CARACTERIZAÇÃO DO VERDETE DE ABAETÉ PARA A SÍNTESEDE UM TERMOFOSFATO POTÁSSICO

Adriana de Aquino Soeiro da Silvaa,b, João Alves Sampaioa, Francisco Manoel Garridob, Marta Eloísa Medeirosb and Luiz Carlos Bertolinoa

a CETEM – Centro de Tecnologia Mineral, Ministério de Ciência e TecnologiaAv. Pedro Calmon, 900 - Cidade Universitária, CEP: 21941-908, Rio de Janeiro – Brasil

Phone +55(21) 38657334, Fax: +55(21) 2290-9196,e-mail: asoeiro@cetem.gov.br.

b Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Av. Athos da Silveira Ramos, 149, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

Abstract

Brazil has a large agricultural potential and the success of the production is related to the chemical and physical soil characteristics. Therefore, the demand in the use of a great quantity of fertilizers to compensate the low amount of nutrients in the soil include about 40% of food production costs. In order to develop economical alternatives to the traditional fertilizers, rocks with potential use in agriculture will be studied. In this work the potassium rock, greensand slate, will be chemically and structurally characterized for the development of a potassium thermophosphate. This alternative fertilizer will be obtained based in a fusion of a pondered mixture of potassium, magnesium and phosphate rocks to be applied in the Brazilian agriculture. Preliminary characterization results indicate that the greensand slate presents high percentage of glauconite, quartz and micas.

Keywords: Potassium thermophosphate, alternative fertilizers, greensand slate.

Introdução

O Brasil possui um grande potencial agrícola e o sucesso de sua produção está intimamente relacionado às características química e física do solo. No entanto, o país oferece solos com baixo teor de nutrientes e elevada acidez em virtude das suas condições climáticas. Assim, há o emprego de uma quantidade elevada de fertilizantes, para compensar a falta de nutrientes no solo, o que engloba cerca de 40% dos custos variáveis de produção de alimentos. Portanto, a pesquisa para obtenção de fertilizantes alternativos é motivo de preocupação constante, em virtude do aumenta da demanda por alimentos. A escassez da matéria prima para a preparação de fertilizantes NPK no Brasil é motivo de preocupação, sendo a questão dos fertilizantes potássicos uma prioridade. Isto porque em 2008 foram produzidas apenas 608.000 toneladas de KCl o que corresponde a somente 10% da necessidade brasileira. Dessa forma, a utilização de rochas como nutrientes agrícolas pode contribuir para reduzir a carência por fertilizantes industriais. Deste modo, o desenvolvimento de um novo insumo agrícola, derivado de uma rocha existente no território nacional, é de grande importância para os setores agrícola e mineral.Os termofosfatos potássicos são fertilizantes resultantes do tratamento térmico de rochas fosfatadas e potássicas, com ou sem adição de outros tipos de rocha. O tratamento térmico tem como objetivo a destruição da estrutura cristalina dos minerais fonte de potássio e fósforo

para formação de compostos nos quais estes nutrientes se encontrem numa forma mais disponível aos vegetais.Os termofosfatos potássicos caracterizam-se por insolubilidade em água e solubilidade em ácido cítrico e em solução de citrato de amônio além de possuírem caráter alcalino. A matéria prima fonte de potássio usualmente aplicada na produção do termofosfato potássico é o verdete, rocha sedimentar que contém quartzo e minerais potássicos. Dentre estes minerais pode-se destacar a glauconita como principal constituinte do verdete de Abaeté. A glauconita é um silicato lamelar hidratado de potássio e ferro. As lamelas do mineral são compostas por 3 folhas (2 tetraédricas e 1 octaédrica). Nas folhas octaédricas há substituição isomórfica de mais da metade dos íons Al3+ por Fe2+ [8,6]. Na glauconita, o cátion interlamelar predominante é o K+ podendo haver também Na+ e Ca2+ [6].Neste trabalho será realizado um estudo de caracterização de sete amostras distintas do verdete de Abaeté com o objetivo de avaliar a aplicação destas como fonte de potássio para a obtenção de um termofosfato potássico.

Materiais e Métodos

O Verdete

O material de estudo neste trabalho é um verdete do Cedro do Abaeté (Figura 1), município que está situado na bacia do Rio São Francisco, no estado de Minas Gerais (Brasil), a cerca de 285 Km de Belo Horizonte [4].

Figura 1. Verdete do Cedro do Abaeté.

A rocha ocorre na Serra da Saudade e geologicamente está localizado no Cráton do São Francisco, Grupo Bambuí. O material apresenta coloração verde pela presença de ferro na estrutura cristalina [5].Para este estudo foram coletadas sete amostras de verdete de diferentes localidades no município de Cedro do Abaeté as quais foram caracterizadas química e mineralogicamente.

Técnicas de Caracterização

A caracterização química e mineralógica do material foi feita por difração de raios X (DRX), lâmina delgada e fluorescência de raios X (FRX).

Difração de Raios X: Os difratogramas foram obtidos pelo método do pó, foram coletados em um equipamento Bruker-D4 Endeavor, nas seguintes condições de operação: radiação CoKα (40 kV/40 mA) λ=1,78897 Å; velocidade do goniômetro de 0,02° (2θ) por passo com tempo de contagem de 0,5 segundos por passo e coletados de 4 a 80º (2θ), com detector sensível à posição LynxEye. As interpretações qualitativas de espectro foram efetuadas por comparação com padrões contidos no banco de dados PDF02 em software Bruker DiffracPlus.

Lâmina Delgada: As amostras foram analisadas em microscópio ótico segundo o método Gazzi-Dickson, que consiste em uma análise quantitativa com contagem modal de 300 pontos por lâmina delgada. Esta é uma análise estatística tradicionalmente utilizada para a estimativa da composição mineralógica de amostras de rocha [2,3]. Na contagem de pontos são quantificados os constituintes mineralógicos dispostos ao longo de linhas, a intervalos regulares, sobre a seção petrográfica. Essa análise permite obter-se a quantidade percentual de cada constituinte na amostra, além de avaliados quantitativamente, os constituintes são descritos também individualmente, em aspectos como forma, alterações, arranjo entre os grãos e relação de ordem de formação entre os constituintes [1,3]. Ao final da contagem é obtida a proporção estatística de cada constituinte da rocha amostrada [3].

Fluorescência de Raios X: Pela técnica de FRX foi possível a determinação do teor em óxidos de cada elemento químico presente no Verdete de Abaeté. Nesta análise, as amostras foram preparadas por prensagem do material sob pressão de 20 toneladas. A pastilha obtida foi analisada em espectrômetro de fluorescência de raios X BRUKER-AXS modelo S4- Explorer, equipado com tubo de Rh. Para obtenção da análise química semiquantitativa, o espectro gerado a partir da amostra foi avaliado pelo software Spectra plus v.1.6 no modo standardless method, ou seja, sem curva de calibração específica.

Resultados e Discussão

Na Figura 2 pode-se observar o difratograma de raios X obtido para cada uma das amostras do verdete de Abaeté.

10 20 30 40 50 60 70 80

V

V

V

V

V

Inten

sity (

A.U.

)

Diffraction Angle ( 2 Theta )

sample 7

sample 2

sample 3

sample 4

sample 5

sample 6

sample 1

G

G

G

GGG

G

G

G

G

G

QQQGG

G

G

G

G

G

G

GG

G

Q

Q

Q

Q

QGG

GGQGQ

G

Mu Q QG GGQ

GGMi

Mi

Mi

Mi

V

V

V

G

G

G

G

G

G

G

G - Glauconite Mu - Muscovite V - VermiculiteQ - Quartz Mi - Microline

Figura 2. Difratograma de raios X para as sete amostras de verdete do Abaeté.

Por meio dos difratogramas de raios X das amostras (Figura 2) foi possível determinar que a composição mineralógica é constituída por glauconita, quartzo, microclina, muscovita e vermiculita. Sabe-se que a glauconita é um mineral micáceo semelhante a ilita e devido a esta similaridade há uma certa dificuldade em discriminar uma ilita de uma glauconita em um difratograma de raios X [7]. Entretanto, com base nas reflexões observadas em 10, 4.5, 3.4, 2.4 e 1.5 Å pode-se confirmar a presença de glauconita no material de estudo [6]. Estes picos são característicos do mineral glauconita de acordo com o banco de dados PDF02 (Internacional Center for Diffraction Data - ICDD).Apesar da análise por DRX determinar os constituintes minerais da amostra esta avaliação é meramente qualitativa. Visando quantificação destes constituintes (Tabela I) procedeu-se a análise do material por descrição petrográfica de lâmina delgada com o objetivo de complementar os dados obtidos por DRX.

Tabela I. Composição Mineralógica (lâmina delgada) das Amostras do Verdete de Abaeté.Amostra 1 2 3 4 5 6 7

Mineral Teor (%)

Glauconita 34 59 35 40 30 27 32

Quartzo 25 20 19 23 26 30 24

Argila marrom 15 11 13 15 15 15 16

Caulinita 12 3 15 7 11 11 16

Micas 10 5 9 10 8 5 9

Óxidos de ferro 4 3 9 2 10 11 3

Pela análise dos resultados apresentados na Tabela I observa-se que as amostras de verdete são constituídas essencialmente por glauconita e quartzo. Constatou-se pela análise da lâmina da amostra 2 (Figura 3a) que esta é composta por um maior teor de glauconita (59%) em relação as outras amostras. Por outro lado, a amostra 6 (Figura 3b) apresentou menor teor do mineral potássico glauconita.

(a) (b)Figura 3. Descrição petrográfica por lâmina delgada da (a) amostra 2 e da (b) amostra 6.

Pela análise dos resultados apresentados anteriormente pode-se constatar que as amostras apresentam-se qualitativamente semelhantes com relação a composição mineralógica. Entretanto, quantitativamente, as amostras de Cedro do Abaeté são mineralogicamente distintas.A técnica de fluorescência de raios X (FRX) é uma ferramenta bastante utilizada na caracterização química de minérios. A seguir é apresentada a composição química das amostras do verdete de Abaeté obtida por FRX (Tabela II).

Tabela II. Composição Química das Amostras do Verdete de Abaeté.Amostra 1 2 3 4 5 6 7

Óxidos Teor (%)

Al2O3 11.03 15.40 15.21 14.87 14.75 14.18 13.37

SiO2 70.26 60.74 61.36 62.65 63.96 65.55 65.08

K2O 6.68 7.31 6.78 6.63 6.86 6.09 7.33

MgO 1.75 2.43 2.32 2.10 1.84 1.78 2.05

P2O5 0.18 0.096 0.132 0.131 0.103 0.102 0.139

Fe2O3 4.99 6.45 6.48 6.04 6.27 5.82 5.57

CaO 0.32 0.03 0.05 0.05 0.06 0.04 0.16

Com o auxilio das técnicas de DRX e lâmina delgada foi possível determinar a composição mineralógica do material em estudo. Entretanto, estes dados precisavam ser corroborados e com esta finalidade procedeu-se a análise por FRX. Nota-se pela análise da Tabela II que o verdete de Abaeté contém teores consideráveis de K2O. Estes resultados confirmam a presença de glauconita, que é um mineral potássico, no minério. Observou-se também a ocorrência de teores consideráveis de Al2O3 e SiO2, uma vez que a glauconita é um aluminossilicato.Por outro lado, a rocha em estudo não apresenta valores expressivos de P2O5. Dessa forma, para a obtenção de um termofosfato potássico será interessante que ao verdete seja adicionada uma outra rocha fonte de fósforo, como por exemplo, uma rocha que contenha altos teores de apatita na sua composição.

Conclusão

O verdete de Abaeté é uma rocha que contém basicamente os minerais glauconita e quartzo. Com relação a sua composição mineral média (lamina delgada), a rocha é composta de 37% de glauconita, 24% de quartzo, 14% de matriz argilosa marrom clara, 11% de caulinita, 7% de micas e 7% de óxidos de ferro, entre outros minerais. Quimicamente, as amostras são compostas de um modo geral por óxidos de silício, aluminio e potássio. Apresentando ainda baixos teores de fósforo, macronutriente essencial para as plantas.Dessa forma, o verdete de Abaeté pode ser considerado uma potencial fonte alternativa de potássio para a obtenção de um termofosfato potássico. Entretanto devido ao baixo teor de fósforo deve-se adicionar ao verdete uma outra rocha que seja fonte de fósforo.

Referências

1. M. Abel, “Estudo da perícia em petrografia sedimentar e sua importância na engenharia de Conhecimento” (Ph.D. thesis, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2001), 45-51.

2. P. Gazzi, “Le arenaire del flysch sopra Cretaceo dell Appenino modenese, correlazioni con il flysch de Monghidoro,” Mineral et Petrologica Acta, 12 (1966b), 69-97.

3. G. F. Sbrissa and J. M. M. Ketzer, “Caracterização petrográfica das rochas-reservatório da Bacia do Recôncavo visando o armazenamento geológico de CO2” (Paper presented at III Mostra de Pesquisa da Pós-Graduação – PUCRS, 2008).

4. J. V. Valarelli et.al., “Ardósias Verdete de Cedro do Abaeté na Produção de Termofosfato Potássico Fundido e sua Eficiência Agronônica,” An. Acad. Brás. Ci., 4 (1993), 363-375.

5. P.A.T. Piza, S.C.A.França, L.C. Bertolino, “Verdete do Cedro de Abaeté (MG) como fonte alternativa para potássio” (Paper presented at XVII Jornada de Iniciação Científica do CETEM, 2008).

6. E. Srasra and M. Trabelsi-Ayedi, “Textural properties of acid activated glauconite,” Applied Clay Science, 17 (2000), 71-84.

7. R.M. Prada Gamero, P.Vidal Torrado and T. O. Ferreira, “Mineralogia e físico química dos solos de mangue do rio Iriri no canal de Bertioga”, Revista Brasileira de Ciência do Solo, 28 (2004), 233-243.

8. H.M., Koster, “Determination of the chemical structural formula of 2:1 layer silicates based on the measurement of the interlayer charge and cátion exchange capacities”, Clay Minerals, 12(1977), 45-54.