It is undoubtable that the geological path followed by a bentonite natural occurrence, will set a birthmark in terms of grade and quality, the former being expressed in terms of mineralogical composition, smectite content and other aspects derived from the bulk sample characterization, and the latter being expressed in terms of the crystal chemistry of smectite species present and derived from the clay size fraction observations. The influence of parent rock composition, genesis mode, burial history and preservation conditions after alteration, would set the fingerprint on bentonite and inherent structural features in smectites species, which determines potential industrial and scientific uses. The following thesis aims to evaluate physicochemical properties of 12 bentonite samples, coming from the six most relevant bentonite bearing geological areas located in the Mercosur economic block (Argentina, Brazil and Uruguay)1; in order to stablish possible correlations between distinctive geological contexts, and observed characteristics from whole rock providing information regarding grade and the clay size fraction will provide information regarding quality. Mineralogical composition corroborated the tendency to be influenced by the geochemical signature of parent rock firstly, and secondly genesis mode (probably due to lack of information in this aspect). Age, on the other hand, could on the contrary, be a misleading parameter; in the sense that preservation is not necessarily time dependent. Poor grade and the presence of mixed layers and accessory clay mineral phases (mostly kaolinite but also I/S, illite and pyrophyllite) appear to be associated with hydrothermal to sedimentary alteration modes, higher grade bentonites with tendency to yield extreme relative values of physical properties, measured in layer charge, swelling and organic sorption, were found in association to diagenetic bentonites. In terms of smectite species, all members found belong to the montmorillonite-beidellite series, and rhyolitic to dacitic volcanic source, tends to alter into the montmorillonite end member of the series; and accordingly, basic precursors (basalt) to intermediary (andesite), show a tendency to alter into transitional up to beidellite Fe-rich end members of the series respectively. To evaluate implications on possible applications, crystal chemistry was evaluated over the <1 µm size fractions by XRD and XRF along with other accessory techniques (FTIR, SEM-EDS and size distribution analysis), finding a clear trend, between layer charge relative magnitude, as a function organo-sorption behavior; by simply evaluating the d-001 XRD reflections on oriented slides after first K-saturation and sequential ethylene glycol solvation, against (CTAC)-montmorillonite d001 basal reflection , being inversely proportional and resulting in a broad variety Organophilic XRD patterns, showing distinctive expandability behavior ranging from 15,2 Å To 21,68 Å. As a function of alkyl chain size and the known sorption isotherm, basically all patterns of organo-compound sorption where observed, going from lateral monolayer to paraffin type sorption behavior. / É inquestionável que o caminho geológico seguido pela ocorrência natural de bentonitas, irá indicar suas características em termos de teor e qualidade, o primeiro expressado em termos da composição mineralógica, conteúdo de esmectitas e outros aspectos derivados da caracterização da amostra cabeça, e o Segundo expressado em termos da química cristalina das espécies esmectiticas presentes e derivado das observações na fracção de tamanho de argilas. A influência da composição da rocha parental, sua gênese, o histórico de soterramento e das condições de preservação após processo de alteração, determinaria a \"impressão digital\" da bentonita e as características estruturais inerentes as espécies de esmectitas, que determina os usos potenciais e industriais. O objetivo deste trabalho é avaliar propriedades físico-químicas de 12 amostras de bentonitas, provenientes de seis áreas geológicas mais relevantes localizadas no bloco econômico do Mercosul (Argentina, Brasil e Uruguai)2; o intuito é estabelecer possíveis correlações entre contextos geológicos distintos e características observadas em rochas (teor) e fração de tamanho de argila (qualidade). A composição mineralógica corroborou a tendência de ser influenciada pela assinatura geoquímica da rocha parental em primeiro lugar, e em segundo lugar, por sua gênese (provavelmente devido à falta de informação neste aspecto). A idade, por outro lado, poderia, pelo contrário, ser um parâmetro ilusório, no sentido de que a conservação não é necessariamente dependente do tempo. Baixo teor e baixo conteúdo de esmectita, assim como a presença de camadas mistas e fases argilosas acessórias (principalmente caulinita, mas também I/S, ilita e pirofilita) parecem estar associadas aos modos de alteração hidrotermal a sedimentar, bentonita de alto teor, com tendência a produzir valores relativos extremos de propriedades físicas, medidas em carga foliar, inchamento e sorção orgânica, foram encontradas em associação com bentonitas diagenéticas. Em termos de espécies de esmectitas, todos os membros identificados como pertencentes a série montmorilonita-beidellita, e a fonte vulcânica riolítica a dacítica, tendem a se alterar para membro final da série montmorilonita, e consequentemente, os precursores básicos (basalto) e intermediário (andesito), mostram tendência a se alterar em membros transitórios e beidellita ricos em ferro, respectivamente. Para avaliar as implicações nas possíveis aplicações, a química cristalina foi avaliada nas frações abaixo de 1 µm por DRX e FRX, juntamente de outras técnicas de apoio (FTIR, MEV/EDS e distribuição granulométrica), encontrando uma tendência clara entre a magnitude relativa da carga da camada, como uma função do comportamento da organo-absorção, simplesmente avaliando as reflexões basais em d-001 a partir de lâminas orientadas após a primeira saturação em potássio e solvatação sequencial de etileno glicol, contra reflexão em d-001 da (CTAC)-montmorilonita, sendo inversamente proporcional e resultando em uma ampla variedade de padrões de DRX organofílico, mostrando um comportamento de expansibilidade distinto, variando de 15,2 Å a 21,68 Å. Como função do tamanho da cadeia carbônica e da isoterma de sorção conhecida, basicamente todos os padrões de sorção de organo-compostos foram observados, partindo do comportamento de sorção do tipo monocamada lateral para sorção tipo parafina.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-01032019-090527 |
| Date | 05 October 2018 |
| Creators | Gabriel Gonzalo Machado |
| Contributors | Henrique Kahn, Francisco Rolando Valenzuela Diaz, Rômulo Simões Angélica, Georgios Christidis, Francisco Rolando Valenzuela Diaz, André Sampaio Mexias |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Engenharia Mineral, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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