorno da localidade de Soledade, onde foram identificados cristais de ambligonita com dimensões de 40 x 15 cm e produção média mensal de 1000 kg desse mineral. Também foi registrada a retirada de espodumênio nas adjacências dessa localidade. O núcleo Bom Jesus é representado por cavas de dimensões métricas e decamétricas, abertas próximas umas das outras, perfazendo sequências de 20 a 70 metros de extensão em cada garimpo. A produção foi voltada para retirada moderada de ambligonita, e secundariamente espodumênio e lepidolita. Foram analisadas amostras para esses dois últimos minerais, cujos teores registrados para óxido de lítio em um pegmatito foi de 2,35% para lepidolita e 0,43% para espodumênio, enquanto que em um segundo pegmatito, o valor encontrado foi de 3,16% para lepidolita. 179
Marcos Aurélio Marcelino Moreira & Cristiano Alves da Silva Figura 6 Mapa de potencial dos pegmatitos para explotação de lítio e áreas prioritárias para explotação. 180
UTILIZAÇÃO DE ANÁLISE MULTICRITÉRIO PARA MAPEAMENTO... CONCLUSÕES Diante do objetivo deste estudo, foi possível verificar a partir dos resultados da análise multicritério para mapeamento de áreas prioritárias para explotação de minerais ricos em lítio nos pegmatitos da região de Solonópole, que o referido método permitiu uma melhor compreensão da concentração dos garimpos e pegmatitos contendo minerais de lítio, conforme sua potencialidade, sendo o resultado obtido uma importante análise exploratória com o intuito de direcionar trabalhos futuros de pesquisa para extração de pegmatitos litiníferos nesta região, garantindo uma melhor alocação dos recursos, não excluindo a necessidade de estudos mais aprofundados para quantificar o volume de minerais litiníferos ainda presentes nos pegmatitos e seus respectivos teores, permitindo assim determinar com maior precisão a viabilidade econômica de uma nova fase de exploração. A utilização do mapa de densidade de Kernel permitiu agrupar os pegmatitos em áreas de acordo com seu potencial, considerando fatores como densidade dos pegmatitos e seu peso (grau de potencial) obtido pelo método AHP. Considerando a dispersão dos pegmatitos, está técnica foi fundamental para delimitar a áreas onde estão presentes os pegmatitos considerados de maior potencial para extração de minerais litiníferos. Com relação aos teores para óxido de lítio, os mesmos se mostraram compatíveis com o observado na bibliografia para a região, exceto por uma amostra de ambligonita, cujo valor abaixo do esperado pode ser definido pelo intercrescimento com quartzo ou feldspato. Em pesquisas futuras, considerando a ausência de dados mais detalhados dos pegmatitos desta região, defende-se a realização de um trabalho de pesquisa mineral detalhado, usando como parâmetro as classes de potencial mapeadas, permitindo assim a validação do método descrito neste trabalho. Agradecimentos Agradecemos ao Departamento Nacional de Produção Mineral e à Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais, pelas informações prestadas para elaboração deste trabalho. REFERÊNCIAS Benevides, H. C., Ferreira, C. A., Vasconcelos, A. M. 1983. Projeto Mapas Metalogenéticos e de Previsão de Recursos Minerais. V. 1. Folha Quixeramobim SB.24-V-D. Fortaleza. DNPM/CPRM. 19 p. Braga, P. F. A., Sampaio, J. A. Lítio. 2008. In: Rochas e Minerais Industriais: Usos e Especificações. CETEM. Rio de Janeiro. p. 585-603. Garcia, I. J. Lítio. 2014. DNPM/MME. Brasília. Sumário Mineral 2014. 187-190. Medeiros, M. de F. 2006. Gemas e Minerais de Pegmatitos do Ceará: Subprovíncia de Solonópole - Relatório Final. CPRM. Fortaleza. 69 p. (no prelo). Moraes, J. F. S de., Feitosa, E. C., Medeiros, G. C. de. 1973. Projeto Levantamento dos Recursos Minerais do Estado do Ceará - Relatório Final. V.1. Recife. SOSP/CPRM. 105 p. Oliveira, J. F. de., Ribeiro, J. A. 1983. Garimpos de Minerais de Pegmatitos de Solonópole Ceará. DNPM. Brasília. V. 5: p. 303-323. Saaty, T. L. 1980. The Analystic Hierarchy Process: planning, priority setting, resource allocation. New York: Mcgraw-hill. 287 p. Silva, A. N. R., Ramos, R. A. R., Souza, L. C. L. de., Rodrigues, D. S., Mendes, 181
Marcos Aurélio Marcelino Moreira & Cristiano Alves da Silva J. F. G. 2004. SIG: uma plataforma para introdução de técnicas emergentes no planejamento urbano, regional e de transportes: uma ferramenta 3D para análise ambiental urbana, avaliação multicritério, redes neurais artificiais. São Carlos: Ed. dos Autores. 227 p. Souza, J. V. de. 1985. Geologia dos pegmatitos de metais raros da região W e NW de Solonópole CE. Fortaleza. Tese apresentada ao concurso para provimento de cargo de professor titular do Departamento de Geologia da Universidade Federal do Ceará. Departamento de Geologia. UFC. 109 p. 182