Análisis tecnológico del material de Areal Morro Branco, Porto Grande, Amapá, por fraccionamiento

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DOI: 10.32749/nucleodoconhecimento.com.br/medio-ambiente/analisis-tecnologico
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ARTÍCULO ORIGINAL

ALMEIDA, Hellen Karine Santos [1], PAIVA, Matheus Monteiro Ybanez [2], DIAS, Claudio Alberto Gellis de Mattos [3], FECURY, Amanda Alves [4], DENDASCK, Carla Viana [5], DANTAS, Antônio de Pádua Arlindo [6]

ALMEIDA, Hellen Karine Santos. Et al. Análisis tecnológico del material de Areal Morro Branco, Porto Grande, Amapá, por fraccionamiento. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Año 05, Ed. 03, Vol. 11, págs. 05-13. Marzo de 2020. ISSN: 2448-0959, Enlace de acceso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/medio-ambiente/analisis-tecnologico, DOI: 10.32749/nucleodoconhecimento.com.br/medio-ambiente/analisis-tecnologico

RESUMEN

La arena natural se extrae utilizando métodos de minería, incluso para la fabricación de arenas artificiales. La arena es ampliamente utilizada en varias áreas. Como agregados de construcción; industrias de procesamiento de materiales; tratamiento de agua y alcantarillado. El Areal de la empresa Morro Branco, donde se recogieron las muestras de arena, se encuentra alrededor de la sede del municipio de Porto Grande. El municipio de Porto Grande en Amapá se encuentra en el centro del estado a 108 kilómetros de la capital Macapá. El objetivo de esta investigación fue realizar el análisis tecnológico del material de Areal Morro Branco, Porto Grande, Amapá, por fraccionamiento. La arena fue retirada de un arenal en el municipio de Porto Grande – AP con el uso de herramientas manuales para la recolección. 03 (tres) se recogieron muestras de diferentes puntos con diferente composición, debido a la existencia de materia orgánica en su composición. Para la descomposición de la materia orgánica de la muestra se utilizó silicato de sodio con una concentración del 10% y bromoformo. Estos procedimientos se determinaron en la muestra seca en un horno durante 24 horas aproximadamente a 110oC, y el porcentaje de humedad (%U), esto, también se determinó en la muestra original. Se verificó a través de las pruebas y procedimientos realizados que la humedad de la arena del Areal Morro Branco está influenciada por la materia orgánica resultante de las zonas forestales y los recursos hídricos del entorno del Areal. La granulometría de los puntos de los que se recogió la arena en la arena tiene características de grano en ángulo y sub-ángulo. Con la ayuda de la densidad de bromoforma, era factible darse cuenta de que la arena de la que se recogió la muestra tiene agregados de cuarzo, feldespato con una densidad inferior a 2,89 g/cm3. Se ha sugerido que la arena también puede tener derivados minerales de arena con una densidad superior a 2,89g/cm3, que son Olivino y Piroxeno.

Palabras clave: Fraccionamiento, arena, caracterización mineral.

INTRODUCCIÓN

La arena natural se extrae utilizando métodos de minería, incluso para la fabricación de arenas artificiales. La extracción de este material se produce de una manera que no llega a dañar el medio ambiente. El procesamiento de arena artificial se lleva a cabo mediante la extracción de rocas de grava. Después de esta extracción se produce la disminución de estas rocas para obtener grava fina. Para ello, se utilizan métodos de procesamiento como trituración, molienda, tamizado y clasificación (NASCIMENTO, 2009).

La arena industrial se define generalmente como un material compuesto básicamente de sílice con granulometría variada y ya ha sido objeto de procesamiento. El origen de la formación de arena para la producción se encuentra en depósitos de cuarcosa, cuarcita o arena arenisca (FERREIRA y DAITX, 2003).

En Brasil la mayor parte de la producción de arena industrial se encuentra en la región sur del país, con Santa Catarina como el estado que más produce en la región sur, pero la empresa que más produce en el país se encuentra en Sao Paulo. Estas empresas del sur del país suministran las industrias de cerámica y vidrio respectivamente, lo que le hace despertar el interés de las grandes empresas para realizar inversiones en la producción de arena en la región (FERREIRA y DAITX, 2003).

El procesamiento de arena es la etapa más importante de todos los procesos, ya que determinará su uso económico, ya que cualquier masa arenosa puede transformarse en arena industrial, a partir de la cual las características están vinculadas al depósito original (FERREIRA y DAITX, 2003).

La arena es ampliamente utilizada en varias áreas. Como agregados de construcción; industrias de procesamiento de materiales; tratamiento de aguas residuales (DNPM, 2013).

El municipio de Porto Grande en Amapá se encuentra en el centro del estado a 108 kilómetros de la capital Macapá. Tiene una población estimada en 2018 de unas 21.484 personas, con una superficie de 4.428.013 km2, lo que da como resultado una densidad de población de 3,82 habitantes/km2 con el índice de desarrollo humano – IDH de 0,64 (IBGE, 2018).

En los alrededores del municipio se encuentran los depósitos de arena, cuya extracción se desarrolla en probables terrazas fluviales. Estos depósitos se encuentran a una distancia de 4 a 6 kilómetros al sur de la ciudad. El mineral que compone estos depósitos es generalmente de cuarzo. La arena de estos depósitos tiene granulometría fina y media, y puede ser granos en ángulo a sub-ángulo. La geometría, las dimensiones, la cubación y el origen de estos depósitos aún no son bien conocidos. Se producen cerca del contacto de la llanura de inundación amapaense-costera con rocas desgastadas de la base cristalina. El municipio de Porto Grande cuenta con una superficie con más de 6.000 hectáreas disponibles para la extracción de arena, guijarros, grava, arcilla y arcilla (OLIVEIRA, 2010).

El Areal de la empresa Morro Branco, donde se recogieron las muestras de arena, se encuentra alrededor de la sede del municipio de Porto Grande en un radio de 4km, en el punto de referencia, en la coordenada de latitud geográfica: 78541,13 m N; longitud:463198.30 m E (MAGALHÃES et al., 2007).

Con respecto a la caracterización detallada de la muestra, es necesario separarla de la manera más adecuada, con esto se lleva a cabo el fraccionamiento (DONAGEMMA et al., 2015).

El fraccionamiento físico de la materia orgánica puede cuantificar las alteraciones causadas por una gestión inadecuada relacionada con los intentos de recuperación del suelo. Por otro lado, el fraccionamiento químico puede aplicarse en la evaluación del contenido de carbono de las fracciones de himen del suelo (SANTOS et al., 2013).

En Brasil existen varios estudios sobre el fraccionamiento físico del suelo solicitado para estudios sobre materia orgánica del suelo, pero estos estudios sólo cuantificaron la materia orgánica que estaban presentes con limo, arena y arcilla. Otros estudios sobre fraccionamiento de laboratorio muestran la dinámica de la materia orgánica del suelo (MOS), y la posibilidad de extraer esta materia orgánica en áridos y los asociados con arena, limo y arcilla (MACHADO, 2002).

En fraccionamiento, se suelen utilizar centrifugaciones de cuenco, donde la granulometría obtenida será superior al 80% menos de 2. Los métodos utilizados para el fraccionamiento pueden ser químicos o físicos. En el método físico, se pueden utilizar procesos granulométricos, como la separación mediante tamices, o el proceso densimétrico, como separación con el uso de soluciones densas (CONCEIÇÃO et al., 2015). Antes de realizar el fraccionamiento, es necesario que haya una preparación de la muestra, donde se aterriga y se aplaste para obtener un tamaño máximo. Después de la etapa de comminución, la muestra necesita someterse a homogeneización y cuarteto, con el fin de obtener una fracción de la misma.  A continuación, el material se lleva a fraccionamiento (LUZ et al., 2004).

En la química el fraccionamiento se caracteriza por la formación de varias sustancias, resultantes del material inicial (GALDINO, 2010).

En fraccionamiento densa líquida, se deben utilizar al menos tres réplicas, ya que la fracción de luz tiene la propiedad de ser bastante variable (MACHADO, 2002). El fraccionamiento que emplea la separación de líquidos densos utiliza tolvas que separan el volumen óptimo de cada fracción que se va a separar. Las soluciones que generalmente utilizan este tipo de método son: Solución de cloruro de zinc, cuya densidad es 1.8; solución de cloruro de sodio tiene una densidad de 2.2; politungstate de sodio, metatungstate de sodio, SPT, que tienen una densidad de 2,9; metatungstate de litio, LMT, heteropolitungstate de litio, LST, densidad de 3,0 (LUZ et al., 2004).

Es bastante común utilizar divisores magnéticos para fraccionar la muestra por la amplia variedad de divisores magnéticos existentes. El más utilizado es el separador magnético isodinámico Frantz, un separador magnético muy versátil. El separador magnético se compone de una vaguada vibratoria con inclinaciones en sus direcciones longitudinales y transversales, que está cerca de dos electroimanes de corriente ajustable, que determinan la densidad de flujo del campo magnético. La separación de los minerales está determinada por la pendiente lateral de la vaguada, la velocidad de flujo de las partículas, su inclinación longitudinal, la intensidad de la vibración y la cantidad de material alimentado en el embudo. Estas inclinaciones longitudinales y laterales se encuentran generalmente a 25o y 15o respectivamente, esto facilita la tabla de sus características minerales, pero puede variar en un posible refinamiento de la separación.  La densidad de flujo magnético del separador Frantz puede variar de 0 a 20 kG, su procesamiento es eficiente en partículas de tamaño de partícula entre 0,833 mm y 74 m (20 y 200 mallas) (LUZ et al., 2004).

En partículas que superan la granulometría de 0,833 mm, existe un límite físico para su flujo, es necesario aumentar el agujero del embudo, pero podemos tener una alta eficiencia en partículas más pequeñas, dependiendo de las propiedades del ore (LUZ et al., 2004).

La desengatinación es un proceso en el que se suspenden las moléculas a analizar, con el objetivo de desagregar las partículas donde todas se individualizan y lo siguen siendo durante el análisis. Para que se produzca esta prueba es necesario utilizar algunas sustancias básicas que estabilicen el pH. Las sustancias que se utilizan generalmente para realizar la desagglutinación son: Hexametafosfato de sodio y pirofosfato de sodio, pero el silicato de sodio también se puede utilizar (DIAS, 2004).

GOL

Realizar el análisis tecnológico del material de Areal Morro Branco, Porto Grande, Amapá, por fraccionamiento.

MÉTODO

La arena fue retirada de un arenal en el municipio de Porto Grande – AP con el uso de herramientas manuales para la recolección. 03 (tres) se recogieron muestras de diferentes puntos con diferente composición, debido a la existencia de materia orgánica en su composición. Para la descomposición de la materia orgánica de la muestra se utilizó silicato de sodio con una concentración del 10% y bromoformo.

Estos procedimientos se determinaron en la muestra seca de invernadero durante 24 horas a aproximadamente 110oC, y también se determinó el porcentaje de humedad (%U), que se determinó en la muestra original

La metodología utilizada para realizar las pruebas se muestra en la Figura 1 y se describe a continuación.

Figura 1 Muestra las etapas del procedimiento metodológico para realizar las pruebas.

Fuente: Los autores.

MUESTREO

La arena fue recogida en tres puntos distintos. El primer punto se encuentra en N OO° 42’ 37.7’’, W 051° 19’ 56.2’’, con una elevación de 82 metros a nivel del mar; el segundo punto N 00° 42’ 31.1’’, W 051° 19’ 53.6’’, con una elevación de 76 metros y el tercer punto N 00° 42’ 33.4’’, W 051° 19’ 58.2’’, con una elevación de 72 metros en el AMorroreal Branco en el municipio de Porto Grande, Amapá, Brasil. Las muestras se recogieron a profundidades de 20 – 40 centímetros (Figura 2).

Figura 2 Muestra la colección de material en Areal Morro Branco en el municipio de Porto Grande, Amapá, Brasil.

SECADO

La muestra con 1022,49 gramos (aproximadamente 1 kilogramo) se colocó en el invernadero del laboratorio de procesamiento de minerales del Instituto Federal de Amapá (IFAP), a una temperatura de 110oC durante 24 horas. La muestra, después de la extracción, contenía 936,50 gramos.

DETERMINACIÓN DE LA HUMEDAD

La determinación de humedad es el porcentaje de liquidez en un sólido dado. Se puede determinar por la ecuación:

Dónde:

U%: Porcentaje de humedad; Mu: Masa de humedad; Sra.: Masa seca.

HOMOGENIZACIÓN Y QUARTEAMENTO

La muestra seca se homogeneiza para que pueda obtener una mejor distribución del material. Este proceso se realiza sobre un lienzo cuadrado, donde se vierte todo el material, con el objetivo de crear una forma cónica, levantando posteriormente los bordes del lienzo, haciendo el material más homogéneo. A continuación, se lleva a cabo el cuarteto, que consiste en reducir la masa de la muestra recogida, con el fin de utilizar una alícuota para realizar las pruebas (Figura 3).

Figura 3 Muestra el ensayo de homogeneización y cuarteado.

DEAGGLUTINACIÓN

Se utilizó 12,2 g de silicato de sodio (Na2OSi3) disuelto en un matraz volumétrico de 100 ml de agua destilada. Luego, se recogieron 500 g de la muestra de arena, se colocó en un vaso de precipitados de 1L y se añadió inmediatamente agua destilada. La muestra fue seguida al agitador mecánico, donde se añadieron 10 ml de la solución de silicato de sodio a cada agitación. Se realizaron cuatro agitaciones con duración de tiempo, respectivamente de 5 min, 10 min, 30 min y 1 hora. Posteriormente, la muestra se llevó al invernadero.

CHEQUEO

La muestra no pasó por el proceso de comminución, ya que era la arena y ya estaba en el tamaño adecuado para las pruebas. La arena fue retirada del invernadero después del proceso de desagglutinación. Para la separación de las fracciones de tamaño de partícula, el tamizado se realizó utilizando tamices con una abertura de 8# (malla), 16#, 35#, 60#, 80#, 100#, 200#, 250#, 325# y 400#. El conservar cada tamiz se utilizó para el análisis granulométrico.

FRACCIONAMIENTO Y LIQUIDACIÓN DENSA

El método elegido para la prueba de fraccionamiento fue por medios densos.

Pesaba en una botella centrífuga 1 g de cada tamiz retenido de 60#, 80#, 100#, 200#, 250#, 325# e 400#. Usando un cordón, se añadieron 8 ml de bromoformo a cada vial, y luego el material fue llevado a la centrífuga donde permaneció durante 30 minutos. El material flotante fue separado del bromoformo por filtración al vacío. Para determinar el porcentaje de flotación, los filtros utilizados se pesaron antes de la prueba y después de la filtración y secado en el horno a 100 oC. Con estos valores fue posible marcar la diferencia de las masas de los filtros y determinar, en gramos y en porcentaje, la cantidad de flotado y hundido de las masas de las muestras antes del proceso.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El valor de humedad es del 8,4%, es decir, por cada 100 kg de la muestra de mezcla sólido-líquido, el 8,4% son agua. El valor de esta humedad puede ser consecuencia de la cantidad de recursos hídricos y de las grandes zonas forestales disponibles para el entorno de la arena y el municipio de Porto Grande (ROBACHER et al., 2013).

Del porcentaje de transeúnte de la muestra de arena. El porcentaje más alto de transeúntes se encuentra en el tamiz de 8 mallas, con una abertura de 2400μm (Figura 4).

Figura 4. Muestra el paso de la muestra de arena a través de los tamices.

Este resultado se produce porque el tamiz de malla 8, entre todos los otros tamices utilizados, tiene una abertura considerablemente mayor que los granos de arena. El paso de la muestra en los tamices de 200#, 250#, 325# e 400# puede haber sido obstaculizado por las mallas de tales tamices que tienen una abertura menor que el diámetro de los granos de arena, que en promedio es de 0.214 mm (aproximadamente 214. El tamaño de las partículas de arena está influenciado por las características del lugar donde se encuentra el material (VINTEM et al., 2003). Esto indica que posiblemente el lugar donde se recogió la muestra de arena presenta un rango de granulometría donde la mayoría de las partículas son mayores que 214, lo que sugiere que los granos de arena del sitio están en ángulo a sub-ángulo (OLIVEIRA, 2010).

Entre el porcentaje de flotado y hundido en solución bromoforma. Es verificable que el porcentaje más alto presentado en el gráfico pertenece al material hundido, mientras que el porcentaje más bajo pertenece al material flotante (Figura 5).

Figura 5. Muestra el porcentaje de flotación y hundido en solución bromoforma.

Teniendo en cuenta que la densidad bromoforma es 2.89; 2.65 cuarzo; y la de feldespato de 2,56 a 2,76, es posible notar que, posiblemente, el material flotante consiste en tales minerales. Sabiendo que los minerales de olivino y piroxeno también constituyen la arena y sus densidades son, respectivamente: 3.27 a 4.37 y 3.4 a 3.5. Se deduce que el material hundido probablemente está compuesto por estos minerales. Por lo tanto, estos minerales tienen una densidad más alta que la densidad de bromoformo (DIAS, 2004).

CONCLUSIÓN

Se verificó a través de las pruebas y procedimientos realizados que la humedad de la arena del Areal Morro Branco está influenciada por la materia orgánica resultante de las zonas forestales y los recursos hídricos del entorno del Areal. La granulometría de los puntos de los que se recogió la arena en la arena tiene características de grano en ángulo y sub-ángulo.

Con la ayuda de la densidad de bromoforma, era factible darse cuenta de que la arena de la que se recogió la muestra tiene agregados de cuarzo, feldespato con una densidad inferior a 2,89 g/cm3. Se ha sugerido que la arena también puede tener derivados minerales de arena con una densidad superior a 2,89g/cm3, que son Olivino y Piroxeno.

REFERENCIAS

CONCEIÇÃO, P. C.  et al. Eficiência de Soluções Densas no Fracionamento Físico da Matéria Orgânica do Solo. R. Bras. Ci. Solo, v. 39, p. 490-497,  2015.

DIAS, J. A. A ANÁLISE SEDIMENTAR E O CONHECIMENTOS DOS SISTEMAS MARINHOS (Uma Introdução à Oceanografia Geológica).  Portugal: Universidade de Algarve, 2004. 84p.

DNPM. Agregados para a Construção Civil.  2013.  Disponível em: < http://www.dnpm.gov.br/dnpm/publicacoes/serie-estatisticas-e-economia-mineral/outras-publicacoes-1/8-1-2013-agregados-minerais >. Acesso em: 24 outubro 2018.

DONAGEMMA, G. K.  et al. Avaliação do fracionamento da fração areia para a separação de solos arenosa. XXXV Congresso Brasileiro de Ciência do Solo 2015.

FERREIRA, G. C.; DAITX, E. C. A mineração de areia industrial na Região Sul do Brasil. Ouro Preto. R. Esc. Minas, v. 56, n. 1, p. 59-65,  2003.

GALDINO, L. C. Programa que quantifica o processo de cristalização fracionada e sua aplicação ao estudo de soleiras da Bacia do Paraná (Estado do Paraná). 2010.  (Doutorado). Universidade de São Paulo.

IBGE. Brasil em Síntese/Amapá/Porto Grande.  2018.  Disponível em: < https://cidades.ibge.gov.br/brasil/ap/porto-grande/panorama >. Acesso em: 24 outubro 2018.

LUZ, A. B.; SAMPAIO, J. A.; ALMEIDA, S. L. M. Tratamento de Minérios.  Rio de Janeiro: CETEM/MCT, 2004.

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NASCIMENTO, J. F. Estudos de areias artificiais em concreto betuminoso. Faculdade de Engenharia Kennedy,. 2009.  (Especialização). Faculdade de Engenharia Kennedy Belo Horizonte.

OLIVEIRA, M. J. Diagnóstico do setor mineral do Estado do Amapá.  Macapá: IEPA, 2010. 148p.

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VINTEM, G.; TOMAZELLI, L. J.; KLEIN, A. D. F. O Efeito do Tamanho de Grão de Areia No Processo de Transporte Eólico dos Campos de Dunas Transgressivas do Littoral do Estado de Santa Catarina, Brasil. II Congresso sobre Planejamento e Gestão das Zonas Costeiras dos Países de Expressão Portuguesa. IX Congresso da Associação Brasileira de Estudos do Quaternário. II Congresso do Quaternário dos Países de Língua Ibéricas. Recife PE 2003.

[1] Técnica de Minería. Instituto de Educación Básica, Técnica y Tecnológica de Amapá (IFAP).

[2] Técnico minero. Instituto de Educación Básica, Técnica y Tecnológica de Amapá (IFAP).

[3] Biólogo, Doctor en Teoría e Investigación del Comportamiento, Profesor e investigador del Curso de Grado en Química del Instituto de Educación Básica, Técnica y Tecnológica de Amapá (IFAP).

[4] Biomédica, Doctora en Enfermedades tópicas, Profesora e investigadora del Curso Médico del Campus macapá de la Universidad Federal de Amapá (UNIFAP).

[5] Teólogo, Doctor en Psicoanálisis, investigador del Centro de Investigación y Estudios Avanzados – CEPA.

[6] Tecnología de Materiales. Máster en Ingeniería Mecánica, Profesor e investigador del Curso de Grado en Química del Instituto de Educación Básica, Técnica y Tecnológica de Amapá (IFAP).

Enviado: Marzo de 2020.

Aprobado: Marzo de 2020.

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Teólogo, Doctor en Psicoanálisis Clínico. Ha trabajado durante 15 años con Metodología Científica (Método de Investigación) en la Orientación de Producción Científica de estudiantes de maestría y doctorado. Especialista en Investigación de Mercado e Investigación en Salud.

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