Investigação de presença de óxidos terras-raras em areias de praia por meio de espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier

Abstract

RESUMO: Terras-raras são elementos químicos da classe dos lantanídeos mais o ítrio e escândio que, apesar do nome, não são necessariamente raros, apenas apresentam dificuldade em sua extração a partir do minério. Eles são amplamente utilizados em vários materiais presentes na vida do homem como por exemplo baterias, motores, ímãs, materiais elétricos, entre outros, e, por isso, constituem grande interesse econômico. A região da grande Vitória no estado do Espírito Santo possui uma forte influência de grandes empresas mineradoras e, também, da área de metalurgia e sofre com a dispersão de resíduos minerais na atmosfera, o que torna o local com uma boa chance de apresentar algum vestígio de terras-raras em suas praias. Dessa forma, o presente trabalho apresenta um estudo realizado com amostras de areia de praias da região da grande Vitória, comparando-as com amostras de areia de praia de outra região (Praia Grande em Arraial do Cabo no estado do Rio de Janeiro), e visando a identificação de terras-raras. A caracterização das amostras foi feita por meio da técnica de Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR – Fourier Transform Infrared) e os espectros gerados foram comparados com espectros de referência dos elementos terras-raras e outros constituintes das areias de praia. Para isso, foi necessária a construção de uma biblioteca de dados de espectros na região espectral do infravermelho para os diversos óxidos terras-raras, que serviram como os espectros de referência. A técnica permite identificar a presença de um composto químico (neste caso, óxido) na amostra, comparando diretamente os espectros experimentais com os espectros de referência. Para familiarização com o método, foram realizados testes para comparar o espectro experimental de ácido ascórbico com seu espectro de referência, bem como verificar sua assinatura presente nos sucos de laranja e limão. Para amostras de areia de praia, o dióxido de silício foi identificado em todas as amostras, pois é o principal constituinte da areia, além da indicação da presença do dióxido de tório na amostra da praia da Areia Preta – Guarapari – ES. Considerando que a identificação de óxidos de terras-raras, por serem compostos inorgânicos, é feita a partir de pequenos intervalos do espectro, a perspectiva deste trabalho é isolar esses intervalos, garantindo a preservação da resolução espectral e compará-los com os espectros de referência construídos de acordo com a literatura e compilados neste trabalho.

ABSTRACT: Rare earths are chemical elements of the lanthanide class plus yttrium and the scandium. Even though they have that name, these elements are not necessarily rare, but they are difficult to extract from the ore. Many materials presented in human life are made up rare earths, for example, it can be mentioned the batteries, motors, magnets, electrical materials, among others, and because of that, they have a great economic interest. The Vitória?s metropolitan region in the state of Espírito Santo has a strong influence of the largest mining companies and the metallurgy area. It also suffers from the dispersion of mineral waste into the atmosphere, which makes a good chance to present some trace of rare earths on the local beaches. Therefore, this work presents a study carried out with sand samples from beaches of the Grande Vitória region, comparing them with beach sand samples from another region (Praia Grande in Arraial do Cabo, Rio de Janeiro), and aiming to identify rare earths. The characterization of the samples was made by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and the spectra generated were compared with reference spectra of rare earths elements and other constituents of beach sands. For this, it was necessary to establish a data library about the spectra in the infrared spectral region for the various rare earth oxides, which served as the reference spectra. The technique makes it possible to identify the presence of a chemical compound (oxide, in this case) in the sample by directly comparing the experimental spectra with the reference spectra. For familiarization with the method, tests were carried out to compare the experimental spectrum of ascorbic acid with its reference spectrum, as well as to verify its signature present in orange and lemon juices. For beach sand samples, silicon dioxide was identified in all samples since it is the main constituent of sand. In addition, the presence of thorium oxide was indicated in the sample of Areia Preta beach- Guarapari - ES. Considering that the identification of rare earth oxides, as they are inorganic compounds, is made from small intervals of the spectrum, the perspective of this work is to isolate these intervals, ensuring the preservation of spectral resolution, and to compare them with the rare earth oxide reference spectra constructed according to the literature and compiled in this work.