Resumo. Introdução. Palavras-chave: Vermiculitas. Homoionização. Hidratação. Pilarização

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1 XIX Encontro de Iniciação à Pesquisa Universidade de Fortaleza 21 à 25 de Outubro de 2013 Influência da etapa de hidratação de vermiculitas com fins de futura hierarquização destes materiais. Hilana Bezerra Moura Frota(IC) 1 *, Maria Eduarda Lustosa Sampaio 1 (IC), Felipe Nogueira de Sousa 2 (IC), Raianne Ferreira Buson 3 (PQ), Luiz Gerson Lima Junior 4 (PO). 1. Universidade de Fortaleza Aluna do Curso de Engenharia Ambiental e Sanitária Bolsista PAVIC 2. Universidade de Fortaleza Aluno do Curso de Engenharia Elétrica Bolsista PAVIC 3.Universidade de Fortaleza Aluna do Curso de Engenharia Ambiental e Sanitária Bolsista FUNCAP 4. Universidade de Fortaleza Docentes do Curso de Engenharia Ambiental e Sanitária hilanaf@hotmail.com Palavras-chave: Vermiculitas. Homoionização. Hidratação. Pilarização Resumo Todas as rochas expostas na superfície sofrem intemperismo. Esse processo leva à formação de minerais secundários, entre eles os argilominerais, que são de larga aplicação em diversos setores produtivos. Na Vermiculita,os elementos químicos se arranjam para a formação de planos lamelares que são constituídos por duas camadas tetraédricas de silício e uma camada octaédrica de alumínio entre elas..as vermiculitas, além de se constituírem de minerais argilosos e não argilosos, todos eles cristalinos, podem ocorrer ainda em muitos casos, compostos orgânicos e composto inorgânicos criptocristalinos e amorfos.elas apresentam também um elevado potencial tecnológico, servindo de base de estudo para a produção de adsorventes de contaminantes oriundos de derivados de petróleo, por exemplo.as regiões interlamelares das vermiculitas são preenchidas por vários cátions diferentes, fazendo com que as lamelas não apresentem regularidade em seus planos. Na hidratação, as moléculas de água conduzem os cátions para fora das regiões interlamelares da argila. Esse processo é de fundamental importância e crucial para as etapas seguintes que constituem a produção de materiais hierarquizados.as etapas de preparação da vermiculita, juntamente com o processo de Homoionização, são etapas seguintes ao processo de hidratação e secagem da amostra de vermiculita. Após seguir toda a metodologia corretamente, foi possível verificar visualmente um pequeno aumento de volume, o que conclui-se que a hidratação das vermiculitas é de fato o momento de máxima importância no processo,pois garante eqüidistância dos plano lamelares, o que facilitará a formação de pilares e conseqüentemente a produção de adsorventes seletivos de melhor qualidade e eficiência. Introdução A ação de intemperismo sobre a superfície de rochas no ciclo sedimentar de rochas, que podem ser classificadas como ígneas, sedimentares e metamórficas,leva a um processo de formação de minerais secundários, os quais, dependendo de seus arranjos,podem levar a formação de diversos argilominerais, dentre os quais se destaca,neste trabalho, a Vermiculita. Os minerais argilosos são minerais dos filossilicatos, essencialmente de aluminossilicatos hidratados, componentes essenciais das argilas, também sendo componentes acessórios de muitas outras rochas e são responsáveis pela plasticidade da argila. Eles são formados, fundamentalmente, pelos elementos químicos como Si, O, Al, H, Fe, Mg, Ca, K e Na, os quais no estado iônico se assemelham a pequenas esferas que podem arranjar-se e organizar-se em sete modelos estruturais tridimensionais distintos, próprio dos filossilicatos [1-3].

2 No caso da Vermiculita,um dos modelos estruturais de filossilicatos, os elementos químicos se arranjam para a formação de planos lamelares que são constituídos por duas camadas tetraédricas de silício (tetracoordenado) e uma camada octaédrica de alumínio (hexacoordenado) entre elas, além de formação de cátions existentes na região entre esses planos lamelares, também chamada de região interlamelar.(figura 01). Figura 01: representação esquemática da estrutura de uma vermiculita. É importante acrescentar que as argilas, além de se constituírem de minerais argilosos e não argilosos, todos eles cristalinos, podem ocorrer ainda em muitos casos, compostos orgânicos e composto inorgânicos criptocristalinos e amorfos [1]. Entre as propriedades das vermiculitas, se destacam a granulometria, superfície específica, troca/permutação de íons, viscosidade e plasticidade. As argilas,no geral, são reconhecidas por suas diversas aplicações comerciais,quando modificadas quimicamente com fins específicos multiplicam suas aplicações posto que são tratadas para otimizar características desejadas que já possuem ou adquirirem novas propriedades de interesse. Elas apresentam também um elevado potencial tecnológico, servindo de base de estudo para a produção de adsorventes de contaminantes oriundos de derivados de petróleo, por exemplo [1,2,4]. Dentre as series de etapas existentes para o processo de produção de materiais hierarquizados para tratamento de gás, derivado de petróleo,tais quais: Hidratação e secagem, processos de tratamento de vermiculitas para produção de adsorventes(homoionização) e etapas corriqueiras dos processos da produção do adsorvente propriamente dito (Produção de oligômero adequado, intercalação e pilarização), se destaca,neste trabalho, o procedimento inicial, Hidratação, de toda as seqüências de etapas para a produção do adsorvente e que é de fundamental importância para a concretização dos mesmos [4]. O primeiro procedimento é fazer a hidratação da argila antes das etapas de preparação da mesma para etapas seguintes do processo de produção de materiais hierarquizados, esse método consiste em adicionar água em abundancia,sob agitação, em uma certa amostra de vermiculita. Sabe-se que as regiões interlamelares das vermiculitas são preenchidas por vários cátions diferentes que apresentam tamanhos variáveis fazendo com que as lamelas não apresentem regularidade em seus planos e conseqüentemente há inclinações nas lamelas e não há uma eqüidistância entre as mesmas no decorrer da estrutura da argila. (Figura 02) [4-5].

3 Figura 02: Estrutura interlamelar não homoionizada. Na hidratação, as moléculas de água estão em constante colisão com as partículas dentro da suspensão aquosa, cada colisão transfere energia cinética das moléculas de água para a partícula e viceversa, quando duas partıculas se aproximam com suficiente energia cinetica para superar a forca de repulsao da dupla camada uma porcao difusa de suas duplas camadas se chega a unir, quando isto acontece, anions, cations em excesso são expelidos da região interlamelar, ou seja, em outras palavras, as moléculas de água conduzem os cátions para fora das regiões interlamelares da argila [5]. As etapas seguintes a hidratação, e que constituem o processo de preparação da vermiculita para a produção de adsorventes, são: Tratamento com ácido nítrico (HNO 3 ) que visa a retirada de compostos de matéria orgânica advindos do solo,onde a vermiculita esta inicialmente encontrada; Tratamento com ácido oxálico que é bastante adequado para retirada de contaminantes inorgânicos da vermiculita; e por fim, a Homoionização da argila, que é o tratamento com cloreto de sódio, a qual é considerada a etapa mais importante deste processo,pois visa tornar a estrutura da argila homoiônica, a fim de reduzir a carga da mesma. A espécie mais utilizada tem sido o sódio, que apresenta boa capacidade de hidratação, porém com gradiente de energia que pode ser facilmente superado por espécies intercalantes, como o íon Al 13. Tem sido proposta a troca-iônica a partir de soluções diluídas de cloreto de sódio sob refluxo, a fim de saturar a estrutura da argila com a espécie iônica sódio.(figura 03) [2,4-6] Figura 03: Esquema de troca de cátions em argila no processo de hidratação seguida de homoionização. Metodologia Este trabalho foi realizado mediante pesquisa bibliográfica sobre o tema e ensaios realizados no laboratório de análise de solos da Universidade de Fortaleza (UNIFOR). Como já foi relatado anteriormente, o processo de hidratação da vermiculita é de fundamental importância e crucial para as etapas seguintes que constituem a produção de materiais hierarquizados. Para dar inicio ao processo, foi feita a maceração e tamisação da vermiculita até 325 mesh, a fim de aumentar a superfície de contado desta com a quantidade de água envolvida no processo de hidratação.

4 Após, foi colocada uma quantidade fixa de vermiculita juntamente com 100mL de água deionizada em um erlemeyer de 250mL. O erlemeyer com a vermiculita e água teve seu orifício protegido com papel isofilm e, em seguida, foi fixado a uma mesa de agitação rotativa, na qual permaneceu sob agitação constante de 150Rpms (Rotações por minuto) por 24 horas (Figura 04). Figura 04: Exemplo de agitação mecânica rotativa. Encerrado o processo de agitação, a água que estava como sobrenadante foi retirada e a vermiculita,ainda úmida, foi transferida para um cadinho, o qual fico sob processo de evaporação sob banho-maria por um determinado tempo. Por fim,o cadinho com vermiculita foi colocado na estufa á 60ºC para retirar resquícios de água da amostra de argila e encaminhado para um dessecador. As etapas de preparação da vermiculita, juntamente com o processo de Homoionização, são etapas seguintes ao processo de hidratação e secagem da amostra de vermiculita,portanto para se concluir os processos seguintes para a produção de um futuro adsorvente, será utilizada a vermiculita encontrada no dessecador. Resultados e discussões Após seguir toda a metodologia corretamente, foi possível verificar visualmente um pequeno "inchamento" (um pequeno aumento de volume) da amostra de vermiculita usada no ensaio de hidratação desta argila, considerando as possíveis perdas do processo (Figura 05). Figura 05: A esquerda: Vermiculita natural, A direita: Vermiculita por hidratação e secagem.

5 Conclusão Pelo o que relatado, observado e constatado através dos resultados apresentados, seguindo-se a metodologia correta, é possível concluir que a hidratação das vermiculitas é de fato o momento de máxima importância no processo,pois garante eqüidistância dos plano lamelares, facilitando a formação de pilares e conseqüentemente a produção de adsorventes seletivos de melhor qualidade e eficiência. Referências [1] GOMES, C.S.F. Argilas - o que são e para que servem. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian. 457p [2] LIMA JUNIOR, G. L. Argila pilarizada funcionalizada para a retenção de mercúrio elementar em gás natural. Tese de Doutorado. Universidade Federal do Ceará [3] ALVES, L. Você sabe o que Intemperismo? Araruna,Pb Disponível em: Acesso em: 24 ago [4] Pergher,Sibele B.C.; Detoni, Chaline; Mignoni,Marcelo L.Materiais Laminares Pilarizados- Preparação,caracterização, propriedades e aplicações.editora Edifapes.Erechim [5] Tratamento quımico de uma vermiculita visando seu uso em compositos de polipropileno / M.M.C Peralta. - -Sao Paulo, p. [6] L. B. de Paiva, A. R. Morales, F. R. V. Día. Argilas organofílicas: características, metodologias de preparação,compostos de intercalação e técnicas de caracterização. São Paulo.2008 Agradecimentos Ao Curso de Engenharia Ambiental e Sanitária, a UNIFOR por abrir este espaço para publicação de pesquisas e ao Programa de Iniciação Científica PAVIC da UNIFOR e PROBIC/FUNCAP, e ao professor orientador Luiz Gerson por todo o apoio.