CARACTERIZAÇÃO, TRATAMENTO E APROVEITAMENTO DAS CINZAS DA CASCA DE ARROZ EM PROCESSO PRODUTIVO DE TINTA

Resumo

A cinza de casca de arroz (CCA) de coloração preta com textura semelhante a um pó é um subproduto rico em sílica (teores superiores a 90%) com inúmeras aplicações industriais. A CCA foi obtida de uma indústria de beneficiamento de arroz do interior do estado do Rio Grande do Sul. Neste trabalho objetivou-se caracterizar a cinza de casca de arroz e eliminar o carbono residual, através de processos químicos como a lixiviação ácida. A sílica branca foi obtida através de um tratamento químico seguido por aquecimento que varia de 600 a 800°C. Como resultado obtiveram-se amostras de sílica branca que foram analisadas no DR-X, TGA e DSC. Através das análises realizas conclui-se que a sílica apresentou-se sob a forma cristalina, com elevada pureza e favorável na formulação de tintas.

Palavras chaves

Cinza de casca de arroz ; lixiviação; tinta

Introdução

O arroz (Oryza sativa) é um dos cereais mais produzidos e consumidos no mundo, caracterizando-se como principal alimento para mais da metade da população mundial. A produção anual de arroz é de aproximadamente 606 milhões de toneladas. Nesse cenário, o Brasil participa com 13.140.900t (2,17% da produção mundial (Walter, 2008). Cerca de 20% do peso do arroz é representado pela casca. Esta casca devido a sua alta dureza, fibrosidade e natureza abrasiva, leva a obtenção de produtos de baixa propriedade nutritiva, boa resistência ao desgaste e muita cinza (Houston, 1972). A cinza de casca de arroz (CCA) possui, como maior componente químico, o dióxido de silício (SiO2), variando entre 74 a 97%, independendo do processo de queima (Tashima et al, 2004). O elevado teor de sílica torna a CCA valorizada, podendo ser usada em diversas aplicações, assim como em substituição parcial do cimento, em produtos da construção civil (Folleto et al, 2005). A CCA devido ao seu elevado teor de óxido de silício, está sendo utilizada, na fabricação de vidros, isolantes térmicos, tijolos prensados e materiais refratários, bem como na produção de argamassa e concreto, em substituição ao cimento Portland. A CCA tende a ter a cor preta devido à presença de carbono residual (Jauberthie et al, 200). As três formas mais importantes da sílica cristalina, são o quartzo, a tridimita e a cristobalita. Estas três formas de sílica também são chamadas de sílica livre ou sílica não combinada para distingui-las dos demais silicatos(Klein et al, 1993). Neste trabalho objetivou-se a produção de sílica de elevada pureza a partir da cinza da casca de arroz e a sua utilização na formulação de tintas.

Material e métodos

A metodologia deste trabalho consistiu, em submeter a cinza da casca do arroz oriunda de uma termoelétrica de Itaqui/RS a um tratamento químico, utilizando ácido clorídrico, seguida por aquecimento controlado, em mufla, entre 600 e 800 °C, dependendo do processo. Obteve-se uma sílica de alta pureza, variando de 99,5 a 99,66% de SiO2 e com superfície específica elevada, caracterizando uma boa reatividade (IARC, 1997). As amostras obtidas a partir do tratamento com ácido clorídrico foram maceradas e analisadas no DR-X, TGA, DSC e MEV. Esse material após analisado foi utilizado na fabricação da tinta tipo epóxi com a empresa MEKAL tintas de Carazinho/RS. A formulação para a fabricação das amostras de tintas para o teste de desgaste seguiu o procedimento padrão da empresa para o produto comercial. O produto foi uma tinta epóxi formulada com Resina Epóxi líquida, não modificada, de alta viscosidade, à base de Bisfenol A (componente A), reticulada com Endurecedor de aduto de poliamina cicloalifática, modificado (componente B). A única variável no processo de fabricação das amostras foi a carga. Manteve-se a mesma proporção de carga usada na formulação, tanto para a amostra A, comercial (com quartzo), como para a amostra B (produzida com a sílica tratada – desenvolvida neste projeto). As amostras A e B foram aplicadas em dois tipos de substrato: o metálico (aço) e o concreto. Os corpos de prova (CPs) foram preparados nas dimensões de ½ polegada de diâmetro para o aço, ou ½ polegada de largura e espessura (quadrado de ½ polegada de lado), para o concreto. Foram preparados de 6 a 10 CPs de cada tipo de substrato. Os ensaios de desgaste de um modo geral foram realizados a partir do atrito de uma roda de desgaste sobre a superfície ou material de análise.

Resultado e discussão

Os resultados das análises de DR-X, TGA, DSC-60 e MEV indicaram que a sílica obtida a partir da cinza da casca de arroz é de alta pureza e estável. As análises de DR-X apresentaram elevados percentuais de sílica sob a forma cristalina, nas formas cristobalita, tridimita e quartzo. A sílica produzida em laboratório foi utilizada como pigmento inerte na produção de amostras da tinta padrão comercial MEKAL. A sílica teve um rendimento satisfatório na produção da tinta, pois possuía cor e granulometria adequada. Tendo em vista que o maior interesse da empresa é a resistência ao desgaste, decidiu-se testar esta propriedade. A faixa de desgaste em média está entre 0,002 e 0,003 cm³, abrangendo a maior quantidade das amostras analisadas, tanto com carga de quartzo como com sílica. Os resultados dos ensaios de desgaste nas amostras de aço e de concreto revestidas com tinta com carga de quartzo e de sílica, permite-nos concluir, após análise apresentada, que o comportamento mecânico das amostras de quartzo e de sílica foram similares. As diferenças observadas podem estar associadas a influências devido variações da espessura dos filmes, da não uniformidade destes e da rugosidade, variáveis essas não controladas antes da realização dos ensaios de desgaste. Após a fabricação da tinta com a sílica feita em laboratório, pode-se observar que houveram algumas aglomerações dos CPs preparados com a tinta epóxi, o que pode ser evitado com a adição de antiaglomerante conforme a tinta padrão (Figuras). Contudo a sílica obtida a partir do aproveitamento do resíduo da queima da casca do arroz pode ser utilizada como carga em tintas que tenham aplicação em pisos industriais ou similares que requeiram resistência ao desgaste, assim contribuindo para diminuir o impacto ambiental.

Corpos de prova com a tinta padrão

Corpos de prova com a tinta teste

Conclusões

Os resultados das análises de DR-X, TGA, DSC-60 e MEV indicam que a sílica encontrada experimentalmente a partir da cinza da casca de arroz é de alta pureza e estável. Conclui-se que a sílica obtida a partir do aproveitamento do resíduo da queima da casca do arroz teve um rendimento satisfatório na produção da tinta e pode ser utilizada como carga em tintas que tenham aplicação em pisos industriais ou similares que requeiram resistência ao desgaste, assim contribuindo para diminuir o impacto ambiental produzido por esse resíduo.

Agradecimentos

A URI CAMPUS DE SANTO ÂNGELO

Referências

FOLLETO, E. L.; HOFFMAN, R.; HOFFMAN, R. S.; PORTUGAL Jr., V. L.; JAHN, S. L. Aplicabilidade das cinzas da casca de arroz. Química Nova, v.28, p.1055-1060, 2005.
HOUSTON, D. F.; Rice Chemistry and Technology, American Association of Cereal Chemists, USA, 1972.
IARC (Internacional Agency for Tesearch on Cancer). Silica Some Silicates Coal Dust and Para-Aramid Fibrils. IARC Monographs on the Evaluation of the Carcinogenic Risk of Chemicals to Humans. Vol.38, Lyon, France, 1997.
JAUBERTHIE, R.; RENDELL, F.; TAMBA, S.; CISSE, I.; Construction and Building Materials, 2000.
KLEIN, C.; HURLBUT JR., C. S. Manual of mineralogy. 21. ed. New York, John Wiley. 681 p., 1993.
TASHIMA, M. M.; SILVA, C. A. R. L.; AKASAKI, J. L. Concreto com adição de cinza de casca de arroz (CCA) obtida através de um processo de combustão não controlada. Jornadas Sud-Americanas de Ingeniería Estructural, Mendonza, Argentina, 2004.
WALTER, M.; MARCHEZAN, E.; ÁVILA, L. A.; Arroz: composição e características nutricionais. Ciência Rural Santa Maria. v.38, n.4, p.1184-1192, 2008. Disponível em: <http://www.scielo.br/pdf/cr/v38n4/a49v38n4.pdf>. Acesso em 07/01/2015. (