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ECV5149-Geologia de Engenharia 28 Capítulo 2 MINERAIS 2.1. Definição Conceito mais aceitável é o proposto por Klein e Hurlbut (1999): “Um mineral é um sólido, homogêneo, natural, com composição química definida (mas geralmente não fixa) e um arranjo atômico altamente ordenado”. 2.2. Estado cristalino Passagem da matéria do estado físico amorfo para o cristalino, em ambiente geológico quente. Ex.: Cristalização de magma, condensação de materiais rochosos em estado de vapor, quando os cristais se formam diretamente do vapor sem passar pelo estágio intermediário do estado líquido. Cristalização de substâncias a partir de soluções aquosas a baixa temperatura (<100 o C) Cristalização → Grupo de íons → Atraídos por forças eletrostática→ distribuição ordenada no espaço Cela unitária ou Retículo cristalino → É a menor unidade da rede tridimensional e pode condicionar além da forma externa do cristal, outras propriedades físicas como a dureza. Estrutura do Cloreto de Sódio Estrutura cristalina do diamante e da grafita 2.2.1 Sistemas cristalinos Os eixos cristalográficos são elementos de referência utilizados na descrição do cristal. Estes eixos passam pelo centro do cristal e estabelecem relações entre si que dependem da simetria cristalina ECV5149-Geologia de Engenharia 29 ECV5149-Geologia de Engenharia 30 2.3.Origem 2.3.1.Classificação quanto a origem Minerais Magmáticos Minerais Metamórficos Minerais sublimados Minerais formados a partir de soluções o Evaporação do solvente o Perda de gás agindo como solvente o Diminuição da temperatura e/ou pressão o Interação de soluções o Interação de gases com soluções Minerais magmáticos→ são aqueles que resultam da cristalização do magma. Diamante Minerais metamórficos → originam-se principalmente pela ação da temperatura, pressão litostática e pressão das fases voláteis sobre rochas magmáticas, sedimentares e também sobre outras rochas metamórficas. Granada Minerais sublimados → são aqueles formados diretamente da cristalização de um vapor, como também da interação entre vapores e destes com as rochas dos condutos por onde passam. Enxofre ECV5149-Geologia de Engenharia 31 Minerais formados a partir de soluções → Evaporação do solvente; Perda de gás agindo como solvente;Diminuição da temperatura e/ou pressão;Interação de soluções;Interação de gases com soluções;Ação de organismos sobre soluções Evaporação do solvente - Neste processo a precipitação ocorre quando a concentração ultrapassar o coeficiente de solubilidade pelo processo de evaporação, fato que ocorre principalmente em regiões quentes e secas, formando sulfatos (anidrita, gipsita etc.), halogenetos (halita, silvita etc.) etc. Gipsita Perda de gás agindo como solvente - Processo que ocorre quando uma solução contendo gases entra em contados com rochas provocando reação, a exemplo do que ocorre quando solução aquosa contendo dióxido de carbono entra em contato com rochas calcárias, caso em que o carbonato de cálcio é parcialmente dissolvido formando o bicarbonato de cálcio (CaH2(CO3)2), composto solúvel na solução. Calcário de caverna Diminuição da temperatura e/ou pressão - As soluções de origem profunda resultantes de transformações metamórficas (desidratação, descarbonatação, etc.) ou de cristalizações magmáticas normalmente contêm significativas quantidade de material dissolvido. Quando essas soluções esfriam ou a pressão diminui, formam-se minerais hidrotermais, depositados na forma de veios ou filões. Quartzo Interação de soluções - O encontro de soluções aquosas com solutos diferentes, ao interagirem, pode formar composto insolúvel ou com coeficiente de solubilidade bem mais baixo, que se precipita. Como exemplo pode ser citado o encontro de uma solução com sulfato de cálcio (CaSO4) com outra contendo carbonato de bário (BaCO3), resultando na formação de um precipitado de barita (BaSO4). Barita Interação de gases com soluções - A passagem de gás por uma solução contendo íons pode gerar precipitados, a exemplo do que ocorre com a passagem de H2S (gás sulfídrico) por uma solução contendo cátions de Fe, Cu, Zn etc., formando sulfetos de ferro como pirita (FeS2), calcopirita (CuFeS2), esfalerita (ZnS), etc.. Pirita ECV5149-Geologia de Engenharia 32 2.4. Propriedade físicas dos minerais Estão diretamente relacionadas à composição química e características estruturais, sendo utilizadas com freqüência para a identificação de um mineral desconhecido, e pela sua facilidade de estudo são de emprego corriqueiro por mineralogitas, tanto no campo como em laboratório. Hábito Clivagem Fratura Partição Dureza Transparência Cor Brilho Traço Densidade relativa Tenacidade Hábito Forma geométrica externa habitual, exibida pelos cristais dos minerais, que reflete a sua estrutura cristalina. HÁBITO CARACTÉRISTICAS Acicular Mineral em cristais delgados, semelhantes a agulhas Colunar Mineral em indivíduos grossos, semelhantes a colunas Tabular ou lamelar Mineral achatado, em lamelas sobrepostas Laminado Mineral em finas lâminas achatadas Foliáceo Mineral que se separa facilmente em lâminas ou folhas Fibroso Agregado subparalelo de minerais finos e fibrosos Granular Mineral em forma de agregado de grãos Maciço Mineral compacto de forma irregular Terroso Mineral com aspecto de barro seco Botroidal Agregado com proeminências arredondadas, tipo cacho de uva Asbesto (crisotilo). As fibras são retiradas do mineral com muita facilidade (Livro: Para Entender a Terra) ECV5149-Geologia de Engenharia 33 Clivagem È a propriedade que tem uma substância cristalina em dividir-se em planos paralelos. Os planos de clivagem são sempre paralelos a uma possível face do cristal, podendo ocorrer em uma ou mais direções. Direções de clivagem. A) Clivagem segundo uma única direção, B) Clivagem segundo dois planos que se cortam em ângulo reto, C) Clivagem em três direções, D) Três direções que não se cortam em ângulo reto, E) Clivagem em quatro direções. Fluorita, Halita e Calcita exibem clivagem perfeita ECV5149-Geologia de Engenharia 34 O mineral mica apresenta clivagem bem definida em uma única direção (Livro: Para Entender a Terra) Exemplo de clivagem romboidal na calcita (Livro: Para Entender a Terra) Fratura Um mineral sem clivagem apresenta fratura. A fratura é formada por uma superfície irregular e curva resultante da quebra do mineral. Irregulares ou conchoidais. ECV5149-Geologia de Engenharia 35 Quartzo (SiO2) exibe Fratura conchoidal Partição Esta associada a planos cristalográficos, mas não é bemdesenvolvida. Alguns indivíduos de uma espécie mineral podem apresentar partição enquanto outros não a possuem. Dureza È a resistência que o mineral apresenta ao ser riscado. Para a classificação utiliza-se a escala de Mohs Escala de dureza de Mohs Transparência Transparentes - Não absorvem ou absorvem pouco a luz são ditos. Translúcidos - Absorvem a luz consideravelmente. Opacos - Absorvem totalmente a luz Ex.:elementos nativos metálicos, óxidos e sulfetos Cor Idiocromático - minerais com cores bastante características (ex.: enxofre). Alocromáticos - cor varia completamente (ex.: quartzo). Desta forma, a cor do mineral nem sempre é uma propriedade confiável na sua identificação. ECV5149-Geologia de Engenharia 36 Quartzo (SiO2) exibe grande variedade de cores Brilho Metálico - Refletem mais que 75% da luz incidente. Ocorre apenas nos minerais não–transparentes Não-metálico - que ocorre nos minerais transparentes ou translúcidos. Galena (PbS) apresenta brilho metálico Traço È a cor do pó mineral que se observa quando este é risca uma superfície áspera de porcelana branca. Propriedade só é útil como elemento identificador dos minerais opacos ou minerais ferrosos que apresentam freqüentemente traço colorido (vermelho, marrom, verde, etc.) ECV5149-Geologia de Engenharia 37 Traço de um mineral metálico em placa de porcelana Densidade relativa A maioria dos minerais formadores de rochas possui uma densidade de 2,5 a 4. Quando acima de 4 são denomiandos pesados. Este valor é constante para cada espécie, pois tem ralação com a composição e a estrutura cristalina. Ex.: Quartzo – 2,65, Calcita - 2,75, Ferro – 7,3 a 7,9, Ouro – 19,4. Tenacidade A tenacidade é uma medida da coesão de um mineral, ou seja, a sua resistência a ser quebrado, esmagado, dobrado ou rasgado. Os seguintes termos qualitativos soa usados para expressar a tenacidade de um mineral: Quebradiço- O mineral rompe ou é pulverizado com facilidade Maleável – O mineral pode ser transformado em lâminas, por aplicação de impactos. Séctil – O mineral pode ser cortado por uma lâmina de aço. Dúctil – O mineral pode ser estirado para formar fios. Flexível – O mineral pode ser curvado, mas não volta a sua forma original após cessado o esforço. Elástico - O mineral pode ser curvado, mas volta a sua forma original após cessado o esforço. Ductilidade, secticidade e maleabilidade são típicos de minerais constituídos por ligações metálica. O comportamento flexível é típico de minerais com estrutura em folhas, como o talco e a clorita. As micas apresentam propriedades elásticas. 2.5. Principais minerais formadores das rochas Já foram classificadas em torno de 200 espécies de minerais Aproximadamente 16 destes minerais são formadores de rochas. Os minerais formadores das rochas mais comuns, são divididos em duas grandes categorias: os minerais silicatos e os não –silicatos. ECV5149-Geologia de Engenharia 38 2.5.1 Minerais silicatos É a mais importante das classes de minerais Aproximadamente 30% de todos os minerais conhecidos são silicatos. As rochas magmáticas são praticamente formadas de silicatos, constituindo assim, cerca de 90% da crosta terrestre. Elementos constituintes da crosta: (% em peso) 46,6/O; 27,72/Si; 8,13/Al; 5/Fe; 3,63/Ca;2,59/K; 2,08/Mg. Os silicatos estruturalmente apresentam o íon Si +4 situado entre quatro íons O -2 compondo um arranjo tetraédrico (SiO4) -4 . Nos silicatos os tetraedros unem-se pelo vértice. Polimerização - Capacidade dos tetraedros unirem-se entre si compartilhando o átomo de oxigênio. Ânion silicato, como arranjo tetraédrico Os diferentes arranjos dos tetraédros de silicato possibilitam definir as seguintes classificação: Nesossilicatos Inossilicatos Filossilicatos Tectossilicatos 2.5.1.1 Nesossilicato Estes minerais contem tetraedros independentemente ligados por cátions de Fe, Mg e etc. Os principais minerais formadores desta subclasse são os do grupo da olivina Grupo da Olivina Silicato de magnésio e ferro, com fórmula química (Mg,Fe)2SiO4 É um dos minerais mais comuns na terra A razão Fe/Mg varia entre os dois extremos da série formada por forsterite (rica em Mg) e faialite (rica em Fe). ECV5149-Geologia de Engenharia 39 Forsterita Fórmula Química - Mg2SiO4 Composição - 57,29 % - MgO, 42,71% - SiO2 Cristalografia – Ortorrômbico Classe - Bipiramidal Ortorrômbica Hábito - Tabular, prismático Clivagem - Imperfeita Dureza - 6,5 – 7 Densidade relativa - 3,2 - 3,3 Fratura – Conchoídal Brilho – Resinoso Cor - Incolor, branco, verde ou amarelo Propriedades Diagnósticas - Propriedades ópticas, dureza, hábito, associação mineral. Ocorrência - Encontrada em rochas ígneas como basaltos, entre outras. Usos - Gema, cerâmica. Foto do Mineral Forma Cristalográfica Cristal de forsterita Direções ópticas e cristalográficas knebelita (faialita) Fórmula Química - Fe2SiO4 Composição - 70,51%FeO, 29,49%SiO2 Cristalografia – Ortorrômbico Classe - Bipiramidal ortorrômbica Propriedades Ópticas - Biaxial negativo Hábito - Tabular, prismático Clivagem - Moderada {010} Dureza - 6 - 6,5 Densidade relativa - 3,7 - 4,2 Fratura – Conchoídal Brilho - Lustroso a víttreo Cor - Marrom-escuro, cinza-escuro, incolor Associação - Associada a minerais ricos em ferro e manganês. Propriedades Diagnósticas - Propriedades ópticas, dureza, hábito, associação mineral. Ocorrência - Encontrada em depósitos ferro- manganesianos, presente também em skarnitos. Usos - Fonte de ferro e manganês Foto do Mineral Forma Cristalográfica Rocha rica em cristais de knebelita Direções ópticas e cristalográficas 2.5.1.2 Inossilicatos Os minerais desta subclasse contêm unidades tetraédicras ligadas por oxigênios em comum, formando cadeias simples (Si2O6) -6 ou duplas (Si4O11) -6 . Por isso, o hábito destes minerais é em geral alongado, do tipo prismático. a) Cadeia Simples [Si2O6] -4 b) Cadeia Dupla [Si6O10] -4 ECV5149-Geologia de Engenharia 40 Os inossilicatos formadores de rochas reúnem-se em dois grupos principais: Pirixênios Anfibólios Grupo dos Piroxênios Os Piroxênios são um importante grupo de silicatos de cadeia simples encontrados em múltiplas rochas ígneas e metamórficas, em muitas das quais constituem o grupo mineral dominante O nome piroxena deriva do grego pyros, significando fogo, e de xenos, significando estranho Encontrados em múltiplas rochas ígneas e metamórficas, em muitas das quais constituem o grupo mineral dominante. Cristaliza-se nos sistemas monoclínico ou ortorrômbico Fórmula geral: XY(Si,Al)2O6,onde: X representa cálcio, sódio, ferro +2 , magnésio ou, mais raramente, zinco, manganês e lítio Y representa íons de menor dimensão, tais como, alumínio, Ferro +3 , Magnésio. As piroxenas são minerais muito comuns nas rochas vulcânicas, com destaque para os basaltos. Também ocorrem com alguma frequência em rochas plutônica Com menor frequência, em rochas metamórficas. O manto superior da Terra é composto principalmente por olivinas e por piroxenas, daí a abundância destes minerais nas rochas ígneas. Diopsídio Fórmula Química - CaMgSi2O6 Cristalografia – Monoclínico Classe – Prísmática Hábito - Prismático, colunar, lamelar Clivagem - Distinta em {110} Partição - Em {001}, {100} e {010} Dureza - 5,5 - 6,5 Densidade relativa - 3,2 - 3,5 Fratura - Presente em {001} Brilho - Lustroso a vítreo Cor - Incolor, branco, amarelo, cinza, verde- pálido, verde-escuro a preto Propriedades Diagnósticas - Hábito dureza, partição, propriedades ópticas. Ocorrência - Ocorre em rochas metamórficas e em rochas básicas como basaltos. Foto do Mineral Forma Cristalográfica Cristais de diopsídio (verdes) Direções ópticas e cristalográficas Grupo dos Anfibólios São constituídos por silicatos complexos de dupla cadeia de SiO4, Agrupam-se geralmente em anfíbolas monoclínicas e anfíbolas ortorrômbicas. De cores escuras, com predominância para o verde e o azul Estão presentes em rochas ígneas e metamórficas, sendo contudo mais abundantes nas primeiras. A fórmula geral destes minerais pode ser traduzida por RSiO3. Em geral contêm íons de ferro e magnésio embebidos na sua estruturas, o que contribui para as suas cores escuras. A sua composição química e características gerais levam-nos a ser semelhantes às piroxenas A principal característica distintiva entre anfíbolas e piroxenas é a clivagem: as anfíbolas formam planos de clivagem oblíquos, enquanto as piroxenas formam ângulos normais (aproximadamente 90º entre planos). As anfíbolas são também em geral menos densas que as correspondentes piroxenas Apresentam em geral forte pleocroísmo, ou seja cores diferentes de acordo com a direcção em que o mineral é observado, o que em geral não acontece com as piroxenas. ECV5149-Geologia de Engenharia 41 Hornblenda Fórmula Química - Ca2Na(Mg,Fe)4(Al,Fe,Ti)AlSi8AlO22(OH,O)2 Cristalografia – Monoclínico Hábito - Prismático, acicular, fibroso ou granular Clivagem - Perfeita em {110} Dureza - 5 - 6 Densidade relativa - 2,9 - 3,5 Brilho – Vítreo Cor - Incolor, verde ou castanho Propriedades Diagnósticas - Pode ser identificada pelo seu traço amarelo- acinzentado ou castanho a vermelho, cor, hábito e propriedades ópticas. Ocorrência - As horneblendas são minerais muito comuns nas rochas ígneas e metamórficas, tais como os granitos, gabros, basaltos, xistos. As horneblendas negras e castanho muito escuro, ricas em titânio, são em geral designadas por horneblendas basálticas, dado serem um dos constituintes comuns dos basaltos e rochas vulcânicas similares. Usos - Pode ser usada como pedra estatuária e seu pó, como inerte para veículo de inseticidas. Quando bem cristalizada pode ser usada como gema. Foto do Mineral Forma Cristalográfica Cristais de hornblenda Direções ópticas e cristalográficas 2.5.1.3 Filossilicatos A palavra filossilicato deriva do grego phylon, que significa folha. Os minerais desta classe são hidratados e suas unidades tetraédricas se dispõem em folhas, onde cada tetraedro é ligado a outros três por oxigênios em comum. Estas folhas são flexíveis elásticas ou plásticas, mais raramente quebradiças Uma série de cadeias em comum, formadas pela unidade de [(Si, Al)2 O5] -2 , se repete indefinidamente em duas direções. O hábito destes minerais é foliáceo, com uma direção principal de clivagem segundo o plano das folhas tetraédricas. ● : Si; ○: o; [Si4O10] -6 Arranjos de unidades tetraédricas em filossilicatos ECV5149-Geologia de Engenharia 42 Os filossilicatos constituem um grupo de minerais, com grande importância para a geologia, pedologia e para a indústria. São constituintes essenciais de muitas rochas metamórficas, magmáticas, sedimentares e dos solos. Resultam de processos metamórficos, magmáticos, intempéricos De um modo geral, os filossilicatos exibem dureza baixa, normalmente inferior a 3, Densidade relativamente baixa em relação a outros silicatos. Os grupos que reúnem os minerais formadores destas rochas são: Micas Argilominerais Flissilicatos de alteração Grupo das Micas O grupo de minerais mica têm a divisão basal altamente perfeita. A divisão altamente perfeita, que é a característica mais proeminente da mica, é explicada pela disposição hexagonal de seus átomos ao longo de planos sucessivamente paralelos Muscovita Fórmula Química - KAl2Si3AlO10(OH,F)2 Hábito - Micáceo Clivagem - Perfeita em {001} Dureza - 2 - 2,5 Densidade relativa - 2,76 - 3,1 Brilho - Vitreo a sedoso Cor - Incolor, transparente Associação - Mineral comum, em rochas tais como gnaisses, xistos, granitos, arenitos e pegmatitos, onde forma cristais grandes, atingindo dimensões métricas. Propriedades Diagnósticas - Pode ser identificada pelo hábito e cor. Ocorrência - Formada por processos hidrotermais e metamórficos (metamorfismo regional e de contato em condições de temperaturas baixas e altas); forma-se também na cristalização magmática de rochas ácidas, especialmente em fase final, aparecendo nos granitos e pegmatitos Nos granitos a maioria dos casos resulta de transformações pós-magmáticas (Metamorfismos e hidrotermalismo). Usos - As variedades exfoliáveis e limpas são principalmente empregadas na construção de aparelhos elétricos, por causa do seu baixo coeficiente de condutibilidade térmica, por resistir a altas temperaturas e choques térmicos, por seu baixo coeficiente de dilatação etc. Foto do Mineral Forma Cristalográfica Cristais micáceos de muscovita Direções ópticas e cristalográficas É usada normalmente em placas, mas seu pó é um bom isolante térmico, e com ele, aglomerado, fabrica-se a mica sintética. Excelente isolante elétrico, sendo usado em condensadores, reostatos, telefones, lâmpadas elétricas e fusíveis. Já se usou também em janelas, como substituto do vidro. ECV5149-Geologia de Engenharia 43 Biotita Fórmula Química - K2(Mg, Fe 2+ )6-4(Fe 3+ ,Al, Ti)0-2Si6-5Al2-3O20(OH,F)4 Cristalografia – Monoclínico Classe – Prismática Hábito – Micáceo Clivagem - Perfeita em {001} Dureza - 2,5 – 3 Densidade relativa - 2,7 - 3,5 Brilho – Micáceo Cor - Preto, às vezes marrom-escuro ou verde-escuro Associação - Mineral comum, pode estar associado a fesdspatos e outras micas. Propriedades Diagnósticas - Pode ser identificada pela hábito e cor. Ocorrência - É formada por processos magmáticos hidrotermais e metamórficos, onde exibe evidências de mudanças composicionais com a variação da temperatura, pressão e composição litológica, constituindo-se em bom geotermômetro. granitos, veios pegmatíticos, gnaisses e rochas metamórficas em geral. Usos - Argamassas para revestimentos arquitetônicos. Foto do Mineral Forma Cristalográfica Cristais de biotita Direções ópticas e cristalográficas Grupo dos Argilominerais A argila é uma família de minerais filossilicatos hidratados Diminutas dimensões (partículas menores do que 1/256 mm ou 4 μm de diâmetro Origem - Desagregação de rochas que comumente contém feldspato, por ataque químico (por exemplo pelo ácido carbônico) ou fisico( erosão, vulcanismo), que produz a fragmentação em partículas muito pequenas. Normalmente as jazidas são formadas pelo processo de depósito aluvial. Por sua plasticidade enquanto úmida e extrema dureza depois de cozida a mais de 800 o C, a argila é largamente empregada na cerâmica para produzir vários artefatos que vão desde os tijolos até semicondutores utilizados em computadores. As espécies mais comuns são: Caulinita Ilita Montmorilonita. A estrutura dos minerais argílicos compõem-se do agrupamento de duas unidades cristalográficas fundametais: Um tetraedro de sílica com oxigênio Um octaedro com um átomo de alumino no centro envolvido por seis oxigênio ou grupos de oxidrilas. ECV5149-Geologia de Engenharia 44 A associação entre si destes elementos, forma as diversas espécies de minerais argílicos. Unidades cristalográficas fundamentais Caulinita As caolinitas são formadas por unidades de silício e alumínio, que se unem alternadamente, conferindo- lhes uma estrutura rígida, sendo portanto, uma argila que apresenta a relação Si/Al de 1:1. Não apresentam , além de Si e Al, outros cátions em sua estrutura. São relativamente estáveis em presença de água. Sua superfície específica varia de 10 a 20 m 2 /g. Entre as argilas pertence ao grupo que apresenta maior dimensão( 0,1 a 3 mícrons) e assim sendo menor plasticidade e menor expansão. Estrutura da Caulinita ECV5149-Geologia de Engenharia 45 Caulinita Fórmula Química - Al2Si2O5(OH)4 Composição - Silicato de alumíniohidratado, com 39,5% Al2O3 - 46,5% SiO2 - 14,0% H2O. Hábito – Micáceo Clivagem - Perfeita em {001} Dureza - 2 - 2,5 Densidade relativa - 2,6 - 2,63 Brilho – Terroso Cor - Geralmente branco, variando conforme grau de impureza Associação - Geralmente associada a minerais aluminosos, solos e produtos de alteração. Propriedades Diagnósticas - Pode ser reconhecida através de ensaios químicos. Ocorrência - Alteração de feldspatos, feldspatóides e outros silicatos, durante o intemperismo químico e também hidrotermal. Pode formar-se também por processos diagenéticos em bacias sedimentares. Portanto pode ser formado às expensas de muitos minerais e rochas e em quantidades consideráveis. È refratária e não-expansiva. Foto do Mineral Forma Cristalográfica Cristais de caulinita com brilho terroso Direções ópticas e cristalográficas Usos - É matéria prima-básica da indústria cerâmica, para a fabricação da porcelana, louça sanitária etc., em mistura com outros produtos minerais; é também empregada na preparação de pigmentos à base de anilina, veículo inerte para inseticidas, abrasivos suaves, endurecedor na indústria têxtil, carga na fabricação de papel, carga e revestimento de linóleos e oleados, em sabões e pós dentifrícios, carga para gesso para parede, constituinte do cimento Portland branco, em tintas, e outros. Em medicina, como absorvente de toxinas do aparelho digestivo e como base para muitos desinfetantes. Na fabricação de borracha de alta qualidade, empregada a confecção de luvas para fins médicos e de revestimentos de fusíveis. Em cosméticos e certos plásticos. Substâncias inertes, como barita e talco, podem ser substituídas pelo caulim, em muitos casos. No futuro poderá ser empregado, em escala comercial, como fonte de alumina, na produção de alumínio metálico. Montmorilonita São estruturalmente formadas por uma unidade de alumínio entre duas unidades de silício. Sua superfície específica fica em torno de 800 m 2 /g. São os argilominerais de menor dimensão (<<1 micron) o que lhe confere elevada plasticidade. Substiução isomórfica → Si ++++ por Al +++ ( até cerca de 15%) Camada octaédrica → Substiução isomórfica → Al +++ por Fé ++ e Mg ++ . Estas substituições causam uma deficiência positiva que atraem cátions hidratados que não conseguem unir firmemente as unidades dos cristais de esmectitas o que permite a entrada de água em grande quantidade, chegando a separar totalmente os cristais. A montmorilonita é muito expansiva na presença de água. ECV5149-Geologia de Engenharia 46 Estrutura da montmorilonita Montmorilonita Fórmula Química - (Mg, Ca)O.Al2O3Si5O10.nH2O Composição - Silicato de alumínio, magnésio e cálcio hidratado Cristalografia – Monoclínico Clivagem - Perfeita {001} Dureza - 1 – 2 Densidade relativa - 2 - 2,7 Fratura - Conchoidal (no agregado) Brilho - Lustroso (no agregado) Cor - Branco, cinza, rosa, azul Propriedades Diagnósticas - Associação mineral, hábito, cor, propriedades ópticas e mecânicas. Ocorrência - Produto de alteração de rochas ígneas efusivas, metamórficas e sedimentares em ambiente mal drenado. È o principal e por vezes o único constituinte dos basaltos alterados. Em meio aquoso, caracteriza-se pela expansão por efeito da adsorção de moléculas de água entre as cadeias tetraédricas. Usos - Desodorante, descolante, inseticida, etc. Foto do Mineral Forma Cristalográfica Agregado de cristais de montmorillonita (cinzas) Direções ópticas e cristalográficas Illita Grupo de argilominerais, de composição e estrutura intermediária entre a muscovita e montmorilonita. São estruturalmente análogas às montmorilonitas, sendo porém menos expansivas. Sua superfície específica varia de 65 a 200 m 2 /g. Apresenta dimensão intermediária quando comparado aos dois grupos anteriores. ECV5149-Geologia de Engenharia 47 Estrutura da Ilita 2.5.1.4 Tectossilicatos É o grupo dos silicatos mais importante volumetricamente, uma vez que, perfaz quase 75% do volume ocupado pela crosta terrestre. Os minerais dessa subdivisão dos silicatos é constituída por tetraedros de SiO4 ligados tridimensionalmente, de maneira que todos os oxigênios dos vértices dos tetraedros são compartilhados com os tetraedros vizinhos, resultando uma estrutura fortemente unida, estável, em que a relação Si:O é 1:2. ECV5149-Geologia de Engenharia 48 Faz parte desta subdivisão dos silicatos os seguintes grupos: Sílica Feldspatos Feldspatóides zeólita Grupo da Sílica Este grupo abrange minerais compostos basicamente por SiO2, que é um composto eletricamente neutro e não contém outras unidades estruturais a não ser o tetraedro. Existem pelo menos nove maneiras diferentes de arranjar os tetraedros de modo a compartilhar todos os oxigênios, gerando estrutura contínua e eletricamente neutra. Estes nove modos de arranjo geométrico correspondem aos nove polimorfos conhecidos de SiO2, dos quais alguns são conhecidos apenas como substâncias sintéticas. Os tipos principais de sílica são: Quartzo Calcedônia Opala Quartzo Fórmula Química - SiO2 Composição - 46.74 % Si, 53.26 % O Hábito - Granular, prismático, compacto etc. Clivagem - Imperfeita segundo {1011} ou {0111} Dureza – 7 Densidade relativa - 2,65 Fratura – Conchoidal Brilho – Vítreo Cor - Incolor, branco, púrpura, preto, cinza, leitoso, etc. Associação - Feldspato, piroxênios, anfibólios, micas etc. Propriedades Diagnósticas - Brilho, fratura conchoidal, forma dos cristais, transparência e propriedades óticas. Ocorrência - É gerado porprocessos metamórficos, magmáticos, diagenéticos e hidrotermais. Usos - Areia para moldes de fundição, fabricação de vidro, esmalte, saponáceos, dentifrícios, abrasivos, lixas. É muito utilizado também na construção civil como areia. Foto do mineral Forma cristalográfica Variedades - As variedade incolores a coloridas empregadas como gemas são: o ametista [de cor violeta, que muitas vezes possui zonas coloridas de maior refringência] o citrino (de cor amarel, também obtida pelo aquecimento de alguns tipos de ametista) o quartzo rosa (tonalidades rosa-clara de intensidade variada, grosseiramente cristalino, turvo ECV5149-Geologia de Engenharia 49 Grupo dos Felddspatos A termo feldspato derivada do alemão feld (campo) + spath (pedra). Designa um dos grupo de minerais mais importante uma vez que perfaz o maior volume da crosta terrestre, cerca de 60%. Além da grande freqüência esse grupo apresenta ampla distribuição, constituindo-se dessa forma na principal base de classificação das rochas magmáticas. São os constituintes principais da maioria dos gnaisses e xistos e ocorrem também em muitas rochas geradas por metamorfismo termal, regional e dinâmico. Embora os feldspatos sejam susceptíveis de alteração e meteorização, eles estão presentes de maneira marcante nos sedimentos arenosos, onde aparecem sob a forma de grãos detríticos. Da substituição parcial do Si pelo Al, formam-se 3 grupos principias: Feldspatos potássicos Feldspatos sódico-cálcicos Feldspato de bário Feldspato Potássico Sanidina Microclínio Ortoclásio Adulária Microclínio Fórmula Química - KAlSi3O8 Composição - 16.92 % K2O, 18.32 % Al2O3, 64.76 % SiO2 Hábito – Prismático Clivagem - Clivagens perfeitas {001}e {010} Dureza - 6 - 6,5 Densidade relativa - 2,53 - 2,63 Brilho – Vítreo Cor - Brancos, cinza-claro, amarelo-claro, vermelho ou verde Associação - Mineral comum. Propriedades Diagnósticas - clivagem perfeita em duas direções formando ângulos diferente de 90º. Ocorrência - Gerado por processos magmáticos, metamórficos, hidrotermais de alta temperatura e mesmo processos diagenéticos. Portanto, é encontrada em uma gama muito grande de rochas, especialmente de origem plutônica, tais como xistos, gnaisses, granitos, pegmatitos, sienitos etc. Usos - fabricação do vidro, porcelanato e, finamente moído, adubo potássico. As variedades muito puras e ou de boa coloração, a exemplo da amazonita, são usadas como pedras de adorno e gemas, cangas etc. ECV5149-Geologia de Engenharia 50 Ortoclásio Importante na formação de rochas ígneas sendo comum nos granitos e rochas relacionadas. É idêntica ao microclínio em todas as suas propriedades físicas e apenas se pode distinguir daquela por meio de microscópio de luz polarizada ou por difração de raios X. O nome ortoclase têm origem no Grego que significa "fratura rata," uma vez que os seus dois planos de clivagem são perpendiculares. Cristaliza no sistema cristalino monoclínico Dureza é igual a 6 Peso específico igual a 2.56-2.58 Brilho vítreo Cor pode ser branca, cinzenta, amarela ou vermelha; raramente verde. Por meteorização, a ortoclase converte-se em caulino. Uso no fabrico de porcelanas e como constituinte de pós abrasivos. Feldspatos sódico-cálcicos Plagioclásio A palavra plagioclásio deriva do grego plagios (oblíquo) + klasis (fratura), porque ao contrário de outros feldspatos, tem ângulo entre as clivagens diferentes de 90º Grupo de minerais que possui a formula geral (Ca, Na)Al (Al,Si)Si2O8 tendo como extremos a albita e a anortita (com composição química NaAlSi3O8 e CaAl2Si2O8 respectivamente) em que os átomos de sódio e cálcio se podem substituir uns pelos outros na estrutura cristalina dos minerais. Minerais da série da plagioclase e suas composições Nome % NaAlSi3O8(%Ab) % CaAl2Si2O8(%An) Albita 100-90 0-10 Oligoclase 90-70 10-30 Andesina 70-50 30-50 Labrodorita 50-30 50-70 Bytownita 30-10 70-90 Anortita 10-0 90-100 Albita Fórmula Química - (Na1-0,9,Ca0-0,1)Al(Al0-0,1,Si1- 0,9)Si2O8 Hábito – Tabular Clivagem - Perfeita em {010}, boa em {010} e má em {110} Dureza - 6 - 6,5 Densidade relativa - 2,63 Brilho - Vítreo Cor - Incolor, branco ou esverdeado Associação - Pode estar associada a minerais alcalinos, quartzo, muscovita etc. Ocorrência - Mineral típico de rochas magmáticas ácidas (granitos, riólitos). Ocorre em rochas metamórficas de grau baixo, de temperaturas inferiores a 480ºC e normalmente superior a 350ºC. Usos - Vidrado de louças e porcelanas, fabricação do vidro, fabricação de porcelanatos etc. Anortita Fórmula Química - (Na0,1-0,Ca0,9-1)Al(Al0,9-1,Si0,1-0)Si2O8 Composição - 0,56 % Na2O, 19,20 % CaO, 35,84 % Al2O3, 44,40 % SiO2 Hábito – Tabular Clivagem - Perfeita em {010}, boa em {010} e má em {110} ECV5149-Geologia de Engenharia 51 Dureza - 6 - 6,5 Densidade relativa - 2,76 Brilho - Vítreo a nacarado Cor - Incolor, branco leitoso, esverdeado, amarelo ou vermelho-carne Associação - Pode estar associada a olivina, carbonato, piroxênios, anfibólios e biotita. Propriedades Diagnósticas - Geminações múltiplas de albita (010), Carlsbad simples (010), periclina de repetição (001). Birrefringência e relevo relativamente altos para feldspato, caráter ótico (-). Ocorrência - Praticamente está restrito às rochas metamórficas de grau médio a alto, de origem carbonática (margas e calcários impuros) ou que tem como protólito rochas magmáticas de natureza básica e rochas magmáticas básicas. Usos - Pode ser utilizado na indústria cerâmica. NESOSSILICATOS (TETRAEDROS ISOLADOS) Olivina INOSSILICATOS (tetraedros em cadeia simples) Piroxenas INOSSILICATOS (TETRAEDROS EM CADEIA DUPLA) Anfíbolas FILOSSILICATOS (TETRAEDROS EM FOLHA) Biotite Tectossilicatos (TETRAEDROS ASSOCIADOS EM ARMAÇÃO) Quartzo ECV5149-Geologia de Engenharia 52 2.5.2 Não-Silicatos Os minerais não-silicatos abrangem os seguintes grupos: Elementos nativos Sulfetos Óxidos e hidróxidos Carbonatos Halóides Sulfatos 2.5.2.1.Elementos nativos Cerca de 34 elementos químicos podem ocorrer no estado nativo: Seis são gases nobres (He, Ne, Ar, Kr, Xe e Rn) que não podem formar compostos químicos. Quatro (H, N, O e Cl) apenas ocorrem no estado nativo como gases. Os outros 24 (vinte e quatro) elementos restantes (C, S, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn. Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, Au, Hg, As, Se, Sn, Sb, Te, Pb e Bi) podem estar presente na crosta da Terra formando cristais ou minerais. Os vinte e quatro elementos citados acima formam cerca de 80 espécie e variedades de minerais classificados por critérios químicos e cristalográficos, excedendo em muito o numero de elementos constituinte. Este fato resulta da ocorrência de variedades polimórficas (diamante-grafita), enxofre monoclínico-enxofre ortorrômbico, etc.). Enxofre Fórmula Química - S8 Composição - 100% S Cristalografia – Ortorrômbico Classe – Bipiramidal Hábito - Maciço, estalactítico Clivagem - Imperfeita {001}, {110} e {111} Dureza - 1,5 – 2 Densidade relativa - 2,05 - 2,09 Brilho – Resinoso Cor - Amarelo - limão, incolor em secção delgada Associação - Anidrita, gipsita Propriedades Diagnósticas - Insolúvel na água e nos ácidos, cor amarelo-limão, incolor em secções delgadas, quebradiço e sem odor. No entanto ao misturar-se com o hidrogênio desprende um odor característico de ovo podre. Ocorrência - Produto de sublimações vulcânicas, fontes termais, reações de redução de sulfatos, oxidação parcial de sulfetos. Encontrado em depósitos de anidrita/gipsita; cones vulcânicos e fontes termais. Usos - Indústria de fertilizantes; na fabricação de papel, fibras de celulose, explosivos, tintas de impressões, detergentes, inseticidas, borracha; indústria petroquímica e metalurgia. ECV5149-Geologia de Engenharia 53 2.5.2.2 Sulfetos Em química, um sulfeto é a combinação do enxofre ( estado de oxidação -2 ) com um elemento químico ou um radical. A maioria são sulfetos metálicos. Muitos sulfetos são significativamente tóxicos por inalação ou ingestão, especialmente se o seu íon metálico é tóxico. Como sulfeto destaca-se a pirita, mineral acessório ou secundário em rochas ígneas, sedimentares e metamórficas. Pirita Fórmula Química - FeS2 Composição - Disulfeto de ferro. 53,4% S, 46,6% Fé Cristalografia – Isométrico Classe – Piritoédrica Propriedades Ópticas - Anisotropia fraca a ausente, branco-amarelado Hábito - Cúbico, octaédrico, dodecaédrico pentagonal Clivagem - Muito fraco {001} Dureza - 6,0 - 6,5 Densidade relativa - 4,95 - 5,10 Fratura - Conchoídal a irregular Brilho – Metálico Cor - Amarelo-claro, amarelo-latão a preto Associação - Muito variada. Propriedades Diagnósticas - Duzera alta, brilho, forma, cor amarela. Ocorrência - Gerado por processos metamórficos, magmáticos, hidrotermais e sedimentares ou diagenéticos em ambiente redutor. Usos - Obtenção de ácido sulfúrico e ferro. Possui aplicação em joalherias. Foto do Mineral Forma Cristalográfica Cristais de pirita Direções ópticas e cristalográficas 2.5.2.3 Óxidos Os óxidos formam um grupo de minerais caracterizados por combinação de oxigênio com um ou mais metais As características gerais dos minerais desta classe incluem dureza e densidade relativamente alta. Os óxidos são amplamente distribuídos, ocorrendo em rochas ígneas, metamórficas e sedimentares, em proporções acessórias ou formando minérios. Esta classe de minerais que corresponde a quase 4% do volume da crosta terrestre Hematita Fórmula Química - Fe2O3 Composição - Óxido de ferro. 70,0% de Fe, 30,0% de O Cristalografia – Trigonal Classe - Trigonal romboédrica Propriedades Ópticas - Anisotropia destinta, branco a cinza-claro com matiz azulado. Hábito - Romboédrico, tabular, granular, laminar, botroídal, compacto, terosso Dureza - 5,5 - 6,5 Densidade relativa - 4,9 - 5,3 Fratura - Subconchoídal a ausente ECV5149-Geologia de Engenharia 54 Partição - Romboédrica e basal. Brilho - Metálico a esplêndido Cor - Vermelho-sangue, cinza metálico a preto Associação - Associada a limonita, siderita, magnetita. Propriedades Diagnósticas - Possui geminação, estrias na face c cristalográfica, elasticidade quando lamelar, untuoso, cor de traço vermelho. Ocorrência - Ocorre em várias rochas como granitos, sienitos, traquitos, andesitos, oriúndo da cristalização magmática. Ocorre em rochas metamórficas, como hematita quartzitos, em camadas com grande espessura. Forma também massas irregulares, por concentração devido ao intemperismo de rochas ricas em ferro. Foto do Mineral Forma Cristalográfica Hematita botroídal Direções ópticas e cristalográficas Usos - Importante fonte de ferro e o principal mineral de minério da grande maioria das jazidas. 2.5.2.4 Hidróxidos São caracterizados pela presença de grupos (OH) - ou moléculas de H2O, o que causa o aparecimento de ligações químicas muito mais fracas que as dos óxidos. Possuem estruturas geralmente em folhas (como as das micas), por vezes em cadeia. A maioria dos hidróxidos são formados em ambiente oxidante, como produto de alteração de outros minerais que podem vir a formar importantes depósitos de minerais, tais como a bauxita. Bauxita Composição - 50 a 70 de Al2O3, 0 a 25% de Fe2O3; 12 a 40% de H2O, 2 a 30% de SiO2 além de TiO2, V2O3 Cristalografia - Amorfo a microcristalino Hábito - pulvurulento, terroso, psolético, granular ou maciço Dureza - 1 - 1,5 do agregado Densidade relativa - 2,5 - 2,6 Brilho - Opaco a terroso Cor - Branco, cinza, amarelo e vermelho Associação - Caulinita e goethita. Propriedades Diagnósticas - Pode ser identificada pelo brilho, densidade, cor e hábito. Ocorrência - Origina-se sob condições climáticas subtropicais a tropicais, por intemperismo de rochas ou sedimentos aluminosos. Usos - Produção do alumínio metálico e da alumina (Al2O3), que por sua vez é usada na fabricação de abrasivos (alundun); produtos refratários; cimento aluminoso; refinação de óleos; alumina ativada; sais de alumínio etc. Foto de bauxita Bauxita Os cimentos com alto teor de alumina caracterizam- se por seu rápido endurecimento e por sua resistência à ação química e de calor. ECV5149-Geologia de Engenharia 55 2.5.2.5 Carbonatos Os carbonatos são minerais que apresentam na sua composição química o íon carbonato CO3 - 2 . São exemplos de carbonatos: Calcita, dolomita, aragonita, azulita, malaquita, siderita. Calcita Fórmula Química - CaCO3 Composição - Carbonato de Cálcio. 53,0% CaO , 44,0% CO2 Cristalografia – Trigonal Classe - Hexagonal escalenoédrica Propriedades Ópticas - Uniaxial negativo Hábito - Prismático, romboédrico ou Escalenoédrico Clivagem - Perfeita {10-11}, com ângulo de 74º55' Dureza - 3 Densidade relativa - 2,72 Brilho - Vítreo a terroso Cor - Usualmente branco ou incolor, cinza, vermelho, verde , azul e amarelo. Também, quando impura, castanho a preto Associação - Os cristais de calcita podem incluir quantidades consideráveis de areias de quartzo (até 60%) e formam o chamado cristal de arenito. Propriedades Diagnósticas - Dureza 3, clivagem perfeita, cor e brilho vítreo. Distingue- se da dolomita, pela efervecência em HCl e da aragonita por ter menor densidade e clivagem romboédrica. Foto do mineral Cristal romboédrico de calcita Usos - O emprego mais importante da calcita é na fabricação de cimentos e cal para argamassa. Também é usado como corretor de pH em solos ácidos. Ocorrência - É um dos minerais mais comuns e disseminados. Ocorre como massas rochosas sedimentares enormes e amplamente espalhadas, nas quais é o único mineral preponderante, sendo o único presente em certos calcários 2.5.2.6 Halóides Halóides são minerais caracterizados pela combinação dos íons halogênicos eletronegativos (Cl - , B - , F - e I - ) com metais e metalóides. Mineral solúvel em água. São exemplos de halóides: halita, fluorita, silvita, embolita. 5.2.7 Sulfatos Todos os sulfatos contém o catião sulfato na forma SO4. Os sulfatos formam-se geralmente em ambientesevaporíticos, onde águas de alta salinidade são lentamente evaporadas, permitindo a formação de sulfatos e de halóides na interface entre a água e o sedimento. Os sulfatos mais comuns são a anidrita (sulfato de cálcio), a celestita (sulfato de estrôncio) e a gpsita (sulfato hidratado de cálcio). ECV5149-Geologia de Engenharia 56 Gipsita Fórmula Química - CaSO4.2H2O Composição - Sulfato de cálcio hidratado. 46,6% SO3, 32,5% CaO, 20,9% H2O Cristalografia – Monoclínico Classe – Prismática Hábito - Fibroso (segundo {001}), prismático, lamelar a tabular (segundo {010}), maciço ou granular Clivagem - Clivagem em 4 direções (perfeita {010} e menos perfeita a imperfeita {100} e {111} Dureza - 1,5 – 3 Densidade relativa - 2,32 Fratura - Fratura conchoidal Brilho - Brilho vítreo, nacarado e sedoso Cor - Incolor, branco a cinza, amarelo, vermelho, castanho Associação - Associada com calcários, folhelhos, margas e argilas. Propriedades Diagnósticas - Dureza baixa; hábito; solubilidade em HCl diluído a quente; relevo negativo; baixa birrefringência; forte dispersão inclinada e caráter óptico. Geminação sobre (100), com forma de ponta de flecha, e também sobre (101). Por aquecimento perde água, formando a 128ºC o gesso. Foto do Mineral Forma Cristalográfica Cristais de gipsita Direções ópticas e cristalográficas Usos - Gesso para moldes cerâmicos, odontológicos, estatuetas, estuque etc.; fabricação de ácido sulfúrico, cimento Portland, para neutralizar o excesso de cloreto de sódio nas terras cultiváveis, para diminuir a rapidez de pega do cimento Portland, fundente de minérios de níquel; purificação de água para fabricação de cerveja; quando na forma maciça e compacta (alabastro) é usado par fins ornamentais, incorporado na fabricação do cimento. Também em fornos, moldes, ortopedia, construção civil (forros) etc.
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