AVALIAÇAO DA METACAULINITA OBTIDA DE REJEITO DE CAULIM AMAZÔNICO VISANDO SUA APLICAÇÃO NA SÍNTESE DE ARGILOMINERAIS MICÁCEOS.

Transcrição

1 AVALIAÇAO DA METACAULINITA OBTIDA DE REJEITO DE CAULIM AMAZÔNICO VISANDO SUA APLICAÇÃO NA SÍNTESE DE ARGILOMINERAIS MICÁCEOS. C. E. C. Brito 1, F. R. Valenzula Diaz 2, R. F. Neves 3, E. A. Hildebrando 4. 1,3,4 UFPA, 2 USP Kadu.britoc@gmail.com RESUMO A região amazônica apresenta grandes depósitos de caulim, no processo de beneficiamento são gerados resíduos que sem destinação correta podem acabar se tornando um problema ambiental. Assim, um dos objetivos desse trabalho é dar uma destinação adequada a este material avaliando a possibilidade do seu uso como matéria prima para sintetizar material de maior valor agregado servindo como nanocargas minerais. Submeteu-se o rejeito de caulim a caracterização por Difração de Raios X (DRX) e Fluorescência de Raios X (FRX), em seguida, o mesmo foi calcinado a 700 ºC por duas horas. Para a obtenção do gel foram utilizados metacaulinita, sulfato de manganês e hidróxido de potássio. O gel passou por processo de síntese hidrotermal nos períodos de 24 e 48 horas permanecendo constante a composição molar reacional e a temperatura de 150 ºC. Os resultados dos ensaios mostram que é possível produzir argilominerais micáceos, a partir de metacaulinita proveniente de rejeito de caulim, podendo ser utilizados como nanocargas minerais em nanocompósitos. Palavras Chave: Argilas Sintéticas, Síntese, Argilominerais. INTRODUÇÃO A ciência e a tecnologia de argilas têm realizado grandes contribuições para a sociedade humana através do uso de materiais à base de argilominerais que vão desde a milenar área da cerâmica tradicional ao moderno campo da nanotecnologia (1). As nanotecnologias podem ser aplicadas em diversas áreas, tais como física, química e ciência dos materiais; e nas ultimas décadas, tem-se testemunhado um rápido crescimento em pesquisa e desenvolvimento neste segmento, especialmente com relação aos materiais nanoestruturados, sendo uma importante classe destes, as nonocargas (2). Entre estes materiais, que possuem área superficial específica elevada, e que podem ser utilizados na elaboração de novos 1374

2 produtos, encontramos os de origem inorgânica, onde os componentes mais comuns são à base de sílica e alumina, dentre os quais destacamos os argilominerais micáceos uma vez que estes possuem uma estrutura lamelar do tipo 2:1 (duas camadas tetraédricas de sílica envolvendo uma camada octaédrica de alumina) com espessura na ordem de poucos nanômetros onde o reforço em materiais compósitos é inicialmente atribuído a grande área superficial por unidade de volume (3,4). Nos últimos anos, nanocompósitos de polímeros com adição de argilominerais têm sido o foco de muitos estudos e discussões, pois estes materiais mostram melhora em algumas propriedades com a adição de baixa concentração da carga mineral (até 10% em peso) quando comparado com o polímero puro. Os argilominerais que podem ser dispersos como nanocamadas lamelares de alta razão de aspecto são cargas potenciais para reforçar polímeros. Os nanocompósitos de polímero com a adição de argilominerais têm mostrado aumento em algumas propriedades como propriedades mecânicas (módulo e resistência), resistência ao calor e à chama, e propriedades de barreira a gases em relação ao polímero puro (5,2). Entre os diversos tipos de cargas minerais, os argilominerais são um dos mais importantes entre aqueles encontrados em solos e sedimentos, e certamente um dos mais difíceis para se estudar. Apesar deste tipo de carga ser muito comum na natureza, um dos principais motivos para se buscar argilominerais sintéticos, é que as suas ocorrências em depósitos naturais apresentam vários inconvenientes, dentre os quais, a existência de impurezas, o que limita de sobremaneira, o seu uso em potencial em determinadas aplicações industriais (6). Com o uso de argilominerais sintéticos é possível evitar esses problemas. Pois, a síntese de argilominerais, permite de certa forma controlar a quantidade de substituições isomórficas nos sólidos sintetizados levando assim a modificações na composição e propriedade dos mesmos, e consequentemente, ao surgimento de novas aplicações em uma ampla diversidade de produtos da indústria contemporânea (7,8). Assim, a proposta desse trabalho tem como objetivo primeiro produzir, em escala de laboratório, nanocargas minerais do grupo das micas a partir de rejeito de caulim utilizando o método hidrotérmico de síntese. MATERIAIS E MÉTODOS Materiais Foi empregado no desenvolvimento do trabalho como matéria prima principal, o rejeito de caulim. O material em sua forma natural foi coletado em uma indústria que realiza o beneficiamento de caulim para cobertura de papel instalada no município de Barcarena-PA. O rejeito foi calcinado a 700 ºC por um período de 2 horas em um forno tipo mufla e depois o mesmo foi peneirado em malha de 150 mesh. Caracterização do material de partida e das amostras sintetizadas 1375

3 A composição química do material de partida foi determinada através de análise por fluorescência de raios X (FRX). Para verificar as fases mineralógicas do rejeito in natura e do rejeito calcinado efetuou-se análises de difração de raios X (DRX) utilizando-se um difratômetro modelo X Pert Pro MPD (PANNalytical). As amostras sintetizadas foram caracterizadas por DRX utilizando-se um difratômetro modelo BRUKER-binary V3. Preparação de formulações para a etapa de síntese A formulação do gel foi preparada usando como base as proporções molares de 23,04 K2O: 4,5 Al2O3: 10 MnO: 9,01 SiO2: 1380 H2O. Para obter esses óxidos foi usado metacaulim, Sulfato de Manganês, Hidróxido de Potássio e água como meio reacional. Processamento e síntese dos materiais O processo de síntese ocorreu através do método hidrotérmico utilizando para isto autoclaves de aço inoxidável com capacidade de aproximadamente 48 ml. As reações foram realizadas a 150 ºC por período de 24 e 48 horas, o gel de síntese foi preparado misturando-se rejeito de caulim calcinado (700 ºC/2 h), hidróxido de potássio e sulfato de manganês, em bateladas calculadas de forma estequiométricas de acordo com as formulações pré-estabelecidas onde o gel não passou por envelhecimento, mantendo-se constante o volume de água nas autoclaves e o meio reacional estático sem qualquer agitação. Após o processo de síntese os produtos de reação foram lavados com água destilada com auxílio de filtração, até ph 7-8, sendo em seguida submetidos à secagem a 100 C por 24 horas e encaminhados para realização de ensaios por difração de raios X. RESULTADOS As Figuras 1 e 2 mostram a análise mineralógica por difração de raios X do rejeito de caulim in natura e calcinado a 700 º C num tempo de 2 horas. Observamos no rejeito de caulim a presença de picos característicos do argilomineral caulinita como constituinte principal e também do mineral quartzo como constituinte secundário. Calcinando o rejeito, observa-se pela Figura 2 que os picos referente a caulinita desaparecem, ficando somente o pico relacionado ao quartzo. 1376

4 800 C C Intensidade C - Caulinita Q - Quartzo 200 C Q Theta Figura 1: Difração de raios X do rejeito do caulim in natura Intensidade 100 Q Q - Quartzo Theta Figura 2: Difração de raios X do rejeito do caulim calcinado a 700 ºC/ 2 horas A Tabela 1 a seguir apresenta a composição química do rejeito de caulim realizada por Fluorescência de Raios X (FRX). Observa-se que os óxidos principais que compõem o rejeito são o SiO2 (46,51%) e o Al2O3 (38,46%) que significa que o referido material é composto por minerais que apresentam em sua constituição principalmente o alumínio e o silício que são os principais constituintes das argilas cauliníticas. Os mesmos podem estar relacionados ao argilomineral caulinita e ao mineral quartzo como pode ser observado pela DRX apresentado anteriormente. Tabela 1 Composição química do rejeito de caulim in natura (RCI). 1377

5 % Óxidos RCI SiO2 46,51 Al2O3 38,46 Fe2O3 0,94 TiO2 1,01 PF 13,05 Óxido de ferro e titânio também fazem parte do rejeito de caulim; no entanto, fases minerais relacionados aos mesmos não foram observadas na difração de raios X. A perda ao fogo (PF) de 13,05% observada na Tabela 1 se encontra muito próxima do valor da perda ao fogo teórica atribuída a caulinita. As Figuras 3 e 4 mostram a análise mineralógica por difração de raios X do rejeito de caulim calcinado sintetizado durante os períodos de 24 e 48 horas a temperatura de 150 C. Observou-se nas amostras a presença de reflexões na região de 2θ = 8,4 (10,45 Å), 18,9 (4,68 Å) e 26,4 (3,37 Å) característicos de argilominerais micáceos, e outro importante pico em 2θ = 59,1 (1,57 Å) típico de argilas do tipo 2:1. - Mica Intesidade (U.A.) 2Θ Figura 3: Difração de raios X do rejeito do caulim calcinado sintetizado a 150 ºC por 24 horas. 1378

6 Também, notam-se outros picos surgindo, com maior intensidade, principalmente na amostra de 48 horas (Figura 4), como em 2θ = 33,6 (2,66 Å) e 36,2 (2,48 Å), que são picos comumente encontrados em difratogramas de argilas do tipo mica. É de se ressaltar que os principais picos se acentuam no material sintetizado pelo maior período, o que pode evidenciar que o tempo é um fator importante na cristalização dessa nova fase mineral. - Mica Intensidade (U.A.) Θ Figura 4: Difração de raios X do rejeito do caulim calcinado sintetizado a 150 ºC por 48 horas. CONCLUSÕES A partir da identificação de fases mineralógicas das amostras nota-se que é possível a obtenção de um argilomineral do tipo 2:1 a partir de uma argila do tipo 1:1 por meio de síntese hidrotérmica a 150 C por períodos de 24 e 48 horas. Conclui-se também que a variável tempo influencia de forma significativa na eficácia do processo de síntese e transformação do argilomineral, mostrando uma melhor cristalização dessa nova fase mineral que está sendo formada para tempos mais prolongados, no caso do presente trabalho, argilominerais do grupo das micas. Portanto é possível concluir que, o rejeito caulinítico, dentro das condições estudadas, mostra-se bastante promissor quando utilizado como matéria prima na síntese de nanocargas minerais do tipo mica

7 BIBLIOGRAFIA (1) ZHOU, C. H. Emerging trends and challenges in synthetic clay-based materials and layered double hydroxides. Appl. Clay Sci. n. 48, p. 1-4, (2) ANADÃO, P.; HILDEBRANDO, E. A.; PAJOLLI, I. L. R.; OLIVEIRA PEREIRA, K. R.; WIEBECK, H.; VALENZUELA DÍAZ, F. R. Montmorillonite/carbon nanocomposites prepared from sucrose for catalytic applications. Appl. Clay. Sci. 53, p , (3) KOMARNENI, S.; PIDUGU, R.; AMONETTE, J. E. Synthesis of Na-4 mica from metakaolinite and MgO: characterization and Sr uptake kinetics. Journal of Materials Chemistry. N. 8, p , (4) LANTENOIS, S.; CHAMPALLIER, R.; BÉNY, J. M.; MULLER, F. Hydrothermal synthesis and characterization of dioctahedral smectites: A montmorillonites series. Appl. Clay Sci. n. 38, p , (5) HILDEBRANDO, E. A.; SILVA-VALENZUELA, M. G.; Neves, R. F.; VALENZUELA-DÍAZ, F. R. Síntese e caracterização de argila esmectita Znestevensita. Cerâmica. n. 60, p.x , (6) CHOI, J.; KOMARNENI, S.; GROVER, K.; KATSUKI, H.; PARK, M. Hydrothermal synthesis of Mn mica. Appl. Clay Sci. 46 (2009) (7) ZHANG, D.; ZHOU, C.-H.; LINn, C.-X.; TONG, D.-S.; YU, W.-H. Synthesis of clay minerals. Appl. Clay Sci. n. 50, p. 1-11, (8) VOGELS, R. J. M. J.; KLOPROGGE, J. T.; GEUS, J. W. Synthesis and characterization of saponite clays. American Mineralogist. n. 90, p , EVALUATION OF THE METAKAOLINITE OBTAINED FROM THE KAOLIN OF THE AMAZON, AIMING AT ITS APPLICATION IN THE SYNTHESIS OF CLAY MICA-TYPE ABSTRACT The Amazon region presents large deposits of kaolin, in the process of beneficiation are generated waste that without correct destination can end up becoming an environmental problem. Thus, one of the objectives of this work is to provide an appropriate destination for this material by evaluating the possibility of its use as raw material to synthesize higher-value-added materials serving as mineral nanofillers. The kaolin rejected the characterization by DRX and FRX, then calcined at 700 º C for 2 hours. For the obtaining of the gel were used Metakaolinite, manganese sulfate and potassium hydroxide. The gel underwent a process of hydrothermal synthesis in the periods of 24 and 48 hours remaining constant the reactional molar composition and the temperature of 150 º C. The results of the tests show that it is possible to produce clay Mica-type, from Metakaolinite from kaolin, and can be used as mineral nanofillers in nanocomposites. 1380

8 Keywords: Synthetic clays, Synthesis, Clay Minerals. 1381