Características físicas dos minérios de caulim das minas floresta, Cavalheiro, Turvo e Kowalski, em Campo Alegre (SC), e de Trigolândia (PR)

Physical characteristics of kaolin ores from Floresta, Cavalheiro, Turvo and Kowalski Mines (SC) and from Trigolândia Mine (PR)

Características físicas dos minérios de caulim das minas floresta, Cavalheiro, Turvo e Kowalski, em Campo Alegre (SC), e de Trigolândia (PR)

(Physical characteristics of kaolin ores from Floresta, Cavalheiro, Turvo and Kowalski Mines (SC) and from Trigolândia Mine (PR))

J. C. Biondiv¹, D. Moser², M. R. Fagundes² O. Niedzielski²A. P. Lopes¹, J. Bahniuk¹ e L. S. Silveira¹,

¹ LAMIR-UFPR – C. P. 19.001, 81531-990, Curitiba (PR)

² OXFORD S.A. – R. Jorge Diener 88, C. P. 95, 89290-000 São Bento do Sul (SC).

Resumo

A OXFORD fez, em seus minérios, 244 determinações de resistência a flexão, 1601 determinações da retração do minério a 110 ºC, 1508 determinações da retração após queima a 1220 ºC, 877 determinações de perda ao fogo, 1544 de absorção de água, 2288 determinações da dilatação linear a após secagem a 110 ºC e 1128 da dilatação linear após queima a 1220 ºC. Os valores médios, máximos, mínimos e as distribuições dos resultados dessas análises estão mostrados em tabelas e gráficos. Essas determinações e as observações de campo mostram que os depósitos estudados são de dois tipos, denominados Modelo Trigolândia, derivado de pegmatitos, e Modelo Floresta, derivado de rochas vulcânicas ácidas.

Com exceção do minério da Mina do Turvo, as médias dos valores das propriedades físicas analisadas estão sempre dentro do intervalo de valores suportado pelo processo industrial da OXFORD. O minério verde, quase todo da Mina Turvo, e o minério marron são os que têm propriedades mais discordantes dos padrões desejados.

Nas correlações entre os valores médios das propriedades físicas analisadas foi constatado que as correlações ruins são sempre devidas ao minério de Trigolândia. Considerando todos os valores analisados e não mais as suas médias, nota-se que, com exceção da correlação entre a % de retração após secagem a 110 ºC e a % de retração total, com r = 0,78, todos os outros coeficientes de correlação são muito baixos, menores que 0,60.

Palavra-chave: Minérios de caulim

Abstract

OXFORD has made 244 determinations of modulus of rupture, 1601 determinations of dry contraction 110 ºC, 1508 determinations of fired contraction 1220 ºC, 877 determinations of ignition loss, 1544 determinations of apparent porosity, 2288 determinations of dry linear dilation (dried at 110 ºC) and 1128 determinations of fired linear dilation (fired at 1220 ºC) on their kaolin ores. The averages, maximum, minimum and the statistical distribution of these values are shown on tables and graphics. Those determinations and field observations allow to the conclusion that kaolin deposits are of two different types, named Trigolândia model, originated from pegmatites, and Floresta model, derived from acid volcanic rocks.

With the exception of the ore from Turvo Mine, the average values of the analyzed physical properties are always into the intervals accepted by Oxford industrial processes, that runs to produce tableware. From Turvo Mine, the green and the brown ores have the more discordant characteristics. For the other ores, from Turvo and the other mines, the average values of their physical characteristics almost always equal the central values of intervals that characterize good ores.

If correlations between average values of different physical properties of ores are made, only Trigolândia shows some bad correlations. Taking into account all the analyzed values, and no more the averages, all the correlations are bad. The exception is the correlation between dry retraction and fired retraction, with r = 0,78. All other correlation coefficients are lower than 0,60.

Keywords: kaolin ores

INTRODUÇÃO

A OXFORD S.A. usa minérios de caulim de cinco minas diferentes para a fabricação de cerâmica de mesa. A elaboração das suas massas cerâmicas envolve misturas de vários tipos de minérios desses depósitos com a finalidade de obter um produto com características físicas restritas, variando dentro de limites pré-definidos. Os componentes de cada massa cerâmica e as proporções nas quais os diferentes minérios de caulim a integrarão são funções das características físicas analisadas em amostras coletadas após a lavra, nas pilhas de minério dos pátios das minas. A finalidade do presente trabalho é definir algumas das propriedades físicas dos minérios das Minas da OXFORD e estudar como essas propriedades se correlacionam. Este trabalho é parte de uma série de trabalhos que a OXFORD e a Universidade Federal do Paraná vêm desenvolvendo que têm comoobjetivo final possibilitar uma lavra seletiva, direcionada para a obtenção de matérias primas com propriedades físicas próximas às requeridas pela fábrica. Com isso se espera diminuir a quantidade de material a ser lavrado, diminuir as operações de mistura e diminuir a quantidade de análises para controle das propriedades das massas cerâmicas da empresa, além de facilitar a formulação de massas cerâmicas.

OS DEPÓSITOS MINERAIS

Os minérios de caulim usados pela OXFORD para a fabricação de cerâmicas de mesa provêm principalmente das Minas Floresta, Turvo, Cavalheiro e Kowalski situadas na região de Campo Alegre (SC). Em menor proporção a empresa usa também o minério da Mina de Trigolândia (PR), próxima a cidade de Pien, sobretudo para o fabrico de peças cerâmicas refratárias. Os depósitos de caulim da região de Campo Alegre estão sendo estudados por pesquisadores da Universidade Federal do Paraná (LAMIR – Laboratório de Análises de Minerais e Rochas), em parceria com técnicos da OXFORD quando as pesquisas são em depósitos dessa empresa. O depósito da Mina Floresta foi descrito por Biondi [1], por Biondi & Furtado [2] e por Biondi [3], e as características faciológicas de seus minérios vêm sendo analisadas [Biondi, 1 e 4]. A tipologia do depósito da Mina do Turvo foi proposta por Biondi [1] e o depósito está sendo estudado em detalhe por outros pesquisadores do LAMIR. As Minas Cavalheiro, Kowalski e Trigolândia foram examinadas e informações sobre as suas geologias foram coletadas para a elaboração desse trabalho.

Floresta, Cavalheiro, Turvo e Kowalski são depósitos com geologias semelhantes, todos situados em meio a rochas da Formação Campo Alegre, datadas em cerca de 570 Ma. Os minérios de caulim desses depósitos formaram-se pela alteração hidrotermal de rochas vulcânicas e vulcano-sedimentares ácidas (riolitos, riodacitos e tufos derivados) seguida de intensa alteração supergênica, facilitada pela alteração hidrotermal anterior [1-3]. Como entre as Minas da OXFORD a Mina Floresta é a mais importante, esses depósitos serão considerados como sendo do "Modelo ou Tipo Floresta".

Trigolândia se insere em um contexto muito diferente. Os minérios desse depósito formaram-se pela alteração supergênica de um pegmatito, provavelmente Brasiliano (500 a 600 Ma), encaixado em rochas granulíticas meso a paleoproterozóicas. Esse depósito será denominado "Modelo ou Tipo Trigolândia".

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DOS MINÉRIOS

Metodologia de estudo:

Ao longo dos últimos 20 anos a OXFORD vem analisando amostras provenientes de seus depósitos minerais e arquivando os resultados. Essas amostras vêm sendo analisadas para determinar as propriedades primárias (ou aditivas) e as propriedades derivadas (não aditivas). Nesse primeiro trabalho serão examinadas somente as propriedades derivadas, a saber:

(a) Resistência mecânica a flexão: expressa em kgf/cm², medida em corpos de prova padrão com a utilização de um flexurômetro Netzch.

(b) Retração a seco: expressa em %, é a medida da diferença entre o comprimento de um corpo de prova padrão antes e após ter sido seco a 110 ºC por 2 horas.

(c) Retração total: expressa em %, é a medida da diferença entre o comprimento de um corpo de prova padrão antes e após ter sido queimado a 1220 ºC.

(d) Perda ao fogo: expressa em %, é a medida da diferença entre o peso de uma amostra antes e depois de queimada a 1220 ºC por duas horas.

(e) Absorção de água: expressa em %, é a medida da diferença entre o peso de uma amostra seca a 110 ºC antes e após ser mergulhada em água pura.

(f) Dilatação linear após secagem a 110 ºC: expressa em a x 10^-7ºC¹, é a mudança média no comprimento de um corpo de prova seco a 110 ºC, por ºC de aquecimento, ocorrida após aquecer o corpo de prova de 25 ºC até 550 ºC. Medida feita com um dilatômetro BP.

(g) Dilatação linear após queima a 1220 ºC: expressa em a x 10^-7ºC, é a mudança média no comprimento de um corpo de prova queimado a 1220 ºC, por ºC de aquecimento, ocorrida após aquecer o corpo de prova de 25 ºC até 550 ºC. Medida feita com um dilatômetro BP.

Todas as análises foram feitas com corpos de prova confeccionados segundo uma metodologia desenvolvida pela OXFORD. As contrações, as resistências a flexão, a côr de queima e a absorção de água foram determinadas sobre corpos de prova paralelepipédicos com dimensões de 16,0x5,0x1,5 cm³ moldados em fôrma de gesso. Os corpos de prova nos quais foram feitas as determinações de dilatação têm 7,0x1,0x1,0 cm³, forma arredondada na parte superior, fundo chato, e foram também moldados em fôrmas de gesso.

Ao todo foram feitas 2288 determinações de coeficiente dilatação linear de corpos de prova secos a 110 ºC, 1128 de dilatação linear de corpos de prova queimados a 1220 ºC, 1544 determinações da % de absorção de água, 1601 determinações da % de retração a 110 ºC, 1508 da % de retração a 1220 ºC, 877 determinações de % de perda ao fogo e 244 determinações de resistência à flexão. A Fig. 1 mostra os histogramas dos resultados obtidos nessas determinações. Notar que, apesar de provirem de cinco minas diferentes, as distribuições de cinco entre setes propriedades físicas analisadas são unimodais. Apenas a % de absorção de água e a dilatação após queima a 1220 ºC mostram histogramas quem sugerem bimodalidades. As distribuições dos valores analisados de % de perda ao fogo, % de retração após secagem a 110 ºC, % de absorção de água e dilatação após queima a 1220 ºC são simétricas, o que permite determinar suas características de tendência central com médias aritméticas. A resistência a flexão, a % retração após queima a 1220 ºC e a dilatação linear após secagem a 110 ºC têm distribuição assimétricas e lognormais, e foram usados os logarítmos de seus valores para o cálculo das suas médias e desvios padrões. Deve ser ressaltado que apenas 10 das amostras analisadas são da Mina Trigolândia, o que fez que as propriedades diferentes do minério dessa mina não se destaquem nos histogramas. Na análise das propriedades físicas dos minérios de cada uma das minas consideradas individualmente será mostrado que Trigolândia se diferencia das minas da região de Campo Alegre.

Esses resultados foram transladados para um banco de dados tipo Access, junto com informações sobre a localização, a côr "in natura" e a côr após queima de cada amostra. Desse banco de dados primário foram derivados banco de dados especialisados, conforme as propriedades que se desejava analisar. O tratamento estatístico das variáveis, quando necessário, foi feito com o auxílio do programa Statistica.

DISCUSSÃO

As composições química e mineralógica, a granulometria, a capacidade de troca de cátions, a área superficial específica, os sais solúveis e a quantidade de matéria orgânica são as principais propriedades primárias das argilas cerâmicas. Essas propriedades são aditivas e as suas variações são as causas das variações das propriedades derivadas, secundárias, não aditivas. As principais propriedades não aditivas das argilas cerâmicas são a dilatação, a contração, a absorção de água, a resistência mecânica à flexão, a côr "in natura", a côr de queima, a perda ao fogo e as propriedades reológicas. A análise feita a seguir será uma análise numérica geral de algumas das propriedades não aditivas das argilas cerâmicas das Minas Floresta, Cavalheiro, Turvo, Kowalski e Trigolândia. Essa análise geral visa conhecer esses minérios e comparar as características gerais dos depósitos. Trabalhos posteriores farão abordagens mais específicas e considerarão também as propriedades aditivas ou primárias das argila.

PROPRIEDADES FÍSICAS MÉDIAS

Valores mínimos, médios e máximos:

A Tabela I mostra os valores mínimos, médios e máximos de cada uma das propriedades analisadas (coluna medio) nos minérios de caulim dos depósitos da OXFORD. Esses valores foram calculados para todas as amostras analisadas de cada um dos depósitos, sem impor qualquer tipo de seleção às amostras. Com isto se deseja determinar as características médias dos minérios de cada depósito. São mostrados, também, os intervalos nos quais é necessário que as propriedades analisadas em cada amostra se situem (coluna desejado). Esses intervalos são impostos pelos processos industriais adotados pela OXFORD.

A Fig. 2 compara os cinco depósitos de caulim da OXFORD fazendo uso dos valores das propriedades físicas mostrados na Tabela I. Notar que o minério da Mina Trigolândia tem propriedades físicas diferentes das outras Minas. Isto é conseqüência da origem diferente do minério dessa Mina, conforme acima ressaltado. Devido a essas propriedades o minério dessa Mina é lavrado pela OXFORD somente para a confecção de peças refratárias, e não para cerâmica de mesa. Somente 10 amostras de minério da Trigolândia foram analisadas.

Com exceção do minério da Mina do Turvo, as médias dos valores das propriedades físicas analisadas estão sempre dentro do intervalo de valores suportado pelo processo industrial da OXFORD (Fig. 2, Tabela I). As médias dos valores de retração total, de absorção de água, de dilatação linear (110 ºC) e de dilatação linear (1220 ºC) dos minérios do Turvo situam-se fora desses intervalos. Turvo se diferencia por ser o único depósito da OXFORD com minérios de tipos variados, não encontrados nos outros depósitos. Alguns desses minérios, a exemplo do minério verde, têm características que impedem sua utilização para o fabrico de cerâmica de mesa, e são vendidos para terceiros.

Correlações entre propriedades físicas:

Visando compreender como as propriedades físicas dos minérios de caulim se relacionam, foram analisadas todas as possibilidades de correlação entre as propriedades físicas analisadas. Notou-se que as médias dos valores de cada uma das propriedades físicas analisadas nos minérios dos cinco depósitos de caulim da OXFORD são muito próximas. As diferenças dos valores dessas médias são muito pequenas quando comparadas aos intervalos de dispersão de cada uma das variáveis analisadas (Tabela I).

As Figs.3 e ⁴, feitas com os valores médios contidos na Tabela I, são gráficos de correlação entre as médias das váriáveis analisadas nos minérios de cada depósito. Na Fig. 3 são mostradas as médias das variáveis que têm boas correlações, com coeficiente de correlação r > 0,90. Todas as outras correlações de médias, que não as da Fig. 3, são ruins, com r < 0,50, a exemplo daquelas da ^{Fig. 4}. Nas correlações da ^{Fig. 4} o ponto distante da reta de correlação, que torna a correlação geral ruim, sempre corresponde ao valor médio do minério de Trigolândia, o que corrobora ser esse um depósito (Modelo Trigolândia) diferente dos outros (Modelo Floresta).

As correlações entre todos os valores analisados, e não mais entre as suas médias, mostram a dispersão desses valores. Na Fig.5 estão os gráficos de correlação das variáveis que melhor se correlacionam entre aquelas analisadas (Tabela I). Notar que somente a correlação entre a % de retração após secagem a 110 ºC e a % de retração total, após queima a 1220 ºC, tem algum significado, com R = 0,78. Todos os outros coeficientes de correlação são muito baixos, menores que 0,60. Notar, também, que os valores médios de cada depósito, correlacionados nas Figs. 3 e ⁴, são muito próximos em relação a dispersão mostradas pelos valores que geraram essas médias.

Relações entre côres dos minérios e propriedades físicas:

A côr "in natura" é a característica dos minérios mais fácil de ser percebida e mais usada para diferenciar os minérios nas frentes de lavra das minas. Os minérios das Minas da OXFORD foram separados pela côr "in natura" em sete categorias diferentes: Minérios branco, amarelo, verde, cinza, marron, rosado e creme. As propriedades físicas de cada um desses tipos de minério são mostradas na Tabela II e na Fig. 6. Os minérios branco e amarelo são os mais comuns. Todos os depósitos têm minério branco e minério amarelo ou amarelado. De todo o minério lavrado nas cinco minas, a maior parte é classificado como amarelado. Cerca de 65% provém da Mina Floresta e 20% provém da Turvo. O minério branco é o segundo mais presente e mais lavrado, provindo em proporções semelhantes da Floresta, da Turvo e da Kowalski. O minério verde provém quase todo da Mina Turvo e, em bem menores proporções, também das Minas Floresta, Cavalheiro e Kowalski. Os minérios creme e rosado ocorrem em muito menores quantidades. O minério creme é lavrado na Kowalski e na Floresta e o rosado é obtido na Floresta e na Turvo. Os minérios marrom e cinza ocorrem sempre a profundidades menores que três metros. São pouco lavrados devido a terem cores de queima escuras, em tons amarelados. São obtidos sobretudo nas Minas Floresta e Turvo.

O minério verde, quase todo da Mina Turvo, e o minério marron são os que têm propriedades mais discordantes dos padrões desejados, situadas fora dos intervalos de valores aceitos pelos processos industriais da OXFORD (Fig. 6, Tabela II). Esses minérios são lavrados pela OXFORD e vendidos para terceiros. As médias dos valores de resistência a flexão, retração total e absorção de água do minério verde estão fora desses intervalos. As médias dos valores de retração a seco, retração total, absorção de água e dilatação linear (110 ºC) do minério marron também estão fora dos padrões desejados. Nessa mina é necessário lavrar separadamente os minérios marron e verde devido a terem características muito diferentes entre si, dos outros minérios da Mina Turvo e dos minérios das outras minas.

CONCLUSÕES

1. As Tabelas I e II mostram os valores médios, máximos e mínimos de resistência a flexão, da retração do minério a 110 ºC, da retração após queima a 1220 ºC, de perda ao fogo, de absorção de água, da dilatação linear após secagem a 110 ºC e dilatação linear após queima a 1220 ºC de todos os tipos de minérios lavrados nos cinco depósitos estudados, usados para fabricar cerâmica de mesa.

2. Trigolândia tem minério derivado da alteração supergênica de pegmatitos, caracterizando depósitos do denominado "Modelo Trigolândia". Floresta, Turvo, Cavalheiro e Kowalski são derivados da alteração hidrotermal seguida de alteração supergênica sobre rochas vulcânicas e vulcano-sedimentares ácidas, caracterizando o denominado "Modelo Floresta". As gêneses diferentes proporcionaram a formação desses dois tipos diferentes de depósitos (Modelo Trigolândia e Modelo Floresta) com minérios com propriedades físicas distintas.

3. Com exceção dos minérios verde, marron e cinza provindos sobretudo da Mina do Turvo, as médias dos valores das propriedades físicas analisadas estão sempre dentro do intervalo de valores suportado pelo processo industrial.

4. Nas correlações entre os valores médios das propriedades físicas analisadas, quando uma dada correlação é ruim, o ponto distante da reta de correlação, que torna a correlação geral ruim, sempre corresponde ao valor médio do minério de Trigolândia, o que corrobora ser esse (Modelo Trigolândia) um depósito diferente dos outros (Modelo Floresta). O minério de Trigolândia tem características refratárias, diferentes dos das outra Minas.

5. Observando todos os valores analisados e não mais as suas médias, nota-se que todas as correlações entre as variáveis analisadas são ruins. Somente a correlação entre a % de retração após secagem a 110 ºC e a % de retração total, após queima a 1220 ºC, tem algum significado, com R = 0,78. Todos os outros coeficientes de correlação são muito baixos, menores que 0,60.

[4] J. C. Biondi, resultados não publicados

(Rec. 18/05/99, Ac. 31/03/00)

• [1] J. C. Biondi, "Modelo genético dos depósitos de caulim Floresta, Cambui, Turvo e Aruană (SC BR)", Anais 40ş Cong. Brasil. Geologia (Belo Horizonte), (1998) 152.
• [2] J. C. Biondi, L. I. Furtado, "Geologia e gęnese dos depósitos de caulim Floresta e Cambui (Formaçăo Campo Alegre SC): 1. Facilogia e mineralogia das rochas e minérios" Revista Brasileira de Geocięncias 29, 1 (1999) (no prelo).
• [3] J. C. Biondi , "Geologia e gęnese dos depósitos de caulim Floresta e Cambui (Formaçăo Campo Alegre SC): 2. Petroquímica e modelo genético" Revista Brasileira de Geocięncias 29, 1 (1999) (no prelo).

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  15 Set 2000
• Data do Fascículo
  Jun 2000

Histórico

• Aceito
  31 Mar 2000
• Recebido
  18 Maio 1999