INCORPORAÇÃO DE LAMA VERMELHA IN NATURA E CALCINADA EM CERÂMICA VERMELHA

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1 INCORPORAÇÃO DE LAMA VERMELHA IN NATURA E CALCINADA EM CERÂMICA VERMELHA L. S. Ribeiro (1); M. P. Babisk (1); U. S.Prado (2); S. N. Monteiro (3); C. M. F. Vieira (1) Av. Alberto Lamego, 2000-CEP: Campos dos Goytacazes-RJ, Brasil. vieira@uenf.br (1) UENF (2) Lining Repr. Consult. & Projetos Ltda (3) IME O Brasil é um grande produtor de alumínio, e conta com grandes empresas na produção de alumina. A alumina é obtida por meio do processamento químico da bauxita, conhecido como processo Bayer. Esse processo consiste na dissolução dos hidróxidos de alumínio presentes nas bauxitas mediante o ataque deste mineral com uma solução cáustica de hidróxido de sódio sob pressão e temperatura. Durante o processo é gerado um resíduo insolúvel denominado de lama vermelha. A indústria cerâmica tem-se apresentado como uma excelente alternativa para o aproveitamento de resíduos de diferentes segmentos industriais. A heterogeneidade da argila tradicional possibilita a incorporação de vários tipos de resíduos. Além da sílica, a lama vermelha apresenta elevados teores de ferro, sódio, cálcio e outros elementos que agregam características importantes aos produtos cerâmicos. Esse trabalho teve como objetivo desenvolver formulações de massa de cerâmica vermelha utilizando a lama vermelha in natura e calcinada a 900ºC. Palavras-chave: Cerâmica vermelha, lama vermelha, Argila, resíduo. 1810

2 INTRODUÇÃO O Brasil é um grande produtor de alumínio, detém a terceira maior reserva de bauxita do mundo. Bauxita é o minério do qual é extraído o alumínio. A partir do refino da bauxita através do processo de Bayer é gerada a alumina, que é a base para a produção do alumínio eletrolítico, e um resíduo insolúvel denominado de lama vermelha. No processo Bayer desenvolvido por Karl Josef Bayer, a alumina é dissolvida com soda cáustica (NaOH), e posteriormente, filtrada para separar a parte sólida (lama vermelha) e a parte líquida, que continua no processo para a cristalização da alumina[1]. A quantidade gerada na produção de lama vermelha está diretamente ligada à qualidade da jazida, entretanto não existe uma relação exata entre alumina e lama vermelha produzida, mas na literatura há relação entre 1 a 2 tonelada de lama vermelha a cada 1 tonelada de alumina produzida. A geração na ordem de milhões de tonelada por ano de lama vermelha gera preocupações ambientais [2][3]. Antigamente a lama vermelha era simplesmente descartada em mares e rios, hoje são projetados lagoas especialmente para a disposição de lama vermelha. Descuido com descarte de lama vermelha pode acarretar em problemas ambientais, como a contaminação da água de superfície e subterrânea por NaOH, ferro, alumínio e outros agentes químicos.[2] A lama vermelha é um resíduo com elevada alcalinidade (ph 10-13), composta por sílica e elevados teores de ferro, sódio, cálcio e outros elementos fundentes [2]. Essas características agregam valor significativo para os produtos da indústria de cerâmica vermelha. O objetivo dessa pesquisa é estudar e avaliar as propriedades tecnológicas da argila amarela (argila típica de Campos dos Goytacazes), com a incorporação do resíduo proveniente do beneficiamento da bauxita, bem como essa pesquisa pode contribuir dando à lama vermelha um destino sustentável. MATERIAIS E MÉTODOS Preparação das matérias-primas 1811

3 Ambas as matérias - prima, argila amarela e lama vermelha, foram secas até obter peso constante na estufa modelo EL-1.5 da marca Odontobras com temperatura de 110ºC, trituradas e peneiradas em mesh 40. Preparações dos corpos de prova Foram preparadas formulações com incorporação de resíduo, com as seguintes quantidades 0%, 20%, 40% e 60% de lama vermelha natural e as mesmas quantidades foram utilizadas para a incorporação de lama vermelha calcinada a uma taxa de 2ºC/min até atingir 900ºC e deixado por 3 horas, para cada composição foram feitos sete corpos de prova nas dimensões de 114 x 25,4 x 11 mm. Cada composição foi umedecida com 8% de água em peso, e depois peneirada com peneira mesh 10. Foram pesados 60g na balança JH2102 da marca Bioprecisa e com a prensa manualmente de 30 toneladas da marca Schwing foram prensados com uma força de 20 MPa, depois colocados na estufa por 24hr. Os corpos de prova secos foram queimados em forno, modelo 7000 da marca EDG equipamentos, com uma taxa de 2ºC/min até 900ºC, sendo mantidos por 1 hora. Determinação das propriedades tecnológicas: Após a queima os corpos de prova foram submetidos á determinação das propriedades tecnológicas como, absorção de água, retração linear e resistência mecânica. O ensaio de absorção de água foi realizado pelo método de fervura. Os corpos de prova queimados foram secos em estufa por 24 horas, resfriados por convecção natural e pesados. Em seguida deixados por duas horas em água fervente, com o resfriamento sendo realizado com os corpos de prova submergidos em água. Posteriormente, retirou-se a água superficial dos corpos de prova e registrou novamente a massa. A absorção de água foi calculada com a seguinte expressão: Sendo: AA = absorção de água (%) 1812

4 = massa do corpo de prova queimado e saturado com água (g) = massa do corpo de prova queimado e seco (g) A retração linear dos corpos de prova queimados foi realizada com o auxílio de um paquímetro digital da marca Mitutoyo. A retração linear foi calculada com a seguinte expressão: Sendo: RL = retração linear (%) Cs = comprimento do corpo de prova seco (mm) Cq = Comprimento do corpo de prova queimado (mm) A resistência mecânica foi avaliada com a determinação da tensão de ruptura com o auxilio de uma máquina de ensaios universal da marca INSTRON, modelo A tensão de ruptura foi calculada com a seguinte expressão: Sendo: tensão de ruptura á flexão (MPa) P = carga de ruptura (N) L = largura entre cutelos (mm) b = largura dos corpo de prova (mm) e = espessura do corpo de prova (mm) RESULTADOS E DISCUSSÕES 1813

5 3 2,5 2 (%) Fig.1- Variação e comparação da retração linear das composições. Na figura 1 observa-se que apenas na quantidade de 20% da composição com lama vermelha natural obteve em relação à lama vermelha calcinada uma menor retração linear e que a retração linear com lama vermelha calcinada possui uma menor variação entre as composições do que a com lama vermelha natural, que possui uma variação quase linear a (%) 20 Fig. 2- Variação e comparação da absorção de água das composições. Tanto a lama vermelha natural como a lama vermelha calcinada possuem uma variação de absorção de água crescente linear, sendo a da primeira menor, como pode ser observado na figura 2. A absorção é um parâmetro para avaliar a porosidade aberta de um material, uma menor absorção determina uma maior durabilidade e resistência ao material. 1814

6 5 4,5 4 3,5 flexão (%) 3 Fig.3- Variação e comparação da tensão de ruptura á flexão das composições. Tanto a composição com lama vermelha natural como a com lama vermelha calcinada obtiveram um decrescimento da resistência mecânica, como observado na figura 3. Sendo muito próximos os valores de tensão de ruptura das composições. CONCLUSÕES Com a incorporação da lama vermelha tanto ela natural como ela calcinada, aumentaram a retração linear e a absorção de água e diminuíram a resistência mecânica. Mas em teores menores de incorporação o resíduo atuou como um material inerte, praticamente não alterando as propriedades da cerâmica. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a CNPq e a UENF. REFERÊNCIAS [1] ABAL - Fundamentos e aplicações do alumínio - Maio 2007 [2] SILVA FILHO, E.B; ALVES, M. C. M.; DA MOTTA, M..Lama vermelha da indústria de beneficiamento de alumina: produção, características, disposição e aplicações alternativas. Revista Matéria, v.12,n.2, pp ,2007. [3] PRADO, U. S.; MARTINELLI, J.R.; SENE, F. F.; BRESSIANI, J. C.. Obtenção de vidros e vitrocerâmicas utilizando lama vermelha gerada na produção do alumínio. 1815

7 INCORPORATION OF RED MUD IN NATURA AND CALCINED IN RED CERAMIC ABSTRACT Brazil is a major producer of aluminum, and has major businesses in the production of alumina. The alumina is obtained by the chemical processing of bauxite, known as the Bayer process. This process consists in dissolving aluminum hydroxide present in the bauxite by the attack of the mineral with a caustic solution under pressure and temperature sodium hydroxide. During the process it creates an insoluble residue known as red mud. The ceramic industry has been touted as an excellent alternative to the use of waste from different industrial segments. The heterogeneous traditional clay allows the incorporation of various types of waste. Besides silica, red mud has a high content of iron, sodium, calcium, and other elements that provide important characteristics to ceramic products. This study aimed to develop formulations of a red ceramic using red mud raw and calcined at 900C. Key-words: Red ceramic, red mud, clay, residue. 1816