Preparação e caracterização de nanolamela a partir de rejeitos da bacia do Kalunga (Província Mineral de Carajás)

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Iniciação Científica

Autores

Malheiros, K. (UFOPA) ; Azevedo, T. (UFOPA) ; Silva, M.L.S. (UFOPA) ; da Silva, A.S.B. (UFOPA) ; do Mar, I.C. (UFOPA) ; Figueira, B.A.M. (UFOPA) ; Pontes, T.A. (UFOPA)

Resumo

No presente trabalho é descrita a síntese e caracterização de óxido de Mn com estrutura lamelar (K-OL-1) obtido de rejeitos de Mn da mina do Azul (Província Mineral de Carajás). A evolução da transformação dos rejeitos para o nanomaterial foi acompanhada por difração de raios-X (DRX) e espectroscopia de infravermelho (FTIR). O produto final obtido apresentou padrão DRX similar de materiais nanolamelares com picos a 0,70 e 0,35 nm, respectivamente. Bandas FTIR de estiramento O-H e Mn-O foram identificadas próximas à 3400, 1630, 620, 485 e 420 cm. Estes resultados confirmam a conversão dos resíduos em K-OL-1.

Palavras chaves

Rejeitos de Mn; Síntese; nanolamela

Introdução

A Região Amazônica Brasileira é conhecida por seu potencial mineral, no qual apresenta minérios de alto valor econômico tais como de caulim, bauxita, ferro, cobre, manganês, dentre outros. No caso do manganês, minérios de alto teor de MnO (acima de 45 %) são extraídos e comercializados com a indústria de ligas, pilhas, baterias, química, dentre outros. Quando as amostras apresentam teor abaixo deste valor, normalmente elas são descartadas em bacias de rejeitos. Segundo Figueira et al. (2013), resíduos da mina do Azul (Província Mineral de Carajás) podem servir como material de baixo custo para a síntese de nanomateriais a base dos óxidos de Mn, que são compostos que possuem aplicação em diversas áreas tecnológicas tais como adsorção, troca iônica, catálise, sensores, etc. No presente trabalho, amostras de rejeitos de Mn coletadas da bacia de rejeitos do Kalunga (desativada desde 1997) foram utilzadas para a síntese de nanolamelas com estrutura birnessita, tendo cátions K+ no espaço interlamelar. O produto sintetizado foi caracterizado por difração de raios-X (DRX) e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR).

Material e métodos

Os rejeitos de Mn neste trabalho foram coletados manualmente em trabalhos de campo de diversas frentes de lavra no início de 2009 sob supervisão do Professor Marcondes Lima da Costa (UFPA) na bacia de rejeitos do Kalunga (Província Mineral de Carajás, Pará). As análises foram realizadas no Difratômetro de raios-x modelo X´PERT PRO MPD (PW 3040/60), da PANalytical, com tubo de raios-x de Cu (Kα1 1,540598 Å)e filtro Kβ de Ni. Os espectros de infravermelho foram obtidos utilizando-se pastilhas prensadas a vácuo contendo 0,200 g de KBr e 0,0013 g de amostra pulverizada e um espectrômetro de absorção molecular na região IV com transformada de Fourier, Perkin Elmer modelo FT-IR1760 X. O composto análogo a birnessita, K-OL, foi sintetizado usando uma modificação do método de Ma et al. (2004). Uma massa de 0,4 g da amostra de rejeito (RBA-01) foi tratada termicamente a 1050 ºC por 6 h (para produzir Mn2O3) e em seguida colocada em uma autoclave contendo uma solução 2,1 mol.L-1 de KOH (40 mL). Posteriormente, o produto foi deixado sob tratamento hidrotermal por 10 dias a 170 ºC. A amostra contendo o precipitado foi lavada várias vezes com água deionizada e seca a 70 ºC por 1 hora.

Resultado e discussão

A Figura 1 apresenta os três difratogramas das amostras envolvidas na síntese do composto lamelar. Por convenção, o produto sintetizado foi nomeado como RBAOL. Na amostra in natura (RBA-01), é possível observar a presença dos picos referentes às reflexões basais 00l do argilomineral caulinita e birnessita com distância lamelar de 0,71 nm. Em seguida, após o tratamento termal desta amostra por 6 horas a 1050 ºC fica evidente um colapso das estruturas em camada com a formação de várias fases, principalmente mullita e bixbyita. E posteriormente ao tratamento hidrotermal, observa-se o surgimento das reflexões basais 00l indicando a presença de K-OL1 (PDF 043-1456) como fase principal na amostra RBAOL. Outras fases também estão presentes como magnetita (PDF 025-1376) e braunita (PDF 033-0904). Os espectros de infravermelho das amostras RBA-01 e RBAOL são mostrados na Figura 2. RBAOL contém seis bandas de estiramento, além da ausência das três bandas acima de 3600 cm-1, que são típicas da vibração Al-O-H de caulinita. As bandas em 3395 cm-1 e 1630 cm-1 podem ser relacionadas às vibrações de água adsorvidas na superfície e no espaço interlamelar do composto. A banda em 957 cm-1 provavelmente é do estiramento O-H no retículo da estrutura. Enquanto que na região de 800-400 cm-1, são das vibrações Mn-O dos octaedros de K-OL e também podem ser referentes às vibrações Fe- O de magnetita, descrita no difratograma da amostra.

Difratogramas de raios-X de RBA-01, RBA 1050 e RBAOL


Espectro IV de RBA-01 e RBAOL

Conclusões

Os rejeitos de Mn da bacia do Kalunga, constituídos por caulinita, asbolana, todorokita, goethita e quartzo podem ser uma interessante fonte de Mn para a síntese de um nanomaterial com estrutura lamelar a partir de tratamento hidrotermal.

Agradecimentos

Os autores agradecem o apoio financeiro do CNPq, Laboratório de Caracterização Mineral da UFPA sob coordenação do Prof. Rômulo Simões Angélica e ao Prof. Marcondes Lima

Referências

Figueira, B. A. M., Angelica, R. S., da Costa, M. L., Pöllmann, H., Schenzel, K. Conversion of different Brazilian Manganese Ores and Residues into K-birnessite. Applied Clay Science v. 86, p. 54-58, 2013.
MA, R.; BANDO, Y.; ZHANG, L.; SASAKI, T.; Layered MnO2 nanobelts: hydrothermal synthesis and electrochemical measurements, Adv. Mat., v. 16, p. 918-922, 2004.