Estudo da expansão térmica da vermiculita in situ por difração de raios x

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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS 
 
 
 
 
 
 
Fabiane Lucia Teixeira de Jesus 
 
 
 
 
 
 
Estudo da expansão térmica da vermiculita in situ por difração de 
raios X 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BELO HORIZONTE 
2017 
Fabiane Lucia Teixeira de Jesus 
 
1 
 
 
 
 
 
Estudo da expansão térmica da vermiculita in situ por difração de 
raios X 
 
 
 
Departamento de Engenharia de Materiais 
Curso de Engenharia de Materiais 
 
 
 
 
 
Relatório técnico final 
apresentado no Programa de 
Iniciação Científica PIBIC do 
Centro Federal de Educação 
Tecnológica de Minas Gerais 
como requisito parcial para 
obtenção do certificado de 
participação no Programa PIBIC 
FAPEMIG regido pelo Edital No 
104/15. 
 
 
 
 
 
Orientador: Prof. Dr. Paulo Renato Perdigão de Paiva 
 
 
 
 
 
BELO HORIZONTE 
2017 
Fabiane Lucia Teixeira de Jesus 
 
2 
 
 
 
 
 
Estudo da expansão térmica da vermiculita in situ por difração de 
raios X 
 
 
Departamento de Engenharia de Materiais 
Curso de Engenharia de Materiais 
 
 
 
 
 
Relatório técnico final apresentado no 
Programa de Iniciação Científica PIBIC 
do Centro Federal de Educação 
Tecnológica de Minas Gerais como 
requisito parcial para obtenção do 
certificado de participação no Programa 
PIBIC FAPEMIG regido pelo Edital No 
104/15. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aprovado em: / / / 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Dr. Paulo Renato Perdigão Paiva 
 
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RESUMO: 
 
 
A vermiculita é um grupo de filossilicatos hidratados de ferro, magnésio e alumínio do grupo 
das esmectitas cuja fórmula molecular pode ser expressa por 
(Mg,Fe2+,Al)3[(Si,Al)4O10][OH]2.4H2O (Back & Mandarino, 2008). A presenc¸a de mole´culas 
de a´gua localizadas no espac¸o interlamelar da estrutura da vermiculita conferem a 
propriedade de piroexpansa˜o do mineral. Essas moléculas de água, quando aquecidas de 
forma rápida, a temperaturas elevadas transformam-se em correntes de ar quente e causam 
aumento no volume do mineral. Esse processo, chamado de expansão térmica, confere ao 
produto final múltiplas aplicações industriais (UGARTE, 2005). 
 
No presente trabalho, buscou-se avaliar a expansão térmica da vermiculita in situ caracterizando 
as mudanças de fases cristalinas que ocorrem durante o seu aquecimento e resfriamento 
utilizando uma rampa de temperatura preestabelecida. Para caracterização da amostra utilizou- 
se as seguintes técnicas: microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise exploratória 
diferencial (DSC) e difração de raios X (DRX). 
 
A morfologia lamelar foi revelada nas amostras expandidas (MEV) evidenciando o aumento de 
volume com a liberação de moléculas de água que se encontrava ligada ao material. Parte dessa 
água na forma adsorvida pode ser observada através da análise de DSC realizada. Os ensaios 
de difração de raios X mostraram que a vermiculita é a fase predominante na amostra não 
expandida. Durante o tratamento térmico das amostras ocorre uma diminuição do espaçamento 
basal que pode ser associado a sua transformação de fase apresentada nos difratogramas. As 
fases identificadas durantes os ciclos térmicos sugerem que as transformações de fase relativas 
ao primeiro pico de cada gráfico são reversíveis, ou seja, durante o resfriamento de cada etapa 
ocorre o reaparecimento do pico principal de vermiculita, isso para temperaturas de ate 600°C. 
 
 
 
PALAVRAS CHAVE: Vermiculita, expansão térmica, difração de raios X. 
 
4 
 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
Figura 1 - Esquema da estrutura cristalina de uma vermiculita. ............................................... 12 
Figura 2 - Estruturas: (a) da flogopita; (b) da vermiculita com cátions de Mg hidratado nas 
regiões entre camadas de H2O e (c) estratificada de flogopita com vermiculita. ...................... 14 
Figura 3 - Vermiculita natural, expandida e partícula expandida .............................................. 16 
Figura 4 - Diversos usos de vermiculita expandida ................................................................... 16 
Figura 5 - Sistema de peneiras – Serie Tyler com agitador eletro-magnético ........................... 23 
Figura 6 - Amostra de Vermiculita retida em peneira MESH 100. ............................................ 24 
Figura 7 - Equipamento para análise de FRX – LION / BRUKER ........................................... 25 
Figura 8 - Fluxograma: Elaboração de pastilhas ...................................................................... 25 
Figura 9 - Pastilhas elaboradas para análise FRX: Pastilha 1- Pastilha diluída (Past_D) e Pastilha 
2- Pastilha Concentrada (Past_C). ............................................................................................ 25 
Figura 10 - Imagens obtidas no MEV para as Amostra AM1 na temperatura 30 oC e com 
aumento de 50X e 500X, respectivamente. .............................................................................. 30 
Figura11 - Imagens obtidas no MEV para as Amostra AM3 na temperatura 300 oC e com 
aumento de 50X e 500X, respectivamente. .............................................................................. 30 
Figura 12 - Imagens obtidas no MEV para as Amostra AM6 na temperatura 600 oC e com 
aumento de 50X e 500X, respectivamente. .............................................................................. 30 
Figura 13 - Gráfico obtido na análise de DSC ........................................................................... 31 
Figura 14 - Difratograma da amostra de vermiculita crua (amostra 01). .................................. 32 
Figura 15 - Difratograma da amostra 01 no aquecimento (AM12) e resfriamento (AM11) ..... 33 
Figura 16 - Difratograma da amostra 02 de vermiculita no aquecimento (AM2) e resfriamento 
(AM21) ..................................................................................................................................... 33 
Figura 17 - Difratograma da amostra 03 de vermiculita no aquecimento (AM3) e resfriamento 
(AM31) ..................................................................................................................................... 34 
Figura 18 - Difratograma da amostra 04 de vermiculita no aquecimento (AM4) e resfriamento 
(AM41). .................................................................................................................................... 34 
Figura 19 - Difratograma da amostra 05 de vermiculita no aquecimento (AM5) e resfriamento 
(AM51) ..................................................................................................................................... 35 
Figura 20 - Difratograma da amostra 06 de vermiculita no aquecimento (AM6) e resfriamento 
(AM61). .................................................................................................................................... 35 
Figura 21 - Difratograma da amostra 07 de vermiculita no aquecimento de 700 oC, 800 oC e 
900 oC ...................................................................................................................................... 38 
 
5 
 
 
LISTA DE TABELAS 
Tabela 1 – Capacidade de troca de cátions de alguns argilominerais. ...................................... 13 
Tabela 2 – Principais depósitos de vermiculita identificados no Brasil. ................................... 15 
Tabela 3 – Reserva e produção mundial. ...................................................................................17 
Tabela 4 – Percentual de perda ao fogo para a amostra de vermiculita crua .............................. 28 
Tabela 5 – Distância interplanar: ciclos térmicos realizados nas amostras de vermiculit. ....... 29 
Tabela 6 – Composição química da vermiculita estudada (%) .................................................. 36 
 
6 
 
 
 
SUMÁRIO 
I INTRODUÇÃO ...................................................................................................................... 8 
1.1 Objetivos gerais .................................................................................................................. 10 
1.2 Objetivos específicos ...................................................................................................... 10 
2 REVISÃO LITERÁRIA ..................................................................................................... 11 
2.1 Vermiculita ..................................................................................................................... 11 
2.1.1 Capacidade de troca de cátions ................................................................................ 12 
2.1.2 Características mineralógicas .................................................................................. 13 
2.1.3 Vermiculita expandida ............................................................................................. 15 
2.1.4 Reserva e produção mundial ................................................................................... 17 
2.2 Fluorescência de raios X................................................................................................. 18 
2.3 Difração de raios X (DRX) ............................................................................................. 19 
2.4 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) .......................................................... 21 
2.5 Análise Térmica – Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) .................................. 21 
3 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................................... 22 
3.1 Materiais e Equipamentos .............................................................................................. 22 
3.2 Classificação granulométrica .......................................................................................... 23 
3.3 Perda ao fogo .................................................................................................................. 24 
3.4 Análises de Caracterização ............................................................................................. 24 
3.4.1 Fluorescência de raios X.......................................................................................... 24 
3.4.2 Difração de raios X (DRX) ...................................................................................... 26 
 
3.4.3 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) .........................................................28 
 
3.4.4 Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)..........................................................28 
 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO .........................................................................................28 
 
 4.1 Perda ao fogo .............................................................................................................28 
 4.2 Fluorescência de Raios X (FRX)...............................................................................29 
 
 4.3 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) ..........................................................29
 
 
7 
 
 
 
4.2 Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)..................................................................31 
 
4.5 Difração de Raios X (DRX) ............................................................................................31 
 
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS...............................................................................................39 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................................................................................40
8 
 
 
 
 
I INTRODUÇÃO 
 
 
A vermiculita é um grupo de filossilicatos hidratados de ferro, magnésio e alumínio do grupo 
das esmectitas cuja fórmula molecular pode ser expressa por 
(Mg,Fe2+,Al)3[(Si,Al)4O10][OH]2.4H2O (Back & Mandarino, 2008). Assim como as micas, 
possui clivagem basal perfeita o que lhe confere a capacidade de dividir-se em lâminas. Sua 
estrutura compreende arranjos de uma folha octaédrica entre duas folhas tetraédricas, 
empilhados por cátions interlamelares (particularmente Mg, mas também Na, K e Ca) 
hidrolisados (Ugarte et al. 2005; Meunier, 2005 apud Costa, 2009). 
 
A excelente capacidade de troca catiônica é uma importante característica da vermiculita. Este 
comportamento pode ser explicado devido à presença de íons positivos como Mg2+, Ca2+, K+. 
Nos sítios interlamelares as ligações desses íons são relativamente fracas, permitindo sua 
remoção e substituição estequiométrica sem alteração da estrutura de tais camadas 
(COSTA,2009). 
 
A presenc¸a de mole´culas de a´gua localizadas no espac¸o interlamelar da estrutura da 
vermiculita conferem a propriedade de piroexpansa˜o do mineral. E o valor comercial da 
vermiculita está, exatamente, na camada de moléculas de água que intercala as camadas de 
alumínio e silício na estrutura do mineral, a qual responde pelo seu elevado índice de expansão. 
Essas moléculas de água, quando aquecidas de forma rápida, a temperaturas elevadas 
transformam-se em correntes de ar quente e causam aumento no volume do mineral. Esse 
processo, chamado de expansão térmica, confere ao produto final múltiplas aplicações 
industriais (UGARTE, 2005). A essa vermiculita modificada dá-se o nome de vermiculita 
expandida e, nesta forma, suas propriedades físicas proporcionam seu uso em diversas áreas. 
Devido à baixa condutividade térmica e pequena propagação sonora, a vermiculita é utilizada 
como isolante térmico e acústico na construção civil. Na horticultura pode ser usada na areação 
do solo, retendo umidade e estimulando a absorção de nutrientes pelas raízes das plantas; na 
indústria pode ser utilizada em embalagens industriais pela baixa elasticidade, baixa densidade 
e elevada capacidade de absorção e adsorção (COSTA, 2009). 
 
 
. 
9 
 
 
 
 
A vermiculita expandida no Brasil encontra dezenas de aplicativos incluindo: isolante térmico 
e de som, concreto leve, painéis e divisórias internas, portais a prova de fogo, agricultura 
hidropônica, condicionador de solos, veículo para fertilizantes e pesticidas, e absorvedor de 
óleo, graxas e metais pesados. Os produtores brasileiros, individualmente e em parceria com 
universidades, já estão envolvidos com algum desenvolvimento tecnológico a nível de 
beneficiamento e aplicativos na indústria de transformação. Entretanto, carecem de Centros 
Tecnológicos de referência nacional, pesquisadores especializados e laboratórios credenciados 
para analises físico-química (ELPIDIO, 2006). 
 
Dessa forma, visando contribuir com informações cientificas relevantes relacionadas à 
expansão da vermiculita, esse trabalho propõe investigar seu comportamento térmico. Buscou- 
se, identificar as fases cristalinas presentes em cada etapa de aquecimento e resfriamento da 
vermiculita utilizando principalmente a técnica de caracterização por Difração de raios X. 
10 
 
 
 
 
1.1 Objetivos gerais 
 
 
O objetivo deste trabalho é estudar e avaliar o comportamento físico e químico da vermiculita 
durante o processo de expansão térmica. 
 
 
1.2 Objetivos específicos 
 
 
Como objetivos específicos podem-se listar: 
 Avaliação da expansãotérmica da vermiculita utilização a difração de raios X in situ. 
 Avaliação da expansão térmica da vermiculita utilização a microscopia eletrônica de 
varredura. 
 Análise da influência da temperatura sob a expansão da vermiculita. 
 Avaliação das propriedades da vermicula com as transformações de fases que possam 
ocorrer durante o processo de expansão térmica, buscando informações que podem 
auxiliar no controle de sua aplicabilidade. 
11 
 
 
 
 
2 REVISÃO LITERÁRIA 
 
 
2.1 Vermiculita 
 
 
A vermiculita, (Mg, Fe)3 [(Si, Al)4 O10] [OH]2 4H2O, ´e um aluminosilicato hidratado de 
magne´sio, ferro e alumı´nio com apareˆncia mica´cea, formato lamelar e clivagem basal. 
O termo vermeculita e utilizado tambe´m para designar comercialmente um grupo de 
minerais mica´ceos constitu´ıdo por cerca de dezenove variedades de silicatos hidratados de 
magne´sio e alumı´nio, com ferro e outros elementos (PERALTA, 2009 apud UGARTE; 
SAMPAIO; FRANC¸ A, 2005). 
 
A estrutura cristalina lamelar é formada pela célula unitária do grupo do argilomineral 2:1, que 
contém duas camadas tetraédricas de silício (tetracoordenado) e uma camada octaédrica de 
alumínio (hexacoordenado) entre elas. Os grupos tetraédricos e octaédricos têm seus vértices 
compostos por átomos ou íons oxigênio e íons hidroxila, que estão ao redor de pequenos 
cátions, destacando Si4+ e Al3+, eventualmente Fe3+e Fe2+, nos grupos tetraédricos, e Al3+, Mg2+, 
Fe2+, Fe3+ e Ti4+, e eventualmente Cr3+, Mn2+, Zn2+ e Li+, nos grupos octaédricos, geralmente 
com certo grau de substituição isomórfica. Todas as posições da camada octaédrica podem ser 
preenchidas (forma trioctaédricas) ou somente dois terços delas podem estar preenchidos 
(formas dioctaédricas) (AGUIAR E NOVAES, 2002; MUNOZ E CASTELLÓ, 2003). 
 
É importante mencionar que a estrutura cristalina tetraédrica ou octaédrica favorece a troca 
catiônica ao processo de intercalação da vermiculita, em que nova classe de materiais pode se 
formar, com a adsorção do agente intercalante, assim como sua aplicação na remoção de metais 
pesados e adsorção de óleo da indústria petrolífera (Ugarte e Monte, 2005A; Ugarte e Monte, 
2005B; Santos e Masini, 2007). 
 
De acordo com Souza, (1975 apude Peralta 2009), a presenc¸a de mole´culas de ´agua 
localizadas no espac¸o interlamelar da estrutura da vermiculita conferem a propriedade da 
piroexpansa˜o, quando aquecida a uma temperatura acima dos 250oC a vermiculita se 
expande abruptamente na direc¸a˜o normal a` superf´ıcie das placas, isto devido a` liberac¸a˜o 
ra´pida das mole´culas de a´gua na forma de vapor, como consequ¨eˆncia a` piroexpansao o 
macrocristal de vermiculita aumenta seu volume, diminui sua densidade, aumenta a sua ´area 
12 
 
 
 
 
superficial e diminui sua capacidade de troca de ca´tions significativamente (SOUZA - 
SANTOS, 1975b). 
 
Figura 1: Esquema da estrutura cristalina de uma vermiculita. 
 
 
Fonte: GRIM (1968) adaptada por Vieira Coelho (1986) 
 
 
2.1.1 Capacidade de troca de cátions 
 
 
A capacidade de trocar e reter ´ıons na superf´ıcie e no espac¸o interlamelar existente entre 
as camadas da estrutura cristalina dos argilominerais ´e uma propriedade de enorme 
importaˆncia em todas as a´reas onde os argilominerais sa˜o utilizados, umavez que os ´ıons 
troca´veis influem fortemente nas propriedades f´ısico- qu´ımicas e tecnolo´gicas dos 
argilominerais (PERALTA, 2009). A capacidade de troca de ca´tions (CTC) de um 
argilomineral pode ser definida como a quantidade de ca´tions dispon´ıveis para serem 
trocados num determinado pH (BERGAYA; THENG; LAGALY, 2006). A CTC esta 
relacionada com a quantidade de cargas negativas presentes na estrutura cristalina, 
ocasionadas pelas substituic¸o˜es isomo´rficas nas folhas de octaedros e de tetraedros, e a 
carga gerada pelas ligações quebradas nas arestas das folhas, que dependendo do pH podem 
ser completadas com H3O
+, H2O ou OH
−. Nas vermiculitas, 80% da capacidade de troca 
de ca´tions se deve a substituic¸a˜o na estrutura cristalina nas camadas 2:1 e o restante `as 
13 
 
 
 
 
superf´ıcies laterais da partícula (SOUZA-SANTOS, 1975a). A tabela 1 apresenta os valores 
de troca de cátions associados a alguns argilominerais em meq/100g. 
 
Tabela 1: Capacidade de troca de cátions de alguns argilominerais. 
 
Meq/ 100g 
Caulinita 3 – 15 
Haloisita. 2 H2O 5 – 10 
Haloisita. 4 H2O 40 – 50 
Montmorilonita 70 – 120 
Vermiculita 130 – 210 
Ilita 10 – 40 
Micas (biotita, moscovita) Acima de 5 
Clorita 10 – 40 
Sepiolita, Paligorsquita 20 - 30 
 
 
Fonte: BERGAYA; LAGALY; M., 2006. 
 
 
2.1.2 Características mineralógicas 
 
 
A vermiculita tem semelhança com um grupo micácio. De acordo com Tanner Jr (1994 apud 
Ugarte) Mica é um termo genérico aplicado a um grupo de minerais aluminosilicatados 
complexos, com estrutura lamelar e com diferentes composições químicas e propriedades 
físicas. As micas formam cristais planos hexagonais, com clivagem bem marcada, paralela à 
direção das superfícies planas, o que lhes confere a propriedade de delaminação (se dividir em 
lâminas). A vermiculita é um silicato hidratado de formato lamelar, contendo quantidades 
variáveis de ferro, magnésio, potássio e alumina. Suas características físicas são as mesmas das 
micas, no que se refere à clivagem típica, separando-se em finas lamelas flexíveis, porém sem 
elasticidade. Suas cores variam do bronze ao amarelo-amarronzado, com brilho perolado típico. 
A dureza do mineral pode variar de 2,1 a 2,8, na escala Mohs, com massa específica de 2,5 
g/cm3. 
 
As micas, especialmente a muscovita, são amplamente utilizadas na indústria devido às suas 
excepcionais propriedades físicas, químicas, elétricas, térmicas e mecânicas. Flogopita e 
vermeculita são as seguintes, na ordem de importância industrial. A biotita ainda não possui 
larga aplicação, devido ao elevado teor de ferro na sua estrutura. 
14 
 
 
 
 
A vermiculita, particularmente, é um mineral hidratado, que pode resultar da alteração de uma 
mica, mais comumente a biotita. Os minerais comumente associados à vermiculita são: a biotita, 
hidrobiotita, piroxenita, apatita, anfibólio, sienito, serpentinito, flogopita, diopsídio, clorita, 
amianto, talco e minerais argilosos. Estudos da caracterização tecnológica (Ugarte et al., 2004) 
mostraram que as vermiculitas de Santa Luzia (PB) e Sancrelândia (GO) são compostas de 
camadas mistas interestratificadas de vermiculita com outras fases mineralógicas (talco, 
hidrobiotita, biotita e flogopita), que, dependendo do teor dessas impurezas, podem interferir no 
processo de expansão do mineral (UGARTE, 2008). 
 
A figura 2, ilustra um diagrama com estruturas da flogopita, vermiculita e uma estrutura mista 
estratificada, flogopita e vermiculita. 
 
Figura 2 – Estruturas: (a) da flogopita; (b) da vermiculita com cátions de Mg hidratado nas regiões entre 
camadas de H2O e (c) estratificada de flogopita com vermiculita. 
Fonte: Ugarte, 2008 apud Bigham et al., 2001. 
 
A vermiculita pode ser derivada da biotita, flogopita, diopsídio, hornblenda e serpentito por 
processos de intemperismo (até profundidade de 100m) ou alteração hidrotermal (abaixo de 
temperaturas de 350°C) de piroxenito, peridotitos, dunitos carbonatitos e anfibolitos 
(UGARTE, 2008). 
O fato de a vermiculita ser instável nas temperaturas acima de 350°C comprova a afirmação de 
que é possível a mesma, em profundidade da crosta terrestre, converter-se em biotita ou outros 
minerais como flogopita,diopsídio hornblenda ou serpentito. Este fato restringe o tamanho dos 
15 
 
 
 
 
depósitos desse mineral, cuja existência em profundidade é considerada uma exceção. Assim, 
justifica-se o número reduzido de minas subterrâneas desse mineral (UGARTE, 2008). 
 
Segundo Ugarte (2008) em decorrência de as alterações relativas ao processo de formação da 
vermiculita não serem completas, é comum a ocorrência do mineral intercalado com biotita ou 
clorita. Decorre deste fato, a existência de uma vermiculita natural de baixo valor agregado. Por 
outro lado, vermiculitas que resultaram da alteração da flogopita e biotita contêm partículas 
com granulometria grossa e, portanto, de boa qualidade. 
 
Segundo estudos geológicos, os depósitos brasileiros são divididos em dois tipos: 
(i) Os derivados de alteração da mica flogopita em carbonatitos e não silicática, como a maioria 
das rochas ígneas; 
(ii) Os derivados de alteração da biotita em complexos metamórficos máficos e ultramáficos 
serpentinizados, quando expostos ao desgaste intenso e modificação em temperaturas elevadas. 
A tabela 2 apresenta os principais tipos depósitos de vermiculita identificados no Brasil e suas 
reservas. 
 
Tabela 2 – Principais depósitos de vermiculita identificados no Brasil (percentagem de vermiculita). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Reis, 2002. 
 
2.1.3 Vermiculita expandida 
 
 
Segundo Ugarte et al (2009) O valor comercial da vermiculita está associado a presença da 
camada de moléculas de água que intercala as camadas de alumínio e silício na estrutura do 
mineral, a qual responde pelo seu elevado índice de expansão. Essas moléculas de água, quando 
aquecidas de forma rápida, a temperaturas elevadas transformam-se em correntes de ar quente 
16 
 
 
 
 
e causam aumento no volume do mineral. O ar aprisionado entre as partículas confere ao 
material excepcional capacidade de isolação termo-acústico. 
 
Em seu estado bruto, a vermiculita possui a cor escura, sendo que após aquecimento e expansão 
passa a ter coloração dourada, como pode ser visualizado na figura 3. 
 
Figura 3: Vermiculita natural, expandida e partícula expandida. 
 
Fonte: MONTEDOR, 2004. 
 
Esse processo, chamado de expansão térmica, confere ao produto final múltiplas aplicações 
industriais. Na forma expandida, a vermiculita é quimicamente ativa, biologicamente inerte, 
além de possuir baixa densidade. O mineral comercializado na forma expandida possui 
propriedades como baixos valores de massa específica aparente e de condutividade térmica. 
Essas características tornam o produto de vermiculita bastante atrativo, sendo utilizada 
principalmente nos setores de construção civil, agricultura, indústria de 
freios (automobilística), siderúrgicas, isolamento térmico e acústico, refratários, embalagens, 
argamassa isolantes, ração animal, absorventes químicos, pré- moldados, sendo conhecido mais 
de 100 utilizações do produto (figura 4). 
Figura 4: Diversos usos de vermiculita expandida. 
 
Fonte: Brasil Minérios. 
17 
 
 
 
 
2.1.4 Reserva e produção mundial 
 
 
Os depósitos e jazidas de vermiculita brasileiros encontram-se nos estados da Paraíba, Goiás e 
Piauí. As vermiculitas de Santa Luzia (PB) se compõem de camadas mistas interestratificadas 
de vermiculita com outras fases mineralógicas como: talco, hidrobiotita, biotita e flogopita. No 
estado do Piauí a vermiculita, minério, caracteriza-se por diversas associações de flogopita- 
vermiculita, piroxênio, diopsídio, anfibólio, hornblenda, hidrobiotita, alcalifeldspato e 
quantidades subordinadas de quartzo, apatita, titanita, turmalina e calcita (SILVA - UAMG). 
 
No mundo, destacam-se os depósitos de Libby, nos Estados Unidos, considerado o maior do 
mundo, e o de Palabora, na África do Sul (BIRKETT e SIMANDI, 1999; SIMANDI et al., 
1999). De acordo com Paula (2014, p. 122), a líder na produção de vermiculita em 2013 foi a 
África do Sul, com 29,9% da produção, seguida pelos Estados Unidos da América (EUA), 
com 23,0%, e Brasil, com 15,6%. 
 
Os dados de reservas mundiais de vermiculita somente foram disponibilizados por Brasil, 
África do Sul, EUA e Índia sendo que as reservas brasileiras são de minério contido. Segundo 
o United States Geological Survey (USGS), nem sempre ficam claros os tipos de dados 
disponibilizados por alguns outros países. 
 
Tabela 3 - Reserva e produção mundial. 
 Reserv as (10
3
t) Produção 
Paises 2013
(p)
 2012
(r)
 2013
(p)
 (%) 
Brasil 6.300
(2)
 51.986 68.014 15,6 
África do Sul 14.000 140.000 130.000 29,9 
Estados Unidos da América 25.000 100.000 100.000 23,0 
China - 15.000 50.000 11,5 
Rússia - 25.000 25.000 5,7 
Bulgária - 19.000 20.000 4,6 
Índia 1.700 13.000 20.000 4,6 
Uganda - 8.000 12.000 2,8 
Austrália - 13.000 - - 
Outros países 15.000 26.000 10.000 2,3 
TOTAL
(1)
 62.000 410.986 435.014 100 
 
Fonte: DNPM/DIPLAM e USGS – Mineral Commodity Summaries 2014. 
(1) Apenas reservas divulgadas; (2) minério Contido; (p) dados preliminares; (r) dados revisados. 
 
No ano de 2013, os Estados de Goiás (85,5%), Pernambuco (4,2%), Paraíba (7,8%) e Bahia 
(2,5%) foram responsáveis pela produção de 68.014 toneladas de vermiculita beneficiada. A 
produção aumentou em 5,8% comparada com o ano de 2012, aparentemente pela diminuição 
18 
 
 
 
 
significativa da importação e aumento da exportação registrada no ano de 2013 (PAULA, 2014. 
Pag. 123). 
 
Em relação à importação de vermeculita não expandida, segundo Paula (2014), houve um 
decréscimo significativo de 58,8% na quantidade importada em 2013, em relação ao ano 
anterior. E as exportações (vermiculita não expandida) cresceram 11,3% em quantidade e 2,7% 
em valor com relação ao ano anterior, mas o preço médio decresceu 7,8%. Foram exportadas 
40,7 mil t, totalizando uma receita de US$ 12,8 milhões, a um preço médio de US$ 313,62/t 
(FOB). Os principais países de destino das exportações foram EUA (38%), França (10%), 
Emirados Árabes Unidos (10%) e México (9%). 
 
Em 2013, houve um aumento significativo no consumo aparente de vermiculita no Brasil, 
observado pelo incremento de 30,8% na produção. O consumo aparente correspondeu a 27.259 
t, destinado principalmente para a agricultura e construção civil. A empresa detentora dos 
direitos minerários, a Brasil Minérios Ltda., sediada no município de São Luiz dos Montes 
Belos, é a maior produtora de vermiculita da América do Sul, e pretende aumentar sua produção 
de 60 mil toneladas/ano para cerca de 100 mil toneladas/ano até o ano de 2020. 
(PAULA, 2014. Pag. 123). 
 
 
2.2 Fluorescência de raios X 
 
 
A análise por fluorescência de raios-X pode ter fins qualitativos ou quantitativos e se baseia na 
medição das intensidades dos raios-X característicos emitidos pelos elementos que constituem 
a amostra, quando excitada por partículas como elétrons, prótons ou íons produzidos em 
aceleradores de partículas ou ondas eletromagnéticas, além do processo mais utilizado que é 
através de tubos de raios-X (MELO JÚNIOR, 2007 apud SANTOS, 2013). 
 
Quando os elétrons da camada mais interna do átomo (por exemplo, K e L) interagem com 
fótons com energia na região dos raios-X, pode ocorrer a foto ejeção desses elétrons, criando- 
se uma vacância. Para promover a estabilidade, ocorre imediatamente o preenchimento das 
vagas eletrônicas por elétrons das camadas mais próximas. Como resultado, há um excesso de 
energia no processo, que é manifestado na forma de emissão de raios-X característicos de cada 
átomo presente na amostra (JENKINS, 1999 apud SANTOS, 2013).19 
 
 
 
 
A FRX mostra-se como uma técnica muito versátil, podendo ser aplicada em diversas amostras, 
incluindo as de estado sólido e líquidas, sem necessitar de tratamento exaustivo para a 
preparação destas matrizes, e também oferecendo a grande vantagem de ser uma técnica 
analítica não destrutiva (SKOOG et al., 2009) 
 
A FRX também é bastante utilizada em aplicações industriais, que freqüentemente requerem 
rotinas analíticas rápidas para controle de qualidade de seus produtos, assim como as análises 
exploratórias utilizadas em geologia. Permite a análise de ligas, pigmentos, rochas, cerâmicas 
e inúmeros outros materiais que compõem obras artísticas, tornando-se assim uma ferramenta 
importante, em especial se realizada in situ, para identificação de materiais e de seus eventuais 
produtos de corrosão, para determinação de origem, processamento e uso, compreensão de seus 
processos de deterioração, definição de métodos de preservação e restauração, bem como 
autenticação (NEIVA et al, 2006 apud SANTOS, 2013). Para tais determinações, faz-se uso do 
espectrômetro de fluorescência de raios-X que utiliza radiação primária para provocar emissão 
fluorescente na amostra. Os raios-X primários são produzidos no tubo por diferença de 
potencial entre um cátodo, geralmente filamento de tungstênio, e um ânodo (metal). Pode-se 
usar também, fonte de material radioativo ou elétrons acelerados num campo elétrico 
(CIENFUEGOS & VAITSMAN, 2000 apud SANTOS,2013). 
 
2.3 Difração de raios X (DRX) 
 
 
A difratometria de raios X corresponde a uma das principais técnicas de caracterização 
microestrutural de materiais cristalinos, encontrando aplicações em diversos campos do 
conhecimento, mais particularmente na engenharia e ciências de materiais, engenharias 
metalúrgica, química e de minas, além de geociências, dentre outros (KAHN, 2016). A 
principal aplicação da difração de raios X refere-se à identificação de compostos 
cristalinos, sejam eles inorgânicos ou orgânicos. 
 
Segundo Kahn (2016), os raios X ao atingirem um material podem ser espalhados 
elasticamente, sem perda de energia pelos elétrons de um átomo (dispersão ou 
espalhamento coerente). O fóton de raios X após a colisão com o elétron muda sua 
trajetória, mantendo, porém, a mesma fase e energia do fóton incidente. Se os átomos 
que geram este espalhamento estiverem arranjados de maneira sistemática, como em 
uma estrutura cristalina, apresentando entre eles distâncias próximas ao do comprimento 
20 
 
 
 
 
de onda da radiação incidente, pode-se verificar que as relações de fase entre os 
espalhamentos tornam-se periódicas e que efeitos de difração dos raios X podem ser 
observados em váriosângulos (KAHN, 2016). 
 
Considerando-se dois ou mais planos de uma estrutura cristalina, as condições para que 
ocorra a difração de raios é expressa pela lei de Bragg, ou seja n  = 2 d sen (Figura 2), 
onde  corresponde ao comprimento de onda da radiação incidente, “n” a um número 
inteiro (ordem de difração), “d” à distância interplanar para o conjunto de planos hkl 
(índice de Miller) da estrutura cristalina e  ao ângulo de incidência dos raios X (medido 
entre o feixe incidente e os planos cristalinos) (KAHN,2016). 
 
De acordo com Kahn (2016) a intensidade difratada, dentre outros fatores, é dependente 
do número de elétrons no átomo; adicionalmente, os átomos são distribuídos no espaço, 
de tal forma que os vários planos de uma estrutura cristalina possuem diferentes 
densidades de átomos ou elétrons, fazendo com que as intensidades difratadas sejam, por 
conseqüência, distintas para os diversos planos cristalinos. 
 
Os planos de difração e suas respectivas distâncias interplanares, bem como as 
densidades de átomos (elétrons) ao longo de cada plano cristalino, são características 
específicas e únicas de cada substância cristalina, da mesma forma que o padrão 
difratométrico por ela gerado (equivalente a uma impressão digital). 
 
Um banco de dados contendo informações cristalográficas básicas e algumas 
propriedades físicas de compostos cristalinos é mantido e continuamente atualizada pelo 
ICDD, International Center for Diffraction Data, com sede nos EUA. Atualmente são 
disponíveis informações referentes a mais de 70.000 compostos cristalinos, sendo que 
as mais importantes, para fins de identificação de um composto cristalino, são as 
distâncias interplanares e as intensidades difratadas normalizadas (relativas a 100%) 
para os vários planos (hkl) que difratam construtivamente os raios X (KAHN, 2016). 
21 
 
 
 
 
2.4 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) 
 
 
A principal função de qualquer microscópio é tornar visível ao olho humano o que for muito 
pequeno para tal. A forma mais antiga e usual é a lupa seguida do microscópio óptico, que 
ilumina o objeto com luz visível ou luz ultravioleta. O limite máximo de resolução dos 
microscópios ópticos é estabelecido pelos efeitos de difração devido ao comprimento de onda 
da radiação incidente. Os microscópios ópticos convencionais ficam, então, limitados a um 
aumento máximo de 2000 vezes, porque acima deste valor, detalhes menores são 
imperceptíveis. Para aumentar a resolução pode-se utilizar uma radiação com comprimento de 
onda menor que a luz visível como fonte de iluminação do objeto (KESRENBACHK, 1994). 
 
Um microscópio eletrônico de varredura (MEV) utiliza um feixe de elétrons no lugar de fótons 
utilizados em um microscópio óptico convencional, o que permite solucionar o problema de 
resolução relacionado com a fonte de luz branca. O MEV é um aparelho que pode fornecer 
rapidamente informações sobre a morfologia e identificação de elementos químicos de uma 
amostra sólida. Sua utilização é comum em biologia, odontologia, farmácia, engenharia, 
química, metalurgia, física, medicina e geologia. Alem disso é um dos mais versáteis 
instrumentos disponíveis para a observação e análise de características micro estruturais de 
objetos sólidos. A principal razão de sua utilidade é a alta resolução que pode ser obtida quando 
as amostras são observadas; valores da ordem de 2 a 5 nanômetros são geralmente apresentados 
por instrumentos comerciais, enquanto instrumentos de pesquisa avançada são capazes de 
alcançar uma resolução melhor que 1 nm (NAGATANI et al. 1987). 
 
2.5 Análise Térmica – Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) 
 
 
Esta técnica mede a diferença de energia necessária à substância e a um material de referência, 
inerte de modo térmico, enquanto ambos são submetidos a uma variação controlada de 
temperatura31. Essas variações são devidas a processos físicos e químicos como, fusão, 
decomposição ou transição de uma fase cristalina para outra30. A calorimetria exploratória 
diferencial permite medidas da diferença de energia fornecida a uma substância e a um 
material de referência, em função da temperatura, enquanto a substância e o material de 
referência são submetidos a uma programação controlada de temperatura (SALIM, 2005). 
Estas medidas fornecem dados qualitativos e quantitativos em relação a mudanças físicas e 
químicas que envolvem processos endotérmicos e exotérmicos ou mudanças de massa na 
22 
 
 
 
 
capacidade calorífica. Pode-se citar algumas informações sobre caracterização e medidas 
específicas como: transição vítrea, temperatura e tempo de cristalização, ponto de fusão, calor 
específico, oxidação, estabilidade térmica, cinética de reação, etc. De acordo com o método 
de medição utilizado, existem dois tipos de equipamentos de DSC: DSC-fluxo de calor e DSC 
- compensação de potência. 
 
 
No DSC a amostra e a referência são aquecidas por uma única fonte de calor e colocadasem 
cadinhos idênticos. O calor é transferido através do disco para a amostra e a referência e o 
fluxo de calor diferencial entre os dois cadinhos é controlado por termopares conectados 
abaixo dos cadinhos. Desta forma, a curva calorimétrica é apresentada na forma de diferença 
de temperatura entre a amostra e a referência em função do tempo ou da temperatura. Já no 
DSC de compensação de potência, a amostra e a referência são aquecidas e resfriadas 
individualmente. Garante-se uma diferença de temperatura entre a amostra e a referência, 
devido à absorção ou perda de calor; a potência nos aquecedores individuais é ajustada de 
forma que restaure o equilíbrio (SALIM, 2005). 
 
O maior número de aplicações da técnica de DSC está concentrada no estudo de compostos 
poliméricos para determinação do calor específico, de cristalização e de fusão, e das entalpias 
de fusão, cristalização e de reação. 
 
3 MATERIAIS E MÉTODOS 
 
 
3.1 Materiais e Equipamentos 
 
 
Materiais: 
 Amostra: Vermiculita in natura fornecidas pelo Centro de Tecnologia Mineral do Rio 
de Janeiro (CETEM/RJ); 
 Reagente para pastilha: Acido bórico; 
 Cadinhos de porcelana. 
 
 
Equipamentos: 
 Agitador eletro-magnético; 
 Bbalança analítica; 
 Peneiras da serie Tyler; 
23 
 
 
 
 
 Prensa (HERZOG); 
 Mufla. 
 Espectrômetro de fluorescência de raio (S8 LION, BRUKER); 
 Difratômetro de raios X Shimadzu, modelo EDX-720; 
 Calorimetria diferencial (DSC): equipamento Shimadzu, modelo DSC-60; 
 Microscópio eletrônico de varredura Shimadzu, modelo SSX 550. 
 
 
3.2 Classificação granulométrica 
 
 
As amostras cruas foram submetidas ao processo de peneiramento utilizando peneiras da séria 
Tyler e agitador mecânico, como ilustrado na figura 5. O conjunto foi agitado durante três 
etapas de dez minutos cada. A fração retida na peneira de MESH 100 (figura 6) que equivalente 
a 0,150mm foi utilizada para os ensaios de caracterização. 
 
Figura 5: Sistema de peneiras – Serie Tyler com agitador eletro-magnético. 
Fonte: Próprio autor. 
24 
 
 
 
 
Figura 6: Amostra de Vermiculita retida em peneira MESH 100. 
 
Fonte: Próprio autor. 
 
 
3.3 Perda ao fogo 
 
 
Mediu-se a massa inicial de um cadinho de porcelana, tarou-se a balança e adicionou-se 
aproximadamente 2,000g de amostra. Levou-se o conjunto (cadinho mais amostra) ao forno por 
1h em temperatura de 150°C. Retirou-se o cadinho com amostra do forno e levou-o ao 
dessecador. Aguardou-se até o conjunto entrar em equilíbrio térmico. Mediu-se a massa do 
conjunto. Realizou-se o procedimento mais duas vezes para tratamento de dados. 
 
3.4 Análises de Caracterização 
 
 
3.4.1 Fluorescência de raios X 
 
 
A composição química das amostras foi determinada por analise de FRX, equipamento S8 
LION / BRUKER (figura 7), realizada no laboratório de Difração de raios X da UFMG. 
25 
 
 
 
 
Figura 7: Equipamento para análise de FRX – LION / BRUKER 
 
Fonte: Próprio autor. 
 
O fluxograma 1 mostra o procedimento para produção das pastilhas de 3 cm de diâmetro cada 
(figura 8) para a análise de FRX. 
Fluxograma 1 – Elaboração de pastilhas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Próprio autor. 
Figura 9 - Pastilhas elaboradas para análise FRX: Pastilha 1- Pastilha diluída (Past_D) e Pastilha 2- Pastilha 
Concentrada (Past_C). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Próprio autor. 
26 
 
 
 
 
3.4.2 Difração de raios X (DRX) 
 
 
As fases presentes foram identificadas através de analises utilizando forno acessório acoplado 
ao equipamento EDX Shimadzu, operando com radiação Cukα (20KV e 30mA). O ângulo de 
detecção variou entre 3° e 60° com passo de 0,02°/seg. O tempo de exposição nas temperaturas 
escolhidas para cada análise foi de 5 minutos. A interpretação qualitativa dos padrões de DRX 
foi efetuada por comparação com os padrões contidos no banco de dados PDF-02 (ICDD, 
2003). 
 
Foram realizadas seis (7) análises in situ em diferentes temperaturas. Cada análise foi realizada 
com uma porção individual da amostra. A metodologia de aquecimento e resfriamento das 
analises foi feita da seguinte forma: 
 
Amostra 01: 
AM1: 30°C (Temperatura ambiente) 
AM12: Aquecimento - 100°C 
AM11: Resfriamento - 30°C 
 
Amostra 02: 
AM2: Aquecimento - 200°C 
AM21: Resfriamento - 30°C 
 
Amostra 03: 
AM3: Aquecimento - 300°C 
AM31: Resfriamento - 30°C 
Amostra 04: 
AM4: Aquecimento - 400°C 
AM41: Resfriamento - 30°C 
 
Amostra 05: 
AM5: Aquecimento - 500°C 
AM51: Resfriamento - 30°C 
 
Amostra 06: 
AM6: Aquecimento - 600°C 
AM61: Resfriamento – 30°C 
 
Amostra 07: 
AM07: Aquecimento - 700°C, 800°C e 
900°C. 
28 
 
 
 
 
3.4.3 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) 
 
 
Utilizou-se os resultados da análise do MEV para averiguar a morfologia e tamanho das lamelas 
de vermiculita durante a expansão térmica. As análises foram realizadas no laboratório de 
caracterização do CEFET/MG. 
 
3.4.4 Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) 
 
 
A massa utilizada para análise foi de 10mg, o fluxo de calor utilizado foi de 10°C/min e a 
temperatura analisada foi de 25°C a 400°C. A análise foi realizada no laboratório de 
caracterização do CEFET/MG. 
 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
 
4.1 Perda ao fogo 
 
 
Os valores medidos e calculados estão representados na tabela 4. O percentual de água 
volatilizada (12%) está associado à água adsorvida, água de concentração e água contidas nos 
poros, uma vez que esses tipos de água são eliminados a temperaturas de 150°C (UGARTE, 
2008). 
Tabela 4 – Percentual de perda ao fogo para a amostra de vermiculita crua. 
 
Temperatura: 150°C 
 
Amostra Massa (g) 
cadinho 
Massa (g) 
amostra 
inicial 
Massa (g) do 
cadinho com a 
amostra inicial 
Massa(g) do 
cadinho com a 
amostra final 
Massa(g) 
volatiliza 
da 
 
01 
 
25,9400 
 
2,0064 
 
27,9464 
 
27,7040 
 
0,2424 
02 22,3927 2.0045 24,3972 24,1591 0,2381 
03 24,2402 2,0026 26,2428 26,0040 0,2388 
Media -------- 2.0045 -------- -------- 0,2397 
Perda ao 
fogo (%) 
 
12 
 
Fonte: Próprio autor. 
29 
 
 
 
 
4.2 Fluorescência de Raios X (FRX) 
 
 
Os resultados da composição química das vermiculitas cruas e expandidas obtidas pela 
fluorescência de raios X, são apresentados na tabela 5. As análises foram realizadas com 
pastilhas cruas (PCC) e expandidas (700 oC e 1000 oC) concentradas (PCE) e com pastilhas 
cruas (PCD) e expandidas (700 oC e 1000 oC) diluídas (PED), conforme fluxograma 1. Observa- 
se que houve uma pequena variação na composição química da amostra crua (valores médios) 
em comparação com a amostra expandida a 700°C, para alguns compostos. Entretanto, 
comparando-se o resultado obtido na temperatura de 700°C, este variou-se pouco em relação a 
temperatura de 1000°C. A composição química obtida para a vermiculita estudada está de 
acordo com a literatura (UGARTE, 2008). 
Tabela 5 – Composição química da vermiculita estudada (%) 
 
 Amostra 
 VCC PCD Média PEC PED Média PEC PED Média 
Compostos (%) (%) (%) 700°C) 700°C (%) 1000°C 1000°C (%) 
 (%) (%) (%) (%) 
MgO 26,67 31,82 29,24 36,49 36,45 36,47 42,98 36,54 39,76 
Al2O3 11,41 11,48 11,44 15,13 15,98 15,56 15,94 13,90 14,92 
SiO2 38,36 34,03 36,19 38,24 39,84 39,04 34,16 39,39 36,77 
CaO 0,78 0,32 0,55 ------- ------- ------- ------ 0,09 0,04 
TiO2 0,90 0,67 0,78 0,86 0,92 0,89 0,62 1,08 0,85 
Cr203 0,30------- 0,15 0,23 0,40 0,31 0,25 0,47 0,36 
MnO 0,11 0,21 0,16 0,17 0,12 0,14 0,10 0,13 0,11 
Fe203 9,46 9,48 9,65 8,84 6,27 7,55 5,94 8,39 7,16 
Ʃmedia 88,16 100 100 
PF 12% ------------ ------------ 
Fonte: Próprio autor. 
 
 
4.3 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) 
 
 
A morfologia, tamanho e expansão das lamelas de vermiculita estão evidenciadas nas imagens 
das figuras de 10 a 12. Observa-se na figura 4 (vermiculita crua (30°C)) a morfologia lamelar 
da vermiculita. Após o aquecimento as moléculas de água foram removidas em forma de vapor 
e pressão formada pressão provocou o afastamento das lamelas como pode ser visto na imagem 
das figuras 11 e 12, evidenciando o fenômeno de expansão que ocorreu na estrutura do mineral 
(MARTINS et al, 1998 apud UGART, 2004). 
30 
 
 
 
 
Figura 10: Imagens obtidas no MEV para as Amostra AM1 na temperatura 30 oC e com aumento de 50X e 
500X, respectivamente. 
 
Fonte: Próprio autor. 
 
Figura11: Imagens obtidas no MEV para as Amostra AM3 na temperatura 300 oC e com aumento de 50X e 
500X, respectivamente. 
 
Fonte: Próprio autor. 
 
Figura 12: Imagens obtidas no MEV para as Amostra AM6 na temperatura 600 oC e com aumento de 50X e 
500X, respectivamente. 
 
Fonte: Próprio autor. 
31 
 
 
 
 
4.4 Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) 
 
 
Observa-se na figura 13, a presença de dois picos endotérmicos nas temperaturas 131,16°C e 
225,41°C, respectivamente. Segundo Silva (2000), picos endotérmicos superiores a 110°C são 
característico de água de adsorção, enquanto picos visualizados em temperaturas próximas de 
500°C estão associados à água coordenada ligada particularmente ao magnésio. Portanto, 
atribui-se aos picos do gráfico da figura 13 a água adsorvida a vermiculita. 
 
Figura 13: Gráfico obtido na análise de DSC. 
 
Fonte: Próprio autor. 
 
4.5 Difração de Raios X (DRX) 
 
 
A figura 14 apresenta o difratograma da amostra 01, etapa correspondente a AM1 (vermiculita 
crua), ou seja, a temperatura de 30°C. O difratograma de raios X da vermiculita crua apresentou 
o pico característico desse argilomineral com uma distância interplanar de 14,7 Å na posição 2θ = 
6,1°. Outros picos característicos são observados nas posições 2θ = 12,2° (7,2762 Å), 18,3° (4,8371 
Å), 24,6° (3,6219 Å), 31,1° (2,8919 Å), 37,3° (2,4073 Å), 43,9° (2,061 Å), 50,7° (1,7996 Å), 54,5° 
(1,6817 Å) e 59,99° (1,5398 Å). Os resultados obtidos no trabalho de Ugarte et al. (2004) 
corroboram o observado neste caso. 
 
De acordo com Costa (2009) uma limitação da técnica de DRX para analisar as fases presentes 
no mineral vermiculita é o fato de comumente ocorrer como interestratificado com outros 
minerais como talco, hidrobiotita, outras esmectitas, illita, clorita, biotita e flogopita. A 
hidrobiotita não é reconhecida como mineral pela International Mineralogical Association 
32 
 
 
 
 
(Back & Mandarino, 2008), portanto não há arquivos com informações estruturais disponíveis, 
nem no InorganicCrystal Structure Database, nem em outros bancos de dados de estruturas de 
cristais. Isso dificulta a caracterização dos picos presentes nos difratogramas obtidos. 
 
Devido a esse problema, buscou-se analisar com mais detalhes o primeiro pico de cada gráfico 
atentando-se para as modificações ocorridas durante os vários ciclos térmicos experimentados. 
 
Figura 14- Difratograma da amostra de vermiculita crua (amostra 01). 
 
Fonte: Próprio autor. 
 
 
A figura 15 apresenta os difratogramas da amostra 01, quando submetida ao ciclo térmico 
correspondente a temperatura de 100°C. Observa-se que no difratograma obtido no 
aquecimento in situ a distancia interplanar do primeiro pico (tabela 6) e as características dos 
picos permaneceram praticamente invariáveis em comparação com a vermiculita crua. 
Entretanto, durante o resfriamento, ocorre deslocamento do primeiro pico e a formação de 
hidrobiotita concomitante com vermiculita. 
Vermiculita – V 
Talco – T 
Flogopita - P 
33 
 
 
 
 
 
Fonte: Próprio autor. 
 
 
A figura 16, 17,18, 19 e 20 apresentam os difratogramas para os outros ciclos. Observa-se que 
a partir do aquecimento em temperatura de 200°C (figura 16), ocorre mudança de fase da 
vermiculita em todos os ciclos térmicos até 600°C, sendo a fase principal identificada durante 
a expansão foi a flogopita. 
 
Ao analisar os gráficos das figuras 16 a 20, verifica-se a presença de vermiculita no pico 
principal após o resfriamento em todos os ciclos térmicos experimentados, isso pode sugerir 
que sua transformação de fase seja reversível até 600°C. 
 
Figura 16 – Difratograma da amostra 02 de vermiculita no aquecimento (AM2) e resfriamento (AM21) 
 
Fonte: Próprio autor. 
Vermiculita – V 
Talco – T 
Flogopita - P 
Hidrobiotita - H 
Vermiculita – V 
Talco – T 
Figura 15 – Difratograma da amostra 01 no aquecimento (AM12) e resfriamento (AM11) 
Vermiculita – V 
Talco – T 
Flogopita - P 
Vermiculita – V 
Talco – T 
Flogopita – P 
Hidrobiotita - H 
34 
 
 
 
 
Figura 17 - Difratograma da amostra 03 de vermiculita no aquecimento (AM3) e resfriamento (AM31) 
 
Fonte: Próprio autor. 
 
 
Figura 18 - Difratograma da amostra 04 de vermiculita no aquecimento (AM4) e resfriamento (AM41). 
 
Fonte: Próprio autor. 
Vermiculita – V 
Talco – T 
Flogopita - P 
Vermiculita – V 
Vermiculita – V 
Talco – T 
Flogopita - P 
Vermiculita – V 
Talco – T 
35 
 
Vermiculita – V 
Talco – T 
Quartzo - Q 
Vermiculita – V 
Talco – T 
Quartzo – Q 
Flogopita - F 
 
 
 
Figura 19 - Difratograma da amostra 05 de vermiculita no aquecimento (AM5) e resfriamento (AM51) 
Fonte: Próprio autor. 
 
 
Figura 20 - Difratograma da amostra 06 de vermiculita no aquecimento (AM6) e resfriamento (AM61). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Próprio autor. 
 
 
Analisando os dados de distancia interplanar (tabela 6), verifica-se que ocorre diminuição da 
referente ao primeiro pico de cada gráfico, com o aumento da temperatura do processo de 
expansão (amostras: AM12, AM2, AM3, AM4, AM5 e AM6). Essa alteração do espaçamento 
basal pode representar uma evidencia da ocorrência de transformação de fase durante o 
processo termicamente ativo, pois sabe-se que cada fase apresenta uma estrutura cristalina 
característica a qual esta diretamente associada a distância interplanar pelos índices de Miller 
da estrutura correspondente. 
Vermiculita – V 
Talco – T 
Quartzo - Q 
Vermiculita – V 
Plogopita - P 
36 
 
 
 
 
Além disso, Ugarte (2008) justifica o fato da vermiculita, em profundidade da crosta terrestre, 
converter-se em biotita ou outros minerais como flogopita, diopsídio, hornblenda ou serpentito, 
por ser instável em temperaturas superiores a 350°C, ou seja, é possível que ocorra 
transformação de fase se as condições de equilíbrio forem desajustadas. 
 
Com o resfriamento (AM11, AM21, AM31, AM41, AM51 e AM61) até a temperatura de 30°C, 
observa-se o oposto, isto é, aumento do espaçamento basal. É interessante se ater ao fato de que 
a distância interplanar se aproxima do mesmo resultado obtido para a vermiculita crua, AM1 = 
14,19Å. 
 
Tabela 6 – Distância interplanar para os ciclos térmicos realizados nas amostras de vermiculita. 
 
Amostra Temperatura 
(°C) 
Distância 
Interplanar (Å) 
2Ө (°) 
 
AM1 
 
30 
 
14,19 
 
6,28 
AM12 100 14,10 6,30 
AM11 30 11,59 7,66 
AM2 200 11,50 7,70 
AM21 30 14,31 6,18 
AM3 300 10,50 8,44 
AM31 30 14,56 6,10 
AM4 400 10,38 8,54AM41 30 14,19 6,20 
AM5 500 10,32 8,74 
AM51 30 13,96 6,30 
AM6 600 9,50 25,60 
AM61 30 13,96 6,28 
Fonte: Próprio autor. 
 
 
Na expansão a 700 oC, 800 oC e 900 oC (Figura 21), observa-se a decomposição principalmente 
da fase vermiculita e uma maior definição dos picos da fase talco. Segundo Tsirambides e 
Michailidis (1999) esse resultado é consequência da transformação que ocorre com a ver- 
miculita devido o processo de expansão, que provoca desequilíbrio na sequência de 
empilhamento desse mineral modificando sua rede cristalina. Cabe ressaltar que os 
difratogramas de raios X das vermiculitas podem apresentaram orientação preferencial por 
causa dos filossilicatos presentes. No entanto, a identificação de filossilicatos por DRX é muito 
37 
 
 
 
 
complexo devido as distorções ocasionadas pela orientação preferencial, bem como pela grande 
variedade deste grupo de mineral e suas complexas relações. 
 
O difratograma de raios X da vermiculita in natura apresentou o pico característico desse 
argilomineral com uma distância interplanar de 14,7 Å. A vermiculita expandida a 700 oC e 800 
oC também apresentaram o pico característico, mas ocorreu um aumento do espaçamento basal 
(23,7 Å e 24,5 Å, respectivamente). Esse aumento no espaçamento basal já era esperada devido 
ao foto da água liga-se mais fracamente que as hidroxilas aos íons Mg2+ (BRINDLEY et al, 
1980) e por causa dessa ligação fraca a água contida entre as suas lâminas se transforma em 
vapor fazendo com que as partículas explodam e se transformem em flocos sanfonados 
(expandido) que aprisiona consigo células de ar inerte. 
 
Um fato interessante ocorreu com a vermiculita expandida a 900 oC, que apesar de ter o pico 
característico, a mesma não apresentou um aumento do espaçamento basal (14,6 Å) como era 
esperado. De acordo com Barnhisel & Bertsh (1989) os argilominerais quando saturados com 
Mg2+ ou K+ e submetidos a tratamentos térmicos pode ocorrer um colapso e consequente 
redução do espaçamento basal. Provavelmente, isto deve ter corrido com a vermiculita quando 
foi submetida a essa temperatura e isto fez com que ela manteve seu espaçamento basal 
inalterado. 
38 
 
 
 
 
Figura 21 - Difratograma da amostra 07 de vermiculita no aquecimento de 700 oC, 800 oC e 900 oC. 
 
Fonte: Próprio autor
39 
 
 
 
 
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
 
O presente trabalho buscou avaliar o comportamento da vermiculita durante seu processo de 
piroexpansão. A morfologia lamelar foi revelada nas amostras expandidas (MEV) evidenciando 
o aumento de volume com a liberação de moléculas de água que se encontrava ligada ao 
material. Parte dessa água na forma adsorvida pode ser observada através da análise de DSC 
realizada. Os ensaios de difração de raios X mostraram que a vermiculita é a fase predominante 
na amostra não expandida. Durante o tratamento térmico das amostras ocorre uma diminuição 
do espaçamento basal que pode ser associado a sua transformação de fase apresentada nos 
difratogramas. As fases identificadas durantes os ciclos térmicos sugerem que as 
transformações de fase relativas ao primeiro pico de cada gráfico são reversíveis, ou seja, 
durante o resfriamento de cada etapa ocorre o reaparecimento do pico principal de vermiculita. 
No entanto, há possibilidade destas fases estarem presente juntamente com o mineral 
vermiculita e terem sido identificadas no momento da ativação térmica, pois segundo Ugarte 
(2008) a vermiculita de algumas regiões brasileiras (nordeste e centro-oeste) podem aparecer 
com camadas mistas interestratificadas de outras fases mineralógicas como talco, hidrobiotita, 
biotita e flogopita. Portanto, sugere-se a continuação desse trabalho utilizando outras técnicas 
de caracterização tais como: 
 Espectroscopia de transmissão por transformada de Fourier (FTIR) para avaliação de 
mudanças espectroscópica na amostra antes e após a expansão; 
 Análise térmica diferencial (DTA) pode ser uma base para o cálculo do número de 
moléculas de água da camada intermediária (atribuindo a perda de peso total como o 
teor de água); 
 Análise de difração de raios X para temperaturas até 1100°C; variando o tempo de 
residência na zona de aquecimento, uma vez que sua expansão é relativamente 
influenciada por essa variável. 
40 
 
 
 
 
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