Síntese e Caracterização de Hidróxidos Duplos Lamelares a partir de Escória de Aciaria.

ISBN 978-85-85905-19-4

Área

Química Inorgânica

Autores

Fontes, J.V. (UFPA) ; Silva, L.N. (UFPA) ; Côrrea, J.A.M. (UFPA)

Resumo

Os HDLs do tipo Piroaurita, isto é, do sistema Mg-Fe, foram sintetizados a partir da escória resultante da produção do aço. As sínteses foram realizadas em dois sistemas, dinâmico e estático. Os parâmetros avaliados foram a razão molar de Mg/Fe (M2+\M3+) e o tempo de banho hidrotérmico. As amostras sintetizadas foram caracterizadas por DRX e DTA-TGA. A melhor síntese foi no sistema estático com razão molar Mg/Fe igual a 2.

Palavras chaves

Síntese; HDLs; Escória de Aciaria

Introdução

A escória de aciaria (EA) é um resíduo gerado durante a transformação do minério de ferro em aço, e cerca de 30% não é aproveitado (TAVARES, 2011).Sua composição química apresenta majoritariamente concentrações de CaO, FeO e SiO2, com pequenas concentrações de MgO, MnO e Al2O3 (TAVARES, 2011). Logo, a EA mostra-se bastante promissora para reaproveitamento como material de partida na síntese de Hidroxidos Duplos Lamelares, HDL (REBELO et al. 2012). Os HDLs são argilas aniônicas constituídas pelo empilhamento de camadas octaédricas, no qual as lamelas apresentam cátions divalentes (M2+= Ca2+, Mg2+, Zn2+, ...) e cátions trivalentes (M3+= Al3+, Fe3+, Co3+, ...). As substituições isomórficas geram uma carga residual positiva na lamela, que é neutralizada pela presença de ânions no espaço interlamelar Am- (CO32-, Cl-, SO42-, ...) juntamente com moléculas de água (CREPALDI,1998), esta estrutura confere ao HDL propriedade de troca iônica. Aliado a crescente preocupação com o meio ambiente há uma busca constante por metodologias de sínteses de baixo custo. A síntese de HDLs utilizando rejeitos é comumente encontrada na literatura. Por exemplo, Cunha e Corrêa (2011) sintetizaram o HDL, hidrotalcita, a partir de Lama Vermelha (resíduo proveniente da produção de alumínio). No entanto, na literatura, apenas o trabalho de Rebelo e colaboradores (2012) utilizam escória de aciaria, ou Escória de Alto Forno, como material de partida de síntese. Com isso, este trabalho tem como objetivo a síntese de HDL a partir de escória de aciaria por dois sistemas de síntese.

Material e métodos

Para a síntese de HDL utilizou-se uma amostra de escória de aciaria, cedida por uma empresa siderúrgica de Marabá-PA. Os demais reagentes que foram utilizados durante o desenvolvimento do trabalho foram: MgCl2.6H2O, NaOH e HCl; todos apresentavam pureza analítica. A EA foi primeiramente pulverizada e lixiviada, com HCL concentrado em banho de areia. Para a síntese do HDL, foram preparadas duas soluções: 1) Solução A: composta pela solução resultante da lixiviação da EA adicionada de MgCl2.6H2O, nas razões molares Mg/Fe pretendida; 2) Solução B: composta por solução aquosa de NaOH 3 mol.L-1. A solução A foi gotejada lentamente sobre a solução B, sob agitação vigorosa. Ao final do gotejamento a suspensão foi submetida a banho hidrotérmico. Finalmente a suspensão foi filtrada e lavada com água deionizada para retirada do excesso de NaOH. Durante todo processo de síntese o pH da suspensão manteve-se constante, igual a 13. Para o processo de síntese utilizou-se dois sistemas: a) Sistema Estático (E): utilizou-se agitação magnética e depois banho hidrotérmico em estufa, na temperatura de 80°C; b) Sistema Dinâmico (D): utilizou-se agitação mecânica e submetido a banho hidrotérmico em manta aquecedora, na temperatura de 80°C. As amostras foram denominadas, como: EA- sitema de síntese (D ou E), razão molar Mg/Fe (2 ou 3). O tempo de banho hidrotérmico foi de 7 dias no sistema E, de 2 h no sistema D, e 4 h para a amostra EA-D2*. As análises por difratometria de raios-X foram realizadas no difratômetro de raios X modelo X’PERT PRO MPD da PANalytical. As análises Térmicas Diferenciais e Termogravimétricas (DTA-TGA) foram efetuadas em equipamento modelo DTG-60AH, da SHIMADZU.

Resultado e discussão

Os difratogramas de raios X das amostras sintetizadas estão apresentadas na Figura 1. Observa-se que as amostras sintetizadas com razão molar Mg/Fe igual a 3, EA-D3 e EA-E3, apresentaram a formação de três fases minerais, Piroaurita, calcita (CaCO3) e hidrogarneta (Ca3(AlxFe1 − x)2(SiO4)y(OH)4(3 − y)), nos dois processos de síntese utilizados (Sistema E e D), porém com intensidades diferentes. A formação da calcita e da hidrogarneta está relacionada a presença de cálcio e silício na solução de síntese, que é proveniente da escória. A amostra EA-D2 também apresentou a formação das fases Piroaurita, calcita e hidrogarneta. Nas amostras EA-D2* e EA-E2, observaram-se apenas a presença de Piroaurita e calcita. O difratograma da amostra EA-E2 mostra picos mais intensos e estreitos, característicos de um maior ordenamento cristalino, em relação a EA-D2*. Deve-se principalmente ao maior tempo de banho hidrotérmico, que também proporcionou o desaparecimento da fase hidrogranada quando comparando a EA-D2. As análises térmicas DTA-TGA foram realizadas apenas na amostra EA-E2, por esta apresentar maior ordenamento cristalino (Figura 2).A curva termodiferencial da amostra EA-E2, apresenta quatro picos principais, todos de carácter endotérmico. O primeiro pico em 191,01°C corresponde a perda de água interlamelar. O segundo pico, ocorre a 335,6°C e corresponde a decomposição dos íons carbonatos. O terceiro pico, a 390,77 ºC, está relacionado à decomposição das hidroxilas. Já o quarto pico, a 693,39 ºC, corresponde a decomposição da calcita. A curva TGA mostra uma perda de massa total do HDL de 26,06 %.

As medidas de DRX mostram as fases minerais formadas nas amostras EA-E3, EA-D3, EA-D2, EA-E2, e EA-D2* (Piroaurita, Calcita e Hidrogarneta)


A curva DTA-TGA apresenta o comportamento térmico da amostra EA-E2, e suas respectivas perdas de massas.

Conclusões

A partir dos resultados obtidos no presente trabalho é possível concluir que: Ao compararmos as sínteses em sistema estático e dinâmico observa-se que se obtém um HDL mais cristalino na síntese em sistema estático, indicando que este procedimento é mais indicado, nas condições aplicadas. No entanto, o sistema Dinâmico é também bastante promissor, pois com apenas 4 h de banho hidrotérmico houve a formação do material de interesse. A melhor razão molar Mg/Fe estudada foi igual a 2. A formação da calcita (CaCO3), em todas as amostras, deve-se a presença de cálcio na escória e nas condições de pH.

Agradecimentos

Referências

CARMONA, Karen M. Síntese de Hidróxidos Duplos Lamelares (HDLs) a partir do Rejeito do Minério de cobre da Mina do Sossego. Belém. Universidade Federal do Pará. Programa de Pós-Graduação em Geologia e Geoquímica. 67p. 2015. (Dissertação de Mestrado).
CREPALDI, E. L.; VALIM, J. B. 1997. Hidróxidos duplos lamelares: Síntese, estrutura, propriedades e aplicações. Revista Química Nova, v. 21, nº 3, 300-311.
CUNHA, M. V. P.O ; CORRÊA, J. A. M. 2011. Síntese e caracterização de hidróxidos duplos lamelares a partir da lama vermelha. Revista Cerâmica, v. 57.
REBELO, M. M.; CUNHA, M. V. P. O.; CÔRREA; J. A. M. 2012. Hidróxidos duplos lamelares à base de escória de alto forno. Revista Quimica Nova, v. 35, n° 5, 883-888.
TAVARES, Diogo S.; ODA, Sandra; MOTTA, Laura M. G.; Utilização do Agregado Siderúrgico (Escória de Aciaria) em Pavimentação Asfáltica. 2011. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal do Rio de Janeiro.