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Title: Estudos químico-mineralógicos aplicados à caracterização do diamante de Santa Elena de Uairén, Estado Bolívar – Venezuela.
Authors: Fernández, José Albino Newman
metadata.dc.contributor.advisor: Gandini, Antônio Luciano
Keywords: Mineralogia
Diamante
Santa Elena de Uairén
Micro Raman
Carbonato
Issue Date: 2011
Publisher: Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais. Departamento de Geologia. Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
Citation: FERNÁNDEZ, J. A. N. Estudos químico-mineralógicos aplicados à caracterização do diamante de Santa Elena de Uairén, Estado Bolívar – Venezuela. 2011. 242 f. Tese (Doutorado em Evolução Crustal e Recursos Naturais) - Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2011.
Abstract: As áreas alvo do presente estudo encontram-se localizadas em Santa Elena de Uairén, Município Gran Sabana, região sudeste do Estado Bolívar, nas proximidades da fronteira entre a Venezuela e o Brasil, especificamente na Bacia do Rio Caroní, sub-bacia do Rio Icabarú. A região pertence à porção venezuelana do Escudo das Guianas, onde estão presentes as províncias geológicas de Roraima e Cuchivero. A metodologia empregada começa pela seleção e coleta das amostras, destacando-se que com a finalidade de garantir a sua procedência as amostras de diamante foram adquiridas diretamente nas áreas de explotação, coletados nas margens dos rios Icabarú, Uaiparú, Surucún e Mosquito. A caracterização mineralógica consistiu no estudo das propriedades físicas e químicas de 2.000 amostras de diamante entre as variedades gemológica e industrial, o peso médiodos cristais variou de 0,2 a 1,50 ct, não sendo um número expressivo a ser considerado, uma vez que para os depósitos da região reportam-se uma produção de diamante de quilatagem mais elevada. Seu peso específico é representado no intervalo de 3,50 a 3,52, sendo essa variação fruto da presença de algumas inclusões minerais e de defeitos cristalinos. Por meio de microscopia óptica foram estudadas as seções superficiais do diamante permitindo sua caracterização macroscópica. Predominam os octaédricos, seguido dos dodecaédricos, cristais geminados policristalinos, além de exemplares irregulares, subarredondados e fraturados. No que tange à cor, 37% são incolores, 20,5% amarelos, 14% castanhos, 5%verdes, 3% pretos, da amostras estudadas 7,5% apresentam capas verdes e 3,5% apresentam capas marrom. No estudo morfológico dos exemplares molicristalinos analisados se determinou que 57,3% de cristais são irregulares; 11,5% de rombododecaedros; 10,0% de octaedros; 7,8% de octa-rombododecaedros (formas intermediárias entre o octaedro de faces planas e o rombododecaedro de faces curvas); 5,0% de fragmentos de clivagem; 4,2% de agregados cristalinos; 1,5% de geminados e 1,5% de cubos. As demais categorias morfológicas presentes incluindo o cubo piramidado, combinações variadas entre cubo, octaedro e rombododecaedro, formas pseudotetraédricas e diamante policristalino (carbonados, ballas), ocorrem em frequências abaixo de 1,0%. A grade maioria apresentarem figuras de dissolução nas superfícies,o que indica que foram submetidos aos processos de dissolução a altas temperaturas. Com a aplicação do método de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) mediante a aplicação da técnica de Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS), foram estudadas as superfícies dos cristais de diamante, o que permitiu a interpretação dos fenômenos, processos e/ou eventos quer seja de crescimento, corrosão ou dissolução. Foi possível efetuar o reconhecimento de figuras superficiais dos tipos trigons, quadrons, crescimento em bloco, crescimento laminar, estrias, sulcos e colinas (protuberâncias ou saliências arredondadas), o que permitiu estabelecer a evolução morfológica partindo do octaedro primitivo e passando por fenômenos de dissolução para formas transicionais (111)+(110), (111)+(hkl), proporcionando hábitos rombododecaédricos (110) e hexaoctaédricos (110). A partir de análises de Espectroscopia de Absorção no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) foram obtidos dados que permitiram a classificação espectral do diamante a partir da determinação do conteúdo de nitrogênio. Os resultados obtidos indicam as seguintes porcentagem 6% corresponde ao tipo IIa, 2% ao tipo Ib, 18% ao IaA, 26% ao tipo IaB e 48% ao tipo IaAB. A metodologia utilizada para analisar às características estruturais dos cristais de diamante da região consistiu na integração dos métodos analíticos de catodoluminescência (CL), fotoluminescência (PL) e espectroscopia de ressonância paramagnética electrónica (EPR). Foram determinados defeitos estruturais atribuídos à presença de nitrogênio e vacâncias como, por exemplo, o defeito (N-V) o qual foi determinado em vários cristais. Analisando os diamantes de cor marrom observou-se que esses contêm pouca ou nenhuma impureza, porém sendo diamantes puros sua cor pode ser ocasionada por deslocamentos estruturais, conhecidos como deformações plásticas, que são rupturas na simetria de translação da rede cristalina. Os cristais de coloração amarela apresentaram um conjunto de espectros diferenciados, que provam que os defeitos presentes devem-se à presença de impurezas de nitrogênio formando diferentes centros de cor. O primeiro grupo é formado por cristais onde ocorrem principalmente os centros do tipo P1, um segundo grupo onde ocorrem principalmente os centros N1 e N4, um terceiro é representado por cristais cujos principais centros são o P2. E um quarto grupo onde os cristais apresentam espetros que permitem reconhecer um centro N2. Também foram identificados centros S=1. As inclusões minerais presentes nos cristais de diamante, foram analisadas mediante espectroscopia micro-Raman sendo que foi possível identificar inclusões de olivina, granadas e grafita. Mediante analises de microRaman foi determinada uma microinclusão de chaoíta (C – sistema hexagonal) que permite deduzir que a mesma possivelmente pertence a relicto da presença de inclusões gasosas de CO trapeada no interior de microcristais de diamante, sendo que a atividade decorrente da temperatura e pressão de confinamento, localmente produziriam a modificação da estrutura cristalográfica do diamante (cúbica), para hexagonal, segundo hibridizações do tipo SP 3 (chaoíta). A partir das análises de fotoluminescência (PL), catodoluminesência (CL) e ressonância paramagnética eletrônica (EPR) determinaram-se defeitos na estrutura cristalina dos carbonados atribuídos a formação de plaquetas de nitrogênio associada a deslocamentos internos, fato que sugere atuação simultânea de cisalhamento (esforço dirigido) associado ao aumento da temperatura, resultando em condições favoráveis para deformação plástica de diamantes e para a conversão dos centros A para centros B no manto superior. O estudo das amostras de minerais pesados permitiu estabelecer três associações mineralógicas maioritárias: zircão-hematita, ilmenita-zircão e hematita-ilmenita. Nessas amostras, foram identificadas altas concentrações de ouro, esse distribuído ao longo de toda a região de Santa Elena de Uairén. Também foram identificados minerais fosfáticos, tipo Terras Raras, tais como a florencita
metadata.dc.description.abstracten: The target areas in this study are located in SantaElena de Uairén, Municipality of Gran Sabana, southeastern region of the Bolivarian State, near the border between Venezuela and Brazil, specifically in the Caroní River Basin, Icabarú River Sub-basin. The area belongs to the Venezuelan portion of the Guyana Shield, where the geological provinces of Roraima and Cuchivero are. The methodology employed starts by collecting and selecting the samples. It is important to highlight that in order toensure their origin, the diamonds were obtained straight from the exploration areas, i.e. at the Icabarú, Uaiparú, Surucún, and Mosquito River banks. Mineralogical characterization consisted in studying the physical and chemical properties of 2.000 diamond samples among the gemological and industrial varieties. Their average weight ranged from 0.2 to 1.50 ct, which isnot a significant number because the deposits in this area have reportedly produced diamonds of higher carat weights. Their specific weight is represented in the 3.500 to 3.520 interval. This variation derives from the presence of a few mineral inclusions and crystal defects. The superficial sections of the diamonds were studied using optical microscopy, which allowed the morphological characterization. Microscopy revealed the predominance of octahedral, followed by dodecahedral, polycrystalline geminated crystals, as well as irregular, subrounded and fractured samples. As far as color is concerned, 37% are colorless, 20.5% yellow, 14% green, 5% brown, 3% black, 7.5% are green-coated and 3.5% brown-coated. In the morphologic study of diamonds molicristalinos determined that 57.3% of crystals are asymmetrical, 11.5% of rhombic dodecahedron), 10.0% of octaedro, 7.8% of combinations intermediate between octahedrons, of plain faces and rhombic dodecahedron of rounded faces, 5.0% of cleavage fragments, 4.2% of aggregates crystalline; 1.5% of geminados and 1.5% of cubes, The others categories morphologic including tetrahexahedroids combinations varied between cube, octaedro and rhombic dodecahedron, pseudo-dodecahedron forms and diamonds pollycrystaline (carbonado and ballas), presenting in frequency low 1.0%, The majority presented figures of dissolution on the surface features, this indicates that they underwent dissolution processes at high temperatures. Using the ScanningElectron Microscopy (SEM) method and the Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) technique, the diamond crystal surfaces were studied. This allowed us to interpret the phenomena and the growth, corrosion or dissolution processes/events. It was possible to recognize superficial figures such as trigons, quadrons,cluster growth, layer growth, grooves, and lumps, which allowed determining their morphological evolution from the primitive octahedron, passing through dissolution phenomena to transitional forms (111)+(110), (111)+(hkl), providing rombododecahedral (110) and hexa-octahedral (110) habits. The Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) analysis obtained chemical composition data that allowed thespectral classification of diamonds based on nitrogen content determination. The results obtained showed the following percentage: 6% corresponds to type IIa, 2% to type Ib, 18% to IaA, 26% to type IaB, and 48%to type IaAB. The methodology used to analyze the structural characteristics of diamond crystals from this area consisted in integrating the Cathodoluminescence (CL), Photoluminescence (PL), and Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy (EPR) analytical methods. Structural defects attributed to the presence of nitrogen and vacancies such as (N-V) defect were determined in several crystals. The analysis of brown diamonds revealed that they have little or no impurities. However, since they are pure Diamonds, their color can be a result of structural displacements, known as plastic deformations, which are disruption in the crystal network translational symmetry. The yellow crystals showed a set of different spectra, which proves that the existing defects are due to nitrogen impuritiesin different forms of centers. The first group ismade of crystals in which mainly type-P1 centers occur, thesecond group with types N1 and N4 centers, and the third group is represented by crystals whose main center are type P2. There is also a fourth group, in which the crystals show spectra that allow indentifying an N2 center. Centers S=1 were also indentified. The mineral inclusions present in the diamond crystals were analyzed using Micro-Raman spectroscopy, which allowed the identification of olivine, grenade, and graphite inclusions. Micro Raman analyses determined a micro-inclusion of chaoite, which allows us to conclude that it belongs to remains of CO gas inclusions trapped within diamond micro-crystals. The activity resulting from the confinement temperature and pressure modified the crystallographic structure of the diamond, from cubic to hexagonal, according to hybridizations such as sp3 (chaoite). Based on Photoluminescence (PL), cathodoluminescence (CL), and Electron ParamagneticResonance (EPR) analyses, we could determine that the defects in the crystal structures of the carbonated attributed to nitrogen platelet formation associated to internal displacements postulates a simultaneous shear forces (directed strength) associated to increased temperature. This resulted in favorable conditions to diamond plastic deformation and conversion of centers A to centers B in the upper mantle. The study of heavy mineral allowed stipulating three major mineralogical associations: zircon-hematite, ilmenite-zircon, and hematite-ilmenite. In these samples, high concentrations of gold were identified, which is spread along almost all the Santa Elenade Uairén area. Phosphate minerals, rare earth type, such as florencite were also identified. The Multivariate Statistical Analysis methodology using discriminant functions is appliedin order to separate individuals (samples) into groups with similar characteristics,according to the different measurements carried out. In other words, it is a multivariate statistical analysis to verify how the elements are grouped and better describe their behavior in similar groups or groupswith affinities.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/3357
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