ESTUDO TÉRMICO DA MISTURA DE ARGISSOLO CAULINÍTICO COM MATERIAIS ORGÂNICOS

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Ambiental

Autores

Silva, M. (IBILCE / UNESP) ; Silva, T.C. (IBILCE / UNESP) ; Pastre, I.A. (IBILCE / UNESP) ; Fertonani, F.L. (IBILCE /UNESP) ; Abra, L.M. (IBILCE/UNESP)

Resumo

O presente trabalho relata as modificações em argissolo caulinítico por meio de tratamento térmico na presença de materiais de origem orgânica. O argissolo foi tratado e calcinado a 400 ºC com fibra de cana-de-açúcar, sacarose, lignina kraft e algodão. Os sólidos foram caracterizados por meio de análise térmica e espectrofotmetria de infravermelho. Na análise térmica, notou-se que, no caso da fibra, a energia liberada pelo material é suficiente para promover a desidroxilação da caulinita em temperaturas menores em relação a mesma pura. Os estudos de variação temporal e de proporção mostraram que apenas fibra e algodão promovem a esidroxilação a 400 ºC e que razões maiores que 1:2 e o tempo de 2,5 horas (algodão)e 3 horas (fibra) são as melhores condições para a formação de metacaulinita.

Palavras chaves

Caulinita; Desidroxilação; Material Orgânico

Introdução

De ampla ocorrência na maioria dos solos ácidos de regiões tropicais e na Amazônia, a Caulinita é um argilomineral com cada lamela de sua estrutura contendo uma camada de tetraedros de óxidos de silício e octaedros de óxido e hidróxidos de alumínio. Dentre as argilas, apresenta baixa capacidade de trocar cátions e área de superfície quando comparada com outras argilas. Devido as suas características estruturais, os argilominerais do grupo da caulinita são materiais de alta passividade química e sofrem mudanças morfológicas a altas temperaturas. Entre 600 e 850 ºC, aproximadamente, a sua estrutura sofre desidroxilações, originando uma nova forma que se mostra amorfa, a metacaulinita (BELVER, MUÑOZ, VICENTE, 2002). A metacaulinita é mais suscetível a modificações químicas quando comparada a caulinita, devido, principalmente, aos átomos de alumínio tetra e pentacoordenados, que formam sítios reativos na superfície do material e tem sido alvo de interesse na indústria de cimento (BERGAYA, THENG, LAGALY, 2006). Nesse escopo, o presente trabalho visou as modificações em argissolo caulinítico da região amazônica por meio de tratamento térmico na presença de fibra de cana-de-açúcar, lignina kraft, sacarose e algodão comercial.

Material e métodos

O argissolo foi pré-tratado com peneiramento, ataque ácido com HCl, troca de cátions com NaCl, lavagem com água deionizada e secagem ao ar. Processou-se a fibra de cana-de-açúcar por meio de lavagem com água deionizada, secagem, pulverização e peneiramento. A sacarose, o algodão e a lignina kraft foram coletados em sua forma de produto final, sem tratamento prévio. Para avaliação da influência da presença do material orgânico no tratamento térmico do argissolo da região amazônica, foram calcinadas misturas de argissolo e material orgânico, variando-se a razão em massa das amostras e o tempo de aquecimento de cada calcinação. As razões em massa de material orgânico:argissolo empregadas neste estudo foram de 1:4; 1:2; 3:4 e 1:1; e o tempo de calcinação das amostras variou de 1,5 a 4 horas, com a temperatura empregada nas calcinações sendo de 400 ºC. Os materiais foram caracterizados por meio de espectrofotometria na região do infravermelho (FTIR), para avaliar o grau de desidroxilação e mudança de fase da caulinita em cada material. Amostras de argissolo puro e de misturas com fibra de cana-de- açúcar foram submetidos à análise de termogravimétrica (TG/DTG) e análise térmica diferencial (DTA) em temperatura inicial de 20 ºC e aumento de temperatura na razão de 20 ºC/min até o patamar de 1000 ºC.

Resultado e discussão

Na análise térmica do argissolo tratado sem calcinação, figura 2 a, foi possível identificar os dois eventos de perda de massa característicos da caulinita; o primeiro é referente a perda de água adsorvida na estrutura do argissolo e o segundo, endotérmico e com fim próximo a 690 ºC, refere-se à desidroxilação da argila e mudança de fase da caulinita para a metacaulinita (BROWN, 1961). Na análise térmica da fibra sem calcinação, Figura 2 c, identificou-se três eventos de perda de massa exotérmicos. O primeiro se refere a saída de umidade do material; o segundo, mais proeminente, referente à decomposição da celulose e hemicelulose; e um terceiro evento referente a decomposição lenta da lignina (CRESPI et. al, 2011). O argissolo tratado misturado com a fibra de cana-de-açúcar na razão 1:1, Figura 2 b, observa-se que os eventos exotérmicos da fibra sobrepujam o evento endotérmico de desidroxilação da caulinita, e o resultado final da análise térmica são três eventos exotérmicos. Pela DTA da figura 1 c,observa-se que o fim do processo de desidroxilação com a presença da fibra acontece em 550 ºC, cerca de 140 ºC antes do final da desidroxilação do argissolo puro submetido às mesmas condições de análise. No estudo da influência da razão orgânico:argissolo e do tempo de calcinação na desidroxilação da caulinita presente no argissolo, utilizou-se a banda de 3690 cmˉ¹ como base, por representar vibração da ligação O-H da superfície externa das lamelas de caulinta (BELVER, MUÑOZ, VICENTE, 2002). Quanto maior a transmitância relativa dos materiais nesse número de onda específico, menor a vibração dessa ligação e mais avançado se apresenta o processo de desidroxilação. Os espectros de infravermelho realizados nos produtos das calcinações das amostras de argissolo com fibra de cana-de-açúcar e de argissolo na presença de algodão mostram que a quantidade de material orgânico interfere no processo de desidroxilação, sendo que razões maiores que 1:2 e o tempo de duas horas e meia, no caso do algodão, e três horas, no caso da fibra de cana-de-açúcar, são as melhores condições para a formação de metacaulinita. Os estudos de calcinação em presença de lignina Kraft e na presença de sacarose mostram que estes orgânicos não anteciparam adesidroxilação do argissolo, com os espectros de infravermelho se mostrando similares aos de argissolo puro enão sendo observada a mudança de fase do material na temperatura de 400 ºC como ocorre na presença de fibra e de algodão.

Transmitância em 3690 cmˉ¹ das calcinações de argissolo na presença dos materiais orgânicos variando-se tempo de calcinação e razão orgânico:argissolo


TG/DTG - DTA de a)argissolo tratado; b) fibra processada; c) mistura de argissolo e fibra, na proporção 1:1

Conclusões

Estes dados evidenciam que a celulose, presente na fibra de cana-de-açúcar e no algodão, e ausente na lignina kraft e na sacarose, desempenha grande papel na liberação de energia no processo de queima, auxiliando a mudança de fase da caulinita para meta caulinita que, nos processos industriais ocorre na temperatura de 800 ºC.

Agradecimentos

Ao IBILCE/UNESP e ao Laboratório de Fotoquímica.

Referências

BELVER, C., MUÑOZ, M. A. B., VICENTE, M. A. Chemical Activation of a Kaolinite under Acid and Alkaline Conditions.Chemical Materials, v. 12, 2033-2043, 2002. BERGAYA, F., THENG, B. K. G., LAGALY, G. Handbook of Clay Science: volume 1, Editora Elsevier, 1ª edição, 2006. BROWN, G. The X-Ray Identification and Crystal Structures of Clay Minerals. Editora Jarrols and Sons Ltd., 1ª edição, 1961. CRESPI, M. S., MARTINS, Q. V., ALMEIDA, S., BARUD, H. S., KOBELNIK, M., RIBEIRO, C.A.Characterization and thermal behavior of residues from industrial sugarcane processing. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, v.106, 753–757, 2011.