PRODUÇÃO DE GRAFITA COM A UTILIZAÇÃO DE CARVÃO VEGETAL COMO MATÉRIA-PRIMA

Transcrição

1 PRODUÇÃO DE GRAFITA COM A UTILIZAÇÃO DE CARVÃO VEGETAL COMO MATÉRIA-PRIMA Arthur Maffei Angelotti, (IC, Fundação Araucária), Unespar Câmpus de Campo Mourão, arthur_angelotti@hotmail.com Nabi Assad Filho, (OR), Unespar Câmpus de Campo Mourão, nabiassadfilho@hotmail.com RESUMO: Cada vez mais se tem a necessidade da utilização da grafita, assim fontes de grafita natural estão sendo esgotada, deste modo a busca por alternativas de substituição da mesma se faz necessária. Com o intuito de estudar e aplicar métodos alternativos para a produção de grafita, o projeto elaborado tem como finalidade a fabricação de grafita sintética, utilizando o carvão vegetal como matéria-prima. Para isso, foi realizada uma revisão de literatura sobre a fabricação da grafita sintética, e após as pesquisas, foram realizados procedimentos laboratoriais, para a transformação de carvão vegetal em grafita, onde primeiramente moemos o carvão vegetal, misturamos o carvão a um ligante, de amido pré-gel, para posteriormente modelarmos e aquecer a mistura para assim fazer o tratamento térmico do carvão em alta temperatura. Para a elaboração do trabalho foram utilizados os métodos de abordagem dedutivos, estudos laboratoriais e métodos de procedimentos estatísticos. Os resultados obtidos até o momento foram satisfatórios, já que o carvão amorfo obtido se assemelha ao mesmo encontrado no mercado. Palavras-chave: Grafita. Grafita Sintética. Carvão Vegetal. 1 INTRODUÇÃO Segundo o dicionário Aurélio (2009), grafita é a forma alotrópica do carbono, cristalina, com sistema hexagonal, negra, usada como mina de lápis e em diversos equipamentos e peças industriais. De acordo com Ministério de Minas e Energia (MME) (2009), a grafita tem propriedades únicas, devido sua distinta estrutura em camadas e sua inércia química. Assim ela é utilizada em diversas aplicações, devido a suas características: Excelente condutividade elétrica e térmica; Excelentes propriedades lubrificantes, particularmente a elevada temperatura e pressão; Alta resistência à oxidação e durabilidade contra agressividades químicas; Ambientalmente amigável e não apresenta riscos à saúde; Não apresenta riscos de explosão; A habilidade de moléculas químicas serem intercaladas entre as camadas da grafita (entre os grafenos). Em geral a grafita é raramente encontrada em sua forma pura na natureza; sempre há uma parcela de impurezas em sua composição, tais impurezas cingem em torno de 10 a 20% (SAMPAIO et al., 2005). Isso acontece, pois sua extração é feita em minas subterrâneas ou a céu aberto (como

2 mostra a Figura 1), onde pode ser até mesmo necessária à utilização de explosivos para sua remoção (FEC, 2012). Figura 1: extração de grafita em Moçambique. Fonte < com/mocambiquemineira-triton-avalia-depositos-de-grafite/> Pelo fato de se ter impurezas em sua composição, a grafita natural após a extração tem que ser refinada para a retirada todas as impurezas que permaneceram do processo de extração (FEC, 2012). De acordo com Francia (2012), a grafita é considerada um mineral escasso e a produção de grafita se faz necessária, já que a indústria e o mercado brasileiro, conhecem muito pouco sobre a tecnologia e produção da grafita sintético, sendo que todo o grafita utilizado na indústria brasileira é importado (CASTRO, 2009). Pela grande utilização e altos preços de importação é que se faz necessário a produção de grafita com preços mais acessíveis. Uma alternativa para se obter valores mais acessíveis é a produção de grafita sintética, a qual é produzida em laboratório, sem a necessidade de sua extração na natureza. A grafita sintética pode ser produzida utilizando o carvão mineral como matéria-prima, no entanto o preço do carvão mineral é elevado em relação ao carvão vegetal. Além de que o carvão mineral não é uma fonte de energia renovável. As propriedades da grafita sintética são comparadas àquelas da grafita natural, e é caracterizada pela sua alta pureza e baixa cristalinidade em relação à grafita natural (SAMPAIO et al., 2005). A grafita sintética é muito utilizada em materiais de engenharia em vários setores de indústrias em geral. São usados amplamente em indústria metalurgia, nuclear e aeroespacial (PARDINI, SD). Pela necessidade de grafita e pelos motivos apresentado o projeto realizado está utilizando como matéria prima o carvão vegetal, a fim de reduzir impactos ambientais e custos de produção.

3 Os objetivos propostos ao início dos trabalhos foram: Objetivos gerais: o Estudar técnicas e métodos de fabricação de grafita utilizando carvão vegetal como matéria-prima. Objetivos específicos: o Estudar métodos de transformação de carvão vegetal em grafita; o Definir métodos de transformação; o Aplicar métodos de transformação de carvão vegetal para obtenção de grafita; o Realizar estudos de qualidade, fazendo comparação com a grafita natural; Assim, o presente trabalho apresenta as atividades realizadas no período de Agosto de 2013 à Julho de MATERIAIS E MÉTODOS Inicialmente foi realizada uma revisão de literatura pesquisando métodos de transformação de carvão vegetal em grafita. Portanto, foram verificados dados sobre as questões relativas à transformação do carvão em grafita por meio de leitura e análise das possibilidades, gráficos e relatórios. Posteriormente iniciaram-se as pesquisas, as quais foram divididas em três etapas: transformação de carvão vegetal em carvão amorfo (Etapa 1); pesquisas de fornos de alta temperatura para a transformação de carvão amorfo em grafita (Etapa 2); e utilização de fornos encontrados para a transformação de carvão amorfo em grafita (Etapa 3). Todas as atividades dos experimentos foram realizadas no Laboratório de Química Aplicada (LQA) da Universidade Estadual do Paraná Campus Campo Mourão (UNESPAR/Fecilcam). No início das atividades foi proposto um procedimento experimental, o qual está disponível no Fluxograma 1, no entanto após estudos de bibliografias foram necessárias algumas alterações no processo, essas alterações podem ser vistas no Fluxograma 2. Fluxograma 1: processo proposto de produção de grafita sintética

4 Fonte: elaborado pelo autor Fluxograma 2: processo proposto de produção de grafita sintética

5 Fonte: elaborado pelo autor Com esse novo método estabelecido as etapas do processo foram dividas da seguinte maneira: Agosto de 2013 à Janeiro de 2014: Etapa 1; Janeiro de 2014 à Julho de 2014: Etapa 2 e Etapa 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Com as pesquisas realizadas foi iniciada a Etapa 1 dos experimentos, onde na primeira parte o carvão foi moído até ficar em granulo que passassem através de uma peneira de 40 mesh. O ligante utilizado é o amido pré-gel, já que com o qual obtivemos um resultado bom de mistura com o carvão moído, formando uma mistura homogênea e de consistência ideal para o manuseio da mesma. A proporção encontrada entre ligante água e carvão moído (mistura ideal) é conforme o Gráfico 1, com essa mistura ideal serão realizadas as atividades posteriores.

6 IX EPCT Encontro de Produção Científica e Tecnológica Gráfico 1: proporção entre carvão moído, ligante e água 14% Carvão Moido Ligante 29% 57% Água Fonte: elaborado pelo autor Após essa mistura ser feita foram realizadas as Fase 4, com a utilização de formas cilíndricas, Fase 5, através de uma estufa, e Fase 6, utilizando uma mufla com a temperatura de 1700ºC. Com o término da Fase 5 foram obtidos cilindros de carvão, os quais estão expostos na Figura 2. Figura 2: cilindro de carvão fabricado em laboratório. Elaborado pelo autor

7 E ao término da Fase 6 obtivemos o carvão amorfo. Com o término dessa fase também findouse a Etapa 1 do procedimento. Com a Etapa 1 terminada iniciaram-se as atividades relacionadas a Etapa 2, onde através desta notou-se que utilização de forno que atinjam 3000ºC é fundamental. O forno utilizado para esse processo é o Forno Acheson. Com o forno encontrado a Etapa 3 iniciou-se, no entanto essa não pode ser concluída, pois o Forno Acheson não pode ser obtido e nem fabricado por falta de tecnologias disponíveis. Foram realizados testes temperaturas inferiores à necessária no entanto não obteve-se resultados satisfatórios. CONCLUSÕES Nota-se ao término do trabalho que o estudo realizado é de grande valia, pois através do mesmo pode-se obter um produto de características semelhantes à grafita natural. Pode-se notar que o produto que obtivemos, mesmo sem ter terminado o processo, tem potencial de venda para a fabricação de diversos produtos. REFERÊNCIAS AIRES, Marisa. Moçambique: mineira Triton avalia depósitos de grafite. Disponível em: < acesso em: 20/07/2014. BRASIL. Ministério de Minas e Energia (MME), Balanço energético nacional 2009, relatório final. Brasília, 2012 CASTRO, L. D. Os riscos da falta de tecnologia de carbono. Jornal do Brasil. Rio de Janeiro: 16. Fev Entrevista concedida a J. A. Miguel. FEC Fundação Educacional de Caeté. Grafita. Minerologia. Módulo I Disponível em: < acesso em: 31 de Março de FERREIRA, Aurélio Buarque de Holanda. Novo dicionário Aurélio da língua portuguesa. 4.ed. CURITIBA: Positivo, p. FRANCIA, Leonardo. Extração de grafita em Almenara é prioridade Disponível em: < 3674>. Acesso em 29 /07/2014. PARDINI, L. C., et al. Estudo da evolução da porosidade em grafites com oxidação controlada por tomografia computadorizada. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS. 20, 2012, Joinvile. Anais... Guaratinguetá: UNESP, p. Disponível < Acesso em: 26/07/2014.

8 SAMPAIO, J.A.; et al. Grafita. In: LUZ, A.B.; LINS, F.A. Rochas & Minerais Industriais: Usos e Especificações. Rio de Janeiro: CETEM/MCT, p