Um método simples de caracterizaçÃo de argilo minerais por difraçÃo de raios-x



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Anais do 45º Congresso Brasileiro de Cerâmica 220020

30 de maio a 2 de junho de 2001 - Florianópolis – S..C.




UM MÉTODO SIMPLES DE CARACTERIZAÇÃO DE ARGILO MINERAIS POR DIFRAÇÃO DE RAIOS-X

A. P. F. Albers, F. G. Melchiades, R. Machado, J. B. Baldo, A. O. Boschi

Universidade Federal de São Carlos - Departamento de Engenharia de Materiais

Rodovia Washington Luiz Km 235, São Carlos, CEP: 13565-905, Brasil

e-mail: daob@power.ufscar.br

RESUMO



A técnica de difração de raios-X tem sido amplamente utilizada para a determinação de fases cristalinas em materiais cerâmicos. Em argilas, a grande quantidade de quartzo e seu elevado grau de orientação dificultam a identificação e caracterização das demais fases presentes. Baseando-se no princípio da sedimentação, é apresentado neste trabalho um método simples e confiável para a determinação de argilo minerais em materiais argilosos.
Palavras-chaves: difração de raios-X, argilo minerais.
INTRODUÇÃO
Dentre as várias técnicas de caracterização de materiais, a técnica de difração de raios-X é a mais indicada na determinação das fases cristalinas presentes em materiais cerâmicos. Isto é possível porque na maior parte dos sólidos (cristais), os átomos se ordenam em planos cristalinos separados entre si por distâncias da mesma ordem de grandeza dos comprimentos de onda dos raios-X.

Ao incidir um feixe de raios-X em um cristal, o mesmo interage com os átomos presentes, originando o fenômeno de difração. A difração de raios-X ocorre segundo a Lei de Bragg (Equação A), a qual estabelece a relação entre o ângulo de difração e a distância entre os planos que a originaram (característicos para cada fase cristalina):


(A)
n: número inteiro

: comprimento de onda dos raios-X incidentes

d: distância interplanar

: ângulo de difração


Dentre as vantagens da técnica de difração de raios-X para a caracterização de fases, destacam-se a simplicidade e rapidez do método, a confiabilidade dos resultados obtidos (pois o perfil de difração obtido é característico para cada fase cristalina), a possibilidade de análise de materiais compostos por uma mistura de fases e uma análise quantitativa destas fases.

Ao se caracterizar argilo minerais, a utilização da técnica de difração de raios-X torna-se ainda mais indicada, pois uma análise química reportaria os elementos químicos presentes no material, mas não a forma como eles estão ligados. A análise química poderia então ser associada à análise racional, porém os resultados obtidos não apresentam elevada confiabilidade, além deste procedimento não ser indicado para identificar fases polimórficas. A semelhança do comportamento térmico dos argilo minerais também descarta a utilização isolada das técnicas termo-diferenciais, que também são mais dispendiosas e demoradas.

Porém na caracterização de argilas, o elevado teor de quartzo da amostra e sua facilidade de orientar-se resultam em picos bem definidos e de grande intensidade desta fase cristalina, prejudicando muitas vezes a identificação e caracterização das demais fases.

Neste trabalho é descrito um procedimento rápido e eficiente para identificar os argilo-minerais mais comumente encontrados nas argilas nacionais. Tal procedimento minimiza a presença do quartzo e facilita a identificação das demais fases.


MATERIAIS E MÉTODOS
Os materiais utilizados no presente trabalho são argilas nacionais encontradas facilmente no mercado, as quais serão denominadas A, B, C e D. Tais argilas foram submetidas ao procedimento descrito à seguir para identificação de argilo-minerais por difração de raios-X.

Os ensaios de difração de raios-X foram realizados em um difratômetro Siemens – modelo D 5000, com velocidade do goniômetro de 1/min, tubo de cobre (=1,542Å).



Procedimento para identificação de argilo minerais por difração de raios-X




  1. Procedimento geral

  1. Pesar 20,0g de argila seca e desagregar em almofariz até granulometria inferior a peneira # ABNT 200 (abertura de 74m).


  2. Suspender a argila desagregada em 200mL de água destilada.

  3. Adicionar 5,0 mL de hidróxido de amônio (NH4OH).

  4. Agitar a suspensão e transferir para uma proveta de 250mL.

  5. Deixar a suspensão em repouso durante 24h.

  6. Com o auxílio de uma pipeta retirar a fração fina da suspensão, evitando perturbação da mesma e coleta do material grosseiro depositado.

  7. Secar a fração fina da suspensão em estufa a 100C, posteriormente desaglomerá-la.

  8. Preparar uma suspensão argila-água com concentração de 60,0mg de argila por 1cm3 de água destilada.

  9. Retirar com a pipeta 3,0mL da suspensão preparada e depositar cuidadosamente sobre uma lâmina de vidro (as dimensões da lâmina devem ser compatíveis ao porta-amostra utilizado no difratômetro).

  10. Secar a lâmina em estufa à 100C.

  11. Realizar o ensaio de difração de raios-X, varrendo-se de 2 a 30 (escala 2) com velocidade de 1/min.

Após o ensaio de difração de raios-X, as distâncias interplanares (d) referentes aos picos apresentados no difratograma deverão ser confrontadas com as distâncias interplanares características de cada fase.

Considerando somente os minerais simples (geralmente presentes nas argilas nacionais), o pico de maior intensidade de cada fase (referentes a direção (00l)), bem como os picos secundários, encontram-se na Tabela I.
Tabela I: Distâncias interplanares características [1].


Distância

Interplanar (Å)

(pico principal)



Distância

Interplanar (Å)

(picos secundários)


Argilo-mineral

7

3,58

Caulinita

10

5,0 e 3,33

Ilita

14

7,0; 4,7 e 3,5

Clorita

14

7,0; 4,7 e 3,5

Clorita expandível

12 ou 14

5,1 e 3,5

Montmorilonita-12 ou 14

14




Vermiculita,

De acordo com a Tabela I, utilizando-se apenas a reflexão principal, muitas vezes não é possível determinar com segurança o argilo mineral presente. Nestes casos, recomenda-se a utilização dos procedimento B e C, descritos à seguir.



A. Solvatação com etilenoglicol (ou glicerol) - Glicolagem

  1. Preparar uma lâmina seguindo o procedimento geral (pode-se empregar a mesma lâmina utilizada anteriormente).


  2. Posicionar a lâmina sobre um suporte dentro de um recipiente com tampa (o suporte servirá para que a lâmina não fique apoiada no fundo do recipiente).

  3. Adicionar 100mL de etilenoglicol (ou glicerol) no fundo do recipiente, impedindo o contato direto do reagente com a lâmina.

  4. Tampar o recipiente e colocá-lo na estufa a 90C durante 5h.

  5. Retirada a lâmina da estufa, proceder o ensaio de difração de raios-X (o ensaio deverá ser realizado em no máximo 1h após a retirada da lâmina da estufa), varrendo-se de 2 a 15 (escala 2) com velocidade de 1/min.

  6. Verificar o deslocamento dos picos em relação ao ensaio anterior e consultar a Tabela II.

Este procedimento baseia-se na capacidade de alguns argilo-minerais admitirem em sua estrutura ligações com álcoois, e estes por sua vez, com a água. Desta forma, aumenta-se a distância interplanar referentes à direção (00l). Como exemplo prático, tem-se o pico principal da montmorilonita, que passa de 12 ou 14 Å para aproximadamente 17 Å, sendo possível distinguí-la da vermiculita, que mantém o pico em 14 Å.



B.Aquecimento da amostra

  1. Preparar uma lâmina seguindo o procedimento geral (pode-se empregar a mesma lâmina utilizada anteriormente).


  2. Colocar a lâmina em uma mufla, aquecendo-a a 500C mantendo-a por 2h.

  3. Retirada a lâmina da mufla, proceder o ensaio de difração de raios-X, varrendo-se de 2 a 15 (escala 2) com velocidade de 1/min.

  4. Verificar o deslocamento dos picos em relação ao ensaio anterior e consultar a Tabela II.

Neste caso, buscou-se eliminar as moléculas de água adsorvidas nos argilo minerais, resultando na redução da distância interplanar referentes à direção (00l). Como exemplo prático, novamente tem-se o pico principal da montmorilonita, que se desloca para 10 Å. O mesmo ocorre com o pico da vermiculita.


Tabela II: Posições referentes aos picos principais (direção (00l)) dos argilo minerais em condições normais (N), após glicolagem (G) e aquecimento (A) [1].



Distância

Interplanar (Å)

(condições normais)



Distância

Interplanar (Å)

(após glicolagem)



Distância

Interplanar (Å)

(após aquecimento)




Argilo-mineral

7

7

-

Caulinita

10

10

10

Ilita

14

14

14

Clorita

14

17

14

Clorita expandível

12

17

10

Montmorilonita-12

14

17

10

Montmorilonita-14

14

14

10

Vermiculita

RESULTADOS E DISCUSSÕES


A Figura 1 apresenta o difratograma da argila A, obtido de acordo com o procedimento geral (A).

Figura 1: Difratograma da argila A, seguindo o procedimento geral (A). C: caulinita

Comparando-se o difratograma apresentado na Figura 1 (argila A) e a Tabela I, conclui-se que os dois picos presentes são do argilo mineral caulinita. Neste caso, apenas o procedimento geral (A) foi suficiente para determinar o argilo mineral presente.

A Figura 2 apresenta o difratograma da argila B, obtido de acordo com o procedimento geral (A).


Figura 2: Difratograma da argila B, seguindo o procedimento geral (A). I: ilita, C: caulinita e Q: quartzo.


Na Figura 2 tem-se o difratograma da argila B. Comparando-se os dados do difratograma com a Tabela I, constatou-se que tais picos são referentes à ilita, caulinita e quartzo.

As Figuras 3, 4 e 5 apresentam os difratogramas da argila C, obtidos de acordo com os procedimentos geral (A), após solvatação com etilenoglicol - glicolagem (B) e após aquecimento da amostra (C).


Figura 3: Difratograma da argila C, seguindo o procedimento geral (A). I: ilita, Q: quartzo.


Figura 4: Difratograma da argila C, após solvatação com etilenoglicol - glicolagem (B). I: ilita, Q: quartzo.


Figura 5: Difratograma da argila C, após aquecimento da amostra (C). I: ilita, Q: quartzo.


Nas Figuras 3, 4 e 5 observa-se que não houve deslocamento dos picos, mesmo variando-se o procedimento de obtenção das lâminas (procedimento geral (A), glicolagem (B) e aquecimento da amostra (C)). Consultando as Tabelas I e II, identificou-se o argilo mineral ilita.

As Figuras 6 e 7 apresentam os difratogramas da argila D, obtidos de acordo com os procedimentos geral (A) e após solvatação com etilenoglicol - glicolagem (B).



Figura 6: Difratograma da argila D, seguindo o procedimento geral (A). M: montmorilonita


Figura 7: Difratograma da argila D, após solvatação com etilenoglicol - glicolagem (B). M: montmorilonita



De acordo com a Figura 6 e Tabela I é possível identificar o argilo mineral montmorilonita. Porém fez-se também o ensaio de difração de raios-X após glicolagem (Figura 7) para confirmar o resultado obtido através do deslocamento do pico.
CONCLUSÕES
O procedimento para identificação de argilo minerais por difração de raios-X apresentado neste trabalho, permite a identificação rápida e confiável dos argilo minerais presentes em materiais argilosos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS


  1. Neves, L. E. – “Estudo prático de argilas por difratometria de raios-X” – Boletim Técnico da Petrobrás, 11 [1], 123-135, jan./mar. 1968.

  2. SANTOS, P. S. - “Ciência e tecnologia de argilas Vol. 1”. Ed. Edgard Blücher Ltda. 1989.

  3. SANTOS, P. S. - “Ciência e tecnologia de argilas Vol. 2”. Ed. Edgard Blücher Ltda. 1989.



A SIMPLE METHOD FOR CLAY MINERALS CHARACTERIZATION BY MEANS OF X-RAY DIFFRACTION
ABSTRACT
The X-ray diffraction analysis is a well known technique employed for clay mineral characterization inceramics. In common clays the severally elevated content of quartz and its high degree of orientation turn difficult the complete identification of the other clay constituents. In this work, it is presented how a simple sedimentation procedure can lead to a simple and reliable route to identify clay minerals in ceramic materials.

Key-words: X-rays diffraction, clay minerals.

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