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CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA E TECNOLÓGICA
DOS LUTITOS DIATOMÁCEOS DA PENÍNSULA DE SANTA
ELENA, EQUADOR
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FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
Reitor
Prof. Dr. João Luiz Martins
Vice-Reitor
Prof. Dr. Antenor Rodrigues Barbosa Junior
Pró-Reitor de Pesquisa e Pós-Graduação
Prof. Dr. Tanus Jorge Nagem
ESCOLA DE MINAS
Diretor
Prof. Dr. José Geraldo Arantes de Azevedo Brito
Vice-Diretor
Prof. Dr. Wilson Trigueiro
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA
Chefe
Selma Maria Fernandes
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EVOLUÇÃO CRUSTAL E RECURSOS
NATURAIS
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CONTRIBUIÇÕES ÀS CIÊNCIAS DA TERRA – VOL. 60
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
Nº 272
CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA E TECNOLÓGICA DOS
LUTITOS DIATOMÁCEOS DA PENÍNSULA DE SANTA ELENA,
EQUADOR
Miguel Genaro Peralta Sánchez
Orientador
Prof. Dr. Newton Souza Gomes
Co-orientadores
Prof. Dr. Mauricio Antônio Carneiro
Prof. Dr. Marcos Andrade Gonçalves
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais do
Departamento de Geologia da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto como requisito
parcial à obtenção do Título de Mestre em Ciências Naturais, Área de Concentração:
Petrogênese/Depósitos Minerais/Gemologia
OURO PRETO
2008
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Universidade Federal de Ouro Preto – http://www.ufop.br Escola de Minas - http://www.em.ufop.br Departamento de Geologia - http://www.degeo.ufop.br/ Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais Campus Morro do Cruzeiro s/n 35.400-000 Ouro Preto, Minas Gerais Tel. (31) 3559-1600, Fax: (31) 3559-1606 e-mail: [email protected] Os direitos de tradução e reprodução reservados. Nenhuma parte desta publicação poderá ser gravada, armazenada em sistemas eletrônicos, fotocopiada ou reproduzida por meios mecânicos ou eletrônicos ou utilizada sem a observância das normas de direito autoral.
ISSN 85-230-0108-6
Depósito Legal na Biblioteca Nacional
Edição 1ª
Catalogação elaborada pela Biblioteca Prof. Luciano Jacques de Moraes do Sistema de Bibliotecas e Informação - SISBIN - Universidade Federal de Ouro Preto
http://www.sisbin.ufop.br
P426c Peralta Sánchez, Miguel Genaro. Caracterização mineralógica e tecnológica dos lutitos diatomáceos da Península de Santa Elena, Equador [manuscrito] / Miguel Genaro Peralta Sanchez - 2008. xxv, 78f. : il. color.; grafs.; tabs.; mapas. (Contribuições às Ciências da Terra, v. 60, n. 272) ISSN: 85-230-0108-6 Orientador: Prof. Dr. Newton Souza Gomes. Co-orientador: Prof. Dr. Mauricio Antônio Carneiro. Co-orientador: Prof. Dr. Marcos Andrade Gonçalves. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Departamento de Geologia. Programa de Pós-graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais.
1. Lutitos Diatomáceos. 2. Arenitos. 3. Península de Santa Elena. 4. Ativação Alcalina. 5. Caracterização. 6. Diatomaceas
CDU: 552.5(866.23)
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Dedicatória
A meus dois amores: minha querida filha Mileni e minha amada esposa Anita;
A meu pai Miguel e meu irmão Hipólito (in memórian);
A minhas mãezinhas Laurita e Anita;
À toda minha família.
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Agradecimentos
A Deus, por abençoar minha vida.
Ao Prof. Dr. Newton Souza Gomes pela orientação, amizade, ajuda e sugestões no desenvolvimento desta
dissertação e durante todo o curso de mestrado.
Ao Prof. Dr. Mauricio Carneiro pela sua colaboração, dedicação e paciência na orientação de meu trabalho.
Ao Prof. Dr. Marcos Andrade Gonçalves pela orientação, amizade, ajuda e conselhos, para a obtenção dos
objetivos desta dissertação.
À Profa. Dra. Maria Paula Delicio pelo seu apoio e orientação em relação ao estudo dos microfósseis.
Ao Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais do Departamento de Geologia da
Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto (DEGEO/EM/UFOP).
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pela concessão de bolsa de
estudos.
À Fundação GORCEIX pela colaboração à divulgação científica de meu trabalho sobre os microfósseis.
Aos professores do Departamento de Geologia: Angélica Varajão, Júlio César Mendes, Antônio Gandini, Paulo
César, César Mendonça, Mariângela Leite, Caroline Souza, Hanna Jordt-Evangelista, Jorge de Lena, Leonardo
Lagoeiro, César Chicarino e Hermínio Nalini Jr., pelo seu tempo, atenção e colaboração ao meu trabalho.
A meus amigos Pedro, Michel, Mauricio, Walter, Francisco, Cumpa Bolivar, Luis Cobos, Chino-Chung,
Chochito, Pepe, Verito, Medioloco, Seferiñao, Minicraque, Glenda, Lely, Recalde, Oráculo, Perugachi, Clotario,
Mónica, Cecília, Vicky, Julio, Wilmer, Benavidez e, a todos os amigos que colaboraram com meu trabalho.
À Universidade Federal de Ouro Preto – UFOP pela utilização dos laboratórios de: Raios-X, MEV,
Fluorescência de Raios-X, Geoquímica, Laminação e Microscopia Ótica do Departamento de Geologia;
Particulados e Tratamento de Minérios do Departamento de Minas; Ensaio de Materiais e Hidrometalurgia do
Departamento de Materiais; Raios-X e Termogravimétrica do Departamento de Ciências Químicas.
Aos professores e técnicos dos laboratórios dos Departamentos de: Geologia: Vanderlei Silva, Paola, João,
Celso, Gizele, Luiz, Adriana, Cristiano, Viviane, Margareth, Cristiane, Leonardo, Edson, Aparecida, Marcilio,
Moacir, João, Marilene; Química: Marcos Andrade, Geraldo Magela, Kátia Novack; de Metalurgia e Materiais:
Versiane Leão, Leonardo Godefroid, Graciliano Francis, Fidney, Ivette e de Minas: Rosa Malena, José Aurélio,
Carlão, Tchaco e Toninho.
À empresa Geologia e Sondagem - GEOSOL pela realização de análises laboratoriais.
À Profa. Dra. Rubia Ribeiro Viana – UFMT pela realização das análises químicas.
No Equador, na Escuela Superior Politécnica del Litoral, à Profa. Dra.Cecilia Paredes, Promotora do Componente
6 do Programa VLIR/ESPOL pela colaboração e pelo financiamento do trabalho de campo na Península de Santa
Elena. Aos Profs. Drs. Paúl Carrión Mero, Fernando Morante, Elizabeth Pena e ao Centro de Investigación
Científica y Tecnológica (CICYT) pela colaboração nos trabalhos no Equador. Aos laboratórios das Faculdades
de Ingeniería en Ciencias de la Tierra (FICT) e Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP).
A minha querida mãe, Laura Sánchez pelas orações e preocupação. Ao meu pai, Miguel Peralta, in memoriam
pela educação e confiança que me deu. Aos meus irmãos Marlene, Nancy, Julia, Balbina e Holger.
A Ana Morales pela compreensão, amizade, amor, paciência, cumplicidade, ajuda.
A Anita Carrera pela a valiosa ajuda e conselhos.
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Sumário
AGRADECIMENTOS..........................................................................................................................ix
LISTA DE FIGURAS...........................................................................................................................xv
LISTA DE TABELAS........................................................................................................................ xix
LISTA DE ANEXOS...........................................................................................................................xxi
RESUMO............................................................................................................................................xxiii
ABSTRACT.........................................................................................................................................xxv
CAPÍTULO 1. CONSIDERAÇÕES GERAIS.....................................................................................1
1.1- APRESENTAÇÃO............................................................................................................................1
1.2- OBJETIVOS......................................................................................................................................1
1.3- LOCALIZAÇÃO E ACESSO...........................................................................................................2
1.4- MATERIAIS E MÉTODOS .............................................................................................................3
1.4.1- Trabalho de Laboratório.......................................................................................................4
Equipamentos Analíticos e Metodologias de Análises..................................................................4
Teor de Umidade............................................................................................................................4
Análises Granulométricas..............................................................................................................4
Difração de Raios X.......................................................................................................................5
Análises Químicas..........................................................................................................................5
Densidade, Superfície Específica e Porosidade.............................................................................5
Análises Térmicas...........................................................................................................................5
Microscopia Ótica..........................................................................................................................6
Microscopia Eletrônica de Varredura com Sistema de Energia Dispersa....................................6
Ensaios de Compressão..................................................................................................................6
CAPÍTULO 2. CONTEXTO GEOLÓGICO ......................................................................................7
2.1- FISIOGRAFIA .................................................................................................................................8
2.2- ESTRATIGRAFIA............................................................................................................................9
2.3- GEOLOGIA LOCAL......................................................................................................................13
2.3.3- Membro Zapotal.................................................................................................................14
2.3.3- Membro Dos Bocas............................................................................................................14
2.3.3- Membro Villingota.............................................................................................................14
xii
CAPÍTULO 3. PETROGRAFIA DOS ARENITOS E PELITOS DA F ORMAÇÃO
TOSAGUA.............................................................................................................................................17
3.1- PETROGRAFIA DOS ARENITOS................................................................................................17
3.1.1- Aspectos Texturais..............................................................................................................17
3.1.2- Composição Mineralógica... ..............................................................................................17
3.1.3- Evolução Diagenética ........................................................................................................24
Compactação Mecânica ..............................................................................................................25
Palagonitização ...........................................................................................................................25
Pirita Framboidal ........................................................................................................................26
Autigenese de Zeólitas .................................................................................................................27
Cimentação por Silex ..................................................................................................................27
Compactação Química ................................................................................................................28
Cimentação e Substituição por Calcita .......................................................................................29
Autigênese de Pirita Tardia .........................................................................................................30
Fases Telodiagenéticas ...............................................................................................................30
3.1.4 – Considerações sobre a Área Fonte...................... .............................................................31
3.2- PETROGRAFIA DOS PELITOS DA FORMAÇÃO TOSAGUA ................................................31
CAPÍTULO 4. GEOPOLÍMEROS - UMA REVISÃO ............ ........................................................35
4.1- CONCEITO ....................................................................................................................................35
4.2- HISTÓRICO ...................................................................................................................................37
4.3- GEOSÍNTESE ................................................................................................................................38
4.4- MATERIAIS ..................................................................................................................................40
4.4.1- Matérias Primas .................................................................................................................40
Diatomita .....................................................................................................................................42
4.4.2- Ativadores .........................................................................................................................42
4.5- PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS ..........................................................................................43
4.6- PROPRIEDADES DOS GEOPOLÍMEROS .................................................................................44
4.7- APLICAÇÕES DOS GEOPOLÍMEROS .......................................................................................44
CAPÍTULO 5. CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA E APLICAÇÃO TECNOLÓGICA DOS PELITOS..............................................................................................................…………………… 49
5.1- TEOR DE UMIDADE ...................................................................................................................49
5.2- ANÁLISES GRANULOMÉTRICAS ............................................................................................50
5.3- DIFRAÇÃO DE RAIOS X (DRX) ................................................................................................51
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5.3.1- Difração de Raios X da Fração Total ................................................................................51
5.3.2- Análises de Difração de Raios X da Fração Argila ...........................................................52
5.3.3- Análises de Difração de Raios X após Calcinação das Amostras .....................................56
5.3.4- Análises de Difração de Raios X da Fração Total nos Geopolímeros ..............................56
5.4- COMPOSIÇÃO QUÍMICA ...........................................................................................................57
5.5- ANÁLISES TERMOGRAVIMÉTRICAS E TERMODIFERENCIAIS........................................61
5.6- DENSIDADE, SUPERFÍCIE ESPECÍFICA E POROSIDADE.....................................................62
5.7- GEOPOLIMERIZAÇÃO ...............................................................................................................63
5.8- ENSAIOS MECÂNICOS ...............................................................................................................67
5.9- MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA DOS GEOPOLÍMEROS...........................70
CAPÍTULO 6. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES.................................................................71
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................................73
ANEXOS................................................................................................................................................79
BANCA EXAMINADORA ( Ficha de Aprovação) ..............................................................................85
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Lista de Figuras
Figura 1.1 – Localização da área de pesquisa, na Península de Santa Elena, indicando as ocorrências de lutitos diatomáceos (Modificado de IGM 1984) .................................................................................2
Figura 1.2 – Ocorrência de lutitos diatomáceos da área denominada A02, nas margens rio Del Burro, ao Sul de Olmedo......................................................................................................................................3
Figura 2.1 – A: Localização da Bacia Progreso no sudoeste do litoral do Equador (modificado de Daniaud 1999 e IGM 1984). B: Localização do Equador e representação das suas regiões naturais: Litoral, Sierra e, Oriente (NASA 2001) ...................................................................................................8
Figura 2.2 – Ocorrência de lutitos diatomáceos da área A01, no povoado de Sucre, caracterizada pelos terrenos baixos e poucas elevações ......................................................................................................... 9
Figura 2.3 – Mapa Geológico e coluna estratigráfica da Península de Santa Elena com a localização dos lutitos diatomáceos no Membro Villingota da Formação Tosagua, na Bacia Progreso (Spencer 1993) ...................................................................................................................................................... 10
Figura 2.4 – Estratigrafia simplificada da Bacia Progreso (Deniaud 1998, Ordoñez et al. 2006)........13
Figura 2.5 – A: Vista do principal depósito de lutito diatomáceo no povoado Sucre, denominado área de pesquisa A01, B: detalhe dos arenitos encontrados neste depósito e, C: aspecto dos lutitos diatomáceos friáveis...............................................................................................................................15
Figura 3.1 – Composição do arcabouço das 17 amostras da Formação Tosagua na Bacia Progreso, representadas no diagrama de Folk (1974) ............................................................................................19
Figura 3.2 – A: grão de quartzo de veio, observam-se nuvens de poeira. B: Grão de microclina inalterado. C: Grão tabular de sanidina. D: Grão angular e inalterado de plagioclásio. E: Textura gráfica em grão de granitóide. F: Grão de andesito. G: Grão de traquito. H: Grão de riolito .............. 20
Figura 3.3 – A Vesículas no vidro vulcânico preenchidas por calcita. B: : Grãos anulares de glass shards. C: Grão de ignibrito. D: Contato suturado entre constituintes num grão de milonito. E: Grãos de xisto e filitos deformados por compactação. F: Grãos de folhelho. G: Grão de pelecípodas. H: Grão de foraminífero ......................................................................................................................................22
Figura 3.4 – A: Grão de chert. B: Grãos de epidoto. C: Grão de biotita. D: Grão de moscovita. E: Grão de rutilo substituído por leucoxênio F: Grão de turmalina zonada. G: Grão de anfibólio parcialmente substituído por calcita. H: Grãos de clinopiroxênio .........................................................23
Figura 3.5 – Fragmento dúctil do arcabouço deformado por compactação mecânica. B: Palagonitização ......................................................................................................................................26
Figura 3.6 – Pirita framboidal no interior de bioclasto (foraminífero bentônico, provavelmente Numulites), parcialmente dissolvido por compactação química ...........................................................26
Figura 3.7 – A Cimento zeólitas em torno de grão de quartzo. B: Fragmento de vidro parcialmente substituído por zeólitas. ........................................................................................................................27
Figura 3.8 – A: Cimentação por sílex. B: Detalhe da foto anterior ......................................................28
Figura 3.9 – Estilólito gerado por “pressure solution”..........................................................................28
Figura 3.10 – A: Cimentação e substituição de grão por calcita. B: Fratura em grão de plagioclásio preenchida por calcita. C: Grão de plagioclásio zonado e substituído por calcita. D: Cristal de piroxênio substituído pseudomorficamente por calcita. E: Grão de moscovita substituído por calcita. F: Preenchimento de microfratura por calcita. ...........................................................................................29
Figura 3.11 – A: Cristais euédricos de pirita. B: Pirita tardia substituindo bioclasto. C: Limonitização da pirita. D: Hematita telodiagenética ...................................................................................................30
Figura 3.12 – Microfotografias no MEV de lutitos diatomáceos: A: Fragmentos: (a) montmorilonita
xvi
(b) calcita e (c) quartzo, amostra NM_13; B: diatomácea, amostra NM_43B; C: fragmento de radiolário, amostra NM_29; D: Foraminífero em uma matriz silicoaluminosa, amostra MN_23A.......32
Figura 3.13 – Fotomicrografias de foraminífera da amostra NM_15A, A: Foraminífero enrolado, Lenticulina?. B: Foraminífero reto, Bolivina sp. do Cretáceo–recente, (Cushman 1976) ....................33
Figura 3.14 – Fotomicrofotografias de Diatomáceas Pennales: A: Achnanthes sp. - amostra NM_43B; B: Achnanthes sp. - amostra NM_23A; C: Cocconeis sp. - amostra NM_23A. Diatomáceas Centrales: D: Coscinodiscus sp. - amostra NM_20A; E: Arachnoidiscus sp. - amostra NM_27; F: Actinoptychus sp.- amostra NM_23A; G: (a) Triceratium sp., (b) Melosira sp.,(c) ? - amostra NM_43A; H: Melosira sp. - amostra NM_29 .............................................................................................................................34
Figura 3.15 – Fotomicrofotografias de outros microfósseis identificados em diferentes amostras de lutitos diatomáceos. A: Radiolário / Nassellaria: Phormostichoartus sp. - amostra NM_23A; B: Radiolário / Nassellaria:? - amostra NM_43A; C: Radiolário / Nassellaria: Artophormis sp. - amostra LL_01; D: Radiolário / Spumellaria: Stylosphaera sp. - amostra NM_30; E: Radiolário / Spumellaria: Cannartus sp. - amostra NM_43B; F: Silicoflagelados / Distephanus sp. - amostra NM_13; G: Silicoflagelados / Naviculopsis sp. - amostra NM_43A; H: Espícula - amostra NM_17C ...................36
Figura 4.1 – Gráficos computarizados das moléculas de poliméricas de polissialato de Mn-(-Si-O-Al-O-)n e polissialato-siloxo de Mn -(-Si-O-Al-O-Si-O-)n e suas estruturas (Davidovits 1994) ..............38
Figura 4.2 – Comparação entre os processos de obtenção do cimento Portland convencional, do cimento geopolimérico e da zeólita sintética, modificado de Nicholson et al. (2005) e Breck (1962) .41
Figura 5.1 – Distribuição granulométrica das 05 amostras selecionadas de lutitos diatomáceos ........51
Figura 5.2 – Difratogramas das 05 amostras selecionadas de lutitos diatomáceos, indicando os picos da. Mo: montmorilonita, Z: zeólita, K: caulinita, Q: quartzo, F: feldspato, Ca: calcita ........................52
Figura 5.3 – Estrutura cristalina dos argilominerais, representada por A: uma folha tetraédrica, B: uma folha octaédrica (Grim 1962) .................................................................................................................53
Figura 5.4 – Difratogramas da fração argila ( < 2 µm) da amostra NM_13 A: natural, glicolada e aquecida, B: saturada com MgCl2; C: saturada com LiCl .....................................................................55
Figura 5.5 – Difratogramas A: da amostra NM_13 de lutitos diatomáceos e, B: do caulim, indicando a mineralogia identificada e as mudanças que acontecem após aquecimento a 850 ºC. Mo: montmorilonita, K: caulinita, M: mica, Q: quartzo, F: feldspato, Ca: calcita .......................................56
Figura 5.6 – Difratogramas mostrando a mineralogia da mistura das cinco amostras de lutitos diatomáceos calcinada a 850 °C e as modificações observadas em três geopolímeros: NM_10B, NM_D255 e NM_D18, de acordo com a variação das matérias primas e reagente. Q: quartzo; F: feldspato; Ss: silicato de sódio; Alss: silico aluminato de sódio; S: Sodalita; LD: lutitos diatomáceos, MC: metacaulim; Als: aluminato de sódio ............................................................................................57
Figura 5.7 – A: Variação dos percentuais de SiO2, Al2O3 e CaO obtidos via fluorescência de raios X na fração total; B: Variação da ração molar SiO2 / Al2O3, das 31 amostras coletas nas três ocorrências: A01, A02 e A03 de lutitos diatomáceos ................................................................................................58
Figura 5.8 – Variação percentual A: de Fe2O3 e Na2O e, B: dos óxidos dos elementos menores obtidos via fluorescência de raios X na fração total das 31 amostras coletas nas três ocorrências: A01, A02 e A03 de lutitos diatomáceos ....................................................................................................................59
Figura 5.9 – Curvas termodiferenciais (ATD) das amostras de lutitos diatomáceos, mostrando a presença de picos endotérmicos durante o aquecimento das amostras até 900 ºC ................................61
Figura 5.10 – Curvas das relações molares H2O/Na2O, SiO2/Al 2O3, Na2O/SiO2, Na2O/Al2O3 e da relação sólido/líquido, empregadas em 22 misturas na elaboração de geopolímeros ...........................65
Figura 5.11 – Fotografias do processo de fabricação de geopolímeros e obtenção dos geopolímeros, A: principais materiais utilizados: (a) molde de plástico, (b) metacaulim, (c) lutito diatomáceo, (d) solução de NaOH; B: mistura dos materiais; C: com água adicional, inicia-se a formação de gel; D: o
xvii
gel estende-se por toda a mistura; E: molde plástico coberto com material plástico e preenchido de geopolímero em gel, sobre uma chapa metálica de aquecimento a temperaturas inferiores a 85ºC; F: geopolímero solidificado em forma de bloco retangular, depois de 3 horas na chapa ..........................66
Figura 5.12 – Fotografias dos geopolímeros fabricados em forma de blocos, A: mostrando diversas tons de cor, B: apresentando problemas na forma e, indicando a presença de (a) silicato de sódio e (b) aluminato de sódio, não dissolvidos durante a geopolimerização .........................................................67
Figura 5.13 – Fotografias mostrando A: alguns geopolímeros selecionados; B: corpo de prova com duas faces paralelas obtidas após uso de cimento portland; C: Equipamento hidráulico MTS 810 utilizado nos ensaios de compressão simples, no DEMET-UFOP; D: Corpo de prova submetido ao ensaio .................................................................................................................................................... 68
Figura 5.14 – Relação força x deslocamento (Kgf x mm), dos ensaios de compressão simples nos corpos NM_D25, NM_D18, NM_10B, NM_D17 e NM_D33 ..............................................................68
Figura 5.15 – Contorno de força compressiva SiO2/Al 2O3 x Na2O/Al2O3 x Mpa, dos ensaios de compressão simples. Indicam-se no retângulo central valores obtidos por Davidovits (1982) para os geopolímeros baseados em metacaulim .................................................................................................69
Figura 5.16 – Contorno de força compressiva SiO2/Al 2O3 – Na2O/SiO2 – Mpa, dos ensaios de compressão simples ...............................................................................................................................69
Figura 5.17 Superfícies geopolímericas. A: superfície porosa e com trincas, amostra NM_10B; B: superfície com resíduos, amostra NM_D33; C: partículas de quartzo dentro da matriz geopolimérica, amostra NM_10B; D: matriz formada e estruturas alongadas, amostra NM_T09. ...............................70
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Lista de Tabelas
Tabela 3.1 – Composição mineralógica do arcabouço dos arenitos da Formação Tosagua................. 18
Tabela 3.2 – Subdivisão dos estágios diagenéticos (Schmidt & Mcdonald 1979)................................24
Tabela 4.1 – Classificação dos Geopolímeros, modificado de Davidovits (1991) ...............................37
Tabela 4.2 – Cronologia de algumas pesquisas realizadas sobre ligantes obtidos mediante ativação alcalina, modificado de Torgal & Jalali (2007) e Roy (1998) ...............................................................40
Tabela 4.3 – Composições químicas de algumas matérias primas utilizadas na obtenção de geopolímeros (Panagiotopoulou et al. 2007, *Peralta-Sánchez et al. 2007) .........................................43
Tabela 4.4 – Principais fases mineralógicas das matérias primas modificado de Panagiotopoulou et al. 2007, *Peralta-Sánchez et al. 2007 ........................................................................................................43
Tabela 4.5 – Relações molares das misturas dos reagentes (matéria prima + ativadores) de dois polímeros minerais (Davidovits 1982) ..................................................................................................46
Tabela 4.6 – Aplicações dos geopolímeros de acordo com a relação Si:Al (Davidovits 1991) ...........47
Tabela 5.1 – Teores de umidade das 31 amostras de lutitos diatomáceos. (*) amostras selecionadas..50
Tabela 5.2 – Classificação resumida dos argilominerais (Eslinger & Pevear 1988, Brindley & Brown 1980) ......................................................................................................................................................54
Tabela 5.3 – Composição química via fluorescência de raios x de cinco amostras de lutitos diatomáceos............................................................................................................................................60
Tabela 5.4 – Composição química geral das matérias primas e dos reagentes utilizados na fabricação dos geopolímeros ...................................................................................................................................60
Tabela 5.5 – Valores de densidade, superfície específica e volume total de poros das cinco amostras naturais de lutitos diatomáceos ..............................................................................................................62
Tabela 5.6. – Valores de densidade, superfície específica e volume total de poros das cinco amostras naturais de lutitos diatomáceos e de três dos geopolímeros obtidos ......................................................63
Tabela 5.7 – Percentagem das matérias primas, relações molares totais e da relação sólido/líquido das misturas n° 16 até a 22 da figura 5.11. Estas misturas correspondem aos melhores resultados nos ensaios de compressão simples ..............................................................................................................64
xx
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Lista de Anexos
Anexo 01 – Difratogramas de 04 amostras pertencentes à área de pesquisa A01, localizadas no depósito de Sucre ................................................................................................................................. 80
Anexo 02– Difratogramas de 04 amostras pertencentes à área de pesquisa A01, localizadas ao leste do depósito de Sucre ...................................................................................................................................81
Anexo 03– Difratogramas de 04 amostras pertencentes à área de pesquisa A02, localizadas entre Sucre e Olmedo....................................................................................................................................................82
Anexo 04– Difratogramas de 04 amostras pertencentes à área de pesquisa A02, localizadas ao sul de Olmedo....................................................................................................................................................83
Anexo 05– Difratogramas de 04 amostras pertencentes à área de pesquisa A03, localizadas ao Noroeste de San Antonio........................................................................................................................84
xxii
xxiii
Resumo
Os lutitos diatomáceos, que foram objeto de estudo nesta dissertação, estão inseridos no
Membro Villingota da Formação Tosagua, na Bacia Progreso, na Península de Santa Elena, que
constitui uma importante área localizada ao sudoeste do litoral do Equador. Arenitos presentes em
alguns níveis da Formação Tosagua também foram objeto de investigação, devido a sua presença em
forma de fragmentos de rocha nos lutitos diatomáceos. A Bacia Progreso é formada principalmente
por terrenos sedimentares de origem marinha, com ocorrências de minerais e rochas industriais de
interesse econômico.
Na atualidade, este recurso mineral é explotado de maneira artesanal em pequena escala, para
a fabricação de ração de aves e como corretivo do pH de solos.
O trabalho desenvolvido nesta dissertação de mestrado incluiu a pesquisa de três ocorrências
de lutitos diatomáceos localizadas em três povoados rurais: Sucre, Olmedo e San Antônio.
A partir da aplicação de técnicas analíticas, foi possível identificar a mineralogia que é
formada por calcita, quartzo, montmorilonita e feldspato, além de traços de caulinita, mica e zeólitas e,
determinar o caráter lutito-silicoso e lutito-carbonático das amostras. Esta variação é relacionada com
a presença em maior ou menor proporção dos microfósseis silicosos e carbonáticos como diatomáceas,
radiolários, espículas e foraminíferos.
O estudo petrológico dos arenitos associados mostrou que os litotipos apresentam uma
extraordinária heterogeneidade mineralógica materializada pela ocorrência de 18 faces minerais
detríticas, 13 diferentes tipos de fragmentos de rochas, bioclastos, 6 faces minerais autigênicas, além
de matriz deposicional. A evolução diagenética foi marcada principalmente por processos
eudiagenéticos que reduzeram drasticamente a porosidade primária das rochas.
Devido ao seu predominante conteúdo silico-aluminoso, estes lutitos diatomáceos foram
utilizados como matéria prima para a obtenção de geopolímeros, a partir da mistura com caulim e/ou
aluminato de sódio, junto com os ativadores alcalinos hidróxido de sódio e silicato de sódio.
Os corpos de prova dos geopolímeros observados ao microscópio eletrônico de varredura
mostraram superfícies lisas, superfícies porosas, presença de trincas e de resíduos das matérias primas.
Os corpos de prova mostraram resistência à compresão simples, demonstrando que os
geopolímeros obtidos a partir do uso de lutitos diatomáceos podem ser utilizados na construção civil.
xxiv
xxv
Abstract
The diatoms lutite, that had been studied in this these, are inserted in the Villingota Member of
the Tosagua Formation, in the Progreso Basin, in the Santa Elena Peninsula, that constitutes an
important area located to the southwest of the coast of Ecuador. Arenites in some levels of the
Tosagua Formation had also been researched, which had its presence as rock fragments in the diatoms
lutite. The Progreso Basin is formed mainly by sedimentary lands of sea origin, with occurrences of
minerals and industrial rocks of economic interest.
In the present time, this mineral resource is extracted in artisan way in small scale, for the
manufacture of birds food and as corrective of the pH of ground.
The work developed in this these included the research of three occurrences of diatoms lutite
in three rural towns: Sucre, Olmedo and San Antonio.
From the application of analytical techniques, it was possible to identify the mineralogy that is
formed by calcite, quartz, montmorillonite and feldspar, beyond traces of caulinite, mica and zeolites
and, to determine the siliceous-lutite and carbonatic-lutite character of the samples. This variation is
related with the presence in greater or minor ratio of carbonatic and siliceous microfossils as diatoms,
radiolarians, espicules and foraminiferous.
The petrologic study of the arenite associates it showed that the litotypes present an
extraordinary heterogeneities mineralogical materialized by the occurrence of 18 detritics mineral
faces, 13 different types of fragments of rocks, bioclastes, 6 autigenics mineral faces, beyond
depositional matrix. The diagenetic evolution was marked mainly by eudiagenetics processes that
drastically diminished the primary porosity of the rocks.
Had to its predominant aluminum-siliceous content, these diatoms lutite had been used as raw
material for geopolymers, from the mixture with kaolin and/or sodium aluminate, together with the
alkaline activators sodium hydroxide and sodium silicate.
The bodies of test of the geopolymers observed to the electron microscope of sweepings had
shown smooth surfaces, porous surfaces, presence of fissures and residues of the raw materials.
The test bodies had shown resistance to the simple compression, demonstrating that the
geopolymers gotten from the use of diatoms lutite can be used in the civil construction.
xxvi
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. XX, XXp.
CAPÍTULO 1
CONSIDERAÇÕES GERAIS
1.1- APRESENTAÇÃO
A Península de Santa Elena constitui uma importante unidade fisiográfica situada ao oeste do
Equador, que compreende uma seqüência basal de rochas ígneas, sobreposta por rochas sedimentares.
Esta seqüência inicia-se com um substrato ígneo de idade cretácica denominado Formação Piñón,
seguido por rochas vulcano-sedimentares da Formação Cayo (Cretáceo Superior), rochas sedimentares
dos Grupos Azúcar (Paleoceno) e Ancón (Eoceno), as Formações terciárias denominadas Zapotal,
Tosagua e Progreso e, finalizando com sedimentos Quaternários. Estas unidades preenchem as Bacias
Ancón, Progreso e Guayas. Na parte central da Península de Santa Elena encontra-se a Bacia Progreso,
que inclui principalmente as rochas sedimentares das Formações Progreso e Tosagua. Os lutitos
diatomáceos estudados nesta dissertação estão inseridos no Membro Villingota da Formação Tosagua.
Em virtude da importante ocorrência de lutitos diatomáceos na Formação Tosagua, estes já
foram alvo de diversas pesquisas científicas, destacando-se as de Ramos (1996), Arrata et al. (1990) e
Brito & Markwich (1990), que visaram a sua utilização como material para a construção civil. Existe
na área uma indústria incipiente de fabricação de tijolos, além do uso agrícola, que utilizam como
matéria prima os lutitos diatomáceos, explotados de forma rudimentar por habitantes da região.
Nesta dissertação foram estudados os lutitos diatomáceos a fim de conhecer suas principais
características mineralógicas, químicas, físicas e texturais, no sentido de orientar sua utilização como
matéria prima na obtenção de materiais tecnologicamente mais avançados.
Alguns ligantes ou polímeros inorgânicos são obtidos mediante a ativação alcalina de
materiais silico-aluminosos. A ativação alcalina na obtenção de ligantes é considerada uma opção
menos agressiva à natureza do que a fabricação do cimento portland.
1.2- OBJETIVOS
O principal objetivo deste trabalho é investigar as principais características mineralógicas,
físicas, químicas e texturais dos lutitos diatomáceos da Península de Santa Elena, para logo após testar
a viabilidade tecnológica do seu uso na obtenção de materiais ligantes mediante ativação alcalina.
A caracterização petrográfica dos arenitos associados aos lutitos diatomáceos permitirá
conhecer sua relação e influencia na geologia local dos depósitos estudados.
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
2
Os resultados a serem obtidos nesta pesquisa permitirão disponibilizar de uma rocha industrial
da Península de Santa Elena com valor econômico agregado, que poderá incentivar o interesse
industrial do país por esta matéria prima e, portanto, valorizar o desenvolvimento socioeconômico da
região.
1.3- LOCALIZAÇÃO E ACESSO
A área de estudo deste trabalho localiza-se ao sudoeste do Equador, na Península de Santa
Elena (Figura 1.1), a aproximadamente 420 Km da cidade de Quito, capital do país. O acesso, a partir
de Quito até Guaiaquil é feito pela rodovia E25. Para atingir a área de pesquisa, partindo-se de
Guaiaquil, toma-se a rodovia E40 conhecida como Guaiaquil-Salinas, em direção ao sudoeste do país.
A rodovia corta a área de interesse entre os quilômetros 76 e 80.
30
Ilha Puná
Cordilheira Chongón-Colonche
A01
San Pablo
Santa Elena
3°00'
2°00'
OC
EA
NO
PA
CÍF
ICO
Ancón
SalinasE15
Playas (General Villamil) Posorja
OlmedoSucreVillingota
Sube y Baja
Sacachún
PENÍSULA DE SANTA ELENA
Buenos Aires
A03
Dos Bocas
A02
E40
Ayangue
Valdivia
E15
San Antonio
Gómez Rendón (El Progreso)
E19
E40
Manglaralto
Montañita
81°00'
Escala 1:250.000
0 10 20
Guaiaquil
E25GUAIAQUIL
80°
4°
0°
Área de pesquisa
100 Km
EQUADOR
Quito
2°
0°
NKm
80°00'
4080°
76°
78°
Figura 1.1 – Localização da área de pesquisa, na Península de Santa Elena, indicando as ocorrências de lutitos
diatomáceos (Modificado de IGM 1984).
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
3
A área de estudo inclui três ocorrências de lutitos diatomáceos, aqui denominadas, A01, A02 e
A03, representadas na Figura 1.1 A ocorrência A01 encontra-se no povoado Sucre, a 80 Km da cidade
de Guaiaquil, próximo à rodovia Guaiaquil-Salinas, que até atualidade é considerado o único depósito
de valor econômico deste tipo de material na Península de Santa Elena. As outras duas ocorrências,
A02 e A03, estão localizadas entre o sul do povoado Olmedo e o noroeste do povoado San Antonio, as
quais se caracterizam por ocorrer em cortes de estradas ou nas margens dos rios temporários (Figura
1.2).
Figura 1.2 – Ocorrência de lutitos diatomáceos da área denominada A02, nas margens rio Del Burro, ao Sul de
Olmedo.
1.4- MATERIAIS E MÉTODOS
Inicialmente, com o auxilio de mapas geológicos das folhas Gomez Rendón, Cerecita e Playas
na escala 1:50.000 foram localizadas áreas de ocorrência da Formação Tosagua. Posteriormente, foram
coletadas 31 amostras de material lutáceo em 03 ocorrências, como é descrito a seguir:
Ocorrência A01: 23A, 23B e 23C; 26A, 26B e 26C; 15A, 15B e 15C; 13, 14, A40, 45.
Ocorrência A02: 16A, 19C, 20A, 21C, 27, 29, 30, 31, 37, 38, 46, LL01, LL03.
Ocorrência A03: 39, 40M, 41, 43A, 43B, SA30A, 44.
Além disso, foram coletadas 17 amostras de arenitos em áreas próximas às ocorrências: 01, 04,
05, 05A, 06, 07, 08, 09, 10, 11, 12, 33, 34, 35, 51, 52, 53.
As amostras de lutitos foram levadas ao Laboratório de Mineralogia da Facultad de Ingeniería
em Ciencias de la Tierra da Escuela Superior Politécnica Del Litoral (FICT/ESPOL), em Guaiaquil,
Equador onde foram secadas, homogeneizadas, quarteadas e embaladas adequadamente em porções
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
4
representativas de aproximadamente 2 Kg. Estas amostras foram transportadas até o Departamento de
Geologia, da Escola de Minas, da Universidade Federal de Ouro Preto (DEGEO/EM/UFOP), para a
realização das diferentes análises qualitativas e quantitativas. O material restante foi armazenado no
laboratório da ESPOL.
1.4.1- Trabalho de Laboratório
Equipamentos Analíticos e Metodologias de Análises
Para a realização das análises laboratoriais, utilizaram-se vários equipamentos e metodologias,
visando obter os parâmetros que permitiram qualificar e quantificar os lutitos diatomáceos. Essas
metodologias são detalhadas a seguir.
Teor de Umidade
O teor de umidade das amostras foi determinado com a utilização de uma estufa artesanal e uma
balança da marca SARTORIUS modelo 1602 MP8-1, no Laboratório de Mineralogia da
FICT/ESPOL, em Guaiaquil. Nos ensaios laboratoriais utilizou-se a quantidade de 100 g de lutito
diatomáceo, que foi pesada e secada a 70 °C durante 24 horas, sendo novamente pesada para se obter o
percentual de umidade de cada uma.
Análises Granulométricas
As análises granulométricas foram realizadas no Laboratório de Sedimentologia do
DEGEO/UFOP, utilizando-se um quarteador marca JONIS, uma balança da MICRONAL modelo
B1600, peneira 230 mesh e provetas de 1.000 ml.
Nestas análises, seguiu-se o método da pipeta para solos normais proposto pela EMBRAPA
(1997), o qual se baseia na velocidade de queda das partículas que compõem o solo, ou seja, na Lei de
Stokes. Para eliminar a interferência do carbonato e da matéria orgânica na separação granulométrica,
as amostras foram previamente utilizadas ácido clorídrico numa concentração de 10 % e, água
oxigenada a 30 volumes, respectivamente.
Neste método, 20 g de amostra foram misturados numa solução de água destilada e hidróxido de
sódio (como dispersante) e depois peneiradas a úmido em uma peneira 230 mesh. O material retido
constitui a fração areia, enquanto o material peneirado as frações silte e argila. Para quantificar as
frações silte e argila, o material peneirado foi colocado numa proveta de 1.000 mL, completado esse
volume com água destilada e agitado. Após um determinado tempo, de acordo com a temperatura, foi
recuperado um volume de 50 mL (amostra) e secado a 60 ºC. O valor total da fração argila será igual
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
5
ao peso desta amostra seca multiplicado por 20. A quantidade de silte foi obtida pela diferença de
100 % menos a soma dos percentuais das outras frações granulométricas (EMBRAPA 1997).
Difração de Raios X
As análises de difração de raios X foram feitas no Laboratório de Difração de Raios X do
DEGEO, utilizando-se um difratômetro de marca RIGAKU, modelo GEIGERFLEX D/MAX com
goniômetro horizontal, tubo de Cu, velocidade de 1,2 º por segundo com varredura de 2 a 70 º para a
fração total (amostra natural) e, velocidade de 0,6 º por segundo com varredura de 2 a 35 º para a
fração argila (< 2 µm).
Porções representativas de amostras selecionadas foram aquecidas às temperaturas entre 550 e
850 ºC para tornar amorfas algumas fases minerais, o controle desta transformação foi realizado com
difratogramas de Raios X.
Após ativação alcalina, outros difratogramas permitiram observar as modificações das matérias
primas envolvidas.
Análises Químicas
As análises químicas da fração total foram feitas no Laboratório de Análises por Fluorescência
de Raios X do DEGEO, para determinar os óxidos maiores. Após a pulverização da amostra, foi
confeccionada uma pastilha para a determinação da composição química num aparelho de
fluorescência de raios X da PHILLIPS modelo MAGI X.
Densidade, Superfície Específica e Porosidade
A densidade de cada amostra foi quantificada em um Multipicnómetro da marca
QUANTACHROME. As análises de superfície específica pelo método de B.E.T. (Brunauer, Emmett e
Teller, 1938) e porosidade, foram feitas no Laboratório de Metalurgia do Departamento de Metalurgia
(DEMET) da Escola de Minas da UFOP, utilizando-se um equipamento High Speed Gas Sorption da
QUANTACHROME, modelo NOVA 1000, com adsorção de N2, desgasificação a 60 ºC durante 5
horas e a adsorção de N2 sob temperatura a -196 ºC.
Análises Térmicas
As curvas termodiferenciais (ATD) e termogravimétricas (ATG) foram obtidas no Laboratório
de Análises Térmicas do Departamento de Química do Instituto de Ciências Exatas e Biológicas da
UFOP (DEQUI/ICEB/UFOP). Utilizou-se um equipamento modelo 2960 STD V2.2B da marca TA
INSTRUMENTS, com um porta amostra de platina e de alumina (padrão), com taxa de aquecimento
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
6
de 20 ºC por minuto, em atmosfera de oxigênio enriquecido à temperatura máxima de 900 ºC.
Microscopia Ótica
Na microscopia ótica observam-se as características petrográficas dos minerais dos lutitos e dos
arenitos. Utilizou-se o microscópio ótico tri ocular do DEGEO de marca Zeiss, modelo Axiophot
equipado com câmara digital. A composição mineral dos arenitos foi estimada com base na contagem
de 200 pontos em cada lâmina delgada.
Amostras de lutitos diatomáceos foram previamente tratadas para a observação de microfósseis
de carapaças silicosas. Esta metodologia consistiu na eliminação de matéria orgânica e carbonatos,
dispersão da amostra, seleção aleatória, colocação em lâmina de vidro, secagem e recubrimento com
balsamo de Canadá e, finalmente cobertas com lamínula (Leipnitz e Silva, 2002).
Microscopia Eletrônica de Varredura com Sistema de Energia Dispersa
As análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV/EDS) foram realizadas no
DEGEO/EM da UFOP, para a obtenção de imagens morfológicas tridimensionais dos fósseis e das
amostras de lutitos diatomáceos naturais e dos geopolímeros. Utilizou-se o microscópio eletrônico de
marca JEOL JSM-5510, de 0.5 a 30 kV, com resolução de 3,5 a 48 nm, com recobrimento de grafita.
Ensaios de compressão
Os corpos de prova que a cabo de 28 dias do inicio da cura, não apresentaram falhas estruturais
generalizadas, foram preparados anteriormente aos ensaios mecânicos. Os ensaios mecânicos foram
realizados num equipamento hidráulico MTS 810 equipado com aquisição de dados digital.
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
7
CAPÍTULO 2
CONTEXTO GEOLÓGICO
O Equador está localizado no litoral oeste da América do Sul. É limitado à norte pela
Colômbia, à leste e a sul pelo Peru e a oeste pelo Oceano Pacífico. A Cordilheira dos Andes, que
atravessa o País de norte ao sul, divide sua parte continental em três regiões naturais denominadas
Costa, Sierra e, Oriente cada uma representando ambientes geomorfológicos e geológicos muito
diferentes (Figura 2.1B; Almeida 1980, Baldock 1982).
O Oriente localiza-se na parte leste do Equador, que inclui a região subandina e parte da
plataforma amazônica, e é constituído principalmente por rochas sedimentares e metamórficas. A
Sierra, ou região andina, é formada por rochas vulcânicas e metamórficas. Nessa região, as montanhas
que constituem a Cordilheira dos Andes podem atingir até 6.310 m de altitude (vulcão Chimborazo).
A região litorânea, denominada Costa, estende-se desde o Oceano Pacífico até a parte baixa da
Cordilheira dos Andes, e seu relevo vai desde o nível do mar até uma altitude máxima de 600 m
(Baldock 1982).
A margem litorânea do Equador se encontra na parte emersa de uma bacia de arco-frontal.
Similar a toda a margem ocidental sul-americana, a Costa sofre uma subducção ativa de uma placa
oceânica sob a litosfera continental (Dorfman 1976, Lonsdale 1978). Compreende terrenos alóctones
oceânicos (Goosens and Rose 1973, Juteau et al. 1977, Lebrat et al. 1987), que foram acrescentados
durante o Paleoceno e emergiram após do Eoceno Superior (Benítez 1995, Jaillard et al. 1995).
Estes terrenos repousam sobre um embasamento constituído de basaltos e andesitos
pertencentes à crosta oceânica de idade pre-turoniana (Benítez 1990, Kerr e Tamey 2005) e de
sedimentos turbiditicos pelíticos silicosos do Cretáceo Superior (Labrousse 1986). A região litorânea
de idade a partir do Cretáceo é formada predominantemente por arenitos, siltitos, argilitos, calcários e
rochas vulcânicas, além de sedimentos arenosos, materiais conglomeráticos recentes e rochas ígneas
(Baldock 1982).
Dentro do contexto da Costa, ao sudoeste se encontra a Bacia Progreso na Península de Santa
Elena. Esta bacia é uma depressão sinclinal de forma triangular, que teve uma subsidência rápida no
Oligoceno Superior e foi preenchida com sedimentos do Oligoceno e Mioceno. Situa-se entre os
paralelos 2º 0’ e 2º 40’ de Latitude Sul e entre os meridianos 80º 0’ e 80º 30’ de Longitude Oeste
Limita ao Norte com a Cordilheira Chongón-Colonche, ao Sudoeste com o Soerguimento de Santa
Elena e, ao Sul com o Graben de Jambelí. No extremo Oeste da Bacia Progreso, estão posicionados os
lutitos diatomáceos estudados nesta dissertação. (Figura 2.1A; Anglo-Ecuadorian Oilfields 1970,
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
8
Ordoñez et al. 2006).
Figura 2.1 – A: Localização da Bacia Progreso no sudoeste do litoral do Equador (modificado de Deniaud 1998
e IGM 1984). B: Localização do Equador e representação das suas regiões naturais: Litoral, Sierra e, Oriente
(NASA 2001).
A Bacia Progreso tem área aproximada de 3.200 Km2, representando uma zona deprimida do
arco-frontal (fore-arc), entre o Levantamento de Santa Elena e a CCC. Na Bacia Progreso são
encontradas na borda Norte rochas do Grupo Azúcar (Paleoceno) e do Grupo Ancón (Eoceno), que
afloram em sucessão estratigráfica a Formação Tosagua, constituída pelos membros Zapotal, Dos
Bocas e Villingota, seguido as Formações Subibaja, Progreso, Puná e Tablazo (Ordoñez et al. 2006).
2.1- FISIOGRAFIA
A Península de Santa Elena possui na maior parte do ano um clima seco, com um gradiente
pluviométrico variando desde os 100 até 900 mm anuais (CLIRSEN 1998), caracterizado por chuvas
rápidas e elevada umidade (Arrata et al. 1990).
A área de pesquisa é formada por terrenos baixos (Figura 2.2) variando entre 30 e 100 m
acima do nível do mar, com inclinações entre 40 e 70 %, com modelados arredondados ou agudos,
separados por inter-fluvios adaptados aos rasgos estruturais da paisagem, formando uma drenagem
0°0°
80° W
LIT
OR
AL
OR
IEN
TE
Guaiaquil
Ilha Puná Golfo de Guaiaquil
Gra
ben
de J
ambe
l í
P A
C Í
F I C
OO
C E
A N
O
CORDILHEIRA CHONGÓN- COLONCHE
Falha La Cruz
Falha Carrizal
S OERGUIMENTO DE
SANTA ELENA
BACIA PROGRESO
Falha Posorja
.80° W
.81° W
03° S
02° S
Salinas
Falha G
uaiaqui
l
Playas
N
Escala 1:250.000
0 20 40 Km
SI E
RR
A
EQUADOR
PENÍNSULA DE SANTA ELENA
A
B
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
9
típica dendrítica de vales estreitos (CLIRSEN 1998).
O clima da região varia, de tropical árido a tropical semi-árido com temperatura média de
24ºC. A vegetação esta constituída principalmente de bosque seco, predominando os ceibos (Pourrut et
al. 1995).
Figura 2.2 – Ocorrência de lutitos diatomáceos da área A01, no povoado de Sucre, caracterizada pelos terrenos
baixos e poucas elevações.
2.2- ESTRATIGRAFIA
A Geologia equatoriana é um assunto de constante discussão entre geólogos nacionais e
estrangeiros, como mostram os trabalhos de Ordoñez et al. (2006), Del Arco (2003), Benitez (1995,
1990), Del Arco & Dugas (1987), Dugas (1986), Del Arco et al. (1983), Baldock (1982), Bristow &
Feininger (1977). A seguir apresenta-se uma revisão dos trabalhos mais relevantes relacionados com a
estratigrafia peninsular, que inicia no substrato vulcânico do Cretáceo envolvendo as formações
sedimentares Terciárias que preenchem as Bacias de Ancón, Progreso, Guayas e os sedimentos
recentes do Quaternário (Figura 2.3).
A Formação Piñón, do Cretáceo Inferior, é formada por um complexo vulcânico básico que
inclui diabásios e basaltos tholeiíticos com presença de pirita, veios de hematita e raramente cobre. Os
basaltos apresentam textura porfirítica e vacúolos preenchidos por argilas, calcita e zeólitas. Estas
rochas afloram principalmente na Cordilheira de Chongón-Colonche.
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
10
M em bro Z apotal: conglom erados, arenitos com tufo, lutitos
M em bro D os B ocas: argilitos, g ispsita, arenitos
Fm
. T
osa
gua
Form ação Subibaja: siltitos calcáreos
Form ação Progreso: arenitos, siltitos, lu titos
Form ação Puná: lutitos, areias, silte, arg ila
Form ação Tablazo: terrazas m arinhas bioclásticas
Sedim entos aluviaise coluviais
Form ação Cayo: grauw acas, lutitos, basaltos
G rupo A zúcar: lu titos, arenitos, conglom erados
Form ação San Eduardo: calcáreos, lutitos
G rupo A ncón: argilitos, lu titos, siltitos
M em bro V illingota: lu titos d iatom áceos, argila, m icrofósseis
Form ação P iñon: lavas basálticas, tufos, brechas, rochas ultrabásicas
M V
2º
81º 80º
N
0 50
Escala (km )
Horst A
zúcar - Playas
B a c i a
M a n a b i
Océ
ano
Pac
ífic
o
G uaiaquil
A G
10 20 30 40
B A C I A
PR O G R ESO
Cordi lhei ra Chongón-ColoncheBacia
Anc
ón
Falha La Cruz
Horst Chongón
Salinas
P layas (G eneral V illam il)
Depressão Chongón Colonche
M VSanta E lena
A 01
E40A ncón
Sucr eV i l l i
ngota
Olmedo
Buenos A ires
A 03A 02
E15
San A ntonio
G óm ez R endón (P rogreso)
E19
E40
G uaiaquil
80°
4°
0 °
Á rea de pesqu isa
EQ U AD O R
Q uito
100 Km
2°
80°
76°
78° L e g e n d a
C RE TÁC EO
Q U ATE RN ÁRIO
T ER CIÁR IO
Paleoceno
Eoceno
P leistoceno e H oloceno
M ioceno Superior
P lioceno
O ligoceno
M ioceno Inferior
C retáceo Superior
M ioceno M édio
Cretáceo Inferior
Figura 2.3 – Mapa Geológico e coluna estratigráfica da Península de Santa Elena com a localização dos lutitos
diatomáceos no Membro Villingota da Formação Tosagua, na Bacia Progreso (Spencer 1993).
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
11
A Formação Cayo, do Cretáceo Superior, aflora na Cordilheira Chongón-Colonche e é constituída
pelos Membros Calentura, Cayo sensu strictu e Guayaquil. O Membro Calentura, de
aproximadamente 150 m de espessura, é formado por arenitos, lutitos calcáreos, tufos, grauvacas,
brechas sedimentares e andesitos. No Membro Cayo sensu strictu, com aproximadamente 1.950 m de
espessura, têm-se alternâncias de brechas sedimentares com fragmentos de andesitos, arenitos, lutitos,
e grauvacas. O Membro Guayaquil, com aproximadamente 600 m de espessura, constitui-se de
argilitos silicificados com camadas de chert, argilitos tufáceos, arenitos, lutitos silicificados e veios de
quartzo.
A Formação San Eduardo do Eoceno Inferior repousa em discordância à Formação Cayo. É
constituída de calcários compactos-turbidíticos bem estratificados, bioclastos de algas recifais, lutitos
calcários, margas e cherts. A Formação San Eduardo encontra-se bem desenvolvida na parte sul da
Cordilheira de Chongón-Colonche, ao oeste de Guayaquil (Arrata et al 1990)
O Grupo Azúcar, de idade paleocênica, com espessura máxima de até 2.000 m, aflora nos
Horsts Azúcar-Playas e Chongón.e entre as Bacias Ancón e Progreso. Segundo Marchant (1961), o
grupo é dividido nas formações Saya, Engabao, Estancia e Chanduy. Essas denominações são
variações de fácies de lutitos, arenitos e conglomerados.
O Grupo Ancón, do Eoceno Médio a Superior, aflora principalmente na Bacia Ancón, no sul
da Depressão Chongón-Colonche e em alguns pontos da Cordilheira Chongón-Colonche. Garner
(1956, in Del Arco et al.1983), propôs a divisão desse grupo nas Formações Socorro e Seca. A
Formação Socorro é subdividida nos Membros Clay Pebble Bed e Socorro, enquanto a Formação Seca
nos Membros Lutita Seca e Arenisca Punta Ancón. Todos esses membros podem ser visualizados na
Bacia Ancón, enquanto na Cordilheira de Chongón-Colonche somente ocorre o membro Socorro.
O Membro Clay Pebble Bed, com espessura de 550 m, é uma brecha sedimentar formada por
argilitos com fragmentos de todas as formações pré-existentes, sugerindo um depósito originado por
movimentos tectônicos na Bacia Ancón. Ocorrem ainda fragmentos de quartzo, quartzitos,
conglomerados, chert, rochas ígneas, calcários e arenitos turbidíticos pré-existentes. O Membro
Socorro, com aproximadamente 700 m é caracterizado por deformações, devido a deslocamentos e
falhas. É um flysh formado por camadas finas de arenitos com seqüências turbidíticos e alternâncias
de lutitos. O Membro Lutita Seca, do Eoceno Superior, é formado por lutitos turbidíticos distais e
arenitos. O Membro Arenisca Punta Ancón, do Eoceno superior, constitui-se de arenitos
grauvaquianos com intercalações de camadas argilosas, lentes de calcários, conglomerados, linhitos e
lutitos.
A Formação Tosagua, do Oligoceno Superior a Mioceno Médio, aflora principalmente na
Bacia Progreso e na Depressão Chongón-Colonche, e é formada pelos Membros Zapotal, Dos Bocas e
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
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Villingota.
O Membro Zapotal, do Oligoceno Superior a Mioceno Inferior, com espessura de 1.200 m,
inclui camadas de conglomerados, seixos de quartzo, chert, arenitos e calcários, além de camadas de
arenitos, lutitos e argilitos interestratificados. O Membro Zapotal esta limitado em sua base e topo por
discordâncias. Esta seqüência corresponde à etapa de abertura da Bacia Progreso. No Membro Dos
Bocas, do Mioceno Inferior a Médio, com espessura máxima de 2.400 m, há principalmente lutitos
laminados com material calcário, argilitos, camadas finas de arenitos e linhitos além de veios de
gipsita. O Membro Villingota, do Mioceno Inferior a Médio, com espessura aproximada de 200 m,
inclui lutitos diatomáceos macios nas cores cinza a branca, com abundantes escamas de peixes e
radiolários.
A Formação Subibaja, do Mioceno Médio, esta limitada por pelitos calcários ricos em
foraminíferos, repousa em discordância com o Membro Villingota e de forma concordante com a
Formação Progreso. A Formação Subibaja juntamente aos Membros Dos Bocas e Villingota
pertencem a uma face de aprofundamento da Bacia Progreso.
A Formação Progreso, aflora principalmente na Bacia homônima, possui idade do Mioceno
Médio a Superior, e é formada pelos Membros Progreso e Bellavista. O Membro Progreso, com
espessura máxima de 1.800 m, é formado por sedimentos tipo molassa com arenitos maciços, lutitos
com argilas e coquinas. O Membro Bellavista se apresenta na forma de camadas de até 100 m de
espessura, sendo constituído por arenitos, siltitos e camadas lenticulares de calcário.
A Formação Puná, do Mioceno Superior até Plioceno aflora nas ilhas da bacia baixa do
Guayas, consiste em lutitos amarelos e marrons com areias, silte e argilas, localmente superpostos por
calcários impuros. Na ilha Puna a unidade aflora junto com camadas de arenitos, coquinas e cherts
pretos. Dados de subsuperfície demonstram que a unidade se superpõe à Formação Progreso e possui
cerca de 1.000 m de espessura.
A Formação Tablazo, do Plioceno a Holoceno, aflora nas partes litorâneas das Bacias Ancón e
Progreso, na Bacia Guayas e nas ilhas e ilhotas do Golfo de Guayaquil. Sua espessura pode atingir até
80 m, sendo constituída por coquinas, arenitos, calcários, conglomerados argilosos com conchas e
nódulos e areias finas.
Os depósitos coluviais e aluviais do Quaternário são acumulações mal selecionadas de
sedimentos constituídos por areia, silte, argila e seixo. Afloram nos rios secos da Península de Santa
Elena e nas suas partes litorâneas.
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
13
2.3- GEOLOGIA LOCAL
A geologia local esta dominada pela Formação Tosagua, cujo nome foi adotado para descrever
uma seqüência sedimentar, que aconteceu depois de uma longa ausência de sedimentação desde o
Eoceno Médio e Oligoceno Inferior (Figura 2.4). A Formação Tosagua na Bacia Progreso
compreende, da base para o topo, três membros, denominados: Zapotal, Dos Bocas e Villingota
(Bristow & Hoffstette 1977).
Outros trabalhos realizados referentes à geologia da Bacia Progreso, como os de Benitez
(1995), Jaillard et al. (1995), Deniaud (1998) e Ordoñez et al. (2006), mudam os termos membros por
formações e as, relacionam com sequencias e megasequencias sedimentares, a partir de estudos de
sondagens, sísmicos e paleoestratigráficos. Estas importantes pesquisas não influem nos objetivos do
presente trabalho de mestrado.
Figura 2.4 – Estratigrafia simplificada da Bacia Progreso (Deniaud 1998, Ordoñez et al. 2006).
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
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2.3.1- Membro Zapotal
Esta unidade aflora na borda Leste da Bacia Progreso, sendo constituída por uma variedade de
rochas detríticas grossas. Segundo Smith (1947) o membro consiste de conglomerados com cherts,
arenitos grossos com intercalações de argilitos e arenitos argilosos tobaceos, com presença de fósseis
marinhos e traços de plantas terrestres. O Membro Zapotal, cuja espessura máxima varia entre 1060
até 1500 metros repousa discordantemente sobre as rochas do grupo Ancón, a no interior da Bacia
(Ordoñez et al. 2006).
2.3.2- Membro Dos Bocas
O Membro Dos Bocas compreede a maior porção da Formação Tosagua, sobrejaz
transicionalmente sobre os arenitos do Membro Zapotal e aflora ao redor da Bacia Progreso. É
constituído principalmente de argilitos marrons e ocasionalmente com arenitos, alcança uma espesura
de 2.400 metros na Bacia Progreso e, 1.000 metros na Bacia Manabí (Bristow & Hoffstette 1977).
2.3.3- Membro Villingota
Este termo foi introduzido por McLaughlin (1956), para referir-se aos argilitos carbonáticos
que afloram na estrada Progreso - Salinas, entre os povoados de Villingota e Aguada. A localidade
tipo está na Pedreira perto do povoado de Sucre (Figura 2.4A; Ordoñez et al. 2006). A idade atribuída
é do Mioceno Inferior a Mioceno Médio (Bristow & Hoffstette 1977).
O Membro Villingota corresponde à fácies superior da formação Tosagua, ocorre sobre os
lutitos marrons do Membro Dos Bocas em contacto transicional. Petrograficamente consiste de lutitos
laminados diatomáceos macios de cor branca devido à meteorização e níveis de arenitos (Figura 2.5C).
A espessura da unidade varia de 250 até 650 metros (Baldock 1982).
A microfauna encontrada na formação é variada e consiste principalmente, de foraminíferos,
restos de peixes, espículas silicosas, carapaças de diatomáceas e radiolários. Em face disto, se infere
que a deposição deste membro ocorreu em um ambiente marinho de plataforma externa a talude
continental (Ordoñez et al. 2006).
Os sedimentos com diatomáceas típicos do Membro Villingota depositaram-se no centro
ocidental da Bacia, onde houve pouco aporte de detritos litorâneos.
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
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A
B C
Figura 2.5 – A: Vista do principal depósito de lutito diatomáceo no povoado Sucre, denominado área de
pesquisa A01, B: Detalhe dos arenitos encontrados neste depósito e, C: Aspecto dos lutitos diatomáceos friáveis.
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
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Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
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CAPÍTULO 3
PETROGRAFIA DOS ARENITOS E PELITOS DA FORMAÇÃO
TOSAGUA
3.1 PETROGRAFIA DOS ARENITOS
3.1.1- Aspectos Texturais
Os arenitos da Formação Tosagua possuem arcabouço suportado matriz no qual predominam
contatos flutuantes entre os grãos, que geram um empacotamento do tipo frouxo, com índices
inferiores à 40 % da classificação de Kahn (1956). Ocasionalmente, observam-se contatos dos tipos
côncavo-convexo e suturado entre os grãos. Os teores de matriz deposicional, em média bem
superiores a 5 %, conferem à rocha uma baixa maturidade textural, enquanto os teores elevados de
minerais instáveis e fragmentos líticos do arcabouço permitem classificar, também como baixa, a
maturidade mineralógica. O tamanho dos grãos do arcabouço varia entre o silte e grânulos,
predominando, entretanto, a granulometria da areia média. As partículas variam de subarredondadas a
angulares e apresentam baixo selecionamento.
3.1.2 Composição Mineralógica
As análises modais em 17 lâminas delgadas evidenciaram uma extraordinária heterogeneidade
composicional dos litotipos, materializada pela ocorrência de dezoito fases minerais detríticas, treze
diferentes tipos de fragmentos de rochas, bioclastos, seis fases minerais autigênicas, além da matriz
deposicional (vide tabela 3.1). A representação das análises modais no diagrama de classificação de
Folk (1974) mostra que os litotipos variam de litoarenitos a litoarenitos feldspáticos (Figura 3.1)
O quartzo perfaz em média 22,76 % da composição do arcabouço e é representado pelos tipos
plutônico, vulcânico, metamórfico e pelo quartzo de veio, esse último caracterizado pelas nuvens de
poeira geradas por inclusões fluidas (Figura 3.2A).
Os feldspatos (Figuras 3.2B, C e D) contribuem com 12,24 % da composição do arcabouço e
são representados, em ordem decrescente, pelo plagioclásio, sanidina, ortoclásio e microclina. Os
plagioclásios ocorrem em grão angulares, zonados maclados e bem preservados, cuja composição
oscila entre a da andesina e a da labradorita. Ocasionalmente, observa-se uma leve substituição por
sericita e epidoto. A sanidina forma cristais tabulares inalterados que se caracterizam por apresentar
pequeno ângulo 2V.
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
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Tabela 3.1 – Composição mineralógica do arcabouço dos arenitos da Formação Tosagua.
AMOSTRAS
CONSTITUINTES 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Média
1 Quartzo 24 20 24 23 10 24 20 30 40 20 20 20 14 27 30 16 25 22,76
2 Plagioclásio 10 13 10 10 7 9 10 7 10 9 15 18 10 7 5 7 9
3 Sanidina 1 1 1 2 2 3 1 2 1 2
4 Ortoclásio 3 2 3 3 1 5 4
5 Microclina 2 3
Feldspatos ∑: 14 18 11 12 9 15 11 12 11 9 15 18 13 7 8 12 13 12,24
6 Andesito 5 1 2 5 1 1 3 5 2 3 1 2 5 3 4 5 4 7 Granitóide 1 2 1 2 1 3 2 2 1 8 Riolito 1 1 2 1 5 5 2 2 3 1 2 2 1 1 2 9 Traquito 3 2 2 3 8 6 1 1 3 4 1 5 5 4 2 2 2
10 Basalto 5 3 7 8 2 4 5 1 1 3 1 3 1 1 2 1 11 Quartzito 2 2 1 1 3 3 4 1 1 1 3 3 2 3 2 2 1 12 Xisto 3 2 5 3 8 1 7 1 3 2 3 4 5 3 5 4 2 13 Filito 2 2 2 2 8 2 3 1 2 2 4 5 2 5 3 14 Arenito 1 1 1 3 1 2 3 1 2 4 15 Folhelho 7 5 3 3 4 3 4 3 3 5 3 5 2 2 1 1 16 Calcário 2 5 2 2 1 1 3
17 Vidro 5 15 3
Fragmento de Rocha ∑: 29 19 28 31 42 26 31 17 14 23 22 26 31 27 23 41 23 26,65
18 Leucoxênio 1 1 1 1 2 19 Calcita 5 5 8 7 7 5 10 9 5 10 15 10 7 10 8 20 Zeólitas 2 1 2 2 2 2 2 1 1 22 Hematita 2 5 1 3 7 23 Pirita 3 1 2 1 1 1 1 1 1
24 Sílex 2 3 Antigênicas ∑: 8 12 12 9 17 10 12 16 8 4 9 14 21 14 10 14 13 11,94
25 Epidoto 3 4 3 2 1 2 5 2 2 2 2 5 4 2 1 3 4 26 Turmalina 1 1 1 1 1 1 2 1 1 27 Granada 1 1 28 Chert 2 1 1 1 2 3 1 3 1 2 2 3 4 2 1 1 29 Opacos 1 3 1 2 2 1 2 3 2 1 3 3 1 1 2 1 30 Anfibólio 3 4 3 1 2 1 3 2 3 2 1 1 1 31 Biotita 1 2 5 4 2 2 2 1 1 1 2 32 Moscovita 2 2 3 1 1 2 2 2 5 3 2 2 1 3 2 2 2 33 Zircão 1 1 1 1 1 34 Titanita 1 2 2 1 35 Clinopiroxênio 2 1 3 36 Rutilo 1 1 37 Clorita 2 2 1 1 1 1 1 1 38 Bioclastos 1 1 2 1 2 39 Matriz 12 10 15 15 7 7 5 13 15 30 20 5 10 12 5 15
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
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Figura 3.1 – Composição do arcabouço das 17 amostras da Formação Tosagua na Bacia Progreso, reprentadas
no diagrama de Folk (1974).
A microclina e o ortoclásio ocorrem de forma subordinada em cristais angulares inalterados
com dimensões inferiores às dos outros feldspatos. Comumente observa-se a pertita.
Os fragmentos de rocha representam 26,65 % da composição do arcabouço e mostram uma
grande diversidade caracterizada pela ocorrência de litotipos magmáticos, metamórficos e
sedimentares.
Entre os fragmentos de rochas magmáticas ocorrem granitóides, riolitos, traquitos, basaltos,
andesitos, e subordinadamente ignibritos.
Os fragmentos de granitóide se caracterizam por apresentar composição quartzo-feldspática e
as texturas pertítica e intercrescimento de quartzo gráfico (Figura 3.2E).
Os basaltos apresentam texturas intergranular ou intersetal, porfirítica e vitrofírica. É comum
a palagonitização nos tipos hipocristalinos enquanto nos holocristalinos observa-se a substituição do
plagioclásio por calcita.
Os andesitos distinguem-se dos de basalto por apresentarem a textura hialopilítica (Figura
3.2F).
Os fragmentos de traquitos foram identificados pela textura traquítica característica (Figura
3.2G), enquanto os riolitos mostram a textura porfirítica sem qualquer orientação da matriz. (Figura
3.2H).
QUARTZO
FELDSPATOS FRAGMENTOS DE ROCHAS
Valor Médio
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
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C D
A B
E F
G H
Figura 3.2 – A: Grão de quartzo de veio, observam-se nuvens de poeira. B: Grão de microclina inalterado. C:
Grão tabular de sanidina. D: Grão angular e inalterado de plagioclásio. E: Textura gráfica em grão de granitóide.
F: Grão de andesito. G: Grão de traquito. H: Grão de riolito.
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
21
Além disso, ocorrem em algumas amostras fragmentos angulares de vidro vulcânico, portando
vesículas, identificados como glass shards, segundo classificação de Fisher & Schminke (1984). É
comum a presença de vesículas preenchidas por calcita (Figura 3.3A) e a substituição do vidro por
zeólitas (Figura 3.3B).
Fragmentos de ignibrito foram observados em uma única amostra e se caracterizam por
apresentar aspecto brechóide, com fragmentos rotacionados e cimentados por uma matriz vítrea
(Figura 3.3C). A rocha corresponderia aos welded tuffs definidos por Marshall (1935) na Nova
Zelândia.
Entre os litotipos metamórficos registram-se xistos, quartzitos, milonitos (Figura 3.3D) e
filitos.
Os fragmentos de xistos foram identificados como quartzo-clorita-xistos e se encontram
bastante deformados obliterando o espaço poroso da rocha com a geração de pseudomatriz (Figura
3.3E). Os fragmentos de folhelho (Figura 3.3F) possuem aspecto análogo ao dos xistos.
Os bioclastos são representados por foraminínferos bentônicos e planctônicos (figura 3.3G),
pelecípodas (Figura 3.3H)e gastrópodos. Entre os litotipos sedimentares ocorrem calcários, chert
(Figura 3.4A), arenitos, e folhelhos.
A assembléia de minerais pesados é representada por epidoto (Figura 3.4B), biotita (Figura
3.4C), moscovita (Figura 3.4D), glauconita, clorita, rutilo (Figura 3.4E), titanita, zircão, turmalina
(Figura 3.4F), granada, anfibólio(Figura 3.4G), clinopiroxênio (Figura 3.4H) e minerais opacos.
Como fases autigênicas registram-se a pirita framboidal, sílex, zeólitas, calcita, pirita tardia,
hematita e leucoxênio.
A matriz deposicional é constituída essencialmente por argilominerais que exibem diferentes
estágios de substituição por calcita.
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
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A B
C D
E F
G H
Figura 3.3 – A Vesículas no vidro vulcânico preenchidas por calcita. B: : Grãos anulares de glass shards. C:
Grão de ignibrito. D: Contato suturado entre constituintes num grão de milonito. E: Grãos de xisto e filitos
deformados por compactação. F: Grãos de folhelho. G: Grão de pelecípodas. H: Grão de foraminínfero.
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
23
A B
C D
E F
G H
Figura 3.4 – A: Grão de chert. B: Grãos de epidoto. C: Grão de biotita. D: Grão de moscovita. E: Grão de rutilo
substituído por leucoxênio F: Grão de turmalina zonada. G: Grão de anfibólio parcialmente substituído por
calcita. H: Grãos de clinopiroxênio
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
24
3.1.3- Evolução Diagenética
O termo diagênese é utilizado para designar processos biológicos, físicos e químicos que
ocorrem nas bacias sedimentares e são responsáveis pela transformação de um sedimento recém
depositado numa rocha sedimentar. Schmidt & McDonald (1979) propõem uma subdivisão do campo
diagenético, nos estágio eo-, meso- e telodiagenético (Tabela 3.2). O estágio eodiagenético engloba as
transformações que ocorrem entre a deposição e o soterramento dos sedimentos, sob a influência da
atmosfera e hidrosfera. Segundo Morad et al. (2000) os processos eo-diagenéticos ocorrem entre
profundidades de até 2 Km e temperaturas máximas de 70º C.
Tabela 3.2 – Subdivisão dos estágios diagenéticos (Schmidt & Mcdonald 1979).
Estágios Diageneticos
Fases Diagenéticas
EODIAGÊNESE MESODIAGÊNESE TELODIAGÊNESE
Compactação Mecânica
Palagonita
Pirita Framboidal
Zeolitas
Sílex
Compactação Química
Calcita
Pirita Euédrica
Leucoxênio
Hematita
Nos arenitos da Formação Tosagua os processos eodiagenéticos de compactação mecânica e
cimentação foram responsáveis pela redução drástica da porosidade inicial da rocha.
Os processos mesodiagenéticos ocorrem em sub-subperfície após o soterramento dos
sedimentos e são responsáveis pela cimentação intensa, compactação química que reduzem a
porosidade remanescente além de processos de dissolução, geradores de porosidade secundária.
Os processos de compactação química, cimentação e substituição de grãos e matriz por calcita
que ocorreu neste estágio, aliados a ausência de dissolução obliterou quase totalmente a porosidade
dos arenitos da Formação Tosagua.
O estágio telodiagenético se instala quando sedimentos submetidos a grandes profundidades
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
25
são soerguidos interagem com condições de oxidação e influxo de água meteórica. Sob tais condições
são comuns as reações de oxidação de minerais como as que ocorreram nos arenitos da formação
Tosagua.
Compactação Mecânica
A compactação mecânica dos sedimentos tem sido alvo de investigação de diversos
pesquisadores, devido a sua importância na preservação da porosidade e na geração de
hidrocarbonetos. Füchtbauer (1967) conclui que este processo, cuja intensidade máxima ocorre nos
primeiros 1000 metros de soterramento é o principal responsável pela perda da porosidade primária
dos arenitos. Roll (1974) observa uma relação entre a quantidade de filossilicatos detríticos do
arcabouço e a perda de porosidade em arenitos devido à compactação. Rittenhouse (1971) e Benson
(1981) realizando experimentos teóricos com diferentes proporções de fragmentos dúcteis em areias
observam que uma percentagem de 50 % grãos dúcteis pode obliterar totalmente a porosidade da
rocha. Eseme et al. (2006) desenvolvem um excelente trabalho experimental em sedimentos pelíticos
de idade miocênica da Formação Posidônia do norte da Alemanha e observam uma correlação positiva
entre a taxa de compactação mecânica e a geração de hidrocarbonetos
A evolução diagenética dos arenitos da Formação Tosagua foi fortemente influenciada pela
compactação mecânica, devido ao alto teor de fragmentos dúcteis do arcabouço, cuja deformação
gerou pseudomatriz e reduziu drasticamente a porosidade primária da rocha (Figura 3.5A).
Palagonitização
O termo palagonita foi utilizado pela primeira vez por Von Waltershausen (1845) para designar
uma substância cerosa encontrada associada a rochas basálticas nas montanhas de Iblean na Palagônia
ao sul da Itália. Peacock (1926) num trabalho clássico sobre as palagonita da Islândia, conclui que a
palagonita representa o produto da hidratação e desvitrificação do vidro vulcânico. Esse processo,
segundo Staudiegel & Hart (1983) é vinculado a uma intensa migração de elementos químicos. Gomes
& Fernandes (1995) ao estudarem a evolução diagenética dos hialoclasitos da Formação Macau na
Bacia Potiguar observam que a palagonitização do vidro vulcânico foi responsável pelo
empobrecimento dos elementos Ca, Si e Al e um enriquecimento do elemento Fé no vidro vulcânico.
Uma das características marcantes dos arenitos da Formação Tosagua é o alto teor em
fragmentos de rochas vulcânicas portadoras de vidro. A interação dos fragmentos de rocha
hipocristalina durante a eo-diagênese gerou a palagonitização do vidro vulcânico, responsável pela
liberação de elementos químicos para a água de formação (Figura 3.5B).
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
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26
A B
B
Figura 3.5 – A Fragmento dúctil do arcabouço deformado por compactação mecânica. B: Palagonitização
Pirita Framboidal
O termo pirita framboidal deriva-se do francês framboise e foi introduzido na literatura
geológica por Rust (1935) devido à semelhança morfológica do mineral, que ocorria associado ao
minério de cobre coloidal no Missouri, com a framboesa. A pirita framboidal constitui uma das
primeiras fases do regime eodiagnético. Lindsley-Griffin et al. (1995) ao estudarem os sedimentos
recentes na costa do Chile observam que a precipitação da pirita framboidal no interior de células de
foraminínferos começa ocorrer logo após a deposição dos sedimentos, durante os primeiros metros de
soterramento. Observação idêntica foi feita por Gomes & Fernandes (1995) nos hialoclastitos da
Formação Macau, na Bacia Potiguar. Segundo esses autores a decomposição da matéria orgânica nos
bioclastos teria originado microambientes favoráveis para a autigênese da pirita. Pierret et al. (2000)
observam teores dsae pirita framboidal de até 20 % em sedimentos recentes do Mar Vermelho e
concluem com base no padrão de distribuição dos elementos terras raras, que o mineral se originou por
processos diagenéticos, sem qualquer influência de soluções hidrotermais.
Nos arenitos da formação Tosagua observa-se que a pirita framboidal ocorre preenchendo
câmaras de foraminínferos bentônicos. (Figura 3.6).
Figura 3.6 – Pirita framboidal no interior de bioclasto (foraminífero bentônico, provavelmente Numulites),
parcialmente dissolvido por compactação química.
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
27
A B
Autigenese de Zeólitas
Os primeiros estudos sobre zeólitas foram desenvolvidos em amostras oriundas de cavidades de
basaltos. De acordo com Hay (1966) apenas a partir da década de 1950, com a utilização da
difratometria de raios-X em amostras de tufos vulcânicos do Japão e da Itália, foi possível concluir
que muitas das zeólitas têm origem diagenética e podem constituir a principal fase mineral de estratos
sedimentares, sendo as variedades mais comuns a analcima, clinoptilolita, heulandita, laumontita e
phillipsita. Gomes & Fernandes (1995) identificam, com o auxílio da microscopia eletrônica de
varredura e analises com sistema de energia dispersiva, em amostras da Formação Macau, além da
analcima e heulandita as zeólitas ricas em bário, denominadas de wellsita e harmotoma, Segundo
Fischer & Schminke (1984) as zeólitas constituem juntamente com as esmectitas a fase mineral mais
freqüente, originada pela transformação diagenética em rochas vulcanoclásticas. Iijima & Harada
(1968) demonstram que existe uma relação íntima entre a composição das zeólitas autigênicas e a do
material vítreo precursor.
Nos arenitos da Formação Tosagua observa-se a autigenêse de zeólitas na forma de
preenchimento de poros ou de substituição incipiente do vidro vulcânico (Figura 3.7).
Figura 3.7 – A Cimento zeólitas em torno de grão de quartzo. B: Fragmento de vidro parcialmente substituído
por zeólitas.
Cimentação por Silex
A cimentação por sílex foi registrada em apenas uma amostra da Formação Tosagua (Figura
3.8). Krauskopf (1956) demonstra que a solubilidade da sílica é função da temperatura. A 25 º C a
solubilidade da sílica amorfa é de 120 ppm enquanto a solubilidade do quartzo, sob as mesmas
condições é de apenas 10 ppm. Segundo Füchtbauer (1988) a cimentação por sílica amorfa ou quartzo
microcristalino em arenitos ocorre nos primeiros estágios da diagênese e é geralmente controlada pela
presença de vidro ou de fragmentos de rochas vulcânicas no arcabouço da rocha. A palagonitização do
vidro vulcânico seria uma provável fonte dos altos teores de sílica necessários para a precipitação do
sílex.
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
28
A B
Figura 3.8 – A: Cimentação por sílex. B: Detalhe da foto anterior
Compactação Química
A compactação química, também conhecida como dissolução por pressão, constitui uma
importante fase diagenética, pois envolve a dissolução ao longo de contatos entre os grãos do
arcabouço e a remoção do material dissolvido que é incorporado à água de formação. Heald (1955)
estabelece a seguinte ordem decrescente de sensibilidade de minerais à dissolução por pressão: calcita-
quartzo-feldspatos-micas-argilas e pirita. Diversos autores, como por exemplo, Bjorlykke (1979), Blatt
et al.(1980) e Füchtbauer (1988) afirmam que a compactação química representa a principal fonte de
sílica necessária para a cimentação dos arenitos nas bacias sedimentares. Apesar da vasta literatura
sobre o assunto constitui ainda motivo de controvérsia o papel da pressão litostática durante o
processo de compactação química. Engelhardt (1973) demonstra que a presença de argila ou micas em
contato com os grãos de quartzo, modifica, durante a diagênese o Ph da água de formação, acelerando
o processo de dissolução dos grãos de quartzo. Sellwood & Parker (1978) investigando os arenitos
reservatório do Mar do Norte, chegam a afirmar que os processos de compactação química
independem da profundidade da pressão litostática.
Nos arenitos da Formação Tosagua observa-se localmente a compactação química na forma de
estilólitos, que parecem estar controlados pela presença de minerais opacos (Figura 3.9).
Figura 3.9 – Estilólito gerado por “pressure solution”.
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
29
A B
C D
E F
G H
Cimentação e Substituição por Calcita
A cimentação e substituição por calcita correspondem, às fases mais intensas e também mais
importante da evolução diagenética dos arenitos da Formação Tosagua. A calcita substitui tanto fases
minerais do arcabouço como a argila deposicional e ocorre ainda como preenchimento de poros e
fraturas (Figura 3.10).
Segundo Blatt et al. (1980) a substituição do quartzo pela calcita é controlada pela temperatura e
pelo pH da água de formação. Sob condições de temperaturas superiores a 100 ºC e alcalinidade
superior ao ph 7, comuns durante a mesodiagênese, ocorre à dissolução do quartzo e a precipitação da
calcita.
Figura 3.10 – A: Cimentação e substituição de grão por calcita. B: Fratura em grão de plagioclásio preenchida
por calcita. C: Grão de plagioclásio zonado e substituído por calcita. D: Cristal de piroxênio substituído
pseudomorficamente por calcita. E: Grão de moscovita substituído por calcita. F: Preenchimento de microfratura
por calcita.
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
30
Autigênese de Pirita Tardia
A pirita antigênica ocorre tanto na forma de agregados framboidais como em cristais euédricos
de habitus cúbico. A precipitação de cristais cúbicos de pirita é geralmente, segundo Howarth (1979)
precedida da formação de macknawita (FeS) que reagiria com o enxofre da água de formação para
formar a pirita. Sweeny & Kaplan (1973) determinaram que esta reação se processa em torno de 150º.
C. Batillani et al. (1996) observam que a formação de pirita tardia é uma fase autigênica comum nos
arenitos proterozóicos da Formação Morro do Chapéu, na Chapada Diamantina, no estado da Bahia.
Nos arenitos da Formação Tosagua observa-se, além da cimentação eodiagenética de pirita
framboidal a autigênese de cristais euédricos de pirita interpretados como de origem mesodiagenética
tardia (Figura 3.11A e B).
Fases Telodiagenéticas
As rochas estudas neste trabalho foram coletadas em afloramentos submetidos a condições de
alteração telodiagenéticas, responsáveis pela formação de hidróxidos de Fe por alteração de pirita
framboidal (Figura 3.11C), hematita relacionada o alteração de minerais ferromagnesianos (Figura
3.11D), além da formação do leucoxênio às custas de rutilo e titanita.
Figura 3.11 – A: Cristais euédricos de pirita. B: Pirita tardia substituindo bioclasto. C: Limonitização da pirita.
D: Hematita telodiagenética.
A B
C D
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
31
3.1.4 – Considerações sobre a Área Fonte.
A análise dos componentes do arcabouço dos arenitos da Formação Tosagua mostra uma grande
diversidade de componentes, que estaria relacionada às contribuições de áreas fontes diferenciadas. A
associação de fragmentos líticos (vulcânicos, metamórficos e sedimentares) com minerais instáveis
como clinopiroxênio, labradorita e anfibólio teria como área fonte um cinturão orogênico próximo,
pois a preservação dos minerais somente ocorreria sob condições de rápido transporte e deposição.
Por outro lado, a presença de feldspatos alcalinos pertíticos, turmalina, epidoto, granada e
fragmentos de granitóides aponta para uma área fonte relacionada a um soerguimento de rochas
plutônicas ácidas.
3.2. PETROGRAFIA DOS PELITOS DA FORMAÇÃO TOSAGUA
O termo lutito diatomáceo é uma designação para rocha lutácea (ou pelítica) (Leinz e
Leonardos 1971) que compreende os sedimentos predominantemente de tamanho da argila, com
diâmetro equivalente Φ < 2 µm e silte, com diâmetro equivalente 2 < Φ < 62 µm (Pettijohn 1956).
Estas rochas contêm argilominerais, silicatos detríticos residuais, sílica livre na forma de diatomáceas,
radiolarios e espículas de esponjas (Suguio 2003) e, calcita ou aragonita na forma de foraminíferos e
conchas (Williams et al. 1970).
Os microorganismos da classe Bacillariophyceae conhecidos como diatomáceas, são algas
unicelulares com frústulas impregnadas de sílica amorfa (opalina), a maioria das espécies se encontra
na faixa de 20 a 200 µm de comprimento (Brasier 1980). Estes microorganismos fossilizados são os
bioclastos que caracterizam aos lutitos diatomáceos da Península de Santa Elena no Equador.
As análises de microscopia eletrônica de varredura permitiram observar a morfologia e a
estrutura de microfósseis e minerais presentes nas amostras de lutitos diatomáceos.
Nos lutitos diatomáceos, identificaram-se partículas de aglomerados de argilominerais, além
de calcários e alguns cristais de quartzo, tal como pode ser observado na Figura 3.12A.
Foram identificados também microfósseis silicosos de diatomáceas e radiolários, a maior parte
destes, em fragmentos, como se mostram respectivamente nas Figuras 3.12B e 3.12C. Identificaram-se
também carapaças carbonáticas de foraminíferos junto com bioclastos silicosos inmersos na matriz
silico-aluminosa, (Figura 3.12D).
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
32
D
B
C
A
a
b
c
Figura 3.12 – Microfotografias no MEV de lutitos diatomáceos: A: Fragmentos: (a) montmorilonita (b) calcita e
(c) quartzo lítico, amostra NM_13; B: Diatomácea, amostra NM_43B; C: Fragmento de radiolário, amostra
NM_29; D: Foraminífero em uma matriz silicoaluminosa, amostra MN_23A.
As análises de microscopia ótica dos lutitos diatomáceos permitiram observar os microfósseis,
sendo que esta é uma técnica mais amplamente utilizada do que a microscopia eletrônica de varredura,
por ser econômica e prática.
Ao microscópio ótico observou-se uma grande variedade de microfósseis com carapaças
silicosas, incluindo, diatomáceas, radiolários, silicoflagelados e espículas, encontrados nas três áreas
de pesquisa desta dissertação.
Na área A01 foram observadas diatomáceas tanto em suas formas completas, como também
em fragmentos. Os radiolários foram encontrados, predominantemente em fragmentos. Nas áreas A02
e A03 os radiolários são relativamente mais abundantes do que as diatomáceas, identificaram-se
também abundantes fragmentos silicosos, que poderiam ser de uma mistura de vários tipos de
microfósseis. Estima-se que a massa total dos microfósseis silicosos contida nos lutitos diatomáceos,
varia em entre 10 e 20 % e, a das diatomáceas, entre 3 e 10 %.
Também foram observados microfósseis calcíticos de foraminíferos, principalmente do tipo
enrolado involuto e reto bisseriado (Cushman 1976), tal como mostrados na Figura 3.13 estes
microfósseis calcíticos não foram detalhadamente estudadas nesta dissertação.
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
33
Figura 3.13 – Fotomicrografias de foraminífera da amostra NM_15A, A: Foraminífero enrolado, Lenticulina?.
B: Foraminífero reto, Bolivina sp. do Cretáceo–recente.
Nas Figuras 3.14 e 3.15 apresentam-se os principais microfósseis de carapaças silicosas
observados nos lutitos diatomáceos.
As diatomáceas são algas unicelulares de ambientes marinhos ou de água doce, bentônicos ou
planctônicos. Segundo à sua classificação, pertencem ao reino Protista, divisão Chrysophyta, classe
Bacillariophyceae. Dentro desta classificação existem duas ordens ou formas básicas: as Pennales e as
Centrales (Vilela 2004). O ambiente bentônico se refere ao substrato que forma o embasamento onde
se fixam, caminham ou se arrastam diversos organismos (Laporte 1969). O termo planctônico é
referente aos organismos microscópicos que flutuam nas águas superficiais (Winge 2001).
As diatomáceas Pennales de idades do Paleoceno ao Recente se caracterizam por possuir
frústulas elípticas, um sulco longitudinal chamado rafe e estrias perpendiculares à rafe, são comuns
nas águas doces podendo também ocorrer em ambiente marinho bentônico (Vilela 2004). Entre as
diatomáceas Pennales foram identificadas às do gênero Achnanthes do Mioceno ao Recente (Figura
3.14A e 3.14B) e do gênero Cocconeis do Oligoceno ao Recente (Figura 3.14C, Bignot 1985).
As diatomáceas da ordem Centrales ou Cêntricas de idades do Cretáceo ao Recente são
caracterizadas por possuir frústulas circulares, triangulares ou quadradas, com estrias radiais. São
comuns em ambiente planctônico, tanto na plataforma continental quanto no oceano (Vilela, 2004).
Entre as diatomáceas Centrales foram identificadas as do gêneros: Coscinodiscus (Figura 3.14D),
Actinoptychus (Figura 3.14F), Triceratium (Figura 3.14G-a) e Melosira (Figura 3.14G-b e Figura
3.14H), todas estas de idades entre o Cretáceo e o Recente (Bignot 1985) e, as do gênero
Arachnoidiscus (Figura 3.14E) do Paleoceno ao Recente (Matthes 1956).
50µm 50µm
A B
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
34
50µm
50µm
F
50µm 50µm
D
c
50µm
A
50µm
B
50µm
C
50µm
E
b
a
G H
Figura 3.14 – Fotomicrofotografias de Diatomáceas Pennales: A: Achnanthes sp. - amostra NM_43B; B:
Achnanthes sp. - amostra NM_23A; C: Cocconeis sp. - amostra NM_23A. Diatomáceas Centrales: D:
Coscinodiscus sp. - amostra NM_20A; E: Arachnoidiscus sp. - amostra NM_27; F: Actinoptychus sp.- amostra
NM_23A; G: (a) Triceratium sp., (b) Melosira sp.,(c) ? - amostra NM_43A; H: Melosira sp. - amostra NM_29.
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
35
Os radiolários são microorganismos unicelulares marinhos de águas superficiais e oceânicas
até abissais, pertencem ao reino Protista, classe Actinopoda, que inclui os organismos heliozoários e
pseudópodes rígidos. A subclasse radiolários inclui subclassificações denominadas superordens, que
são: Phaeodaria e Polycrystina. À superordem Polycrystina pertencem os microfósseis mais
abundantes de serem encontrados na fauna microfóssil, já que suas carapaças são mais bem
preservadas do que as da Phaeodaria. As carapaças dos radiolários Polycrystina apresentam uma
ampla variedade morfológica sob a forma de espinhos anastomosados, esferas simples perfuradas,
elaboradas construções com varias esferas concêntricas ou estruturas cônicas multiloculares com
apêndices (Eilert et al. 2004).
A morfologia básica das Polycrystina é representada em seis ordens: Archaeospicularia,
Latentifistularia, Abaillellaria, Entactinaria, Nassellaria e Spumellaria (Eilert et al. 2004). Entre os
microfósseis de radiolários foram identificados nos lutitos diatomáceos, só das ordens Nassellaria e
Spumellaria.
Os radiolários Nassellaria, de idades entre o Triássico Inferior ao Recente, se caracterizam por
possuir uma cápsula central, perfurada e com um ou mais segmentos alinhados ao longo de um eixo.
Radiolários Nassellaria foram identificados nas Figuras 3.15A, Figura 3.15B e na Figura 3.15C.
(Eilert et al 2004).
Os radiolários Spumellaria, de idades entre o Ordoviciano ao Recente, são caracterizados por
possuir uma cápsula central simples, com abundantes poros e não contem espícula inicial (Eilert et al
2004). Como radiolário Spumellaria foram identificados: Stylosphaera sp do Cenozóico (Figura
3.15D, MIRACLE 2002) e, a Cannartus sp. do Mioceno Inferior (Figura 3.15E; Kling 1998).
Integrando um menor grupo de microfósseis silicosos, foram identificados silicoflagelados e
espículas. Os silicoflagelados são espécies que possuem um ou dois flagelos parecidos aos dos
radiolários. Os silicoflagelados identificados foram: Distephanus sp do Cretáceo ao Recente (Figura
3.15F) e Naviculopsis sp. do Eoceno ao Recente (Figura 3.15G, Bignot 1985). As espículas em geral
são restos de outros organismos silicosos (Figura 3.15H).
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
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50µm
B
50µm
C
50µm
E
50µm
F
50µm
G
50µm
H
A
50µm
D
50µm
Figura 3.15 – Fotomicrofotografias de outros microfósseis identificados em diferentes amostras de lutitos
diatomáceos. A: Radiolário / Nassellaria: Phormostichoartus sp. - amostra NM_23A; B: Radiolário /
Nassellaria:? - amostra NM_43A; C: Radiolário / Nassellaria: Artophormis sp. - amostra LL_01; D: Radiolário /
Spumellaria: Stylosphaera sp. - amostra NM_30; E: Radiolário / Spumellaria: Cannartus sp. - amostra NM_43B;
F: Silicoflagelados / Distephanus sp. - amostra NM_13; G: Silicoflagelados / Naviculopsis sp. - amostra
NM_43A; H: Espícula - amostra NM_17C.
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
37
CAPÍTULO 4
GEOPOLÍMEROS - UMA REVISÃO
4.1- CONCEITO
Em 1979 o pesquisador francês Josephs Davidovits, o apresentou os métodos de fabricação de
um novo polímero mineral chamado polissialato, que foi patenteado nos Estados Unidos em 1982 com
o nome de geopolímero, caracterizado por possuir superfície lisa e dura (entre 4 a 6 na escala de
Mohs) e com estabilidade térmica. Esta invenção se refere ao processo de policondensação mineral
para obter produtos de moldagem a temperaturas ao redor de 120 °C, usando técnicas similares à da
fabricação de zeólitas. Sialato é uma abreviação do termo óxido aluminossilicato, e o polissialato
possui a seguinte fórmula empírica:
Mn{-(SiO2)z-AlO2} n, wH2O
onde:
M é um cátion como potássio, sódio ou cálcio,
n é o grau de policondensação
z é 1, 2 ou 3,
w pode ter valores acima de 7.
De acordo com o valor de z, que representa a razão Si:Al, os geopolímeros se classificam três
categorias (Tabela 4.1).
Tabela 4.1 – Classificação dos geopolímeros, modificado de Davidovits (1991).
z Tipo de geopolímero Estrutura Cátion alcalino
1 Polissialato (PS)
| |Mn(Si―O―Al―O)n, wH2O
| |O O
K ou Na
2Polissialato–siloxo (PSS)
| | |
Mn(Si―O―Al―O―Si)n, wH2O| | |
O O O
KNaK,Ca
3Polissialato-disiloxo (PSDS)
| | | |Mn(Si―O―Al―O―Si―O―Si-)n, wH2O
| | | |O O O O
KK,Ca
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
38
A estrutura dos polissialato pode ser amorfa ou semicristalina, e é formada por cadeias ou
anéis que consistem de tetraedros de SiO4 e AlO4- ligados em uma seqüência alternada com
compartilhamento de íons de oxigênios nos vértices, . Íons positivos, tais como Na+, K+, Li+, Ca2+,
Na+, Ba2+, NH4+ e H3O
+ devem estar presentes nas das cavidades estruturais, a fim de compensar a
carga negativa do Al3+ e Si+4 com oxigênio O2- gerando deficiência de carga 5- no Al e 4- no silício.
Na Figura 4.1. são mostradas algumas estruturas obtidas como polissialatos, que são similares às de
alguns minerais.
Figura 4.1 – Gráficos computarizados das moléculas de poliméricas de polissialato de Mn-(-Si-O-Al-O-)n e
polissialato-siloxo de Mn -(-Si-O-Al-O-Si-O-)n e suas estruturas (Davidovits 1994).
O polissialato também chamado geopolímero, polímero mineral ou polímero inorgânico pode
receber outras denominações relacionadas com a sua utilização ou método de fabricação, tais como:
geocimentos, cimentos geopoliméricos, cimentos alcalinos com escórias, concreto polímero-
inorgânico, cimento alcalino-activado, hidro-cerâmica e vidro-aluminossilicato de baixa temperatura
(Duxson et al. 2007).
Polissialato (–Si–O– Al–O–)
Polissialato-siloxo (–Si–O–Al–O–Si–O–)
Polissialato-disiloxo (–Si–O– Al–O–Si–O–Si–O–)
PS
PSS
PSDS
Polissialato de Potássio Estrutura da Kalsilita
K-PS
Polissialato-siloxo de Potássio Estrutura da Leucita
K-PSS
Polissialato-siloxo de (Cálcio, Potássio) Estrutura da Analcima
(Ca,K)-PSS Polissialato de Sodio Estrutura da Sodalita
Na-PS
Polissialato-siloxo de (Sodio,Potasio) Estrutura da Filipsita
(Na,K)-PPS
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
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A obtenção de geopolímeros, segundo Davidovits (1982) é denominada também como
geosíntese. Outros autores como Xu & Deventer (2000) o mencionam como geopolimerização,
enquanto que Roy (1999) usa o termo ativação alcalina.
4.2- HISTÓRICO
Segundo Davidovits et al. (1982) e Davidovits (1984a), algumas edificações da antiguidade
foram construídas aglomerando-se materiais como calcários naturais, carbonatos, fragmentos de
rochas vulcânicas, aluminossilicatos, gipsita, água e possivelmente elementos orgânicos, os quais
reagiam in situ formando materiais amorfos, calcita e zeólitas. Algumas destas edificações possuem
entre 2.000 até 9.000 anos de idade, e apresentam desgastes relativamente menores em comparação
com edificações mais atuais que foram fabricadas com argamassas calcárias ou rochas industriais.
Estas estruturas antigas encontram-se na Grécia, no Chripre, na Itália e no Peru. A preservação das
pirâmides através de milhares de anos é prova da extrema durabilidade dos materiais geopoliméricos
(Davidovits & Aliaga 1981).
Na Tabela 4.2 apresenta-se uma cronologia de algumas pesquisas realizadas sobre ativação
alcalina, sendo que, metacaulim, cinzas industriais e escorias são as matérias primas amplamente
pesquisadas para a fabricação de compostos diversos.
A ativação alcalina de materiais aluminossilicatos tem sido alvo de constantes pesquisas desde a
década de 40, quando foi investigada a utilização de escórias misturadas com o clínquer para a
fabricação do cimento (Roy 1999). No desenvolvimento dos geopolímeros foram inicialmente
utilizados materiais naturais como caulim e logo se estenderam a materiais secundários e subprodutos
industriais, tais como, escórias de alto forno, cinzas industriais, cerâmicas, rejeitos de mineração, e
argamassas recicladas, visando sua utilização como substituto de argamassas ou agregados para
concretos, cimentos, plásticos entre outras aplicações (Davidovits 2002).
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
40
Tabela 4.2 – Cronologia de algumas pesquisas realizadas sobre ligantes obtidos mediante ativação
alcalina, modificado de Torgal & Jalali (2007) e Roy (1999).
Autor Ano Descrição
Khül 1908 Patente de cimento com escoria
Feret 1939 Cimentos com escórias
Purdon 1940 Combinações álcalis-escória
Glukhovsky 1959 Bases teóricas e desenvolvimento de cimentos alcalinos
Glukhovsky 1965 Primeiros cimentos alcalinos
Davidovits 1979 Termo “Geopolimero”
Malinowski 1979 Caracterização de aquedutos antigos
Davidovits 1982 Patente polímero mineral e método de fabricação
Forss 1983 Cimento tipo F
Langton & Roy 1984 Caracterização de materiais em edifícios antigos
Davidovits & Sawyer 1985 Patente de cimento “Pyrament”
Krivenko 1986 Sistemas R2O – RO – SiO2 – H2O
Malolepsy & Petri 1986 Ativação de escorias sintéticas
Malek et al 1986 Cimentos de escorias com resíduos radioativos
Davidovits 1987 Comparação entre concretos comuns e concretos antigos.
Deja & Malolepsy 1989 Resistência ao ataque com cloretos
Kaushal el al. 1989 Cura adiabática de ligantes alcalinos com resíduos nucleares.
Roy & Langton 1989 Analogias dos concretos antigos
Majundar et al. 1989 Ativação de escorias ― C12A7
Talling & Brandstetr 1989 Ativação alcalina de escorias
Wu et al. 1990 Ativação de cimentos de escorias
Roy et al. 1991 Presa rápida de cimentos ativados alcalinamente
Roy & Silsbee 1992 Revisão sobre cimentos ativados alcalinamente
Palomo & Glasser 1992 Metacaulim com CBC
Roy & Malek 1993 Cimento de escórias
Glukhovsky 1994 Concretos antigos, modernos e futuros
Krivenko 1994 Cimentos alcalinos
Wag & Scrivener 1995 Microestruturas de escórias ativadas alcalinamente
Palomo et al 1999 Ativação alcalina de cinzas industriais
Swanepoel & Strydom 2002 Utilização de cinzas industriais em materiais geopoliméricos
4.3- GEOSÍNTESE
A geosíntese ou geopolimerização é o conjunto de reações químicas que ocorrem entre o
aluminossilicato das matérias primas e as fortes soluções alcalinas, sob pressão atmosférica e a
temperaturas inferiores a 100 ºC (Giannopoulou & Panias 2007). Davidovits (1982) menciona que a
geosíntese pode ser acelerada a temperaturas que não ultrapassem 120 ºC, pois, sob estas condições,
poderia ser cristalizada a zeólita. Este pesquisador também menciona que, a temperatura ambiente
próxima a 25 ºC, a geosíntese é atingida após 15 horas, a 50 ºC é atingida após 4 horas e, a 95 ºC, após
30 minutos. Segundo a Wincret Designer Concrete Produts (2008), a geosíntese se desenvolve a
baixas temperaturas, com reação química rápida e, a cura inicial requer um período entre 24 e 48
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
41
horas. O termo cura é usado para o concreto, denominando-se assim o conjunto de procedimentos que
tem por finalidade evitar a evaporação da água necessária e a perda da forma adquirida do molde,
durante a fabricação de concreto (Andriolo 1984).
Na Figura 4.2 apresenta-se um esquema geral de formação de três produtos diferentes
envolvendo aluminossilicatos, ou seja, obtenções de cimento Portland convencional, cimento
geopolimérico e zeólita cristalina. Como pode ser observado nesta figura, para a obtenção de cimento
Portland é necessária a fabricação de clínquer, que ocorre a altas temperaturas, entre 1450 e 1500 ºC, o
que provoca altas emissões de CO2, tanto pela calcinação do calcário, quanto pela queima do
combustível empregado. Já na geosíntese, semelhantemente à fabricação de zeólita cristalina, a grande
vantagem é que as reações são realizadas a temperaturas muito menores, portanto, sem maiores
emissões de poluentes na atmosfera. No caso de serem utilizadas matérias primas naturais, antes da
geosíntese e da fabricação de zeólita cristalina, deve ser feita a calcinação destas matérias, visando a
sua desoxidrilação, que ocorre entre 500 e 900 ºC (Geo-Pol 2008).
Cimento Portland Cimento geopolimérico Zeólita cristalina
CaO + SiO2 + Al2O3 Al2O3 + SiO2 Al2O3 + SiO2
1450 ºC - 1500 ºC
20 - 90 ºC +
solução silico-alcalina
80 - 120 ºC +
solução alcalina
Clinquer - Si – O – Al – O - Sílica coloidal
Hidratação Geosíntese
Aquecimento em 2 estágios:
80 - 100 ºC 25 - 150 ºC
C – S – H + Ca(OH)2 Estrutura 3D – Aluminossilicato Cristalização da zeólita
Figura 4.2 – Comparação entre os processos de obtenção do cimento Portland convencional, do cimento
geopolimérico e da zeólita sintética, modificado de Nicholson et al. (2005) e Breck (1962).
Alguns autores como Panias et al (2007), Giannopoulou & Panias (2007), Panagiotopoulou et
al. (2007), Barbosa et al. (2000), Xu & Van Denventer (2000), Van Jaarsveld et al. (1998), estudaram a
geosíntese, a qual pode ser resumida nos seguintes estágios:
• dissolução da Si e Al dos aluminossilicatos das matérias primas sólidas em soluções
aquosas altamente alcalinas, formação dos monômeros (AlO4-5) e (AlO4
-5),
• difusão das espécies dissolvidas por toda a solução,
• formação de ligações tipo Si-O-Si e/ou Si-O-Al, na fase aquosa, chamadas oligômeros que
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
42
são os precursores dos geopolímeros, resultado na formação de gel,
• policondensação dos oligômeros na forma de rede tridimensional, formando gel,
• ligação das partículas sólidas não dissolvidas dentro da rede geopolimérica, formando um
conjunto homogêneo e,
• endurecimento da estrutura geopolimérica.
Estes estágios, porém também podem ocorrer paralelamente sem que seja possível distingui-los
entre si.
4.4- MATERIAIS
Os polímeros inorgânicos compõem-se de dois sistemas formadores: sólidos reativos ou matérias
primas que contêm principalmente SiO2 e Al2O3 e, de ativadores ou solução ativadora que contêm
hidróxidos alcalinos, silicatos, aluminatos, carbonatos e sulfatos em concentrações adequados para se
obter as relações SiO2/Al2O3 , M2O/SiO2 e H2O/M2O (Buchwald 2006).
4.4.1- Matérias primas
Teoricamente, alguns materiais compostos de sílica e alumina podem ser ativados alcalinamente,
sendo mais comuns os seguintes: argilas cauliníticas (Davidovits 1982, Davidovits 1984b), cinzas
industriais (Van Jaarsveld et al. 2003, Jahanian & Rostami 2001, Palomo et al. 1999, Roy et al. 1995),
escorias de alto forno (Fernández-Jiménez & Puertas 1997, Jhon 1995), rejeitos de mineração (Torgal et
al. 2007, Davidovits & Davidovits 2007), rejeitos da indústria química (Puertas et al. 1999), materiais
cerâmicos (Puertas et al. 2006, Davidovits et al. 1989), além de silicatos minerais ricos em alumínio tais
como: almandina, grossularita, silimanita, andaluzita, cianita, pumpeleita, espodumênio, augita,
lepidolita, illita, celsiana, estilbita, heulandita, anortita (Xu & Van Deventer 2000) e vidros vulcânicos
(Gimeno et al. 2003).
As matérias primas podem ser misturadas entre si ou com outros materiais, como complemento
químico, para formar as composições geopoliméricas. Algumas misturas que foram pesquisadas são:
metacaulim e escória de alto forno (Davidovits & Davidovits 2005, Yip & Van Deventer 2003,
Davidovits & Sawyer 1985), cinzas industriais e metacaulim (Swanepoel & Strydom 2002), caulim,
albita e cinzas industriais (Xu et al. 2002), metacaulim e materiais pozolânicos (Davidovits 1996),
metacaulim e rochas feldspáticas (Davidovits & Davidovits 2005) metacaulim e fumo de sílica
(Davidovits et al. 1998), cinzas industriais e caulinita (Van Jaarsveld et al. 2002), cinzas industriais e
escorias (Puertas & Fernández-Jiménez 2003), cinzas industriais e argilas (Zimmer & Bergmann 2007)
e, escoria e lama vermelha (Pan et al. 2002).
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
43
A pesquisa destas matérias primas conduziu à obtenção de polímeros inorgânicos de alta
resistência mecânica e térmica. Na atualidade algumas pesquisas se concentram em encontrar materiais
aluminossilicosos naturais, rejeitos ou subprodutos industriais que possam servir de matérias primas para
a elaboração dos geopolímeros (Nicholson et al. 2005).
A composição química de algumas matérias primas, utilizadas na obtenção de geopolímeros e as
suas principais fases mineralógicas estão apresentadas, respectivamente, na Tabela 4.4 e na Tabela 4.4.
Incluem-se nestas tabelas os lutitos diatomáceos estudados nesta dissertação, que possuem uma
composição química aluminossilicosa similar à da pozolana ou e das zeólitas, com uma proporção
elevada de CaO.
Tabela 4.3 – Composições químicas de algumas matérias primas utilizadas na obtenção de geopolímeros
(Panagiotopoulou et al. 2007, *Peralta-Sánchez et al. 2007).
Matéria prima %SiO 2 %Al 2O3 %Fe2O3 %CaO %MgO %K 2O %Na2O %SO3 %PF
Cinza volante 47,86 23,54 7,15 10,56 2,28 1,58 - 2,50 4,30 Escoria 36,67 12,20 0,82 41,10 5,45 0,25 0,33 2,17 0,84 Caulim 47,85 38,20 1,29 0,03 0,04 - - - 12,30 Metacaulim 54,56 43,56 1,47 0,03 0,04 - - - 0,70 Pozolana 66,33 11,41 3,81 6,41 1,30 1,89 1,50 - 7,38 Zeólita 67,24 12,66 0,15 3,01 0,49 1,62 0,48 - 13,92 *Lutitos diatomáceos 64,67 15,28 3,74 11,15 0,99 0,43 2,53 - 11,11
Tabela 4.4 – Principais fases mineralógicas das matérias primas modificado de Panagiotopoulou et al. 2007,
*Peralta-Sánchez et al. 2007.
Matéria prima Fases mineralógicas
Pozolana Cristobalita, feldspato, K-alunita, quartzo Cinza volante Quartzo, feldspato, anidrita, hematita, calcita Escoria Amorfo Caulim Caulinita, ilita, feldspato, quartzo Metacaulim Principalmente amorfo, ilita, feldspato, quartzo Zeólita Heuladita *Lutitos diatomáceos Calcita, esmectita, quartzo, cristobalita, sílica amorfa, feldspato
O lutito diatomáceo nesta dissertação foi aquecido a temperaturas próximas aos 850 ºC por duas
horas, para se obter a desoxidrilação dos argilominerais em fases amorfas e reativas.
O metacaulim é um material obtido a partir da desoxidrilação da argila do tipo caulim, durante
sua calcinação. Esta desoxidrilação se inicia aproximadamente entre 650 ºC e 750 ºC até temperaturas
próximas a 975 ºC (Smiley et al. 1998). O caulim utilizado na geosíntese desta dissertação é proveniente
da cidade de Aracruz, do estado do Espírito Santo, Brasil e foi aquecido a 850 ºC por duas horas.
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
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Diatomita
A diatomita é uma matéria prima mineral de origem sedimentar e biogênica, constituída a partir
do acumulo de carapaças de algas diatomáceas sejam estas de origem marinho ou lacustre, que se foram
fossilizando, desde o período pré-cambriano, pelo depósito de sílica sobre a sua estrutura (Luz 2005).
Segundo Sousa (1973) as principais características da diatomita são:
• Variação da silica total entre 58 e 91%
• Predominância de faces amorfas (isotrópicas)
• Cor entre branca, creme e marrom esverdeada
• Fratura conchoidal ou irregular
• Dureza aparente entre 1 a 1,5 devido à porosidade
• Absorção de liquidos
• Peso específico de 1,9 a 2,35, quando calcinado de 0,2 a 0,5
• Ponto de fusão entre 1400 a 1650ºC
• Insolúvel em ácidos (exceto em ácido fluoridico) e solúvel em “álcalis fortes”
A diatomita pelo seu contido de sílica amorfa a mesma que é solúvel em soluções alcalinas, é
considera como um material pozolánico nas misturas geopolimericas (Davidovits 1996, Davidovits et al.
1998).
4.4.2- Ativadores
Os ativadores alcalinos mais comumente empregados na geosíntese são: hidróxido de sódio
(NaOH), hidróxido de potássio (KOH), silicato de sódio (Na4SiO4), metasilicato de sódio
(Na2SiO3.nH2O) e silicato de potássio (nSiO2K2O, Xu et al. 2002, Swanepoel & Strydom 2002, Barbosa
et al. 2000, Palomo et al. 1999, Fernández-Jiménes et al. 1999). Outros ativadores menos utilizados são:
hidróxido de cálcio Ca(OH)2 (Alonso & Palomo 2001), carbonato de sódio (Na2CO3) (Collins &
Sanjayan 1998) e silicato de cálcio (CaSiO3) (Yip & Van-Deventer 2003).
Os ativadores são usados de forma simples ou composta. O ativador simples utiliza um único
reagente, podendo ser hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio. O ativador composto inclui uma
solução de 1 ou 2 hidróxidos ou, por sua vez, combinados com um silicato (Collins & Sanjayan 1998). O
silicato da solução composta é uma fonte adicional de SiO2 ao sistema, enquanto que o hidróxido garante
alta alcalinidade à solução (Lima et al. 2005).
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
45
Nesta dissertação os ativadores usados foram: hidróxido de sódio, silicato de sódio e aluminato
de sódio (Na2Al2O4), que são os mais utilizados em diversos experimentos e são de fácil aquisição
comercial.
4.5- PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS
Os parâmetros mais importantes considerados na elaboração dos polímeros inorgânicos são:
• temperatura de desoxidrilação das matérias primas naturais (Smiley et al. 1998,
Chandrasekhar 1996, Davidovits 1984b).
• granulometria das matérias primas (Texeira-Pinto 2004, Yip & Van-Denventer 2003).
• razões molares, SiO2/Al 2O3, M2O/SiO2, M2O/Al2O3, H2O/M2O, das matérias primas e das
misturas com os reagentes (Beleña et al. 2004, Davidotvits 1982).
• tipo e concentração dos ativadores (Bakharev et al. 1999a, Fernandez-Jimenez et al.
1999).
• temperatura da geosíntese (Barbosa et al. 2000, Bakharev et al. 1999b, Fernandez-Jimenez
& Puertas 1997, Davidovits 1982)
• condições e tempo de cura (Swanepoel & Strydom 2002, Collins & Sanjayan 2001,
Davidovits 1982)
O controle destes parâmetros permite elaborar materiais de distintas naturezas e propriedades.
Por exemplo, as relações molares SiO2 /Al2O3 baixas e um excesso do cátion Na+ em relação ao Al3+,
além das temperaturas superiores a 100 ºC, favorecem a obtenção de zeólitas, que são materiais de baixa
resistência mecânica. Enquanto que, razões molares SiO2/Al2O3 ≥ 4 e Na2O/Al2O3 = 1 e, com condições
de curado a temperatura e pressão baixas, favorecem a obtenção de estruturas geopoliméricas de dureza e
resistência próximas às das cerâmicas (Beleña et al. 2004).
Na Tabela 4.4 comparam-se as faixas das razões molares dos óxidos nas misturas reativas
consideradas durante a elaboração de um tipo de zeólitas sintética, denominada por Breck (1962) como
zeólita tipo S e, dos geopolímeros patenteados por Davidovits (1982).
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
46
Tabela 4.5 – Relações molares das misturas dos reagentes (matéria prima + ativadores) de dois polímeros
minerais (Davidovits 1982).
Relações molares dos óxidos nas misturas reativas
Zeolita S (Na, K) - PSS
Na2O / SiO2 0,3 – 0,6 (Na2O, K2O) / SiO2 0,25 – 0,28
SiO2 /Al 2O3 6,0 – 25,0 SiO2 /Al 2O3 ≥ 4,0 H2O / Na2O 18,0 – 100,0 H2O / (Na2O, K2O) 16,0 – 17,5
Na2O / Al2O3 1,8 – 15,0 (Na2O, K2O) / Al2O3 1,00 – 1,14
4.6- PROPRIEDADES DOS GEOPOLÍMEROS
Segundo Duxson et al. (2007), Wang & Cheng (2003), Davidovits (2002), de acordo com o tipo
de matéria prima e dos parâmetros físico-químicos, os geopolímeros possuem varias propriedades, dentre
as que se destacam as seguintes:
• baixa temperatura de reação dos minerais das matérias primas
• rápida adesão,
• baixa retração,
• baixa condutividade térmica,
• resistência a altas temperaturas e ao choque térmico,
• estabilidade química ou resistência a corrosão,
• alto grau de dureza,
• resistência à abrasão, compressão, fratura, flexão e tração,
4.7- APLICAÇÕES DOS GEOPOLÍMEROS
Para Davidovits (1991) o campo de aplicação dos geopolímeros é vasto, sendo utilizados nas
indústrias automotivas e aeroespacial, na metalurgia e fundições de materiais não-ferrosos, na engenharia
civil, na indústria de plásticos, etc., tanto em forma pura, como carga ou reforço de outros materiais,
assim:
• em forma pura, no estocagem de produtos químicos tóxicos ou rejeitos radioativos, etc.
• como carga, para a fabricação de concretos especiais, moldes para fabricação de peças
termoplásticas, etc.
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
47
• como reforço, para a manufatura de moldes, em ferramentas, em fundição para a obtenção de
ligas de alumínio e metalurgia, etc.
Na Tabela 4.6 elaborada por Davidovits (1991), apresenta-se um resumo das aplicações dos
geopolímeros baseadas na relação sílica:alumina.
Tabela 4.6 – Aplicações dos geopolímeros de acordo com a relação Si:Al (Davidovits 1991).
Roy (1999) menciona ainda, entre outras aplicações, o uso dos geopolímeros em construção civil
para a fabricação de pavimentos para rodovias, de dormentes de trilhos para ferrovias, na fabricação de
concretos resistentes a ácidos; na agricultura, como corretivo de solos para cultivo; na fabricação
adsorvente de óleos, de impermeabilizante de terrenos, de imobilização de barragens em obras
hidráulicas, em sistemas de irrigação, em comportas e revestimentos de barragens.
Si:Al
Categoria Cátion alcalino
Aplicação
1 Polissialato (PS) Na–PS Isolamento térmico Resistência ao fogo
2
Polissialato–siloxo (PSS)
K–PSS K,Ca–PSS K–PSS
Refratário para moldagem de alumínio Cimento de alto desempenho, armazenamento de rejeitos tóxicos, compósitos resistentes ao fogo compósitos resistentes ao fogo
3
Polissialato-disiloxo (PSDS)
K–PSDS
Refratário para moldagem de alumínio, compósitos resistentes ao fogo, compósitos estruturais e ferramentas para uso a temperaturas entre 650 e 1000°C.
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
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Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
49
CAPÍTULO 5
CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA E APLICAÇÃO
TECNOLÓGICA DOS PELITOS
A utilização de diversos métodos laboratoriais, permitiu determinar as principais
características mineralógicas, físicas, químicas e texturais dos lutitos diatomáceos.
Após as diferentes análises laboratoriais realizadas nas 31 amostras de lutitos diatomáceos
coletadas no trabalho de campo e cujos resultados serão apresentados neste capítulo, foram
selecionadas cinco (05) amostras representativas das três ocorrências pesquisadas, devido aos altos
teores de SiO2, de Al2O3 e à maior presença de carapaças de microfósseis de diatomáceas.
As cinco amostras foram misturadas, aquecidas a 850 ºC por duas horas e moídas. Caulim
proveniente da cidade de Aracruz, do estado do Espírito Santo, Brasil, foi calcinado a 850 ºC por duas
horas, para obter metacaulim. A mistura das cinco amostras e o metacaulim foi usada como matérias
primas para a obtenção de diferentes composições na elaboração dos geopolímeros. Os geopolímeros
foram também caracterizados e submetidos a ensaios mecânicos de compressão simples para conhecer
a viabilidade de sua aplicação industrial como um material alternativo de construção civil.
A seguir são apresentados e discutidos os resultados obtidos nas diferentes análises de
laboratório feitas com os lutitos diatomáceos equatorianos, objeto de estudo desta dissertação de
mestrado.
5.1- TEOR DE UMIDADE
As análises de teor de umidade visaram quantificar o percentual de umidade contido em cada
amostra no estado natural, assim como determinar a umidade média nas três ocorrências. Na Tabela
5.1, apresentam-se os percentuais de umidade. As amostras foram coletadas nos afloramentos entre os
meses de dezembro e março, que correspondem ao período de chuvas no Equador. Este fato teria
influenciado diretamente nos percentuais de umidade obtidos nessas amostras e em suas variações.
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
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Tabela 5.1 – Teores de umidade das 31 amostras de lutitos diatomáceos. (*) amostras selecionadas.
Ocorrência Amostra Umidade (%)
Valor médio (%)
*NM_23A 11,45 NM_23B 8,29 NM_26A 4,27 NM_26B 5,72 NM_26C 4,97 NM_15A 13,76 NM_15C 8,11 *NM_13 11,51 NM_14 10,57
NM_A40 9,62
A01
NM_45 10,42
8,75± 2,80
NM_16A 14,37 NM_19C 12,26 NM_20A 10,11 *NM_21A 12,31
NM_27 6,52 *NM_29 5,39 NM_30 5,81 NM_31 6,79 NM_37 10,11 NM_38 5,26 NM_46 4,66 LL01 6,34
A02
LL03 4,63
8,04 ± 3,34
NM_39 3,30 NM_40M 3,25 NM_41 5,27
NM_43A 8,34 *NM_43B 5,43
SA30A 6,21
A03
NM_44 6,12
5,42 ± 1,77
5.2- ANÁLISES GRANULOMÉTRICAS
As análises granulométricas realizadas em cinco amostras de lutitos diatomáceos selecionadas
visaram quantificar os percentuais das principais frações contidas: areia (62 < φ < 2000 µm), silte (2 <
φ < 62 µm) e argila (φ < 2 µm). A rocha in natura se apresenta em fragmentos de diversos tamanhos, e
de aspecto friável. Na Figura 5.1 estão representados as três frações granulométricas e o tamanho
médio das partículas das cinco amostras.
Em todas as amostras predomina a fração silte com teores entre 58 e 92 %. Estes altos valores
incluem carapaças de microfosseis (φ < 100 µm) e partículas da fração argila em forma de
aglomerados devido à cimentação pelos carbonatos presentes nas amostras, fato que é comum nas
argilas da Península de Santa Elena, como observado por Morales-Carrera et al. (2008).
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
51
Figura 5.1 – Distribuição granulométrica das 05 amostras selecionadas de lutitos diatomáceos.
5.3- DIFRAÇÃO DE RAIOS X (DRX)
As análises por difração de raios X visaram identificar as espécies minerais presentes nos lutitos
diatomáceos e no caulim, além das mudanças mineralógicas ocorridas após aquecimento e elaboração
dos geopolímeros. Os difratogramas foram obtidos em quatro etapas:
1. Das amostras naturais de lutitos diatomáceos, aqui denominada fração total,
2. da fração argila das amostras naturais, isto é, nas partículas < 2 µm, para a identificação dos
argilominerais presentes nos lutitos diatomáceos,
3. dos lutitos diatomáceos e do caulim, após a calcinação
4. dos geopolímeros.
5.3.1- Difração de Raios X da Fração Total
Os difratogramas de raios X da fração total das 31 amostras revelaram uma mineralogia
similar entre elas, que é constituída de minerais argilosos e, principalmente de não argilosos. Esta
variedade mineralógica dificulta a exata identificação dos minerais presentes, sendo que alguns picos
podem indicar a presença de mais de um mineral. Assim sendo, as maiores proporções,
aproximadamente em ordem decrescente são: calcita, quartzo, argilomineral do grupo da esmectita, e
feldspatos. Argilominerais dos grupos da caulinita e mica, além de zeólitas aparecem em menores
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
52
proporções ou como traços. Na Figura 5.2 tem-se os difratogramas das cinco amostras selecionadas de
lutitos diatomáceos, nos quais podem ser vistos os minerais identificados.
Figura 5.2 – Difratogramas das 05 amostras selecionadas de lutitos diatomáceos, indicando os picos da: Mo:
montmorilonita, Z: zeólita, K: caulinita, Q: quartzo, F: feldspato, Ca: calcita.
5.3.2- Análises de Difração de Raios X da Fração Argila.
Devido á freqüente presença de minerais argilosos nos depósitos sedimentares da Península de
Santa Elena (Morales-Carrera et al. 2008), foi necessária a análise detalhada da fração argila (φ < 2
µm) das amostras para uma correta identificação dos argilominerais.
Segundo Grim (1962), os argilominerais ou minerais argilosos são geralmente cristalinos e sua
estrutura cristalina é representada por duas unidades ou folhas. A folha tetraédrica é formada por
tetraedros de sílica com um átomo de silício central em cada um, eqüidistante de quatro átomos de
oxigênio (Figura 5.3 A). A folha octaédrica é constituída por octaedros com seis átomos de oxigênio
ou de hidroxila, eqüidistantes e em coordenação octaédrica com átomos de alumínio, magnésio ou
ferro (Figura 5.3 B).
2θCuK α 10 20 30 40 50 60 70
NM_29
NM_21A
NM_13
NM_43B
Mo Mo
Q Ca
Q
Mo
F
Ca Q Q Ca Q
Ca Ca
Mo
K
Ca
NM_23A Mo
Ca
F
Z Q
Z
F Ca
Mo
Mo, K
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
53
e ÁTOMOS DE OXIGÊNIO e ÁTOMOS DE SILÍCIO
Figura 5.3 – Estrutura cristalina dos argilominerais, representada por A: uma folha tetraédrica, B: uma folha
octaédrica (Grim 1962).
Os argilominerais cristalinos podem ser subdivididos em duas classes gerais, dos silicatos
cristalinos com estrutura em camadas ou lamelar e as dos silicatos cristalinos com estrutura fibrosa. Os
argilominerais portadores de estrutura em camadas podem ser divididos em camadas 1:1, com uma
folha tetraédrica e uma octaédrica e, em camadas 2:1, com duas folhas octaédricas e uma tetraédrica
central (Grim 1962).
Na Tabela 5.2 é mostrada a classificação dos argilominerais aceita pelo Comitê de
Nomenclatura AIPEA (Association International pour l'Etude des Argiles) e pelo IMA (International
Mineralogical Association) (Eslinger & Pevear 1988, Brindley & Brown 1980). Nessa classificação,
de acordo com o tipo de camada, podem ser divididos em oito grupos, que por sua vez são subdividos
em subgrupos e em espécies. Entre as camadas podem estar presentes cátions, água e hidróxidos. Os
grupos da esmectita e da vermiculita são caracterizados por conterem entre as camadas, cátions
possíveis de serem trocados e moléculas de água, que possibilitam a expansão ou colapso da estrutura
cristalina destes argilominerais (Brindley & Brown 1980).
A tetraedro folha tetraédrica
e ÁTOMOS DE OXIGÊNIO E GRUPOS HIDROXILA
ÁTOMOS DE ALUMÍNIO MAGNÉSIO OU FERRO
B octaedro folha octaédrica
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
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Tabela 5.2 – Classificação resumida dos argilominerais (Eslinger & Pevear 1988, Brindley & Brown 1980).
Tipo de camada
Material intercamada
Grupo Subgrupo Exemplos de algumas espécies
Serpentina Crisotila, antigorita, lizardita, amesita 1:1 Nenhum ou
somente água
Serpentina-Caulinita
Caulinita Caulinita, diquita, nacrita Talco Talco, willemseita Nenhum Talco-Pirofilita Pirofilita Pirofilita
Saponita - trioctaédrica
Saponita, hectorita, sauconita. Cátions trocáveis hidratados
Esmectita Montmorilonita - dioctaédrica
Montmorilonita, beidelita, nontronita
Trioctaédrica Vermiculita trioctaédrica Cátions trocáveis hidratados
Vermiculita Dioctaédrica Vermiculita dioctaédrica
Trioctaédrica Flogopita, biotita, lepidolita Cátions não hidratados
Mica Dioctaédrica Moscovita, ilita, glauconita,
paragonita Trioctaédrica Clintonita, anandita Cátions não
hidratados Mica quebradiça Dioctaédrica Margarita
Trioctaédrica Clinocloro, chamosita, nimita Dioctaédrica Donbassita
Hidróxido
Clorita Di, Trioctaédrica
Cookeita, sudoita
Sepiolita Sepiolita, loughlinita
2:1
Cátions trocáveis hidratados
Sepiolita – Paligorsquita Paligorsquita Paligorsquita
Os difratogramas obtidos na fração argila das amostras de lutitos diatomáceos naturais e após
saturações com MgCl2, KCl e LiCl, segundo as metodologias de Walker (1958) e Greene-Kelly
(1953a), permitiram identificar o grupo e a espécie do principal argilomineral presente em todas as
amostras.
A Figura 5.4A indica os difratogramas da fração argila da amostra NM_13 natural nos estados
secada ao ambiente, saturada com etileno glicol e calcinada. Quando a amostra foi secada ao ambiente,
o valor do espaço interplanar basal (d) da estrutura cristalina do argilomineral em análises é de 12,8 Å,
após saturação com etileno glicol a estrutura cristalina expande e d aumenta para 14,6 Å e, depois de
calcinada a 500 °C a estrutura cristalina colapsa a 9,5 Å. Estas mudanças na estrutura cristalina
indicam que o argilomineral é expansível.
Segundo Walker (1958) uma maneira indireta e aproximada de distinguir argilominerais
expansivos do grupo da esmectita daqueles do grupo da vermiculita, é através da saturação com íons
de magnésio ou de potássio seguido da saturação com glicerol ou etileno glicol. Após a saturação com
íons de magnésio e com glicerol, nas esmectitas forma-se um complexo de duas camadas, em
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
55
5 10
d = 12,8 Å
14,6 Å
9,5 Å
2θCuK α
NM_13 Aquecida
NM_13 Glicolada
NM_13 Natural
5 1 0
16,0 Å
18,5 Å
10,0 Å
NM_13 +MgCl2 Glicolada
NM_13 + MgCl2 Aquecida
NM_13 + MgCl2 Seca Ao Ambiente
5 10
15,2 Å
10,3 Å NM_13 + LiCl
Aquecida a 300ºC + Glicolada
NM_13 + LiCl Seca Ao Ambiente
2θCuK α 2θCuK α
conseqüência, d situa-se próximo a 17,8 Å; enquanto nas vermiculitas, forma-se um complexo de uma
camada e d situa-se próximo a 14,5 Å. Após a saturação com íons monovalentes de potássio e glicerol
forma-se um complexo de apenas uma camada nas esmectitas (d próximo a 14Å), enquanto nas
vermiculitas não se forma complexo (ou forma apenas um) e os valores de d decaem para próximos a
10 Å. Nesta pesquisa, após saturar com íons de magnésio e com etileno glicol (Figura 5.4B), o valor
de d situa-se próximo a 18,5 Å. No caso da saturação com íons de potássio e com etileno glicol, o
valor de d situa-se próximo a 15,7 Å. Estes valores de d, próximos dos sugeridos por Walker (1958),
evidenciam que o argilomineral predominante pertence ao grupo das esmectitas.
Utilizando-se a metodologia proposta por Green-Kelly (1953a), foi possível diferenciar as
espécies montmorilonita e beidelita, o grupo das esmectitas. Neste procedimento, quando a
montmorilonita é saturada com íons de Li, aquecida a uma temperatura entre 200 e 300 ºC e, saturada
com etileno glicol, o valor de d inicial que se situa entre 12 e 15,0 Å na montmorilonita naturais este
valor cai para aproximadamente 9,6 Å devido a uma queda perpendicular dos planos de silicatos,
enquanto que na beidelita, d expande para 17 Å. Nesta pesquisa, tal como é mostrado na Figura 5.4C o
valor inicial de d foi de 15,2 Å e após aquecimento a 300 ºC e saturação com etileno glicol houve o
colapso de d até 10,3 Å, o que resultou em um valor próximo do sugerido por Green-Kelly (1953a),
identificando-se por tanto que o principal argilomineral contido nos lutitos diatomáceos é uma
montmorilonita.
Figura 5.4 – Difratogramas da fração argila ( < 2 µm) da amostra NM_13 A: natural, glicolada e aquecida, B:
saturada com MgCl2; C: saturada com LiCl.
A B C
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
56
5.3.3- Análises de Difração de Raios X após calcinação das amostras.
Os difratogramas das cinco amostras de lutitos diatomáceos e do caulim, antes e após calcinação
a 850 ºC, indicaram mudanças importantes na estrutura cristalina de alguns minerais presentes.
Na Figura 5.5A, o difratograma da amostra NM_13 natural indica os minerais presentes, sendo
que os raios característicos dos argilominerais montmorilonita e caulinita desaparecem após calcinação
a 850 ºC. Os picos da calcita ainda estão presentes em proporções bem menores aos da amostra
natural. Os raios do feldspato ainda estão presentes após calcinação. Por sua vez, a calcinação não
afeta a estrutura do quartzo, que permanece inalterado.
O difratograma do caulim mostrado na Figura 5.5B permite identificar a caulinita como o
argilomineral predominante e quartzo. Mica aparece como traços. Após calcinação a 850 °C a
caulinita e mica desaparecem, enquanto que o quartzo se mantém esta presente em maior proporção.
Figura 5.5 – Difratogramas A: da amostra NM_13 de lutitos diatomáceos e, B: do caulim, indicando a
mineralogia identificada e as mudanças que acontecem após aquecimento a 850 ºC. Mo: montmorilonita, K:
caulinita, M: mica, Q: quartzo, F: feldspato, Ca: calcita.
5.3.4- Análises de Difração de Raios X da Fração Total nos Geopolímeros.
A Figura 5.6 representa os difratogramas da mistura das cinco amostras de lutitos diatomáceos
calcinada a 850 °C e as modificações que ocorrem em três geopolímeros: NM_10B, NM_D25 e
10 20 30 40 50 60 70
Q
Q
Q Mo
F
Ca
Ca
Q
Ca
Mo
Q
Ca Ca K
Lutito diatomáceo natural – amostra
NM_13
Mo Ca
Ca
Mo
Lutito diatomáceo calcinado a 850ºC
A
10 20 30 40 50 60 70
K
K
K
Q
Q M K
Q K Q Q
Q
K
Caulim natural
Caulim calcinado a 850ºC
B
Q
K K Q
2θCuK α 2θCuK α
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
57
NM_D18, de acordo com a variação das matérias primas, lutitos diatomáceos e caulim e do reagente
aluminato de sódio. Nestes difratogramas podem ser identificados os minerais quartzo e feldspato.
Outros picos correspondem a espécies formadas devido à adição dos reagentes de sódio na mistura
geopolimérica, que são sodalita e o silicato de sódio hidratado. Também pode ser observada a presença
de fases amorfas devido às bandas em torno aos valores de 2θ de 15 até 40°.
Nos difratogramas dos geopolímeros, a única diferença encontrada é a formação de sodalita e
a presença dos reagentes de sódio utilizados (silicato de sódio, aluminato de sódio, silico-aluminato de
sódio).
Figura 5.6 – Difratogramas mostrando a mineralogia da mistura das cinco amostras de lutitos diatomáceos
calcinada a 850 °C e as modificações observadas em três geopolímeros: NM_10B, NM_D255 e NM_D18, de
acordo com a variação das matérias primas e reagente. Q: quartzo; F: feldspato; Ss: silicato de sódio; Alss: silico
aluminato de sódio; S: Sodalita; LD: lutitos diatomáceos, MC: metacaulim; Als: aluminato de sódio.
Geopolímero NM_10B LD: 100% + NaOH
Geopolímero NM_D25 LD: 90%; MC: 10% + NaOH
Mistura das 5 amostras de lutitos diatomáceos (LD) após calcinação a 850°C
Geopolímero NM_D18 LD: 90%; Als: 10% + NaOH Ss
S
S
Alss
Q Q F
Q Q
Cr
F
F
Q
Q
Cr
Ss
Ss
Ss
S
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2θCuK α
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de Santa Elena, Equador
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31
Amostras
Pe
rce
nta
ge
m (
%)
SiO2
Al2O3
CaO
A01 A02 A03
5.4- COMPOSIÇÃO QUÍMICA
As análises químicas realizadas via fluorescência de raios X nas 31 amostras de lutitos
diatomáceos, permitiram definir a proporção dos óxidos maiores SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3 e Na2O e
dos menores TiO2, MgO, K2O e P2O5 contidos nas ocorrências A01, A02 e A03. As Figuras 5.7 e 5.8
mostram a variação dos percentuais da composição química nas três ocorrências.
Os percentuais de SiO2 (Figura 5.7A) estão relacionados com a presença de minerais como o
quartzo e feldspato, além da sílica amorfa dos microfósseis silicosos tais como diatomáceas, estes
percentuais variam entre 29,70 e 67,71 %. Os percentuais de Al2O3 (Figura 5.7A) podem ser
relacionados com a presença de argilominerais e variam entre 7,00 e 16,30 %. Teores de CaO (Figura
5.7A) correspondem à presença de carbonatos, feldspatos e microfósseis tal como foraminíferos, os
valores encontrados variam entre 1,76 e 30,49 %.
Figura 5.7 – A: Variação dos percentuais de SiO2, Al2O3 e CaO obtidos via fluorescência de raios X na fração
total; B: Variação da ração molar SiO2 / Al2O3, das 31 amostras coletas nas três ocorrências: A01, A02 e A03 de
lutitos diatomáceos
A relação molar SiO2/Al 2O3 é o parâmetro mais importantes a considerar no uso das matérias
primas na fabricação de geopolímeros. Segundo Davidovits (1982) a faixa de trabalho está entre 4 e 6,
porém a composição química dos lutitos diatomáceos indica valores entre 5,27 e 12,17 (Figura 5.7B),
que bem podem ser modificados com a adição de outras matérias primas, como neste caso, usou-se o
0
2
4
6
8
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
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31
Amostras
Ra
ção
mo
lar
SiO2/Al2O3(mol/mol)SiO2 / Al2O3
A
SiO2
Al 2O3
B
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
59
metacaulim e o reagente aluminato de sódio, que permitiram atingir a faixa mencionada por este autor.
No caso dos percentuais de Fe2O3 (Figura 5.8A) têm-se valores entre 2,46 e 5,73 % que algumas
vezes podem influenciar na cor que apresentam as amostras, que variam entre branco a bege e bege
amarelada. Os valores de Na2O (Figura 5.8A) variam entre 0,44 e 6,25 %.
Os teores dos óxidos contidos em menor proporção indicam valores entre 0,76 a 2,14 % para
MgO; entre 0,29 e 0,65 % para TiO2; entre 0,28 e 2,23 % para K2O e; entre 0,05 a 0,52 % para P2O5,
como pode ser visto na Figura 5.8B.
Figura 5.8 – Variação percentual A: de Fe2O3 e Na2O e, B: dos óxidos dos elementos menores obtidos via
fluorescência de raios X na fração total das 31 amostras coletas nas três ocorrências: A01, A02 e A03 de lutitos
diatomáceos.
A Tabela 5.3 indica a composição química das cinco amostras de lutitos diatomáceos
selecionadas das três ocorrências pesquisadas, devido aos altos teores de SiO2, de Al2O3 e à maior
presença de carapaças de microfósseis de diatomáceas. Estas amostras foram: NM_23A e NM_13 da
ocorrência A01; NM_21A e NM_29 da ocorrência A02 e; NM_43B da ocorrência A03.
0
1
2
3
4
5
6
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Amostras
Pe
rce
nta
ge
m (%
)
Fe2O3
Na2O
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Amostra
Pe
rce
nta
ge
m (
%)
TiO2
MgO
K2O
P2O5
A01 A02 A03 A
B
Fe2O3
Na2O
TiO2
MgO
K2O
P2O5
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
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Tabela 5.3 – Composição química via fluorescência de raios X de cinco amostras de lutitos diatomáceos.
% Amostras
SiO2 Al2O3 CaO Fe2O3 Na2O TiO2 MgO K2O P2O5 PPC
NM_23A 67,47 9,41 4,88 3,57 3,48 0,96 0,96 0,51 0,20 9,12
NM_13 56,53 13,36 8,26 4,67 1,66 1,32 1,32 0,62 0,39 12,64
NM_21A 50,41 15,06 9,44 5,44 2,63 1,57 1,56 0,56 0,19 14,13
NM_29 61,06 12,30 5,72 5,65 1,59 0,52 1,73 0,61 0,05 10,69
NM_43B 44,61 12,19 15,74 3,97 3,67 1,58 1,59 0,53 0,45 16,79
Na Tabela 5.4 observa-se a composição química geral das matérias primas: lutitos diatomáceos
e caulim; dos reagentes: silicato de sódio (Na4SiO4 da VETEC-QUÍMICA), metasilicato de sódio puro
(Na2SiO3.nH2O da VETEC-QUÍMICA), aluminato de sódio AS-2 (Na2Al 2O4 - CATAGUASES-
QUÍMICA), hidróxido de sódio em micropérolas (NaOH da VETEC-QUÍMICA) e, solução de
hidróxido de sódio. O metasilicato de sódio poderia ser utilizado sem o uso do silicato de sódio, pois
são reagentes similares que apresentam pequenas variações no conteúdo de SiO2 e de Na2O, nesta
metodologia usaram-se os dois reagentes.
Tabela 5.4 – Composição química geral das matérias primas e dos reagentes utilizados na fabricação dos
geopolímeros.
% Materiais
SiO2 Al2O3 Na2O NaOH H2O
Lutito diatomáceo 850 ºC 65,67 14,43 2,90
Caulim 850 ºC 58,42 34,87 0,53
Silicato de sódio 28,00 22,00 50,00
Metasilicato de sódio 25,00 25,00 50,00
Aluminato de sódio AS-2 36,00 24,00 34,00
Hidróxido de sódio P.A. 98,00
Solução 15M NaOH (ρ= 1,44) 41,70 58,30
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
61
53ºC
705ºC
464ºC
145ºC
55ºC
135ºC
463ºC
703ºC
58ºC
58ºC
127ºC
466ºC 697º
C
55ºC
127ºC
465ºC 675º
C
702ºC
477ºC
131ºC
NM_23A
NM_13
NM_21A
NM_29
NM_43B
Temperatura (ºC)
5.5- ANÁLISES TERMOGRAVIMÉTRICAS E TERMODIFERENCIAI S
As análises termodiferenciais (ATD) na Figura 5.9 mostram o comportamento térmico das cinco
amostras naturais selecionadas de lutitos diatomáceos, estes permitem identificar claramente minerais
argilosos e outros não argilosos que possuem a propriedade de adsorver água. Assim, os dois primeiros
picos endotérmicos que aparecem a temperaturas entre 53 e 145 ºC são relativos à perda de água
adsorvida nas amostras (Greene-Kelly 1953b), e, são tipicamente encontrados no argilomineral
montmorilonita. Os dois picos endotérmicos seguintes, entre 463 e 705 ºC, referem-se também à perda
da água das hidroxilas da estrutura cristalina da montmorilonita (Grim 1962). O pico endotérmico que
aparece entre 463 e 477 ºC relacionam-se à presença de caulinita, enquanto que, o pico endotérmico
entre 675 e 705 ºC também indica a presença de carbonatos (Mackenzie 1957).
Análises termogravimétricas (ATG) indicaram a perda de massa das cinco amostras de lutitos
diatomáceos até 900 ºC, em relação à massa original da amostra. Assim, para a amostra NM_23A a
perda de massa foi de 20,7 %, para NM_13, de 22,3 %, para NM_21A, de 21,0 % para NM_29, de
17,8 % e, de 22,9 % para NM_43B. Estas perdas de massa de mais de 17 % em relação à massa original
são importantes e, estão principalmente relacionadas com a intensidade dos picos endotérmicos em torno
a 700 ºC, da montmorilonita e da calcita, tal como pode ser observado nas curvas de ATD.
Figura 5.9 – Curvas termodiferenciais (ATD) das amostras de lutitos diatomáceos, mostrando a presença de
picos endotérmicos durante o aquecimento das amostras até 900 ºC.
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
62
5.6- DENSIDADE, SUPERFÍCIE ESPECÍFICA E POROSIDADE.
Na Tabela 5.5 são mostrados os valores de densidade, superfície específica e porosidade das
cinco amostras naturais de lutitos, enquanto que na Tabela 5.6, representam-se os valores obtidos de uma
amostra composta de lutitos diatomáceos calcinada a 850 ºC e de três amostras de geopolímeros.
Os valores de densidade nas amostras de lutitos diatomáceos variam entre 2,07 e 2,37 g/cm3 e
representa a contribuição dos diferentes minerais identificados por difratogramas de raios X, porém,
estes são similares aos dos diatomitos (1,9 – 2,35 g/cm3) (Sousa 1973) e da montmorilonita (2,5 – 2,8)
(Grim 1962)..
Tabela 5.5 – Valores de densidade, superfície específica e volume total de poros das cinco amostras naturais de
lutitos diatomáceos.
Os valores de superfície específica variam entre 8,11 e 20,04 m²/g. Segundo a mineralogia
observada por DRX estes valores poderiam estar relacionados, respectivamente, ao menor e maior
conteúdo do argilomineral montmorilonita nas amostras, porém, a influência dos demais minerais
presentes resulta em valores mais baixos que os dos esperados para a montmorilonita pura.
O volume total de poros das amostras é variável, desde o valor mínimo de 0,001 cm³/g para a
amostra NM_29, da ocorrência A02 até 0,076 cm³/g para a amostra NM_13 da ocorrência A01.
Segundo a Tabela 5.6, a densidade da mistura das cinco amostras de lutitos diatomáceos
calcinados a 850 °C é de 2,35 g/cm3, muito próxima do valor médio dos valores obtidos na Tabela 5.5,
dos lutitos diatomáceos em estado natural. Após a geopolimerização foram obtidos geopolímeros leves,
com valores de densidade inferiores à mistura, entre 2,01 e 2,18 g/cm3. A diminuição da densidade
mostrou relação direta com os valores de superfície específica e porosidade nos geopolímeros mostrados
na Tabela 5.6.
Amostras Densidade
(g/cm3)
Superfície especifica - BET
(m²/g)
Vol. Total dos Poros
(cm³/g)
NM_23A 2,25 20,24 0,041
NM_13 2,07 17,18 0,076
NM_21A 2,28 8,44 0,033
NM_29 2,37 20,04 0,001
NM_43B 2,25 8,11 0,022
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
63
Tabela 5.6. – Valores de densidade, superfície específica e volume total de poros das cinco amostras naturais de
lutitos diatomáceos e de três dos geopolímeros obtidos.
5.7- GEOPOLIMERIZAÇÃO
Para a obtenção de geopolímeros realizaram-se várias misturas combinando diversas proporções
das matérias primas e reagentes, porém, as proporções de lutitos diatomáceos foram predominantes.
Para cada mistura foi previamente calculada seu equivalente em moles de H2O; Na2O; SiO2; e Al2O3,
tomando em conta as proporções químicas das matérias primas e reagentes mostrados na Tabela 5.4,
logo foram calculadas as relações molares H2O/Na2O, SiO2/Al 2O3, Na2O/SiO2 e Na2O/Al2O3.
Inicialmente estes cálculos foram baseados nos valores empregados por Davidovits (1982), já
apresentados na Tabela 4.5 do Capítulo 4, porém, estes não foram adequados para as misturas com
lutitos diatomáceos, por isto várias outras relações foram testadas.
Os testes iniciais de geopolimerização foram feitos utilizando copos plásticos de 200 mL
visando conhecer o comportamento dos materiais utilizados em diferentes misturas e controlar as
condições de curado. Assim, os testes incluíram sete combinações, de acordo com as relações
seguintes:
1- Lutitos diatomáceos + NaOH
2- Lutitos diatomáceos + aluminato de sódio + NaOH
3- Lutitos diatomáceos + aluminato de sódio + silicato de sódio + NaOH
4- Lutitos diatomáceos + metacaulim + aluminato de sódio + silicato de sódio + NaOH
5- Lutitos diatomáceos + metacaulim + aluminato de sódio + NaOH
6- Lutitos diatomáceos + metacaulim + NaOH
Amostras
Densidade (g/cm3)
Superfície especifica (m²/g)
Vol. Total dos Poros (cm³/g)
Mistura das cinco amostras de lutitos diatomáceos calcinados a 850 °C
2,35 6,86 0,041
Geopolímero NM_10B 2,15 4,18 0,010
Geopolímero MM_D25 2,01 0,91 0,0027
Geopolímero MM_D18 2,18 0,87 0,0012
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
64
7- Lutitos diatomáceos + metacaulim + silicato de sódio + NaOH
Na Tabela 5.7 mostram-se as proporções das misturas das matérias primas e reagentes, as
relações molares e, a relação sólido/líquido empregadas na fabricação de sete (07) blocos de
geopolímeros, e que mostraram os melhores resultados nos ensaios de compressão simples a que
foram submetidos.
Tabela 5.7 – Percentagem das matérias primas, relações molares totais e da relação sólido/líquido das misturas
N° 16 até a 22 da Figura 5.11. Estas misturas correspondem aos melhores resultados nos ensaios de compressão
simples.
Mistura 16 17 18 19 20 21 22
Código Geopolímero: NM_D33 NM_A08 NM_D18 NM_D17 NM_10B NM_D25 NM_D18
Lutitos Diatomáceos 65,28 31,59 44,31 34,90 54,20 54,95 62,15
Metacaulim 18,99 18,99 20,98 13,55 13,74 2,26
Aluminato de sódio 6,53 5,09
Silicato de sódio 32,39 12,03 23,24 1,36
Per
cen
tag
em d
e m
atér
ias
prim
as n
as
mis
tura
s (%
)
Hidróxido de sódio
28,19 17,03 24,68 20,88 30,89 31,31 30,50
SiO2 / Al2O3 6,18 6,21 5,68 5,73 5,94 5,88 6,17
Na2O / Al2O3 3,54 3,14 2,93 2,98 3,39 3,35 3,78
Na2O / SiO2 0,57 0,51 0,52 0,52 0,57 0,57 0,61
Rel
açõ
es m
ola
res
tota
is d
as m
istu
ras
H2O / Na2O 6,62 7,14 6,03 6,27 5,84 5,82 5,73
Relação sólido/líquido totais 2,37 2,10 2,88 2,57 2,93 2,97 3,00
Como resultado dessas combinações foram realizadas um total de duzentas (200) misturas,
sendo que, aproximadamente 45 delas mostraram resultados positivos, isto é, aproximadamente o
23 % das misturas resultaram na obtenção de geopolímeros com boas características, tais como,
dureza, pouca presença de trincas e de poros e, boa compactação.
A seleção dos melhores geopolímeros, baseada nas características mencionadas acima,
permitiu separar vinte e duas (22) misturas, sendo que, das sete combinações mencionadas acima, a
maior parte pertencia às combinações 5, 6 e 7. Novos geopolímeros foram fabricados, em duplicatas,
baseados nessas 22 misturas, utilizando-se moldes plásticos em forma de blocos retangulares. As
dimensões dos blocos de geopolímeros foram de 3,29 cm x 3,62 cm x 4,92 cm. O tempo médio de
curado foi de 21 dias. A maior parte dos blocos apresentou pequenas trincas superficiais,
provavelmente devido à perda de água superficial e gases durante a cura.
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
65
Na Figura 5.10 apresentam-se as curvas das relações molares e da relação sólido/líquido de 22
misturas utilizadas na elaboração de geopolímeros. As faixas de valores das relações molares das
misturas que apresentaram bons resultados nos ensaios de compressão simples foram as seguintes:
H2O/Na2O entre 5,73 e 7,14; SiO2/Al 2O3 entre 5,68 e 6,21; Na2O/SiO2 entre 0,51 e 0,61 e; Na2O/Al2O3
entre 2,93 e 3,78. Comparando-se com as faixas de valores empregadas Davidovits (1982), nesta
pesquisa foram utilizadas relações molares H2O/Na2O menores, enquanto que SiO2/Al 2O3 estão no
limite máximo e, Na2O/SiO2 e Na2O/Al2O3 são superiores às usadas por Davidovits (op. cit.) devido à
maior quantidade dos reagentes de sódio que foram usadas nesta pesquisa.
Figura 5.10 – Curvas das relações molares H2O/Na2O, SiO2/Al 2O3, Na2O/SiO2, Na2O/Al2O3 e da relação
sólido/líquido, empregadas em 22 misturas na elaboração de geopolímeros.
Na Figura 5.11 apresenta-se a seqüência da preparação dos geopolímeros desde a mistura das
matérias primas e reagentes, a obtenção do gel que inicia a geopolimerização, até a solidificação do
gel no molde plástico. Durante o período compreendido entre três e sete dias, o geopolímero pode ser
desmoldado e iniciando o período final de secagem e endurecimento que pode durar entre 15 e 28 dias.
0
2
4
6
8
10
12
14
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Misturas
Rel
ação
H2O / Na2O
SiO2 / Al2O3
(Na2O / SiO2) x10
Na2O / Al2O3
Sólido / Líquido
Resistência (MPA)
H2O / Na2O
SiO2 / Al2O3
( Na2O / SiO2)x10
SiO2 / Al2O3
Sólido / Líquido
Resistência (MPA)
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
66
B A
C D
E F
a b c d
Figura 5.11 – Fotografias do processo de fabricação de geopolímeros e obtenção dos geopolímeros, A:
Principais materiais utilizados: (a) molde de plástico, (b) metacaulim, (c) lutito diatomáceo, (d) solução de
NaOH; B: Mistura dos materiais; C: Com água adicional, inicia-se a formação de gel; D: O gel estende-se por
toda a mistura; E: Molde plástico coberto com material plástico e preenchido de geopolímero em gel, sobre uma
chapa metálica de aquecimento a temperaturas inferiores a 85 ºC; F: Geopolímero solidificado em forma de
bloco retangular, depois de 3 horas na chapa.
Durante a sua fabricação, os geopolímeros adquirem a cor alaranjada original dos lutitos
diatomáceos calcinados. Durante o tempo de cura as cores dos blocos variavam entre o bege típico dos
materiais cerâmicos e, alaranjados em diversas tonalidades. Na Figura 5.12A observa-se que esta
variação de cores encontra-se associada à quantidade dos reagentes de sódio empregadas,
principalmente silicato de sódio. Alguns geopolímeros apresentaram problemas tais como,
aparecimento de trincas e a falta de coesão da estrutura sólida em formação (pega), que os tornaram
inadequados nos ensaios de compressão simples. Estes problemas estão relacionados às proporções
usadas nas misturas, à dissolução incompleta dos reagentes, ao excesso de água e/ou à variação das
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
67
A B
a
b
temperaturas atingidas durante a cura. Na Figura 5.12B mostram-se dois geopolímeros mal sucedidos,
em que foram identificadas manchas de cor branca, relacionadas à presença de resíduos de reagentes
não dissolvidos durante a geopolimerização, sendo em cada caso pelo uso de silicato de sódio e de
aluminato de sódio, respectivamente.
Figura 5.12 – Fotografias dos geopolímeros fabricados em forma de blocos, A: mostrando diversas tons de cor,
B: apresentando problemas na forma e, indicando a presença de (a) silicato de sódio e (b) aluminato de sódio,
não dissolvidos durante a geopolimerização.
5.8- ENSAIOS MECÂNICOS
Logo após a cura, os blocos de geopolímeros foram preparados para os ensaios de compressão.
Para que a pressão à que seriam submetidos os geopolímero, seja igualmente distribuída em todo o
corpo, foi necessário colocar uma camada de cimento Portland sobre as duas faces expostas ao atrito
durante o ensaio (ABNT 1994). Assim sendo, os geopolímeros revestidos com o cimento
apresentaram duas faces lisas e paralelas e foram denominados corpos de prova.
Na Figura 5.13A podem ser observados alguns dos geopolímeros selecionados para os ensaios.
Na Figura 5.13B observa-se um corpo de prova: geopolímero revestido com a camada de cimento
Portland, nas duas faces que foram submetidos ao atrito durante o ensaio mecânico. Na Figura 5.13C
mostra-se o equipamento MTS 810 com coletor digital de dados e com um corpo de prova a ser
analisado. Na Figura 5.13D pode ser observado um detalhe da montagem do corpo de prova e os
pratos paralelos do equipamento MTS 810 durante o início do ensaio mecânico.
Os parâmetros empregados no equipamento foram: 250 N/s de aplicação de carga sem
choques, 10.500 N como limite de carga aplicada e, leitura em Kgf x deslocamento em milímetros. Na
Figura 5.14 mostram-se as curvas da relação força-deslocamento dos cinco melhores resultados em
relação às curvas obtidas
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
68
0
150
300
450
600
750
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9 1
1,1
1,2
1,3
1,4
Deslocamento (mm)
Car
ga (
Kgf
)
NM_D25
NM_D18
NM_10B
NM_D17
D_33
.
Figura 5.13 – Fotografias mostrando A: Alguns geopolímeros selecionados; B: corpo de prova com duas faces
paralelas obtidas após uso de cimento portland; C: Equipamento hidráulico MTS 810 utilizado nos ensaios de
compressão simples, no DEMET-UFOP; D: Corpo de prova submetido ao ensaio.
Figura 5.14 – Relação força x deslocamento (Kgf x mm), dos ensaios de compressão simples nos corpos
NM_D25, NM_D18, NM_10B, NM_D17 e NM_D33.
Nas Figuras 5.15 e 5.16 apresentam-se aproximações dos resultados obtidos no ensaio de
compressão simples, em forma de curvas de isovalores (MPa) comparando as relações molares
Na2O/Al2O3 - SiO2/Al 2O3 e Na2O/SiO2 - SiO2/Al 2O3, respectivamente. Na Figura 5.15 as curvas de
isovalores apresentam duas tendências resultantes dos ensaios de compressão simples, que estão
A B
C D
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
69
3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
0.5
1.0
1.5
SiO2/Al 2O3
Na 2
O/S
iO2
influenciadas pelos tipos de reagentes utilizados nas misturas. Assim, no lado superior do gráfico
encontram-se principalmente os geopolímeros obtidos a partir da mistura de lutitos diatomáceos,
metacaulim e/ou aluminato de sódio e, em direção ao extremo inferior direito localizam-se
principalmente os geopolímeros feitos com a mistura anterior, mais diferentes proporções de silicato
de sódio. Essas duas tendências encontram-se relativamente distantes da faixa de valores (representada
no retângulo marcado no centro da figura) que foi publicada por Davidovits (1982) para geopolímeros
obtidos a partir de metacaulim.
A Figura 5.16 mostra as relações molares SiO2/Al 2O3 x Na2O/SiO2 x compressão simples em
Mpa, indicando os melhores resultados obtidos nesta pesquisa e que correspondem, aproximadamente,
ao intervalo entre 5,3 e 6,6 da relação molar SiO2/Al 2O3 e, ao intervalo entre 0,5 e 0,6 da relação molar
Na2O/SiO2.
Figura 5.15 – Contorno de força compressiva SiO2/Al 2O3 x Na2O/Al2O3 x Mpa, dos ensaios de compressão simples. Indicam-se no retângulo central valores obtidos por Davidovits (1982) para os geopolímeros baseados em metacaulim.
Figura 5.16 – Contorno de força compressiva SiO2/Al 2O3 – Na2O/SiO2 – Mpa, dos ensaios de compressão
simples.
3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
SiO2/Al 2O3
Na 2
O/A
l 2O
3
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
(Mpa)
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
70
A B
B A
D C
5.9- MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA DOS GEOPOL ÍMEROS
A Figura 5.17 apresenta superfícies de geopolímeros que se apresentam na forma de rede,
porosas, às vezes com trincas, às vezes com partes lisas ou, com algumas partículas livres que
resultaram de matéria prima dissolvida, mas não incorporada à matriz nas áreas mais expostas do
geopolímero. Ocasionalmente, também foram encontradas partículas de quartzo, formando parte da
matriz geopolimérica.
Estas superfícies mostram a dissolução das matérias primas originais.
Figura 5.17 – Superfícies geopolímericas. A: superfície porosa e com trincas, amostra NM_10B; B: superfície
com resíduos, amostra NM_D33; C: partículas de quartzo dentro da matriz geopolimérica, amostra NM_10B; D:
matriz formada e estruturas alongadas, amostra NM_T09.
Análises químicas pelo EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) nas superfícies geopolimérica,
indicaram que são característicos os elementos Si, Na, Al e Ca, o que indica a formação de
geopolímero baseada nas matérias primas e que incorporam o sódio dos reagentes alcalinos.
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
71
CAPÍTULO 6
CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
A Bacia Progreso, situada na Península de Santa Elena, no litoral sudoeste do Equador,
constitui uma bacia do tipo arco gerada num ambiente de margem continental ativa. Sob um
embasamento vulcânico de idade cretácica, houve o preenchimento da bacia por seqüências marinhas
que incluem minerais e rochas industriais de interesse econômico, como por exemplo, os lutitos
diatomáceos do Membro Villingota, da Formação Tosagua, investigados nesta dissertação.
Com base em levantamentos de campo, realizados nas localidades de Sucre, Olmedo e San
Antonio e pesquisas laboratoriais foram realizados estudos petrológicos dos arenitos e lutitos
diatomáceos além de uma caracterização tecnológica dos lutitos diatomáceos, visando o seu
aproveitamento na confecção de geopolímeros.
Os teores de umidade calculados oscilaram entre 5,4 e 8,8 %, sendo que, os valores mais
elevados podem ter sofrido a influência da época de coleta das amostras que coincidiu com o período
de chuvas no Equador.
A distribuição granulométrica mostrou a predominância da fração silte. Determinações ao
MEV/EDS revelaram, entretanto, que parte da fração silte era gerada por partículas aglomeradas de
argila devido a cimentação carbonática. Os teores mais elevados da fração areia em torno de 35 %
foram registrados na ocorrência de Sucre.
O estudo petrológico dos arenitos mostrou que os litotipos apresentam uma extraordinária
heterogeneidade composicional, materializada pela ocorrência de 18 faces minerais detríticas, 13
diferentes tipos de fragmentos de rochas, bioclastos, 6 faces minerais autigênicas, além de matriz
deposicional. A evolução diagenética foi fortemente influenciada por processos eudiagenéticos que
reduzeram drasticamente a porosidade primária das rochas.
A associação de fragmentos líticos vulcânicos y metamórficos com minerais instáveis como
piroxênio, anfibólio e labradorita teria como área fonte um cinturão orogênico próximo, pois a
preservação desses minerais ocorreria apenas sob condições de rápido e curto transporte. Por outro
lado, a presença de feldspatos alcalinos pertíticos, turmalina, epidoto, granada e fragmentos de
granitóides no arcabouço dos arenitos aponta para uma área fonte relacionada ao soerguimento de
rochas plutônicas ácidas.
A composição mineralógica dos lutitos obtida por difratometría de Raios-X revelou a presença
Peralta-Sánchez M. G., 2008. Caracterização Mineralógica e Tecnológica dos Lutitos Diatomáceos da Península
de Santa Elena, Equador
72
de calcita, quartzo, montmorilonita, feldspatos, caulinita, mica e zeólita. A presença de montmorilonita
e carbonatos foi confirmada através de picos endotérmicos nas análises de termodiferenciais.
Determinações de fluorescência de Raios-X mostraram que as amostras são constituídas
predominantemente por 26,60 a 67,71 % de SiO2, 8,26 a 16,30 % de Al2O3 e, 1,76 a 31,3 9 % de CaO,
o que permite classificar os lutitos como lutitos silicosos e lutitos carbonáticos. A densidade da
amostras mostrou valores próximos aos da sílica, em quanto que a superfície especifica mostrou
valores baixos que poderiam estar relacionados à presença de carbonatos, quartzos e feldspatos.
A biota investigada com MEV/EDS mostrou uma grande diversidade representada por
microfósseis silicosos: radiolários, diatomáceas e espículas além de microfósseis carbonáticos
representados por foraminíferos. Essa diversidade biótica é interpretada como um complexo
mecanismo de sedimentação que incluía correntes marinhas e aportes intensos de matérias proveniente
das cordilheiras próximas.
Estudos de MEV/EDS revelaram ainda que, os microfósseis silicosos encontram-se imersos
numa matriz silico-aluminosa-carbonática o que restringe a aplicação industrial dos lutitos na indústria
de filtros. Porém o alto conteúdo sílico-aluminoso viabiliza sua aplicação na obtenção de
geopolímeros.
Utilizando-se variadas proporções do material lutáceo e metacaulim foram confeccionados
geopolímeros. Estudos de MEV mostraram que os geopolímeros apresentaram superfícies lisas,
porosas e com resíduos das matérias primas. Ensaios de resistência mecânica nos corpos de prova com
superfície lisas indicaram resistência mecânica de até 7 Mpa, o que permite sua utilização na
construção civil.
Recomenda-se a realização de ensaios adicionais e novas pesquisas utilizando-se materiais
com diferentes relações SiO2/Al 2O3 e diferentes parâmetros de granulometria, temperatura, tempo de
calcinação e uso de ativadores, com o objetivo de obter geopolímeros com melhor qualidade.
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
73
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Anexos
1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0
Anexo 1- Difratogramas de 04 amostras pertencentes à área de pesquisa A01, localizadas no depósito de Sucre
NM_14
NM_26C
NM_26B
NM_26A
2θ
10 20 30 40 50 60 70
Anexo 2- Difratogramas de 04 amostras pertencentes à área de pesquisa A01, localizadas ao leste do depósito de Sucre.
NM_15C
NM_45
NM_15A
NM_A40
2θ
10 20 30 40 50 60 70
Anexo 3- Difratogramas de 04 amostras pertencentes à área de pesquisa A02, localizadas entre Sucre e Olmedo.
NM_27
NM_20A
NM_19C
NM_16A
2θ
10 20 30 40 50 60 70
Anexo 4- Difratogramas de 04 amostras pertencentes à área de pesquisa A02, localizadas ao sul de Olmedo.
NM_15C
NM_45
NM_15A
NM_30
2θ
. 10 20 30 40 50 60 70
Anexo 5- Difratogramas de 04 amostras pertencentes à área de pesquisa A03, localizadas ao Noroeste de San Antonio.
NM_44
NM_43A
NM_41
NM_39
2θ
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 60 , 78p.
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Ficha de Aprovação