Estudo da separação de fases cristalográficas da cinza da casca de arroz visando a sua aplicação como material sorvente.

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Ambiental

Autores

Rosa, B.A. (UNIVERSIDADE FEEVALE) ; Bianchin, L. (UNIVERSIDADE FEEVALE)

Resumo

A casca do arroz é empregada como combustível na geração de energia elétrica e o resíduo do processo, a cinza, pode ser utilizada como matéria prima na produção de materiais sorventes. Embora a reutilização de um resíduo como matéria prima para novos produtos seja uma atitude nobre, a geração de efluentes destes processos é inevitável. Visando minimizar o impacto ambiental do reprocessamento da cinza, estudou-se o beneficiamento deste resíduo através da flotação por ar induzido, no qual não há geração de efluentes. As amostras de cinza flotada foram submetidas as análises de área específica (BET), difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. A amostra NSN3-30T apresentou melhores resultados, entretanto, o método de flotação foi considerado ineficaz para o objetivo proposto.

Palavras chaves

Cinza da casca de arroz; Flotação; Resíduos

Introdução

Carvão ativado e zeólitas são materiais sorventes amplamente utilizados pelo setor industrial na remoção de contaminantes em líquidos de processo e efluentes. Aplicações domésticas também são comuns, por exemplo, filtros purificadores e desumidificadores de ar. Uma alternativa para a obtenção de materiais porosos é o aproveitamento da casca de arroz, um abundante subproduto agrícola. Segundo a Foreign Agricultural Service, para a safra 2016/2017, a produção mundial de arroz deverá ser de 717 milhões de toneladas, gerando cerca de 220 milhões de toneladas de casca de arroz no mundo. No Brasil, a principal destinação para este subproduto é a incineração em usinas termoelétricas, onde obtém-se como resíduo aproximadamente 20% do seu peso em cinzas. Estudos sobre a produção de materiais sorventes a partir da cinza da casca de arroz (CCA) frequentemente utilizam reações químicas ou processos de lavagem no qual geram-se efluentes líquidos. Ou seja, o beneficiamento da CCA promove a reutilização de um passivo evitando que este contamine o meio ambiente, entretanto, o processo empregado forma efluentes tóxicos, o que gera um novo resíduo a ser tratado. A literatura relata que a CCA pode conter em sua composição, elevados índices de sílica na fase amorfa, sendo esta fase, a responsável pelo potencial adsorvente apresentado pelo carvão ativado. Tendo em vista a possibilidade de separação da fase amorfa da CCA, propõe-se com este trabalho um processo mecânico de beneficiamento da CCA, que explora a superfície das partículas, visando minimizar a geração de resíduos. O produto obtido neste processo foi chamado de cinza flotada. Para proporcionar a separação das fases cristalográficas da CCA, empregou-se o método de flotação por ar induzido com auxílio de diferentes surfactante.

Material e métodos

O método de separação das fases cristalográficas da CCA empregado foi a flotação por ar induzido. Por se tratar de uma pesquisa exploratória, não garantindo o sucesso dos resultados, optou-se por confeccionar um protótipo de flotador, respeitando o princípio de separação física das partículas, de acordo com o apresentado no tubo de Hallimond. Sendo assim, construiu-se o flotador apresentado na figura 1. Assim como ocorre no equipamento referência, o material particulado que for flotado será arrastado pelas bolhas de ar e recolhido na parte superior do equipamento. Já o material que se mantiver suspenso na solução preparada com um agente surfactante, permanecerá na parte inferior do flotador. Uma bomba de vácuo operando em modo reverso injeta ar através de uma cerâmica sinterizada com pressão controlada. Amostras de 2 g de CCA foram pesadas em balança de precisão 0,01 g, em seguida mantidas em contato com 30 mL de solução de surfactante na concentração do experimento por 10 minutos em permanente agitação mecânica, sendo adicionada ao flotador após o tempo de contato. Com o sistema de flotação alimentado, a bomba de vácuo foi acionada e após o tempo determinado para cada experimento, recolheu-se a cinza de topo e em seguida, a cinza de fundo. Com um funil de Buchner as cinzas de topo e fundo foram filtradas a fim de extrair o excesso de líquido. Após, transferiu-se cada amostra para uma chapa de aquecimento para finalizar a secagem da cinza e por fim, pesou-se as quantidades separadas e acondicionou-se cada amostra em frascos Eppendorf identificados para posterior análise. Baseado no estudo de Piason et al. (2011), em cada flotação foram empregados diferentes surfactantes com características catiônica, aniônica e não iônica e suas concentrações, além do tempo de flotação.

Resultado e discussão

Cordeiro et al. (2014) pontuam que em difratogramas, picos na região de 21,9°em 2θ indicam presença da fase cristalina identificada como cristobalita. Em conformidade com o seu resultado, os difratogramas de raio X das amostras avaliadas apresentaram semelhanças entre si. Para a maioria das amostras ocorrem picos semelhantes localizados entre os ângulos de varredura 2θ de 20 e 22°. Dafico (2001) esclarece que ao ser submetida à queima, a CCA sofre alterações em sua morfologia de forma gradual e, portanto, duas ou mais fases cristalográficas podem estar contidas em um único grão. Com base nas afirmações do autor, sugere-se que a mesma partícula de amostra possa reunir diferentes fases e desta forma, a separação por meio de flotação seja dificultada. Ao avaliar a flotação NSN3-30 verificou-se uma suave diferença de intensidade na reflexão atribuída à cristobalita, conforme a imagem 2. A diferença dos picos apresentados é de 1394 u.a. Este resultado não indica separação de fases, entretanto, este experimento apresentou a maior diferença de intensidades para as análises de DRX das frações de topo e fundo. Desta forma, a amostra foi utilizada na comparação com os demais derivados da CCA, carvão ativado e zeólita, no dimensionamento das propriedades físicas. O carvão ativado apresentou a maior área específica, 650,84 m²/g, seguido da zeólita, 430,56 m²/g, e cinza flotada, 17,86 m²/g. O resultado evidencia que o material produzido não possui capacidade de adsorção similar à dos demais sorventes, ao apresentar área muito inferior disponível para adsorção. As micrografias realizadas confirmam a incapacidade da cinza flotada como material sorvente, ao revelar a reunião de partículas amorfas e cristalinas, evidenciando a ineficiência na separação das fases cristalográficas da CCA

Flotador utilizado no processo. (a) flotador (b) flotador acoplado à bomba de vácuo (c) superior interno do flotador (d) flotador em funcionamento.


Difratogramas de raios X para a flotação NSN3-30

Conclusões

A partir dos métodos de caracterização empregados na cinza flotada, conclui-se que para atingir uma separação efetiva da fração amorfa constante na CCA, é possível que seja necessário o emprego de procedimentos envolvendo troca química, explorando neste caso os diferentes constituintes do material, como por exemplo seu conteúdo orgânico e inorgânico. Por outro lado, a partir deste estudo foi possível identificar as fases presentes na cinza da casca do arroz, bem como, por meio da micrografia realizada nas partículas, confirmar a existência de uma mistura de material amorfo e cristalino.

Agradecimentos

Agradeço à minha mãe, Marga Athayde, pelo empenho em garantir minha graduação e pela pessoa que sou. Aos orientadores Liane Bianchin, Diana Finkler e Diego Petkowicz,

Referências

CORDEIRO, Luciana de Nazaré Pinheiro et al. Análise do potencial pozolânico da cinza de casca de arroz (CCA) através da técnica de Refinamento de Rietveld. Matéria (Rio de Janeiro), [s.l.], v. 19, n. 2, p.150-158, jun. 2014. FapUNIFESP (SciELO). http://dx.doi.org/10.1590/s1517-70762014000200009.

DAFICO, Dario de Araújo. Estudo da dosagem do concreto de alto desempenho utilizando pozolanas provenientes da casca de arroz. 2001. 208 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia Mecânica, PPEM, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2001.

PIASSON, Janaina et al. Flotação da mistura argila-quartzo com surfactantes e estudos de pilarização. Química Nova, [s.l.], v. 34, n. 3, p.468-471, 2011. FapUNIFESP (SciELO). http://dx.doi.org/10.1590/s0100-40422011000300019