Síntese de Zeólitas A a partir de Resíduos e Caracterização via Microscopia Eletrônica de Varredura

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Química Inorgânica

Autores

Silva, E.C. (UNIFESSPA) ; dos Santos, T.T. (UNIFESSPA) ; dos Santos, C.L.S. (UNIFESSPA) ; Lopes, M.J.A. (UNIFESSPA) ; Monteiro, M.S. (UNIFESSPA) ; Santanna, J.S. (UNIFESSPA) ; da Mota, S.A.P. (UNIFESSPA)

Resumo

Este trabalho mostra estudos realizados, visando a reutilização do resíduo de caulim e Escória, provenientes de uma empresa localizada em Marabá-pa. Para a síntese da zeólita A no processo hidrotérmico estático utilizou-se como o fonte de alumínio e silício o resíduo de caulim e a EAF, que passaram pelo processo de calcinação em mufla a 700°C e 400°C respectivamente; Como fonte de sódio optou-se por uma solução de hidróxido de sódio 3,5M. No processo estático utilizou-se autoclaves de aço inoxidável, à temperatura ambiente por 6hs e em estufa à temperatura de 110°C por 12hs. Os materiais de partida e os produtos zeolíticos obtidos nas sínteses foram caracterizados através de microscopia eletrônica de varredura e Espectroscopia de Energia Dispersiva (EED).

Palavras chaves

síntese; zeólita; MEV

Introdução

Atualmente, a intensa atividade industrial tem feito com que haja grande descarte de resíduos na natureza. Os alvos mais comuns são os rios e oceanos que são diretamente afetados, uma vez que recebem efluentes com altas concentrações de espécies químicas potencialmente tóxicas.A poluição por elementos metálicos pode ser de origem antrópica, como por exemplo, nos depósitos superficiais de minerais metálicos, ou de origem antropogênica, graças a atividades como mineração e agricultura. Deste modo, materiais naturais provenientes de atividades de mineração, disponíveis em grandes quantidades e que possam ser empregados como adsorventes de baixo custo, vem sendo o alvo de inúmeras pesquisas. (MENEZES, 2007; RAUPP-PEREIRA, 2006 e TULYAGANOV, 2002).As Zeólitas são aluminossilicatos hidratos, cristalinos e microporosos estruturados em redes tridimensionais, compostas de tetraedros do tipo TO4 (T = Si, Al) unidos nos vértices através de átomos de oxigênio (O). Esses componentes são facilmente encontrados em argilominerais como o Caulim e a Escória. ( MORAES, 2010 ; MAIA,2011; RODRIGUES, 2010; LIMA, 2009).As principais aplicações das zeólitas estão relacionadas às suas propriedades de troca iônica, catalítica, adsorção e alta estabilidade da estrutura cristalina.(ROCHA JUNIOR, 2011; BERNARDI et al. 2005). Portanto, este trabalho propõe a reutilização de resíduos de caulim e da Escória de Alto Forno provenientes de rejeitos industriais localizadas em Marabá-Pa para a síntese da zeólita A. Bem como a caracterização via Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Energia Dispersiva (EED).

Material e métodos

Foi utilizado como fonte predominante de Alumínio o Caulim e como fonte alternativa de Silício, a Escória de Alto Forno (EAF); ambos rejeitos provenientes de indústrias localizadas em Marabá-Pa. A fonte de metal alcalino adicionado ao processo foi o hidróxido de sódio 3,5 M.Para o processo de zeolitização, foi feita uma mistura de 6g de EAF e 3g de Caulim, previamente calcinados em forno mufla a 400°C e 700°C, respectivamente. Adiante, foram adicionados 45mL de NaOH 3,5M à mistura que foi homogeneizada em agitador magnético por 10 minutos.A uma das duas amostras preparadas, foi adicionado uma semente de zeólita do tipo A, a fim de observar a influência deste parâmetro no processo de nucleação e crescimento dos cristais.O material zeolítico foi obtido por meio de síntese hidrotérmica, estática, realizada através de autoclaves de aço inoxidável revestidas internamente por um vaso de teflon com volume total de 47,4 mL, deixadas em repouso por 6h em temperatura ambiente de aproximadamente 25 °C e posteriormente levadas ao forno a 110°C por 12h. Após o processo de síntese os produtos formados foram lavados em filtração com água destilada até atingirem o pH 7-8, e em seguida submetidos a secagem a 110 °C por 12h.O material de partida e as fases formadas nos produtos de síntese foram caracterizados por meio de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Energia Dispersiva (EED).

Resultado e discussão

Observa-se através das imagens de MEV da Figura 1, que o resíduo do caulim é constituído predominantemente por partículas aglomeradas com empilhamento tipo “booklets” (Figura 1b), com cristais apresentando morfologia pseudo- hexagonal, que são característicos da caulinita conforme descrito na literatura (SOUZA SANTOS, 1989). A Figura 1a traz a micrografia da EAF. Nota-se a diferença no tamanho, forma, cor e fases dos grãos. Alguns grãos apresentam mais de uma fase, isto é observado devido a heterogeneidade de cores em um mesmo grão.Dentre os elementos eletropositivos identificados por meio de EED destaca-se a presença majoritária de Fe, Ca e Si característicos deste tipo de escória. A figura 2 apresenta a presença bem expressiva de material não cristalino que ainda não reagiu ao processo de síntese de formato pseudohexagonal, típico de morfologia da metacaulinita; tem-se a formação de pequenos cristais cúbicos, ainda em crescimento, que são da zeólita A e algumas impurezas evidentes devido a diferente coloração dos grãos, sendo identificados por meio de EED como Ferro.A adição de sementes é uma ferramenta importante na síntese de diversos precipitados cristalinos incluindo as zeólitas. Numa análise comparativa de EED dos produtos de sínteses, pode-se ver o maior grau de pureza na amostra contendo semente, uma vez que o teor de Ferro e outros minerais é menor. No geral, as zeólitas formadas apresentam granulometria menor que a das amostras in natura, por conta da quebra da estrutura cristalina dos materiais de partida, uma vez que ocorre a desidroxilação após a calcinação, o que comprova que após esse processo, apesar de ter ocorrido o colapso estrutural, transcorreu-se a sinterização e aglomeração do material.

Micrografias da EAF (a) e Caulim residual (b)


Micrografias da Zeólita A sintetizada em sistema estático com semente (a) e sem semente (b)

Conclusões

Foi possível a obtenção da zeólita A com a utilização dos rejeitos como fonte de Si e Al, conforme mostram as análise feitas para este trabalho.Desta maneira, não há dúvidas de que a síntese de zeólitas ocorre na ausência de sementes, o que demonstra que a mistura reacional de aluminossilicatos amorfos é capaz de formar núcleos e permitir o crescimento do cristal zeolítico. A adição de sementes não é essencial para a síntese de zeólitas, no entanto, as sementes aumentam a cristalização de zeólitas com a diminuição do período de indução.

Agradecimentos

Ao Laboratório de Processos e Tranformação de Materiais (LPTM) e à Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará, pela oportunidade e disponibilização do espaço.

Referências

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