Vermiculita

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Antecedentes

O termo vermiculita se aplica a um grupo de minerais caracterizados por sua capacidade de se expandir em longos fios semelhantes a vermes quando aquecidos. Este processo de expansão é denominado esfoliação. O nome vermiculita é derivado de uma combinação da palavra latina vermiculare que significa "criar vermes" e o sufixo-ite inglês, que significa mineral ou rocha. Em sua forma expandida, a vermiculita tem densidade e condutividade térmica muito baixas, o que a torna atraente para uso como corretivo de solo, agregado de construção leve e enchimento de isolamento térmico. A vermiculita expandida também tem uma grande área de superfície quimicamente ativa, o que a torna útil como um absorvente em alguns processos químicos. Quando a vermiculita é moída em um pó fino, ela é usada como enchimento em tintas, tintas, plásticos e outros materiais.

História

A vermiculita e suas propriedades únicas eram conhecidas já em 1824, quando Thomas H. Webb a experimentou em Worcester, Massachusetts. Foi Webb quem deu ao mineral seu nome fantasioso, porque ele achou que os longos fios pareciam uma massa de pequenos vermes. A vermiculita era considerada não muito mais do que uma curiosidade científica até o início dos anos 1900, quando foram buscados usos mais práticos. O primeiro esforço de mineração comercial ocorreu em 1915 no Colorado. O material foi vendido como cinza de tung, mas não encontrou compradores suficientes, e o empreendimento falhou. A primeira mina de vermiculita bem-sucedida foi iniciada pela Zonolite Company em Libby, Montana, em 1923. A mina continuou a operar até 1990.

A maior operação de mineração de vermiculita do mundo está localizada no distrito de Phalabowra (às vezes também conhecido como Palabora), na República da África do Sul. Outros países que produzem quantidades significativas de vermiculita incluem Estados Unidos, China, Rússia, Brasil, Japão, Zimbábue e Austrália.

Em 1999, havia três operações ativas de mineração de vermiculita nos Estados Unidos, duas na Carolina do Sul e uma na Virgínia, que enviavam minério de vermiculita concentrado para fábricas de esfoliação localizadas em todo o país. Além de usar vermiculita concentrada de operações de mineração domésticas, essas fábricas também importaram cerca de 77.000 toneladas (70.000 toneladas métricas) de vermiculita concentrada de fontes estrangeiras - principalmente da África do Sul.

Matérias-primas

Tecnicamente, a vermiculita abrange um grande grupo de silicatos hidratados laminares de magnésio-alumínio-ferro, que se assemelham à mica. Existem duas chaves para as propriedades únicas da vermiculita. A primeira é sua estrutura cristalina laminar (ou em camadas), que fornece as placas articuladas que fazem o material se expandir ou se desdobrar de forma linear, como um acordeão. A segunda é o fato de conter água aprisionada, que se transforma em vapor quando aquecida para forçar a abertura das camadas. Existem muitos minerais e solos de vermiculita que ocorrem naturalmente, e sua identificação freqüentemente requer análises científicas sofisticadas.

Uma das formas mais comuns de vermiculita é geralmente conhecida como vermiculita comercial. Este é o formulário que é extraído e processado para vários usos finais. É derivado de rochas que contêm grandes cristais dos minerais biotita e flogopita com ferro. À medida que essas rochas são expostas ao clima, elas começam a se decompor, permitindo que a água entre e reaja com os vários produtos químicos presentes. Conforme a decomposição e as reações químicas continuam, a vermiculita é formada.

Uma análise química típica de vermiculita comercial mostra que ela contém 38-46% de óxido de silício (SiO ₂ ), 16-35% de óxido de magnésio (MgO), 10-16% de óxido de alumínio (Al ₂ O ₃ ), 8-16% de água, além de quantidades menores de vários outros produtos químicos.

Quando os flocos de vermiculita comercial são aquecidos e expandidos, eles sofrem uma mudança de cor que depende dos produtos químicos presentes e da temperatura do forno. Os grânulos de vermiculita expandida resultantes são geralmente de uma cor castanho dourado com uma densidade aparente de cerca de 4-10 lb / pés cúbicos (64-160 kg / m3), dependendo do tamanho dos grânulos.

O processo de fabricação

O processo de fabricação usado para produzir vermiculita expandida comercial consiste em duas operações separadas. As operações de mineração e concentração que produzem flocos de vermiculita bruta são conduzidas em um local. As operações de esfoliação e classificação que produzem vários tamanhos de grânulos de vermiculita expandida leve para uso em outros produtos são realizadas em outro local. Às vezes, esses dois locais podem estar separados por meio mundo.

Existem muitos métodos diferentes usados ​​em ambas as operações. Os métodos exatos variam de mina para mina e de planta para planta. Aqui está um processo de fabricação típico usado para produzir vermiculita expandida comercial.

Mineração

• l Rochas contendo vermiculita são escavadas em uma enorme fossa a céu aberto no solo. O solo no topo das rochas, chamado de estéril, é removido com pás elétricas ou raspadores de terra. As camadas de rocha exposta são então perfuradas com grandes brocas pneumáticas ou hidráulicas e os buracos são preenchidos com cargas explosivas. Quando todo o pessoal e equipamento forem retirados da área, as cargas explosivas são detonadas.
• 2 A pilha resultante de pedras soltas é recolhida com pás mecânicas e despejada em caminhões ou vagões de trem, que carregam as pedras para uma planta de processamento próxima.

Concentração

• 3 As rochas são alimentadas por uma série de trituradores e peneiras para reduzir seu tamanho. A vermiculita é separada das rochas e da sujeira ao redor usando várias técnicas úmidas ou secas, dependendo da operação de mineração específica e dos regulamentos ambientais locais. Essas técnicas podem incluir flutuação de espuma, separações por gravidade, joeiramento ou separação eletrostática. Em cada uma dessas técnicas, a própria vermiculita ou os outros materiais são capturados e separados uns dos outros até que os flocos de vermiculita resultantes sejam cerca de 90% puros em peso.
• 4 Os flocos de vermiculita extraídos de várias seções da mina podem ser misturados antes do processamento posterior para garantir a uniformidade do produto.

Avaliação

• 5 Os flocos de vermiculita separados são classificados por tamanho. Isso pode ser feito com uma série de telas ou em um longo túnel de vento fechado . No túnel de vento, os flocos são alimentados na extremidade a montante do túnel e são carregados ao longo do túnel pelo fluxo de ar. Os flocos maiores, sendo mais pesados, caem primeiro do fluxo de ar e são capturados em uma tremonha no fundo do túnel. Essa separação por peso continua ao longo do comprimento do túnel até que todos os flocos sejam capturados nos funis. Ao controlar o comprimento de cada abertura da tremonha e a velocidade do ar, os flocos podem ser classificados em vários tamanhos, ou graus, variando de cerca de 0,63 pol. (16 mm) até cerca de 0,02 pol. (0,8 mm) de diâmetro. Se a vermiculita minada tende a formar uma alta porcentagem de flocos grandes, os flocos podem ser ligeiramente esmagados para delaminá-los e reduzir seu tamanho. Este processo é denominado descoqueamento e permite que os flocos sejam rapidamente aquecidos durante o processo de esfoliação.
• 6 Os flocos de vermiculita graduados são despejados em grandes sacos plásticos ou outros recipientes para envio para vários esfoliação Um diagrama representando o processamento de vermiculita. plantas. Se os flocos forem enviados para fábricas no exterior, eles são carregados a granel nos porões dos navios para transporte.

Esfoliante

• 7 Os flocos de vermiculita são transportados por caminhão ou trem do porto ou mina até a planta de esfoliação, onde são descarregados e armazenados em área coberta para proteção de contaminantes e do clima. É importante evitar que os flocos absorvam umidade. Caso contrário, será necessária muita energia para aquecer os flocos até a temperatura necessária para fazê-los expandir.
• 8 Os flocos são carregados em uma correia transportadora e elevados até o topo de um forno vertical de 20-25 pés (6,1-7,6 m) forrado com tijolos de cerâmica. Conforme os flocos caem ao longo da fornalha, eles passam por um ou mais queimadores alimentados por gás natural . A temperatura dentro do forno atinge aproximadamente 1.000-1.500 ° F (540-810 ° C), o que é suficiente para fazer a água aprisionada nos flocos vaporizar e fazer com que os flocos se expandam em partículas semelhantes a vermes. No fundo do forno, as partículas deslizam para baixo em um plano inclinado. Isso retarda a saída das partículas do forno e permite que a vermiculita seja ainda mais aquecida para atingir a expansão total. Outras plantas de esfoliação podem usar diferentes configurações de forno, mas a sequência geral de operações é semelhante.

Classificação

• 9 As partículas quentes de vermiculita expandida são então puxadas para um tubo vertical por um vácuo. Quaisquer pequenas pedras ou outros contaminantes sólidos são muito pesados ​​para serem carregados para cima pelo fluxo suave de ar e caem pelo fundo do tubo. O fluxo de ar também atua para resfriar a vermiculita quente.
• 10 Se um cliente ou aplicação exigir partículas finas, a vermiculita pode ser moída e peneirada para produzir um tamanho específico ou faixa de tamanhos antes de ser embalada para envio. Em algumas plantas de esfoliação, as partículas maiores também podem ser selecionadas ou classificadas em vários tamanhos, dependendo do uso final.
• 11 As partículas de vermiculita classificadas ou classificadas são então depositadas em funis de armazenamento, onde são dispensadas em papel individual de 4-6 pés cúbicos (0,10-0,15 m3) ou sacos plásticos para vendas no varejo ou colocadas em sacos maiores de 50 cu sacos de 1,3 m3 (pés) para uso em várias aplicações comerciais. Os sacos são lacrados, etiquetados e movidos para um depósito para envio.

Aspectos de saúde

Os depósitos de minério de vermiculita também podem conter uma variedade de outros materiais, como mica, quartzo e feldspato. Esses depósitos variam de um local de mineração para outro. Durante o processo de fabricação, alguns desses materiais podem representar riscos potenciais à saúde dos trabalhadores. Nos Estados Unidos e em muitos outros países, esses perigos são definidos nas Folhas de Dados de Segurança do Material (MSDS), que identificam o perigo e fornecem informações sobre o manuseio e descarte seguros do material.

Um dos perigos mais comuns para a saúde no processamento da vermiculita vem do quartzo, que é a sílica cristalina. Geralmente está presente apenas como partículas maiores, mas quando é moído em partículas mais finas, a poeira pode ser inalada e causar uma doença pulmonar chamada silicose. Como resultado, o controle de poeira estrito e medidas de proteção pessoal são incorporados às áreas da operação de processamento de vermiculita onde os materiais são triturados, peneirados e ensacados. No nível do consumidor, a exposição ao pó de sílica é insignificante e não representa um perigo para a saúde.

Em alguns depósitos de minério de vermiculita, também pode haver certas quantidades de várias formas de amianto. Nenhum dos corpos de minério atualmente usados ​​pelos principais produtores de vermiculita representam um risco de amianto à saúde dos trabalhadores quando o material é processado de acordo com a MSDS aplicável. Em agosto de 2000, a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA) emitiu um relatório sobre vermiculita vendida como corretivo de solo. No relatório, eles concluíram que havia pouco ou nenhum risco do amianto para os consumidores.

O Futuro

Embora existam vários outros materiais que podem ser usados ​​como um substituto para a vermiculita, a densidade extremamente baixa e a condutividade térmica da vermiculita continuam a torná-la atraente para muitas aplicações. Em 1999, estimava-se que havia aproximadamente 55 milhões de toneladas (50 milhões de toneladas métricas) de reservas de vermiculita no mundo.