ÁREA
Química Ambiental
Autores
Couto, N.A.F. (IFPA) ; Marinho, K.L.L. (UFOPA) ; Melo, E.C.L. (IFPA) ; Emim, M.P. (IFPA) ; Leite, Y.C.F.L. (IFPA) ; Barreto, I.A.R. (UFPA) ; Figueira, B.A.M. (IFPA)
RESUMO
O processo de beneficiamento da bauxita, visando à obtenção de alumina, resulta na geração de resíduos sem valor econômico. Nesse contexto, entre as possíveis soluções para atenuar tais questões, destaca-se a sua incorporação na produção de zeólitas. Com isso, a proposta desta pesquisa foi realizar a transformação de argila de lavagem de bauxita em zeólita e a sua posterior troca iônica com cátions Sr2+. O rejeito foi caracterizado por DRX e FRX. A caracterização mineral mostrou que o rejeito possui em sua composição mineralógica hematita, caulinita e gibbisita. Zeólita hidroxisodalita foi obtida a partir do emprego de rejeitos de bauxita e os resultados mostraram-se favoráveis quanto a inserção do cátion Sr2+ na estrutura da zeólita através da troca iônica.
Palavras Chaves
Argila de Lavagem; Bauxita; Zeólita
Introdução
As Zeólitas são aluminossilicatos cristalinos microporosos de metais alcalinos ou alcalinos terrosos, pertencentes a família dos tectossilicatos. São formadas por estruturas tridimensionais, de tetraedros de SiO4 e AlO4, unidos entre si pelos vértices através de átomos de oxigênio (NEWSAM, 1986). Na forma sintética as zeólitas são geralmente obtidas através de processo hidrotérmico utilizando reagentes comerciais como fonte de Si e Al e um agente mineralizante como o NaOH. Em contrapartida, o custo da síntese utilizando precursores químicos de laboratório são elevados, o que pode restringir seu uso. Assim, é necessário buscar métodos de baixo custo e sustentáveis para produzir zeólitas sintéticas eficientes. Uma alternativa atualmente viável é a utilização de subprodutos/resíduos ou materiais minerais ricos em Si e Al, como cinzas volantes, argilas ou resíduos minerais (HUDCOVÁ et al., 2021). A bauxita amazônica é do tipo laterítica e composta principalmente pelo mineral gibbsita, tendo como principais impurezas a caulinita, óxidos de ferro, óxidos de titânio e quartzo (COSTA et al., 2014). O beneficiamento de bauxita realizado pela Mineração Paragominas (Norsk Hydro) inclui uma etapa de separação das partículas menores que apresentam maior teor caulinita (REIS et al., 2023). O material argiloso obtido através desta etapa é conhecido como argila de lavagem de bauxita. O presente trabalho visa obter resultados favoráveis para a conversão de rejeitos de lavagem de bauxita da mineração de bauxita em Paragominas (Pará) em material zeolítico trocado com cátions de estrôncio com a intenção de avaliar as modificações na estrutura da zeólita quando se adiciona cátions Sr2+, a fim de reduzir os impactos provenientes da mineração na Amazônia.
Material e métodos
Como tratamento inicial, o material úmido foi seco em estufa a 100 °C por 24 horas em estufa, seguido pela fragmentação manual do material em um almofariz. Em seguida, de acordo com a metodologia utilizado por WANG et al., 2013, o rejeito foi submetido ao processo de fusão alcalina com hidróxido de sódio, em forno mufla da marca JUNG, à temperatura de 350 ºC por 2 horas. Após o esfriamento da amostra em temperatura ambiente, a mesma foi cuidadosamente retirada do cadinho e adicionada em um béquer contendo 50 mL de água destilada, sendo então submetido a agitação magnética rigorosa por um período de 1 hora. A solução foi então adicionada a um frasco de vidro tampado e iniciou-se o tratamento hidrotermal em estufa, utilizando um tempo de cristalização de 24 h e temperatura de 100 °C, após o material foi lavado com água destilada e seco em estufa a 60°C. Foi realizado troca iônica na zeólita obtida, adaptando a metodologia de FELTRIN et al., 2021. Os íons sódio foram trocados diretamente pelos íons de estrôncio, utilizando solução de SrCl2 na concentração de 1 (mol/L) Para garantir o equilíbrio entre os cátions, foi adotado um tempo de troca de 24 horas. As caracterizações foram feitas em difratômetro de raios-X, modelo D2-phaser (Bruker), tubo de cobre (CuKa = 1.5406 Å) de 400 W de potência, tensão de 30 kV e 10mA, respectivamente. A composição química do rejeito foi obtida em espectrômetro de Fluorescência de raios-X Sequencial (Espectrômetro PANalyticalS2 Ranger.) com o auxílio do software SPECTRA, equipado com tubo paládio.
Resultado e discussão
A figura 1 apresenta o difratograma de raios X da amostra de rejeito, no qual é
possível observar que as principais fases encontradas são referentes aos
minerais gibbsita (Al(OH)3), caulinita (Al4(Si4O10)(OH)), hematita (Fe2O3),
anatásio (TiO2) e quartzo (SiO2), que são fases comuns em minérios de bauxita da
Amazônia. A composição química do material foi obtida através de Fluorescência
de Raios X e apresentou um teor adequado a síntese da zeólita com estrutura
sodalita com razão SiO2/Al2O3 ~ 1. Os resultados estão em conformidade com os
obtidos por Racanelli et al., (2020) e Melo et al. (2019) para o mesmo
material.
A figura 2 (linha preta) apresenta o difratograma de raios X da amostra obtida,
sendo possível observar a formação de zeólita hidroxissodalita, com picos
nítidos e intensos em 13,9°, 24,24°, 31,72°, 34,55°, 42,73°, 51,98° e 58,23°
(2θ), com os quais são relacionados os seguintes planos cristalográficos
respectivamente: (110), (211), (220), (310), (222), (411), (510) e (440).
Comparativamente ao padrão PDF: 01-076-1639, a amostra possui estrutura cúbica e
pertence ao grupo espacial P43-n, com os seguintes parâmetros de cela unitária:
a = b = c = 8,88 Å e V = 701,31 Å3.
A figura 2 (linha vermelha) mostra o difratograma correspondente a amostra de
zeólita trocada com cátions de Sr2+ (PDF 01-076- 1639), onde é possível
constatar a permanência dos padrões de difração correspondentes à matriz, porém
com uma alteração nas intensidades e distâncias desses picos, uma possível
consequência da incorporação do íon Sr2+ na estrutura da zeólita. Os parâmetros
de cela unitária obtidos para a amostra foram: a = b = c = 8,90 Å, V = 705,89
Å3, mostrando que os valores não foram substancialmente alterados após a troca
com Sr2+.
Conclusões
Argila de lavagem de bauxita da região amazônica, composta por caulinita, hematita, gibbsita e anatásio, exibiu teores elevados de Al, Fe e Si, revelando-se como uma matéria-prima de interesse para a obtenção de zeólitas. Zeólita hidroxisodalita foi obtida após simples etapas de fusão alcalina e banho hidrotermal. A obtenção da zeólita trocada com cations de Sr foi realizado através da imersão da zeólita hidroxisodalita em uma solução de cloreto de estrôncio (SrCl2) em temperatura ambiente, com indícios da ocorrência de substituição na estrutura do cátion de compensação Na+ por Sr2+.
Agradecimentos
Referências
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