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Aula 1 - IntroduçãoMinerais e Rochas,
Argilominerais e Argilas
PMT 5846 – Ciência e Tecnologia de Argilas
Prof. Antonio Carlos Vieira Coelho
Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais EPUSP - 2020
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Este curso é dedicado ao Prof. Dr. Pérsio de Souza Santos, que sabia como ninguém
transmitir sua paixão pelas argilas...
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...antes de abordar o curso...
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...conceitos básicos de Química...4
Marshak, S. Essentials of Geology. 4th Ed. W.W.Norton & Co., Nova York, 2012. Cap.3.
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...conceitos básicos de Química...5
Marshak, S. Essentials of Geology. 4th Ed. W.W.Norton & Co., Nova York, 2012. Cap.3.
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...conceitos básicos de Química...6
Marshak, S. Essentials of Geology. 4th Ed. W.W.Norton & Co., Nova York, 2012. Cap.3.
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...conceitos básicos de Química... 7
Marshak, S. Essentials of Geology. 4th Ed. W.W.Norton & Co., Nova York, 2012. Cap.3.
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DefiniçõesMinerais, Rochas e Solos
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Minerais
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Mineral (definição CNMMN)
◼ Mineral : é um elemento ou composto químico que normalmente é cristalino , e que é resultado de um processo geológico. Portanto, um mineral tem origem natural.
◼ Cristalino: corpo que apresenta ordenamento atômico numa escala tal que é capaz de produzir um diagrama de difração indexável quando atravessado por uma onda de comprimento de onda adequado (raios-X, elétrons ou nêutrons, por exemplo).
CNMMN – IMA Comission on New Minerals and Mineral NamesIMA website: https://www.ima-mineralogy.org/
Nickel, E.H. – The definition of a mineral. The Canadian Mineralogist 33, 689-690 (1995)
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... e se o corpo não for cristalino?
◼ Mineralóide : algumas substâncias naturais são não-cristalinas. Além disso, algumas dessas substâncias podem não apresentar composição química definida, podendo apresentar dificuldades para a sua completa caracterização.
◼ Duas categorias :
◼ Substâncias AMORFAS : substâncias que nunca foram cristalinas. Ex.: âmbar, pedra-pomes, antracito, obsidiana, ...
◼ METAMICTOS (“Metamicts”) : substâncias que em algum momento da sua história geológica foram cristalinas, mas tiveram a sua estrutura destruída por radiação ionizante.
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Amorfos
Âmbar
https://en.wikipedia.org/wiki/Amber
https://en.wikipedia.org/wiki/Pumice
Pedra-pome
Antracito
https://en.wikipedia.org/wiki/Anthracite
https://en.wikipedia.org/wiki/Obsidian
Obsidiana
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◼ Metamicto (“Metamict”) : substâncias que em algum momento da sua história geológica foram cristalinas, mas tiveram a sua estrutura destruída por radiação ionizante.
◼ Zircão (Zr 1–y RE y)(SiO4)1–x(OH)4x–y – a presença de urânio e tório substituindo o zircônio na estrutura cristalina é a responsável pelos danos de radiação.
◼ Espécimes inalterados são chamados de high zircon, enquanto espécimes “metamictos” são chamados de low zircon. Espécimes entre os dois extremos são chamados de intermediários.
◼ Outros minerais: allanita[A3M3Si3O12(OH), onde A=Ca2+, Sr2+, terras raras; M=Al3+, Fe3+, Mn3+, Fe2+, Mg2+]; titanita [CaTiSiO5], onde Th e U podem substituir o Ti; ekanita[(Ca,Fe,Pb)2(Th,U)Si8O20].
Ekanite : ThCa2Si8O20
Complex specimen of many minerals, most notable are four red ekanite crystals (rare!) scattered around the specimen (Poudrette
quarry, Mt Saint-Hilaire, Rouville Co., Québec, Canada)
http://webmineral.com/specimens/picshow.php?id=1391&target=Ekanite
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... no entanto...
◼ Algumas fases amorfas podem ser consideradas minerais.
◼ Isso pode ocorrer se:
◼ a composição química puder ser determinada ao longo de todo o espécime estudado;
◼ dados físico-químicos (geralmente espectroscópicos) puderem provar a unicidade da fase;
◼ existir a evidência de que é impossível se obter padrões de difração a partir da fase (tanto no seu estado natural, quanto após algum tipo de tratamento no estado sólido, como por exemplo, aquecimento).
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Exemplo de fase “amorfa” com ordem...
OpalaSiO2.nH2O
https://www.newworldencyclopedia.org/entry/Opal
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OpalaSiO2.nH2O
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Minerais – Casos especiais
◼ A água, na forma líquida, não é considerada um mineral. O gelo, formado naturalmente nas geleiras e nos pólos, é.
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18Minerais – Casos especiais
◼ O mercúrio, mesmo sendo líquido, é considerado um mineral (o mercúrio não cristaliza).
◼ Compostos cristalinos formados naturalmente existentes outros corpos celestes (planetas, satélites...) são consideradas minerais.◼ Ex.: minerais em rochas da Lua coletadas pelos astronautas do projeto Apollo;
minerais em meteoritos; minerais estudados pelas sondas Opportunity e Curiosity em Marte).
https://br.pinterest.com/sbfonline/curiosity-rover/
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Casos especiais
◼ Materiais cristalinos sintéticosproduzidos pelo homem não são considerados minerais; no entanto, é hábito dar-se a esses materiais o nome do mineral seguido do termo “sintético” (a laponita, por exemplo, é uma “montmorilonita sintética”).
J. Mater. Chem., 2008,18, 5722-5730
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Minerais – Casos especiais
◼ Materiais cristalinos de origem biótica – por exemplo, cálculos renais – não são considerados minerais.
◼ No entanto, compostos que sejam fruto da ação da natureza sobre tais compostos – por exemplo, rochas calcárias e fosforitos originados de organismos marinhos – podem ser considerados minerais.
Superfície de um cálculo renal – oxalato de cálcio
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Surface_of_a_kidney_stone.jpg
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Nomenclatura
◼ Para que exista comunicação eficiente, é necessário que existam termos comuns que sejam entendidos por todos → é necessário que exista uma nomenclatura .
◼ Isso é válido para qualquer domínio específico de conhecimento, e também é válido para permitir a comunicação entre interlocutores de diferentes áreas de conhecimento.
◼ O estabelecimento de uma nomenclatura comum é tanto mais importante quanto mais interdisciplinar for a área de conhecimento – o que é o caso da Ciência e Tecnologia de Argilas.
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Nomenclatura dos Minerais
◼ A escolha do nome de um mineral é de responsabilidade de seu descobridor, sob reserva de aprovação pelo CNMMN da IMA.
◼ O “prefixo” pode ser qualquer: nome de um lugar, de uma pessoa, por exemplo.
◼ A terminação, em português, deve ser – ITA
◼ Exemplos: caulinita, clorita, montmorilonita, beidelita, nontronita, calcita.
◼ Nomes antigos e de uso tradicional permanecem.
◼ Exemplos: quartzo, ortoclásio.
CNMMN – Commission on New Minerals and Mineral NamesIMA – International Mineralogical Association
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Critérios para o reconhecimento de Novos Minerais
◼ Um mineral novo deve necessariamente ser diferente dos minerais já identificados, que ficam protegidos e guardados em museus, em universidades ou em centros de pesquisa.
◼ Lista mais recente dos nomes dos minerais (2020) :
◼ IMA/CNMMN List of Mineral Names – http://www.ima-mineralogy.org/Minlist.htm
◼ A caracterização deve ser a mais completa possível.
◼ Análise química e DRX são essenciais !
◼ A totalidade da amostra não deve ser consumida na caracterização.
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Rochas
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Rochas
◼ Rochas
◼ São agregados naturais formados por um ou mais minerais (com composição e propriedades diversas), que podem ser nitidamente individualizados.
◼ A parte sólida da crosta terrestre é constituída principalmente por rochas.
◼ Exemplo
◼ Granito (rocha ígnea) : quartzo + feldspato + mica
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Feldspato
Mica
Quartzo
Granito
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Granito
https://en.wikipedia.org/wiki/Granite
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Nomenclatura de Rochas - IMA
◼ Quando uma rocha é constituída essencialmente de um único mineral, ela deve ser denominada por um “prefixo” – que é o nome do mineral – com a terminação –ITO.
◼ Exemplo: rocha constituída essencialmente de quartzo é um Quartzito.
◼ Se não houver predominância de um mineral, a rocha pode ter um nome qualquer, desde que seja terminado em –ITO.
◼ Se uma rocha foi nomeada antes do estabelecimento das regras da IMA, o nome antigo permanece.
◼ Exemplo: Caulim (ao invés de caulinito).
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O Estudo dos Minerais e das Rochas
◼ O estudo dos minerais é feito pela Mineralogia.
◼ O estudo das rochas é feito:
◼ Pela Petrografia : descrição e classificação sistemática das rochas.
◼ Pela Petrologia : origem, ocorrência, estrutura e história das transformações das rochas (= litologia).
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Solos
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Definições do termo “Solo”
◼ Um solo (pensando em “solo” como um material...) é um corpo de material não-consolidado que cobre a superfície terrestre emersa, entre a litosfera e a atmosfera.
◼ É produto do intemperismo sobre um material de origem (por exemplo, uma
rocha), cuja transformação se desenvolve ao longo do tempo em um determinado relevo, clima e bioma.
◼ O solo corresponde à decomposição de rochas que ocorre por meio de ações ligadas à temperatura, além de processos erosivos provenientes da ação dos ventos, da chuva e dos seres vivos.
◼ Pode ser visto sobre diferentes pontos de vista....◼ Para um engenheiro agrônomo o solo é a camada na qual pode-se desenvolver vida (vegetal e
animal).
◼ Para um engenheiro civil, sob o ponto de vista da mecânica dos solos, solo é um corpo possível de ser escavado, sendo utilizado dessa forma como suporte para construções ou material de construção.
◼ Para um biólogo, através da ecologia e da pedologia, o solo infere sobre a ciclagem biogeoquímica dos nutrientes minerais e determina os diferentes ecossistemas e habitats dos seres vivos.
◼ Solos estão constantemente em desenvolvimento, por mais curto que seja o tempo considerado...
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Definições do termo “Solo”
https://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detail/soils/edu/?cid=nrcs142p2_054280
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Weil, R.R., Brady, N.C. The Nature and Properties of Soils. 15th Ed. Pearson. 2017. pg. 31.
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...diferentes escalas...
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Weil, R.R., Brady, N.C. The Nature and Properties of Soils. 15th Ed. Pearson. 2017. pg. 31.
km
m mm
mm ; nm
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Classificação Sistemática dos Minerais
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Classificação Sistemática dos Minerais
Klein, C.; Dutrow, B. Manual de Ciência dos Minerais. Bookman. Porto Alegre. 2011
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Classificação Sistemática dos MineraisCrité
rio:
Com
posi
ção Q
uím
ica
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Source: Karla Panchuk (2018) CC BY-NC-SA 4.0. Photos by R. Weller/ Cochise College.
https://openpress.usask.ca/physicalgeology/
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Source: Karla Panchuk (2018) CC BY-NC-SA 4.0. https://openpress.usask.ca/physicalgeology/
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Source: Karla Panchuk (2018) CC BY-NC-SA 4.0. https://openpress.usask.ca/physicalgeology/
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Silicatos
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46Silicatos
https://www.britannica.com/science/mineral-chemical-compound/Silicates
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Classificação Sistemática dos MineraisCrité
rio:
Com
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ção Q
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ica
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Tetraedros isolados : Nesossilicatos
Topázio Al2SiO4(F,OH)2
Forsterita Mg2SiO4
Zircão ZrSiO4
Polimorfos Al2SiO5
Olivina (Mg,Fe)2SiO4
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◼ Duplas de tetraedros [grupos (SiO7)6- ] - Sorossilicatos
◼ Anéis de silicatos: Ciclossilicatos
Duplas e Anéis de silicatos
Ânions de silicatoscíclicos
EpidotoCa2Al2(Fe3+;Al)(SiO4)(Si2O7)O(OH)
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50
Ciclosilicatos – “anéis de 6 Si”
Berilo / EsmeraldaBe3Al2(Si6O18)
Turmalina(Na,Ca)(Al,Li,Mg)3-(Al,Fe,Mn)6(Si6O18)(BO3)3(OH)4
Cordierita(Mg,Fe)2Al3(Si5AlO18)
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Classificação Sistemática dos MineraisCrité
rio:
Com
posi
ção Q
uím
ica
![Page 52: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/52.jpg)
52
Inossilicatos
Cadeias simples de tetraedrosSi:O = 1:3
Grupo dos Piroxênios
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53
Grupo dos Piroxênios
EspodumênioLiAlSi 2O6
“Piroxênios Sódicos”
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54
Classificação Sistemática dos MineraisCrité
rio:
Com
posi
ção Q
uím
ica
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55
Inossilicatos
Cadeias duplas de tetraedros
Grupo dos AnfibóliosSi:O = 4:11
Antofilita(Mg,Fe)7Si8O22(OH)2
Hornblenda(Ca,Na)2–3(Mg,Fe,Al)5(Al,Si)8O22(OH,F)2
TremolitaCa2Mg5Si8O22(OH)2.
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56
Classificação Sistemática dos MineraisCrité
rio:
Com
posi
ção Q
uím
ica
![Page 57: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/57.jpg)
57
QuartzoQuartzo a → 573oC → Quartzo b
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58
Tectossilicatos : Diagrama de Fases
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59
Tridimita
Tridimita b
Tridimita a
Quartzo a → 870oC → Tridimita b
Tridimita b → 120oC/140oC → Tridimita a (1atm)
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60
Cristobalita Tridimita b → 1470oC → Cristobalita b
Cristobalita b → 268oC → Cristobalita a (1atm)
Cristobalita a
Cristobalita b
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61
Fases de Alta Pressão: Coesita
Inclusão de Coesita
COESITAEncontrada em condições de elevada
pressão de formação : em região de kimberlito (África do Sul)
e em ponto de impacto de meteoros
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62
Fases de Alta Pressão: Stishovita
STISHOVITAEncontrada em ponto de impacto de meteoros
Silício em coordenação octaédrica
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63
Classificação Sistemática dos MineraisCrité
rio:
Com
posi
ção Q
uím
ica
![Page 64: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/64.jpg)
64
Source: Karla Panchuk (2018) CC BY-SA 4.0. Ternary diagram modified after Klein & Hurlbut (1993). https://openpress.usask.ca/physicalgeology/
Feldspatos
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65
![Page 66: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/66.jpg)
66
Zeólitas
Natrolita Na2Al2Si3O10.2H2O
ZSM-5(síntética)
Mordenita(Ca,Na2,K2)Al2Si10O24.7H2O
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67
Filossilicatos
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68
Classificação Sistemática dos MineraisCrité
rio:
Com
posi
ção Q
uím
ica
![Page 69: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/69.jpg)
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70
Fundamentos da Estrutura dos Filossilicatos
CoordenaçãoTetraédrica
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71
Arranjo na folhatetraédrica:
três vérticescompartilhados; o quarto vértice fica perpendicular
ao plano
Folha Tetraédrica
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72
Folha Octaédrica
CoordenaçãoOctaédrica
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73
Folha Octaédrica
![Page 74: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/74.jpg)
74
Folha Trioctaédrica 3 em cada 3 posições octaédricas
ocupadas por cátions divalentes
TODAS as posições
octaédricas
OCUPADAS
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75
Folha Dioctaédrica 2 em cada 3 posições octaédricas
ocupadas por cátions trivalentes
posição octaédrica
VAZIA
posição octaédrica
OCUPADA
![Page 76: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/76.jpg)
76
Exemplos de Filossilicatos
Clorita2:1:1
Esmectita2:1
Caulinita1:1
![Page 77: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/77.jpg)
Filossilicatos
folha (tetraédrica, octaédrica) → camada (1:1, 2:1) → cristal (empilhamento camada + Interlamelar)
77
![Page 78: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/78.jpg)
78
Argilominerais
![Page 79: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/79.jpg)
79
Argilominerais são abundantes?
![Page 80: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/80.jpg)
80
... de todas as rochas da superfície terrestre (os primeiros 20 km), em % volumétrica ...
20 % rochas ígneasou metamórficas
80 % rochassedimentares
40 % arenitos erochas calcárias
50% das rochas sedimentares são argilitos
16 % argilominerais
40 % argilitos(“shales”)
60 % não são argilominerais(quartzo, feldspatos, oxihidróxidos..)
![Page 81: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/81.jpg)
81
Argilominerais : Definições
◼ Argilominerais pertencem à família dos filossilicatos; contém folhas tetraédricas bidimensionais contínuas com os tetraedros ligados por três vértices comuns e com o quarto vértice apontado para qualquer direção. As folhas tetraédricas estão ligadas, na unidade estrutural, a folhas octaédricas.
◼ Definição da AIPEA
AIPEA Newletter, fevereiro 1996
![Page 82: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/82.jpg)
82
◼ Definição PSS◼ Argilominerais são silicatos hidratados com a estrutura cristalina em
camadas (filossilicatos), constituídos por folhas contínuas de tetraedros SiO4 , ordenados de forma hexagonal, condensados com folhas octaédricas de hidróxidos de metais di e trivalentes.
◼ Os argilominerais são essencialmente constituídos por partículas (cristais) de pequenas dimensões, geralmente abaixo de 2 mm.
![Page 83: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/83.jpg)
83
◼ Clays and clay minerals represent the youngest members of the family of minerals in the earth’s crust. ◼ Being formed from different parent rocks under variable conditions, clay
minerals vary in chemical composition, structure, and modes of occurrence.
◼ Clay minerals are irregularly distributed in the lithosphere, ◼ …while their concentration steadily increases due to weathering and/or
hydrothermal alteration.
◼ Clay minerals in nature also undergo spontaneous modification and transformation as environmental conditions change. ◼ These processes are driven by physical, chemical, and biological forces,
including anthropogenic effects.
◼ Natural clays are highly heterogeneous in composition and, almost invariably, contain ‘impurities’ in the form of associated minerals and X-ray amorphous materials.
Clay Minerals
Bergaya, F.; Lagaly, G. (Eds.)– Handbook of Clay Science. 2ª Ed. Elsevier. Amsterdam. 2013
![Page 84: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/84.jpg)
84
◼ The mineralogical composition of clays is also influenced by particle size. ◼ The fineness of clays predetermines both their vulnerability and reactivity.
◼ By the same reason, clay particles are sensitive to mechanical andchemical treatments. (and also thermal treatments...)
◼ The two main features that evoke interest in clays are: ◼ their common availability ;
◼ their extraordinary properties .
◼ Clay minerals are ◼ naturally occurring nanomaterials,
◼ abundant,
◼ inexpensive,
◼ and environmental friendly.
Clay Minerals
Bergaya, F.; Lagaly, G. (Eds.)– Handbook of Clay Science. 2ª Ed. Elsevier. Amsterdam. 2013
![Page 85: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/85.jpg)
85
◼ Even if the reasons for small crystal size which are constantly observed are not fully understood at present, it is certainly the major characteristic of surface clay minerals.
◼ Because small size induces very great crystal surfaces, most of the remarkable chemical and physical properties of clay minerals are related to surface interactions.
◼ This was discovered very early during the first ages of human technical development: the plasticity of water-clay mixtures which was exploited during the Neolithic period for the production of pottery.
◼ Soils, and consequently clay minerals, are the support of the most fundamental activities of mankind: agriculture, ceramics and housing.
◼ Even today about 40% of the Earth’s inhabitants live in dwellings composed in part by earth, i.e. clay assemblages with other materials.
Clay Minerals
Velde, B.; Meunier, A. – The Origin of Clay Minerals in soils and Weathered Rocks. Springer. Berlin. 2008
![Page 86: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/86.jpg)
86
Distribuição relativa dos
principais minerais nas
diferentes frações
granulométricas
(frações definidas
segundo a Ciência dos
Solos)
Minerais dos Solos
![Page 87: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/87.jpg)
87
Argilas
![Page 88: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/88.jpg)
88
Argilas : Definição da AIPEA
AIPEA Newletter, fevereiro 1996
![Page 89: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/89.jpg)
89
Argilas
◼ Argilas naturais são rochas → agregados de um ou de mais de um mineral.
◼ Existem vários tipos de argila, com nomes diferentes.
◼ Existem vários tipos de minerais nos diversos tipos de argilas:
◼ argilominerais (clay minerals; mineraux d'argiles; ton mineralien);
◼ outros minerais associados que não são contados dentro dessa categoria (tais como calcita, dolomita, gibsita, quartzo, pirita, goethita e hematita), bem como matéria orgânica (ácidos húmicos, por exemplo) e outros minerais associados menos comuns.
◼ As argilas se apresentam comumente na forma de agregados de partículas de seus minerais constituintes que se dispersam de forma relativamente fácil.
◼ Podem também ocorrer na forma de rocha maciça → argilito .
![Page 90: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/90.jpg)
90
Argilas : Definições Tecnológicas
◼ A argila é um material natural, terroso, de granulação fina, que geralmente adquire, quando umedecido com água, certa plasticidade (por plasticidade entende-se de modo amplo a propriedade do material úmido poder ser deformado, sem se romper, pela aplicação de uma tensão, sendo que a deformação permanece quando a tensão aplicada for retirada).
◼ Quimicamente, são formadas essencialmente por silicatos hidratados de alumínio, ferro e magnésio.
◼ Possuem elevado teor de partículas de diâmetro equivalente abaixo de 2mm.
◼ Geralmente são plásticas quando em pó e umedecidas.◼ Há exceções: “flint-clay” não é plástica...
![Page 91: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/91.jpg)
91
◼ Após secagem, são geralmente duras e rígidas, e após queima em uma temperatura elevada adquire elevada dureza.
◼ Possuem capacidade de troca de cátions entre 3 e 150 meq/100g (ácidos orgânicos apresentam capacidade de troca de cátions dentro dessa faixa).
◼ Argila é um material mole constituído essencialmente por aglomerados e/ou agregados de argilominerais e outros minerais chamados acessórios ou impurezas.
◼ As argilas são pós, naturalmente compactados ou soltos; as partículas de argilominerais raramente tem dimensões macroscópicas.
◼ “Princípio de Grim” : os argilominerais são os componentes “ativos” das argilas e, portanto, são as propriedades dos argilominerais que definem as propriedades tecnológicas das argilas.
Definição “tecnológica” - PSS
![Page 92: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/92.jpg)
92
Clays
◼ Clays play an important part in everyday life, from the white-coated paper on which we write to the confinement of hazardous waste storage, from cosmetics to pneumatics, from paints to building materials.
◼ These small, flat minerals actually interface widely with their surrounding environment.
◼ They :
◼ absorb,
◼ retain,
◼ release,
◼ and incorporate into their lattice a great variety of ions or molecules.
Meunier. A. Clays. Springer-Verlag. Berlin. 2005
![Page 93: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/93.jpg)
93
Clays
◼ Their huge external surface area (as compared with their volume) makes them first-class materials for catalysis, retention of toxic substances or future supports for composites.
◼ Clays are made up of particles that form stable suspensions in water. These suspensions have long served in drilling applications or tunnel piercing techniques.
◼ Suspended clays flow as liquids, thereby both helping to shape manufactured products such as ceramics, but also causing tragic mud flows, lahars or landslides.
◼ Clays alone form an entire world in which geologists, mineralogists, physicists, engineers, chemists… find extraordinary subjects for research.
◼ …e é aí que mora um problema, e também uma oportunidade de colaborações : gente muito diversa, com diferentes backgrounds e diferentes linguagens e enfoques…
Meunier. A. Clays. Springer-Verlag. Berlin. 2005
![Page 94: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/94.jpg)
94
◼ As argilas podem ter nomes tradicionais, às vezes locais.
◼ Exemplos: taguá; massapê
◼ As argilas com importância econômica são as chamadas argilasindustriais e argilas especiais.
◼ Muitos dos nomes utilizados internacionalmente não são baseados nos critérios de nomenclatura padronizada.
◼ Exemplos: caulim (kaolin); talco (talc)
◼ A definição de nome, normalmente, segue o hábito da aplicação tecnológica.
◼ Os nomes são escritos na língua de cada país
◼ kaolin = caulim (também caolim no Brasil; caolino em Portugal)
◼ bentonite = bentonita (bentonite em Portugal)
◼ Às vezes, é mantido o nome original, sem tradução
◼ Exemplos: “ball clay”; “flint clay”
Nomenclatura das Argilas
![Page 95: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/95.jpg)
95
Nomenclatura das Argilas
![Page 96: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/96.jpg)
96
Ciência e Tecnologia de Argilas
![Page 97: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/97.jpg)
97
Clay Science
◼ Clay science has emerged after a few millennia of clay use and a century-long accumulation of written information about clays and clay minerals.◼ Archaeological research has indicated that the first use of clays by humans
coincided with ancient agrarian settlements.
◼ Over time, empirical technology has been systematically converted into scientific procedure based on sound theoretical principles.
◼ If the general knowledge about clay and its use have ancient roots, the scientific study of clay (i.e. ‘clay science’) is a relatively recent discipline, dating back only to the mid-1930s.
◼ Clay science is a multidisciplinary endeavour, combining geology, mineralogy, crystallography with physics, geotechnology, and soil mechanics together with inorganic, organic, physical, and colloid chemistry.
Bergaya, F.; Lagaly, G. (Eds.)– Handbook of Clay Science. 2ª Ed. Elsevier. Amsterdam. 2013
![Page 98: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/98.jpg)
Ciência e Tecnologia de
Argilas
Indústria do Petróleo / Petroquímica
Geologia
Mineração
Indústrias de Processos Químicos / Metalúrgicos /
de Materiais
Indústria Farmacêutica e de Cuidados Pessoais
Engenharia Civil
Agro-Indústria
• Veículos e inertes para fármacos• Cremes dentais e outros produtos
para cuidados pessoais• Cosméticos• Peloterapia
• Geotecnia• Cimento: Matéria-prima
para clínquer Portland e pozolanas
• Disposição de rejeitos• Engenharia Ambiental
• Catalisadores e adsorventes• Indústria cerâmica• Indústria de polímeros (nanocompósitos)• Indústria de tintas, de vernizes e de adesivos• Indústria do papel (filer e recobrimento)• Indústria de alimentos (clarificação de óleos
e bebidas)• Areias de fundição• Aplicações reológicas e coloidais
• Lamas de perfuração (para uso em meios complexos: água + sais + óleo)
• Catalisadores
• Geoquímica geral• Geologia de bacias
petrolíferas e de reservatórios de petróleo
• Gênese de depósitos minerais
• Matérias-primas (ex.: Ni; terras raras)
• Ciência dos solos : textura; transporte de íons; ciclo do carbono; biota
• Agronomia: véiculos de fertilizantes; hidroponia
• Veterinária: rações animais
![Page 99: Aula 1 - Introdução - Moodle USP: e-Disciplinas](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012104/616a1b4511a7b741a34edf80/html5/thumbnails/99.jpg)
99
Tecnologia de Argilas
◼ Os principais minerais numa argila → filossilicatos → “minerais de argila” argilominerais .
◼ Em ocorrências naturais, é impossível ter argilas 100% puras, sem minerais acessórios (quartzo, feldspato, hematita,...) → argila = argilominerais + minerais acessórios (em % variáveis)
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Tecnologia de Argilas
◼ Os principais minerais numa argila → filossilicatos → “minerais de argila” argilominerais .
◼ Em ocorrências naturais, é impossível ter argilas 100% puras, sem minerais acessórios (quartzo, feldspato, hematita,...) →
argila = argilominerais + minerais acessórios (em % variáveis)
◼ Existe uma grande gama de propriedades nas argilas, dada por toda uma gama de composições, tanto químicas, quanto mineralógicas, e de distribuições granulométricas → grande gama de propriedades → grande gama de aplicações .
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Tecnologia de Argilas
◼ Tecnologia de Argilas
◼ Utilização das diferentes propriedades das argilas em diferentes aplicações.
◼ Propriedade Fundamental
◼ Pelo seu processo de formação, os argilominerais apresentam naturalmente dimensões micrométricas.
◼ ...ou seja, nas argilas existem naturalmente partículas extremamente finas → geralmente abaixo de peneira ABNT #325 (44mm).
◼ Vantagem
◼ Normalmente não é necessário moer por longo tempo uma argila (moagem = operação que gasta muita energia e desgasta equipamentos).
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Minerais Acessórios
◼ Conforme a utilização, se retira ou não os minerais acessórios.
◼ Exemplo:
◼ Caulim para papel : deve ser constituído de caulinita, com o teor mais próximo de zero % possível de quartzo.
◼ Caulim para cerâmica vermelha : pode ter teores de minerais acessórios (quartzo, hematita, por exemplo) sem grandes problemas.
◼ Caulim para porcelana : não tem grandes problemas com o quartzo, mas minerais acessórios contendo ferro são indesejáveis → problema com cor.
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Minerais Acessórios
◼ Tirar os minerais acessórios pode ser mais simples,
ou menos simples...
◼ Se os minerais acessórios se apresentam na forma de partículas grandes, é relativamente fácil.
◼ Se os minerais acessórios se apresentam na forma de partículas pequenas, pode ser muito difícil, ou mesmo tecnicamente dificílimo, ou mesmo economicamente inviável.
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Referências
o Bergaya, F.; Lagaly, G. (Eds.) – Handbook of Clay Science. 2ª Ed. Developments in Clays Science vol.5. Elsevier. Amsterdam. 2013. Cap. 1.
o Schroeder, P.A. Clays in the Critical Zone. Cambridge University Press. 2018. Cap. 1.
o Meunier, A. – Clays. Springer-Verlag. Berlim. 2005. Cap. 1.
o Velde, B. (Ed.) – Origin and Mineralogy of Clays. Springer-Verlag. Berlim. 1995. Cap. 1.
o Velde, B.; Meunier, A. – The Origin of Clay Minerals in Soils and Whethered Rocks. Springer-Verlag. Berlim. 2008. Cap. 1.
o Souza Santos, P. – Ciência e Tecnologia de Argilas. 2ª Ed. Edgard Blucher. São Paulo. 1989. Caps. 1-2.
o Gomes, C.S.F. – Argilas, o Que São e Para Que Servem. Fundação Calouste Gulbenkian. Lisboa. 1988.
o ...na web: Curso “ GEOL 8550 Clay Mineralogy”, Dr. Paul Schroeder, University ofGeorgia , < http://clay.uga.edu/courses/index.html >.
o ...na web: livro gratuito de Química Geral: Principles of General Chemistry, <https://2012books.lardbucket.org/>