ÁREA: Ambiental
TÍTULO: CARACTERIZAÇÃO DE UM REJEITO DA INDUSTRIA DE ALUMÍNIO PARA FUTURAS APLICAÇÕES
AUTORES: SILVA, V.R. (UFMG) ; SANT'ANNA, S.S. (UFMG) ; YOSHIDA, M.I. (UFMG)
RESUMO: RESUMO: O Processo Bayer de produção de alumínio gera, em uma de suas etapas, um rejeito sólido, que é disposto em aterros pelas empresas produtoras, causando risco ambiental. Este rejeito é um pó preto muito fino proveniente da etapa de clacinação do Processo. A caracterização química deste material mostrou uma grande quantidade de alumina, que é um material de alto valor comercial e com várias possibilidades de aplicação. O presente trabalho apresenta a caracterização deste resíduo, utilizando técnicas como a difração de raios-X, termogravimetria (TG), análise térmica diferencial (DTA) e microscopia eletrônica de varredura (MEV).
PALAVRAS CHAVES: alumina, rejeito, termogravimetria
INTRODUÇÃO: INTRODUÇÃO: O Processo Bayer de produção envolve a extração de alumina da bauxita, utilizando solução de hidróxido de sódio quente, sob altas pressões (GONÇALVES J. F., 2003). A gibsita formada é precipitada e calcinada, para a obtenção de alumina (PANIAS et. al., 2000). Esta etapa de calcinação do processo gera um resíduo escuro e muito fino, que é rico em alumina, porém não atende às especificações industriais (YOSHIDA e CARVALHO, 2002). Por este motivo ele é descartado em aterros ou pátios industriais, ou ainda misturado à lama vermelha (outro resíduo do processo Bayer), transformando-se assim em um grande problema ambiental. Torna-se então cada vez mais necessário encontrar usos para este material. Este rejeito, por conter uma quantidade apreciável da alumina, pode ser utilizado para vários fins, como por exemplo carga inorgânica para espumas de poliuretano. A alumina é um material bastante utilizado com retardante de chamas e como reforço inorgânico em espumas flexíveis e rígidas de poliuretano (THIRUMAL et al., 2010). O tratamento prévio deste resíduo também torna possível sua aplicação em cromatografia (YOSHIDA e CARVALHO, 2002).
O objetivo deste trabalho foi caracterizar quimicamente o rejeito industrial, denominado aqui de “pó preto”, através das técnicas de difração de raios X, termogravimetria (TG), análise térmica diferencial (DTA), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDS). A caracterização físico-química do resíduo “pó preto” é fundamental para futuras aplicações deste material para cromatografia ou como carga para poliuretanos.
MATERIAL E MÉTODOS: MATERIAIS E MÉTODOS: As curvas termogravimétricas (TG/DTG) e a análise térmica diferencial (DTA) foram realizadas em um equipamento Netzsch STA409EP, no intervalo de temperatura de 30 a 750ºC, em atmosfera dinâmica de ar (fluxo 100 mL min-1), razão de aquecimento de 10ºC min -1, em cadinhos de alumina.
Os padrões de difração de raios X foram obtidos em um difratômetro Siemens D5000, utilizando radiação K alfa do cobre, energia de 40kV, corrente de 30 mA e 0,05ºmin-1 de velocidade de varredura.
Os estudos de microscopia eletrônica de varredura foram realizados em um instrumento JEOL JSM 840-a. As amostras foram propagadas em uma fita de carbono e recobertas com uma fina camada de ouro.
As análises de EDS foram feitas em uma sonda eletrônica de microanálise JEOL-8900.
O carbono contido no rejeito “pó preto” foi quantificado por análise elementar em um equipamento Perkin-Elmer 2400-CHN.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: RESULTADOS E DISCUSSÃO: O padrão de difração de raios X do “pó preto”, apresentado na Figura 1, indica a presença de alumina (Al2O3) e hidróxido de alumínio (Al(OH)3) como os principais componentes do material. Os tamanhos médios de partícula foram calculados através da equação de Scherrer, utilizando para os cálculos parâmetros obtidos da difração de raios X, como comprimento de onda da radiação, largura à meia altura da linha e o ângulo de difração de raios X (HINCAPIE, et. al., 2004). O tamanho médio de partícula calculado para o rejeito “pó preto” foi de 60 nm.
A Figura 2 apresenta a curva termogravimétrica (TG) e sua derivada (DTG) para o “pó preto”. A primeira perda de massa próxima a 100ºC, e a segunda perda, em torno de 250ºC, correspondem à desidratação conversão de hidróxido de alumínio em alumina. A terceira perda de massa, próximo a 600ºC, foi atribuída à decomposição da matéria orgânica presente no rejeito. O resíduo final corresponde a alumina pura. A análise elementar mostrou que o “pó preto” contém 2,8% de C e 1,2% de H.
A análise térmica diferencial (DTA) mostra eventos exotérmicos em torno de 100º e 300º , relativos às perdas de água por desidratação e por conversão do hidróxido de alumínio em alumina. [11].
A imagem obtida por MEV, com ampliação de 500X, mostrou que o pó preto apresenta uma pequena granulometria.
Os principais constituintes do rejeito foram caracterizados qualitativamente por EDS (Al, C e O). Embora o rejeito tenha carvão em sua constituição, o sinal relativo ao carbono pode ser duvidoso, pela presença deste elemento na fita de usada como suporte para a amostra.
CONCLUSÕES: CONCLUSÕES: As análises por difração de raios X e por EDS mostraram que os principais componentes do “pó preto” gerado na etapa de calcinação no processo Bayer são alumina e hidróxido de alumínio e carvão. A análise térmica (TG, DTG e DTA) em atmosfera de ar mostrou a desidratação devido à conversão do hidróxido de alumínio em alumina, a oxidação da matéria orgânica e alumina como resíduo final. Análises complementares serão realizadas para melhor conhecimento da natureza físico-química deste rejeito.
AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem ao CNPq pelo suporte financeiro.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: GONÇALVES J. F. Rejeito industrial da fabricação da alumina: estudos de adsorção e reciclagem. Belo Horizonte: Departamento de Química da UFMG, 2003. (Dissertação, Mestrado).
HINCAPIE B. O., GARCES L. J., ZHANG Q., SACCO A., SUIB S. L., Microporous Mesoporous Mat., 67 (2004) 19.
PANIAS D.,. ASIMIDIS P,. PASPALIARIS I., Hydrometallurgy, 59 (2000) 15.
THIRUMAL, M., SINGHA, N. K., KAHASTIGIR, D., MANJUNATH, B. S., NAIK, Y. P., J. Appl. Polym.Sci., 116, (2010) 2260.
YOSHIDA M. I., CARVALHO C. F. Processo de recuperação de alumina do pó do filtro eletrostático do processo Bayer, para aplicação em cromatografia em camada fina e produtos afins. Patente, INPI nº PI0200697-9, 2002.
