Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Materiais
TÍTULO: Utilização de métodos instrumentais para a verificação das principais diferenças nas estruturas das zeólitas A e 5A
AUTORES: Santos, S. (UFPA) ; Oliveira, A.G. (UFPA) ; Santos, R. (UFPA) ; Torres, P. (UFPA) ; Neves, R. (UFPA)
RESUMO: O rejeito de caulim é uma fonte alternativa, abundante e barata de SiO2 e Al2O3
para muitos usos industriais, inclusive na síntese de zeólitas. E a partir desta
matéria-prima, neste trabalho, foi sintetizada a zeólita A, na forma sódica, e
posteriormente feita uma troca catiônica cálcica para a síntese de Zeólita 5A para
melhorar sua atividade e seletividade. Os dois processos de síntese foram
realizados em reatores dinâmicos e seus produtos foram analisados por DRX, FRX e
DTA/TG. Verificou-se que através destes métodos de síntese foram obtidas zeólitas
A e 5A, com alta intensidade e cristalinidade e que os métodos instrumentais
aplicados para comprovar as diferenças entre as estruturas das zeólitas foram
satisfatórios.
PALAVRAS CHAVES: Síntese; Zeólita A; Zeólita 5A
INTRODUÇÃO: A região Amazônica é detentora das maiores reservas brasileiras de caulim com
qualidade de alvura, após beneficiamento, própria para utilização em cobertura
de papel. Os destaques são para as minas da região do Rio Capim, NE do Estado do
Pará, atualmente exploradas pelas Pará Pigmentos S.A. (PPSA) e Imerys Rio Capim
Caulim S.A. (IRCC), e para a região do Rio Jarí, no Estado do Amapá, com o
processo de beneficiamento de caulim realizado pela empresa Caulim da Amazônia
S.A. (CADAM) localizada no Estado do Pará. Esse beneficiamento de caulim gera um
grande volume de rejeito, constituído essencialmente por caulinita (composta,
especificamente, por SiO2 e Al2O3), depositados em bacias que ocupam extensas
áreas e representam um delicado passivo ambiental para as empresas e para a
sociedade1,2.
Apresentar uma das formas de reaproveitamento do rejeito proveniente do
beneficiamento de caulim para o papel vem sendo uma das principais preocupações
para as pesquisas atuais. Uma dessas formas de reaproveitamento constitui-se no
emprego dos rejeitos no processo de síntese de Zeólitas, pois o caulim é fonte
de matéria-prima para a sua síntese, em especial a zeólita A².
Zeólitas são silicatos hidratados de alumínio e silício (aluminossilícatos
hidratados) cristalinos que apresentam distribuição de poros e canais bem
definidos com elevadas áreas específicas, apresentam capacidade de adsorção para
purificação de gases e vapores; troca de cátions elevadas, que tornam esses
materiais excelentes adsorventes, catalisadores e com grandes aplicações na
indústria petroquímica³, por outro lado as zeólitas apresentam elevado valor
agregado4.
Este tem por objetivos sintetizar as zeólitas A (ZA) e 5A (Z5A), observando as
principais diferenças através da utilização dos métodos.
MATERIAL E MÉTODOS: Neste trabalho foi utilizado o rejeito de caulim, como fonte de Al e Si
(essencialmente caulinita), subproduto proveniente do processo de beneficiamento
do caulim para cobertura de papel da região do Rio Capim.
O rejeito foi submetido a um processo de cominuição e peneiramento até uma
granulometria fina. Posteriormente tratado termicamente a 700ºC/2h e
caracterizado, de acordo com Maia et al. (2007).
A síntese de zeólita A em sistema com agitação foi realizado em um reator de
vidro, capacidade de 1000 mL, com agitação mecânica em manta de aquecimento e
controlador de temperatura. A síntese hidrotermal foi realizada a 95 °C. Pesou-
se 200g de metacaulim em béquer de vidro e em seguida transferiu-se para o
reator, posteriormente, adicionou-se 600ml de solução sódica e 32ml de água
deionizada com o auxílio de uma proveta.
O produto zeolítico foi lavado e filtrado com água destilada até um pH 7. O
material lavado foi seco a 60°C por 48 h, para posteriores análises de
caracterização.
No processo de troca iônica para obtenção de zeólita 5A,
Ca6Al12Si12O48(H2O)21.43, foi utilizado o mesmo sistema usado para síntese
dinâmica de zeólita A. Onde foi pesado 100g do produto zeolítico (zeólita A)
sintetizado e colocado no reator, em seguida adicionou-se 500 ml da solução de
CaCl2 e submetendo-se a suspensão e a agitação por 8 h a 70°C. O produto final
da troca catiônica também.
do IG/UFPA. As análises por Difração de Raios X (DRX), Fluorescência de Raios-X
(FRX) e Análises Termodiferencial e Termogravimétrica (ATD/TG) foram realizadas
no Laboratório LCM/IG/UFPA.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Uma caracterização prévia do material utilizado mostra que o rejeito de caulim é
composto, predominantemente, por SiO2 e Al2O3. Após a sua calcinação sintetizou-
se a Zeólita A que foi utilizada como material de partida para a Sintese da
zeólita 5A. Nota-se que, os dois difratogramas apresentam características
similares, porém o difratograma da Z5A possui no intervalo de 10-20°[2θ] um pico
a 6,11 Å e no intervalo de 25,21° [ 2θ] um pico a 3,53 Å que são picos
exclusivos da zeólita do tipo cálcica (zeólita 5A). ocorre um leve deslocamento
dos picos devido à mudança do cátion compensador com raio atômico maior. Também
podem ser observadas diferenças de intensidades em alguns picos, como por
exemplo, o pico a 4,99 Å. Constata-se que a Zeólita A sintetizada neste trabalho
apresenta baixa impureza, como K2O, Fe2O3 e TiO2. Observa-se também que o teor
de sódio da ZA é elevado e o de cálcio e potássio são baixos, o que a
caracteriza. No entanto o teor de cálcio para a amostra Z5A é de 10,15%, este
teor aumentou consideravelmente em relação à zeólita de partida, enquanto que
teor de Na2O é reduzido em função da entrada e substituição do cálcio na
estrutura cristalina.O DTA da ZA e Z5A é observado dois picos endotérmicos nas
temperaturas de 89ºC e 162ºC; 106 °C e 184°C, respectivamente que representam a
eliminação da água adsorvida. E Dois picos exotérmicos também são observados a
843ºC e 897ºC; 867ºC e 996ºC, respectivamente, devido à transformação das
zeólitas em outra fases mineralógica chamada nefelina.
Já o TG a ZA teve uma perda de massa total de 13,50% e a Z5A de 22,50% ao final
do aquecimento a 1050ºC.
DRX e FRX das zeólitas ZA e Z5A
Representa as diferenças no DRX entre as Zeólitas ZA
e Z5A, na qual verifica-se a presença de um pico na
Z5A. No FRX a presença do sódio na Z5A.
DTA-TG zeólitas ZA e Z5A
A principal diferença entre a ZA e Z5A está na
definição dos picos endo e exotérmicos que estão
mais definidos na Z5A.
CONCLUSÕES: O caulim calcinado mostrou-se excelente fonte para a síntese de zeólita A com alta
cristalinidade. A obtenção de zeólita 5A foi possível através de troca catiônica.
Os métodos instrumentais foram primordiais para identificação das principais
diferenças estruturais entre a zeólita A e a zeólita 5A.
AGRADECIMENTOS: Agradecemos a todos os colaboradores desse trabalho,ao professore que nos
orientou.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: LUZ, A. B. 1995. Zeólitas: Propriedades e Usos industriais. Série Tecnologia Mineral. n. 68.
2 GRUPO ALIBABA. Alibaba.com Global trande starts here, 1999-2011. Disponível em: <http://www.alibaba.com/product- gs/362292192/Zeolite_powder_4A.html> Acesso em 21 Março 2011.
3 MAIA, A. A. B.; SALDANHA, E.; ANGÉLICA, R. S.; SOUZA, C. A.; NEVES, R. F.; Utilização de rejeito de caulim da Amazônia na síntese da zeólita A. Cerâmica, v. 53, p. 319-324, 2007.
4 SALDANHA, E.; Síntese e caracterização da analcima a partir de rejeito de caulim e aplicação como adsorvente. Dissertação de Mestrado em Engenharia Química apresentado ao Centro Tecnológico da Universidade Federal do Pará . Belém, 2007.
5 MAIA, A. A. B.; Síntese da zeólita A utilizando como precursor um rejeito de beneficiamento de caulim da Amazônia, Dissertação de mestrado em Engenharia Química apresentado ao Centro Tecnológico da Universidade Federal do Pará, Belém- PA, 2007.
6 MAIA, A. A. B.; SALDANHA, E.; ANGÉLICA, R. S.; SOUZA, C. A.; NEVES, R. F.; Estabilidade térmica da zeólita A sintetizada a partir de um rejeito de caulim da Amazônia. Cerâmica, v. 54, p. 345-350, 2008.
7 DA PAZ, S. P. A. 2008. Influência dos Ânions OH-, SO42-, CO32-, Cl- e NO3- na Síntese de zeólita A e sodalita, a partir de Rejeito Caulinítico via processo hidrotermal. Belém: Universidade Federal do Pará. Centro de Tecnológico.83p. (Trabalho de conclusão de curso).
8 RABO, J.A. 1974. Zeolite Chemistry and Catalysis, Washington, American Chemical Society.