Vermiculita: Propriedades, Produção e Aplicações

Introdução

A vermiculita é um grupo de silicatos hidratados laminares de magnésio-alumínio-ferro que se expandem em fios longos, semelhantes a vermes, quando aquecidos. Esta expansão, conhecida como exfoliação, produz um material com densidade e condutividade térmica excecionalmente baixas. Estas características tornam a vermiculita expandida valiosa como agregado de construção leve, enchimento de isolamento térmico, aditivo de solo e absorvente químico. Quando moída em pó fino, serve como enchimento em tintas, plásticos e outros produtos.

História

Thomas H. Webb documentou pela primeira vez as propriedades únicas da vermiculita em 1824, notando a sua aparência semelhante a verme quando aquecida. O mineral permaneceu uma curiosidade científica até ao início do século XX, quando aplicações práticas motivaram interesse comercial. A primeira empresa mineira começou em 1915 no Colorado, mas fechou pouco depois. O sucesso veio em 1923 quando a Zonolite Company abriu uma mina em Libby, Montana, operando até 1990. Hoje, a maior operação de vermiculita do mundo está no distrito de Phalabowra na África do Sul. Outros grandes produtores incluem Estados Unidos, China, Rússia, Brasil, Japão, Zimbabwe e Austrália.

Em 1999, os Estados Unidos operavam três minas ativas – duas na Carolina do Sul e uma na Virgínia – enviando minério concentrado para fábricas de exfoliação em todo o país. Estas instalações também importavam aproximadamente 70.000 toneladas métricas (77.000 toneladas) de vermiculita concentrada da África do Sul.

Matérias-Primas

As propriedades distintas da vermiculita derivam da sua estrutura cristalina em camadas e teor de água interno. As camadas dobram-se como um acordeão; quando aquecidas, a água aprisionada transforma-se em vapor, forçando as camadas a separar. Vermiculita comercial é tipicamente extraída de rochas ricas em biotita e flogopita com ferro. Intemperismo destas rochas permite infiltração de água e reações químicas que produzem vermiculita.

Uma composição típica de vermiculita comercial é 38-46% dióxido de silício (SiO₂), 16-35% óxido de magnésio (MgO), 10-16% óxido de alumínio (Al₂O₃) e 8-16% água, com quantidades menores de outros óxidos. Quando expandida, os grânulos são castanho-dourados e têm densidade aparente de 64-160 kg/m³ (4-10 lb/pé³), dependendo do tamanho de partícula.

Processo de Fabrico

Mineração

• Rochas são escavadas de minas a céu aberto. Estéril é removido com pás ou scrapers, e camadas de rocha são perfuradas e detonadas com explosivos.
• O minério resultante é transportado por camiões ou ferrovia para instalação de processamento.

Concentração

• Minério é triturado e peneirado para reduzir tamanho, depois separado do material circundante usando flotação de espuma, separação por gravidade, ventilação ou métodos eletrostáticos, rendendo cerca de 90% de flocos de vermiculita puros.
• Flocos de diferentes secções podem ser misturados para garantir qualidade uniforme.

Classificação

• Flocos são classificados por tamanho usando peneiras ou túnel de ar fechado. Flocos mais pesados e maiores caem primeiro; o processo pode produzir graus de 16 mm (0,63 pol) até 0,8 mm (0,02 pol).
• Flocos grandes podem ser ligeiramente triturados (debooking) para acelerar exfoliação.
• Flocos classificados são embalados em contentores a granel para transporte a fábricas de exfoliação.

Exfoliação

• Flocos são armazenados em instalações cobertas para os manter secos. Absorção de humidade aumentaria energia necessária para expansão.
• São carregados em correias transportadoras e largados num forno vertical de 6,1-7,6 m (20-25 pés) revestido com tijolos cerâmicos. Queimadores de gás natural elevam temperatura a 540-810 °C (1.000-1.500 °F), fazendo a água interna vaporizar e os flocos expandirem-se em partículas semelhantes a vermes.
• Partículas deslizam por um canal inclinado, permitindo aquecimento adicional para alcançar expansão total.

Classificação Final

• Vermiculita expandida quente é aspirada para cima por vácuo. Contaminantes mais pesados caem, enquanto partículas finas são arrefecidas pelo fluxo de ar.
• Se tamanho de partícula específico for requerido, a vermiculita pode ser moída e peneirada em conformidade.
• Grânulos classificados são armazenados em tremonhas e depois embalados em sacos de papel ou plástico de 0,10-0,15 m³ (4-6 pés³) para retalho, ou 1,3 m³ (50 pés³) para uso comercial. Sacos são selados, rotulados e expedidos de armazéns.

Aspetos de Saúde

Minério de vermiculita pode conter mica, quartzo, feldspato e, em alguns depósitos, vestígios de amianto. Estes constituintes são regulados sob Fichas de Dados de Segurança de Materiais (MSDS). O perigo ocupacional mais significativo é sílica cristalina (quartzo). Poeira fina de quartzo pode causar silicose, por isso controlo de poeira e equipamento de proteção individual são obrigatórios durante operações de moagem e peneiramento. Exposição do consumidor a poeira de sílica de produtos de vermiculita acabados é negligenciável e não apresenta risco para a saúde.

Grandes produtores certificam que corpos de minério usados nas suas operações não apresentam risco de amianto quando processados segundo diretrizes MSDS. Um relatório da EPA em 2000 concluiu que vermiculita vendida como aditivo de solo apresenta pouco ou nenhum risco de amianto para consumidores.

O Futuro

Apesar da disponibilidade de materiais alternativos, a densidade ultra-baixa e condutividade térmica da vermiculita mantêm-na competitiva em muitos mercados. Reservas globais são estimadas em cerca de 50 milhões de toneladas métricas (55 milhões de toneladas). Inovação contínua em processamento e aplicação sustentarão a sua relevância.