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Type: Tese de Doutorado
Title: Linha de ressonância da radiação gama e estrutura hiperfina do 57Fe em minerais de uma jazida de manganês e em óxidos de ferro de um sistema natural magnetita-hematita
Authors: Cassius Klay Nascimento
First Advisor: José Domingos Fabris
First Co-advisor: Joao Pedro Braga
First Referee: Carmen Gloria Pizarro Arriagada
Second Referee: Antonio Carlos Doriguetto
Third Referee: Maria Helena de Araujo
metadata.dc.contributor.referee4: Luiz Carlos Alves de Oliveira
Abstract: Este trabalho é divido em duas partes maiores: a primeira, teórica, sobre a forma algébrica da linha de ressonância gama nuclear, do efeito Mössbauer; a segunda, de caráter experimental, trata da medida dos parâmetros hiperfinos em minerais ferruginosos de uma mina sob exploração comercial de manganês e de um estudo detalhado sobre um sistema natural de óxido de ferro magnético e de seus produtos da transformação cristalográfico- e magnético-estrutural, no geoambiente original, em litologia de filito ematítico. Da primeira parte do trabalho, linhas de emissão e de absorção gama têm forma lorentziana, com largura natural ..n. Demonstra-se que a linha de ressonância Mössbauer é, também, uma lorentziana, com largura igual a 2..n. Os fundamentos teóricos são postos de modo a oferecer um caminho dedutivo mais diretamente alcançável, em alternativa aos argumentos bem mais complexos, encontrados na literatura científica. A segunda parte, de caráter experimental, do trabalho teve dois focos principais. Inicialmente, amostras selecionadas de minério de manganês, contendo minerais ferruginosos e descritos como oriundo de uma rocha sílico-carbonatada, denominada queluzito, da Mineração Morro da Mina, em Conselheiro Lafaiete, Minas Gerais, foram caracterizadas, dos pontos de vista das estruturas química, cristalográfica e hiperfina Mössbauer do 57Fe. Depois, um segundo problema envolvendo um complexo sistema mineralógico, formado de cristais típicos de magnetita de um filito hematítico da região de Diamantina, Minas Gerais. Amostras desses cristais foram pormenorizadamente analisadas, também dos pontos de vista químico, cristalográfico, hiperfino e magnético, na busca de evidências experimentais que sustentassem um modelo plausível de transformação da magnetita precursora em hematita, no geoambiente original. O acervo de dados experimentais obtidos revelam que a mina de manganês tem, pelo menos, duas formas de siderita, uma mais pura (FeCO 3) e outra com substituição isomórfica de ferro por cálcio Fe1- x Ca,Mg..xCO3 , espessartita ( (Fe2+ ,Mn2+)3 Al (SiO4)3 ), rodocrosita MnCO3 e rodonita (Fe2+ ,Mn2+ ,Ca) SiO3 e goethita alpha - FeOOH. O sistema mineralógico magnetita - hematita tem algumas características muito especiais: são cristais octaédricos milimétricos, característicos de magnetita, e são magnéticos, embora o valor da magnetização de saturação .. .. 1,2 J T kg-1 seja bem menor do que o característico da magnetita pura (.. >90 J T kg-1). No entanto, os padrões difratométricos do pó dos cristais revelam a existência de hematita, unicamente. Os espectros Mössbauer também correspondem a parâmetros hiperfinos característicos de hematita. A origem da magnetização do material, tanto dos cristais preservados na forma quanto pulverizados, ainda não é claramente elucidável, mas os presentes resultados, de difração de raios X, de espectroscopia Mössbauer e de medidas magnéticas, oferecem dados novos aos até então reportados na literatura científica, para que se possa construir um modelo físico capaz de explicar as transformações (i) cristalográfico-estrutural, de uma célula cúbica, da magnetita, para a trigonal hexagonal, da hematita, e (ii) magnético-estrutural, do precursor ferrimagnético para uma fracamente ferromagnética, da hematita, ou alguma outra estrutura magnética intermediária, que acompanharia a mudança de fase cristalográfica. Dos dois casos tratados experimentalmente, os dados hiperfinos Mössbauer valorizam extraordinariamente a interpretação física e a modelagem estrutural dos sistemas estudados, na medida em que permitem acessar e obter informações locais da estrutura hiperfina, pela sonda nuclear do 57Fe.  
Abstract: This work is divided into two major parts: the first, theoretical, is about the algebraic form of nuclear gamma resonance line, of Mössbauer effect, the second, is one of experimental character, which is related to the measure of the hyperfine parameters, of minerals ferrugionos, of a mine under exploration commercial of manganese and a detailedstudy of a natural system of magnetic iron oxide and its products of the magneticcrystallographic-structural transformation, in the original geological environment in lithology of hematitic phyllite. In the first part of the work, the emission lines and absorption gamma have Lorentzianshape, with a natural line width, ..n. It is shown that the Mössbauer resonance line is also a Lorentzian with a width equal to 2..n. The theoretical foundations are laid in a way they offer a deductive configuration, reached more directly, as well as an alternative to more complex arguments, found in the scientific literature. In the second part of the study, of experimental character, there were two main focuses.Initially, selected samples of manganese ore containing ferruginous minerals and described as being originated from a silica-carbonate rock, called queluzito, Mining Morro da Mina in Conselheiro Lafaiete, Minas Gerais, the samples were characterized, from the point of chemical structures, crystallographic and Mössbauer hyperfine of 57Fe. Then a second problem involving a complex mineralogical system, consisting of magnetite crystals typical of a hematitic phyllite from the region of Diamantina, Minas Gerais. Samples of these crystals were analyzed in detail, as well as from the point of view of chemical, crystallographic, and magnetic hyperfine in the search of experimental evidence to sustain aplausible model for the transformation of the precursor, magnetite in hematite, in its original geological environment. The obtained collection of experimental data show that manganese mine has at least two forms of siderite, a purer (FeCO 3) and another with isomorphous substitution of iron by calcium ( Fe1- x..Ca,Mg..xCO3 ), spessartine ( .. .. 3 2 3Fe2+ , Mn2+ Al SiO ), rhodochrosite (MnCO3) and rhodonite (..Fe2+, Mn2+, Ca..SiO3 ). The system mineralogical magnetite - hematite has some very special characteristics: they are millimetric octahedral crystals, characteristic of magnetite, and are magnetic, although the value of saturation magnetization .. .. 1,2 J T kg-1 is much smaller than thecharacteristic of magnetite pure (.. >90 J T kg-1). However, the X-ray diffraction patterns of the crystals powder, revealed the existence of hematite only. The Mössbauer spectra also correspond to hyperfine parameters characteristic of hematite. The origin of the magnetization of the material, even in of the preserved crystals as in the powdered, isnt still clearly understandable, but the present results of the X-ray diffraction, the Mössbauer spectroscopy and the magnetic measurements, provide new data to previously reported in the scientific literature, so that one can build a physical model capable of explaining the transformations (i) crystallographic structure of a cell cubic magnetite to the trigonalhexagonal structure of the hematite, and (ii) structural-magnetic, of the ferrimagnetic precursor to a weakly ferromagnetic, of the hematite or some other intermediate magnetic structure, which would follow the crystallographic phase change. Of the two cases treated experimentally the data hyperfine Mössbauer value extraordinarily the physical interpretation and the structural modeling of the studied systems,in a way it allows the access and the achievement of local information of the hyperfine structure, by the probe nuclear 57Fe.
Subject: Raios X Difração
Físico-química
Mossbauer, Espectroscopia de
Minerios de manganes
Compostos de ferro
Magnetita
Hematita  Minas Gerais
Ressonancia
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-98YTW2
Issue Date: 26-Apr-2013
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