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Centro de Tecnologia Mineral Ministério da Ciência e Tecnologia

GIPSITA Capítulo 21

Carlos Adolpho Magalhães Baltar Engenharia Metalúrgica, D.Sc.

Flavia de Freitas Bastos Engenheira de Minas

Adão Benvindo da Luz Engenharia de Mineral, D.Sc.

Rio de Janeiro Novembro/2005

CT205-122-0 Comunicação Técnica elaborada para Edição do Livro

Rochas & Minerais Industriais: Usos e Especificações Pág. 449 a 470

Rochas e Minerais Industriais – CETEM/2005 449

21. Gipsita

Flavia de Freitas Bastos2 Adão Benvindo da Luz3

1. INTRODUÇÃO

O mineral gipsita é um sulfato de cálcio di-hidratado (CaSO4.2H2O), que ocorre em diversas regiões do mundo e que apresenta um amplo e diversificado campo de utilizações. O grande interesse pela gipsita é atribuído a uma característica peculiar que consiste na facilidade de desidratação e rehidratação. A gipsita perde 3/4 da água de cristalização durante o processo de calcinação, convertendo-se a um sulfato hemidratado de cálcio (CaSO4.1/2H2O) que, quando misturado com água, pode ser moldado e trabalhado antes de endurecer e adquirir a consistência mecânica da forma estável rehidratada.

A gipsita pode ser utilizada na forma natural ou calcinada. A forma natural é bastante usada na agricultura e na indústria de cimento. Enquanto a forma calcinada, conhecida como gesso, encontra várias utilizações na construção civil, como material ortopédico ou dental etc.

O gesso, inicialmente usado em obras de arte e decoração, é um dos mais antigos materiais utilizados pelo homem, conforme atestam algumas importantes descobertas arqueológicas (Peres et al., 2001; Domínguez e Santos, 2001). O gesso foi encontrado em ruínas do IX milênio a.C. na Turquia; em ruínas do VI milênio a.C. em Jericó e na pirâmide de Keops (2.800 anos a.C.), entre outras descobertas. O alabastro (gipsita com hábito fibroso) foi utilizado pelas civilizações antigas para confecção de esculturas e outras obras de artes. A existência de jazimentos de gipsita no Chipre, Fenícia e Síria foi apontada pelo filósofo Teofratos, discípulo de Platão e Aristóteles, em seu “Tratado sobre a Pedra”, escrito entre os Séculos I e IV a.C. Na Europa, o uso do gesso na construção civil popularizou-se a partir do século XVIII, quando também passou a ser utilizado como corretivo de solos. O

1 Eng. de Minas/UFPE, D.Sc. Engenharia Metalúrgica/COPPE-UFRJ, Professor do Depto de Engenharia de Minas/UFPE 2 Eng. de Minas/UFPE, Indústria do Gesso-PE 3 Eng. de Minas/UFPE, Dr. Engenharia Mineral/USP, Pesquisador Titular do CETEM

Gipsita 450 primeiro estudo científico dos fenômenos relacionados à preparação do gesso foi publicado por Lavoisier em 1768. A partir de 1885, o emprego do gesso na construção civil foi estimulado pela descoberta de processo para retardar o tempo de pega.

Atualmente, os maiores produtores mundiais de gipsita são: Estados Unidos da América (17%), Irã (10%), Canadá (8%), México (7%) e a Espanha (6,8%). O Brasil possui a maior reserva mundial, mas só representa 1,4% da produção mundial (Lyra Sobrinho et al, 2004).

O Estado de Pernambuco, que possui reservas abundantes de gipsita na região do Sertão do Araripe, envolvendo os Municípios de Araripina, Bodocó, Ipubi, Ouricuri e Trindade, é responsável por 95% da produção brasileira. As jazidas do Araripe são consideradas as de minério de melhor qualidade no mundo e apresentam excelentes condições de mineração (relação estéril/minério e geomorfologia da jazida).

De acordo com informações do Sindusgesso (Sindicato das Indústrias de

Extração e Beneficiamento de Gipsita, Calcáreos, Derivados de Gesso e de Minerais Não-Metálicos do Estado de Pernambuco), o Pólo Gesseiro de Pernambuco é formado por 18 minas em atividade, 69 unidades industriais de calcinação e 250 indústrias de pré-moldado, proporcionando cerca de 12 mil empregos diretos e cerca de 60 mil indiretos (Luz et al., 2001). A produção do Pólo Gesseiro, em 2001, foi de 1,8 milhões de t/a, sendo que cerca de 1,3 milhões para a fabricação de gesso e cerca de 500 mil toneladas usadas na fabricação de cimento (Luz et al., 2001).

Apesar de ter crescido nos últimos anos, o consumo per capita de gesso no

Brasil é bastante baixo se comparado com o que ocorre em outros países da América do Sul (Tabela 1), sendo esse um indicador importante do potencial de crescimento de consumo no país, nos próximos anos.

Tabela 1: Consumo per capita de gesso em alguns países da América do Sul.

País Consumo anual (kg/hab)

Chile 41

Argentina 21

Brasil 9,3 Fonte: Sindusgesso (2001).

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2. MINERALOGIA E GEOLOGIA

2.1. Mineralogia

Os minerais de sulfato de cálcio podem ocorrer na natureza nas formas di- hidratada (gipsita: CaSO4.2 H2O ), desidratada (anidrita: CaSO4) e, raramente, semi-hidratada (bassanita: CaSO4.1/2 H2O). Esta é de difícil identificação e representa apenas cerca de 1% dos depósitos minerais de sulfato de cálcio

(Jorgensen, 1994). A gipsita cristaliza no sistema monoclínico e pode se apresentar sob formas variadas:

• Espato Acetinado: variedade com aspecto fibroso e brilho sedoso;

• Alabastro: variedade maciça, microgranular e transparente, usada em esculturas;

• Selenita: cristais com clivagens largas, incolores e transparentes.

A composição química teórica da gipsita é apresentada na Tabela 2. A Tabela 3 mostra as principais características físicas do mineral.

Tabela 2: Composição química teórica do mineral gipsita.

Composto Composição (%) Cao 32,5

SO3 46,6 H2O 20,9

Tabela 3: Propriedades físicas do mineral gipsita (Dana, 1976).

Propriedade física Característica

Cor Variável, podendo ser incolor, branca, cinza e outras (dependendo das impurezas)

Brilho Vítreo, nacarado ou sedoso Dureza (Escala de Mohs) 2 Densidade 2,3 Hábito Prismático Clivagem Em quatro direções

Morfologia e tamanho dos cristais Varia de acordo com as condições e ambientes de formação

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Nas jazidas do Araripe, em Pernambuco, ocorrem cinco variedades mineralógicas de gipsita, conhecidas na região com os nomes de: cocadinha (Figura 1), rapadura, Johnson, estrelinha, alabastro e selenita, além da anidrita. A utilização de cada uma dessas variedades depende do produto que se deseja obter (Baltar et al., 2004b).

Figura 1: Variedade de gipsita, utilizada para a produção de gesso β, conhecida no Araripe como cocadinha.

2.2. Geologia

Os minerais gipsita e anidrita ocorrem em várias regiões do mundo, sendo encontrados em depósitos de origem evaporítica, cuja formação resulta da precipitação de sulfato de cálcio a partir de soluções aquosas concentradas e condições físicas favoráveis. A evaporação e, conseqüente, concentração do sal é favorecida em ambiente quente e seco (Velho, et al. 1998). Os depósitos de gipsita costumam apresentar, além da anidrita, contaminantes como: argilas, quartzo, carbonatos de cálcio e magnésio, cloretos e outros sulfatos (Jorgensen, 1994). Em geral, a produção é obtida a partir de minério com 80 a 95% de pureza.

As jazidas costumam apresentar camadas intercaladas de argilas, carbonatos, sílex e minerais evaporíticos tais como, halita e anidrita (Calvo, 2002). Em Pernambuco, as jazidas estão inseridas em domínios da Formação Santana, do Cretáceo Inferior, formada por siltitos, margas, calcários, folhelhos e intercalações de gipsita (Luz et al., 2001). Devido à instabilidade da gipsita e da anidrita, as

Rochas e Minerais Industriais – CETEM/2005 453 espécies inicialmente formadas podem sofrer transformações em sua composição e textura quando submetidas a diferentes condições de pressão e temperatura. A gipsita acumulada na superfície terrestre pode desidratar a determinada profundidade e transformar-se em anidrita. Por sua vez, a ocorrência de fenômenos geológicos, como movimento tectônico ou erosão, pode levar o depósito de anidrita a situar-se mais próximo à superfície, onde pode experimentar uma re-hidratação em contato com águas meteóricas e voltar à forma de gipsita, denominada secundária, com formas cristalinas distintas da anidrita e da gipsita original (Calvo, 2002).

A gipsita também pode ser encontrada em regiões vulcânicas, especialmente, onde o calcário sofreu ação dos vapores de enxofre. Nesse tipo de ocorrência, a gipsita aparece como mineral de ganga, nos veios metálicos, podendo estar associado a diversos minerais, sendo os mais comuns a halita, anidrita, dolomita, calcita, enxofre, pirita e o quartzo.

3. LAVRA E PROCESSAMENTO

3.1. Lavra

A gipsita é obtida a partir de lavra subterrânea ou a céu aberto, utilizando métodos e equipamentos convencionais. Um detalhe importante que deve ser considerado é que a gipsita absorve parte da força do explosivo dificultando o desmonte. Devido a isso, na perfuração, os furos costumam ser programados com diâmetros entre 50 -100 m e com pequeno espaçamento a fim de possibilitar uma distribuição mais densa dos explosivos. É comum o uso de explosivos à base de nitrato de amônia e óleo combustível na proporção de 1 kg/t de material desmontado (Jorgensen, 1994).

No caso das empresas que utilizam a lavra subterrânea, o método empregado é o de câmaras e pilares. Este método é empregado em diversos países, sendo freqüente nos EUA, onde 20% das reservas de gipsita são lavradas por este método.

No Brasil, o método de lavra empregado é a céu aberto, através de bancadas simples (Figura 2). Esse tipo de extração é recomendado para minerar corpos com dimensões horizontais que permitam altas taxas de produção e baixos custos unitários de produção. O acesso à cava geralmente é feito através de uma rampa única. Na lavra da gipsita são empregados equipamentos como: rompedores hidráulicos, marteletes hidráulicos, vagon drill, tratores de esteira e pás mecânicas (Peres et al., 2001).

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Figura 2: Frente de lavra de gipsita da Mineração Campo Belo em Araripina-PE.

Na Mineradora São Jorge, em Ouricuri-PE, as bancadas são desenvolvidas com cerca de 20 m de altura e talude de inclinação de 15o. O trabalho é mecanizado e a recuperação na lavra é de 90%. A relação estéril/minério é de 1:2. A espessura média do capeamento é de 13 m (Luz et al.., 2001). O desmonte é feito por explosivo. O carregamento de explosivos segue um “plano de fogo” que determina um afastamento de 2,2 m e um espaçamento de 5 m. As cargas de coluna e de fundo, por furo, são de 78 kg e de 5 kg, respectivamente.

3.2. Processmento

O beneficiamento da gipsita, em geral, resume-se a uma seleção manual, seguida de britagem, moagem e peneiramento. É comum o uso de britadores de mandíbula e moinhos de martelo. Em alguns casos, a britagem é realizada em dois estágios, em circuito fechado com peneiras vibratórias a seco. O produto resultante das operações de cominuição deve apresentar uma distribuição granulométrica uniforme, a fim de evitar uma desidratação desigual para as partículas de gipsita.

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A gipsita moída pode passar por uma secagem em secadores rotatórios, a uma temperatura de, no máximo 49 oC, com o objetivo de remover o excesso de umidade e facilitar o manuseio da gipsita (Velho et al., 1998).

Para produção de gesso, quando há necessidade de um produto final de melhor qualidade, é possível remover minerais de ganga, descartando-se a fração granulométrica com maior concentração de contaminantes, em geral, as argilas ou areia. Em alguns casos, usa-se uma operação de lavagem. A separação em meio denso é utilizada, para purificar a gipsita, em instalações de beneficiamento existentes no Canadá e Estados Unidos (Kebel, 1994). O emprego de processos com custos elevados como flotação, por exemplo, torna-se inviável devido à concorrência de jazidas com elevado grau de pureza.

A gipsita tem a propriedade de perder e recuperar a água de cristalização.

No processo de calcinação, a uma temperatura entre 125 °C e 180 °C, a gipsita perde parte da água de cristalização e assume a forma de hemidrato (gesso).

CaSO4.2H2O→ CaSO4.½H2O
(gipsita) 125-180 oC (gesso)

A desidratação total da gipsita ocorre em temperaturas acima de 180 oC e resulta nas diferentes formas de anidrita (CaSO4) ( Calvo, 2003):

- Entre 180 e 250 oC forma-se a anidrita I, também conhecida como anidrita ativa, um produto solúvel, instável e ávido por água, que pode absorver umidade atmosférica e passar à forma de hemidrato. Essa propriedade torna a anidrita I um produto com características apropriadas para uso como acelerador de tempo de presa (tempo de pega);

- Na faixa de temperatura entre 300 e 700 oC obtém-se a anidrita I, um produto totalmente desidratado, insolúvel, com natureza mineralógica semelhante à anidrita natural;

- Entre as temperaturas de 700 e 900 oC forma-se um produto inerte, sem aplicação industrial;

- A partir dos 900 oC ocorre a dissociação do sulfato de cálcio com formação do CaO livre.

Gipsita 456

O processo de calcinação pode ser realizado em diferentes tipos de fornos, os quais devem assegurar uma distribuição e desidratação regular do material. A calcinação pode ser obtida por via seca ou por via úmida. O processo pode ser direto (quando os gases de combustão entram em contato com a gipsita) ou indireto (em fornos tubulares dotados de cilindros concêntricos, onde os gases quentes circulam no cilindro interno e o minério no cilindro externo). O funcionamento pode ser intermitente (batelada) ou contínuo.

A calcinação da gipsita pode ocorrer em fornos sob pressão atmosférica ou em autoclaves, obtendo-se os tipos conhecidos como gesso β e gesso α, respectivamente, ambos com uma ampla variedade de aplicações industriais. O preço de hemidrato α é cerca de 6 vezes maior do que o do hemidrato beta (Regueiro e Lombardero, 1997).

O processo para produção de gesso β consiste, essencialmente, nas etapas de catação manual, britagem, moagem e calcinação em fornos sob pressão atmosférica. Esses fornos operam a uma temperatura entre 125 e 160 ºC. Nessas condições, a água de cristalização é liberada, rapidamente, formando cristais mal formados e porosos, resultando em um produto que se caracteriza pela forma irregular e natureza esponjosa dos seus cristais. Dentre os tipos de gesso β, destacam-se os de fundição (tipo A) e os de revestimento manual (tipo B), sendo ambos produzidos no Brasil sem a adição de aditivos químicos (Baltar et al. 2004a). Os produtos dos tipos A e B são diferenciados pelo tempo de pega, definido como o tempo necessário para que o gesso (ao ser misturado com a água) complete seu ciclo de endurecimento. O tempo de pega que se deseja para o produto é controlado através do processo de calcinação.

No pólo gesseiro de Pernambuco são encontrados cerca de 400 fornos em atividades, com predominância de fornos dos tipos panela, marmita vertical, marmita horizontal e o rotativo de queima indireta (Figura 3). Em geral, os fornos são fabricados na própria região (Bastos e Baltar, 2003).

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Figura 3: Forno do tipo rotativo horizontal de queima indireta utilizado no pólo gesseiro do Araripe.

Na empresa INGESEL, o minério passa, ainda na mina, por um processo de catação manual onde a espécie conhecida como “boro” (gipsita misturada com argila) é separada das espécies conhecidas como cocadinha, rapadura e estrelinha (denominadas em conjunto como minério A). O “boro” é britado, e rebritado, antes de ser utilizado como “gesso” agrícola. O minério tipo A passa por um britador de mandíbula, por um moinho de martelos e, em seguida, é calcinado em forno rotativo, de queima indireta, para produção de gesso β.

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