5º Encontro em Engenharia da Edificações e Ambiental Cuiabá-MT, 21 e 22 de novembro, Universidade Federal de Mato Grosso PRODUÇÃO DE CINZAS DO BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR PARA UTILIZAÇÃO COMO POZOLANAS EM ARGAMASSAS DE CAL Bruno Leandro dos Santos Rodrigues (bruno.rodrigues@vgd.ifmt.edu.br) Universidade Federal de Mato Grosso - Faculdade de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia Alex Neves Júnior (alexnevesjr@hotmail.com) Universidade Federal de Mato Grosso - Faculdade de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia RESUMO: Utilização de cinza de bagaço de cana-de-açúcar como material suplementar a cal hidratada, visando dar uma opção para utilização do resido agroindustrial, reduzindo a emissão de gás carbônico e preservando jazidas naturais. Este trabalho descreve a produção de cinzas do bagaço de cana-de-açúcar produzidas a partir de queima controlada e moagem ultrafina em moinho de bolas. Inicialmente, as condições ótimas de queima do bagaço foram determinadas por meio de pesquisas na literatura acerca do assunto, com o objetivo de alcançar a máxima atividade pozolânica das cinzas estudadas. Em seguida, a cinza produzida passou pelos ensaios de difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), com o objetivo de verificar se as cinzas atigiram as propriedades necessárias para ser considerada uma pozolana. Os resultados indicaram que a cinza do bagaço apresenta poucos picos cristalinos e estrutura de forma desorganizada, típica de materiais pozolanicos, sendo possível seu emprego em matrizes de argamassa em adição ao aglomerante principal. Porém destaca-se a importância da realização de estudos da granulometria da cinza bem como a realização da moagem da cinza por um tempo maior que o estudado, com o objetivo de se verificar se a mesma pode atingir uma granulometria ainda mais reduzida. Palavras-chave: Cinzas do bagaço da cana-de-açúcar. Argamassa. Cal. PRODUCTION OF SUGAR CANE BASTING ASH FOR USE AS POZOLANAS IN LIME MORTARS ABSTRACT: The use of sugarcane paper ash as supplementary material to hydrated lime, aiming to give an option to use agroindustrial residues, reducing a carbon dioxide emission and preserving natural deposits. This work describes a production of ash from sugarcane bagasse, producing from energy control and ultra-invoice in ball mill. Initially, the bagasse burning conditions were determined by means of researches in the literature on the subject, aiming to reach the maximum pozzolanic activity of the ashes studied. In me, ash produced by X-ray diffraction (DRX) tests and scanning electron microscopy (MEV), with the purpose of verifying how astigmatized as a property to be considered a pozzolana. The results indicated that bagasse ash presents few crystal peaks and structure in a disorganized form, typical of pozzolanic materials, being possible to use it in mortar matrices in addition to the main binder. However, it is important to carry out studies on the grain size of the ash as well as the division of the ash for a longer time than the studied one, in order to verify if it is able to reach a still smaller granulometry. Keywords: Sugarcane bagasse ashes. Mortar. Lime.
1_INTRODUÇÃO Segundo a CONAB - Companhia Nacional de Abastecimento (2017), a produção de cana-deaçúcar no Brasil, estimada para a safra 2016/17, é de 694,54 milhões de toneladas. O crescimento está avaliado em 4,4% em relação à safra anterior. A área a ser colhida está estimada em 9,1 milhões hectares, aumento de 5,3%, se comparada com a safra 2015/16. Um dos fatores que leva a esse aumento de produção é o esgotamento das jazidas de petróleo e seu elevado preço. Por outro lado a cana-de-açúcar desponta como uma alternativa viável na produção de etanol. O estado de Mato Grosso apresenta uma constante evolução na produção de Cana-de-açúcar com o passar do tempo. Se comparado com a produção nacional, o estado representa no total acumulado dos dados históricos um percentual de 2,50 da produção do Brasil (UNICA, 2017). Se considerarmos os estudos de Nogueira e Garcia (2013), podemos constatar que 2,50% do total de cana-de-açúcar beneficiado em usina se torna cinza do bagaço de cana-de-açúcar (CBC), podemos estimar que Mato Grosso produzirá aproximadamente 434,08 mil toneladas de CBC na safra de 216/17. A cinza do bagaço de cana pode ser utilizada como fonte de material pozolânico quando moída e transformadas em um material com granulometria muito reduzida (cinzas ultrafinas), sendo utilizada como adição em conjunto com o aglomerante principal (CORDEIRO, 2006). Nesse ponto podemos destacar a importância de fomentar pesquisas na área de novos materiais de construção que possam reduzir significativamente o consumo de matérias primas e a geração de resíduos. Bem como pesquisas para encontrar soluções na utilização de resíduos e rejeitos provenientes do setor agroindustrial. Levando em consideração o exposto, o artigo visa dar uma opção de utilização para o resíduo do bagaço da cana-de-açúcar, proveniente da indústria da produção de etanol e açúcar. Expondo o processo de produção de cinzas do bagaço de cana-de-açúcar de alta reatividade, para produção de matrizes de argamassa sem a utilização de cimento Portland, utilizando como aglomerante principal a cal hidratada, aglomerante esse que se comparado ao cimento Portland apresenta características ambientais superiores, pois apresenta menor consumo energético e menor liberação de gases que contribuem para o efeito estufa durante a sua produção (MEHTA & MONTEIRO, 2008; JOHN, PUNHAGUI, & CINCOTTO, 2014). 2_MATERIAIS Para produção da Cinza do Bagaço de Cana-de-açúcar (CBC), foi utilizado o bagaço da canade-açúcar doado pela usina Itamarati, localizada na zona rural de Jaciara, Mato Grosso, sendo recolhido ao fim do processamento na moenda. Após a perda de umidade, o bagaço foi triturado na fazenda experimental da UFMT, localizada na cidade de Santo Antônio do Leverger, Mato Grosso, sendo acondicionado em sacos, ao abrigo da umidade.
3_MÉTODOS 3.1 Produção das cinzas do bagaço da cana-de-açúcar Em laboratório, foram produzidas as cinzas do bagaço da cana-de-açúcar em condições de queima e moagem controladas. O objetivo era a obtenção de CBC com a máxima atividade pozolânica para o emprego hidratada. A Figura 1 apresenta de forma simplificada as etapas do processo de produção. Ressalta-se a importância deste processo uma vez que o trabalho objetiva conferir ao subproduto agroindustrial características que permitam o emprego dentro da construção civil. Figura 01 - Fluxograma simplificado das etapas de produção da CBC. Bagaço da cana-de-açúcar Lavagem CBC Trituração Queima Peneiramento Moagem 3.1.1 Lavagem e Trituração do Bagaço O primeiro passo do processo para a obtenção das cinzas foi a lavagem, que se deu de forma manual com água limpa e corrente, para retirar qualquer impureza oriunda da lavoura, ainda presentes após a moagem na usina, ou impregnada durante o transporte. Após a lavagem, o bagaço permaneceu isolado e em temperatura ambiente para secagem por 24 h e posterior trituração em engenho da marca Pinheiro, modelo PP-35, em 2 ciclos de trituração. O bagaço e o produto da trituração podem ser observados na Figura 2, a e b.
Figura 2 - Bagaço da cana-de-açúcar (a) após moagem e lavagem e (b) após trituração. 3.1.2 Queima do Bagaço O processo de queima seguiu os procedimentos mencionados na literatura, conforme abaixo: Anteriormente à queima, o bagaço triturado foi colocado por 24 h em uma estufa de secagem e esterilização da marca FANEM, modelo 320-SE, a 120ºC, para total secagem. Saindo da estufa, o material foi imediatamente colocado no Forno Mufla LINN Elektro Therm AK- MODEL, aquecido à taxa de 1,67 ºC.min -1, permanecendo durante 6 horas no patamar de queima de 600ºC (CORDEIRO, 2006). O resultado da queima pode ser observado na Figura 3.
Figura 3 Bagaço da cana-de-açúcar triturado (a) antes da queima e (b) CBC após a queima em forno mufla. 3.1.3 Moagem e Peneiramento da CBC As características granulométricas das pozolanas desempenham um papel importante com relação à sua reatividade química, além do efeito de densificação da estrutura sólida de uma mistura constituída por estes compostos (CASTRO e MARTINS, 2016). A redução de tamanho das partículas na moagem ocorre pela combinação dos efeitos de compressão, impacto e abrasão realizada no moinho. Tanto a carcaça do moinho quanto os corpos moedores são responsáveis pela ação de moagem. Neste trabalho, utilizou-se de forma adaptada o moinho de bolas em cascata, marca Bender, modelo S295, com carga de 6,805 kg (17 esferas) durante 90 minutos, totalizando 3000 rotações, com velocidade de rotações de 33,33 rpm (moinho utilizado para o ensaio de abrasão Los Angeles). Ainda serão realizados estudos para a moagem no tempo de 120 minutos que segundo estudos de PAIVA (2016), podem gerar cinzas com maior finura e maior atividade pozolânica. A CBC proveniente da moagem passou por classificação por peneiramento a seco na malha de 75 µm (peneira mesh 200), por agitador de peneiras Solotest, durante 60 minutos, em agitação máxima, no Laboratório Multidisciplinar do Instituto Federal de Mato Grosso. A CBC final, que foi utilizada nos ensaios de caracterização de suas propriedades, pode ser vista na Figura 4.
Figura 4 - CBC após moagem e peneiramento #200. 3.2 Metodologias para caracterização da CBC Nos estudos com CBC, foram utilizados ensaios de laboratório para caracterizar o material fisicamente e quimicamente. Dentre estes ensaios podemos citar: Difração de raios X (DRX); Microscopia eletrônica de varredura (MEV). 3.2.1 Difração de raios X (DRX) A técnica consiste em medir o desvio de Raio-X que incide na amostra para determinação das estruturas cristalinas. O método de funcionamento do Difratômetro de Raio-X se dá pela medição do desvio da incidência de feixe primário de Raio-X na amostra (TASHIMA, 2012). Os ângulos de difração estão relacionados com a distância entre os planos dos materiais cristalinos presentes na amostra, de acordo com a Lei de Bragg conforme a Equação 1. Onde: N: número inteiro; comprimento de onda do Raio-X; d: distância entre planos do cristal; ângulo entre o feixe incidente e o refratado. (Equação 1) Dentre as várias técnicas de caracterização de materiais, a técnica de difração de raios X é a mais indicada na determinação das fases cristalinas presentes em materiais cerâmicos. Isto é possível porque na maior parte dos sólidos (cristais), os átomos se ordenam em planos
cristalinos separados entre si por distâncias da mesma ordem de grandeza dos comprimentos de onda dos raios X (ALBERS, MELCHIADES, et al., 2002). Ainda segundo ALBERS, MELCHIADES, et al. (2002), dentre as vantagens da técnica de difração de raios X para a caracterização de fases, destacam-se a simplicidade e rapidez do método, a confiabilidade dos resultados obtidos (pois o perfil de difração obtido é característico para cada fase cristalina), a possibilidade de análise de materiais compostos por uma mistura de fases e uma análise quantitativa destas fases. Esta técnica possibilita visualizar de forma gráfica se amostra estudada apresenta fases cristalinas, sendo de fundamental importância quando estudamos materiais pozolanicos, pois quanto menor for os picos cristalinos na amostra maior será seu potencial como uma pozolâna, pois a fase de interesse para esses materiais e a amorfa. 3.2.2 Microscopia eletrônica de varredura (MEV) A técnica consiste na varredura de feixes de elétrons sobre uma amostra. Ao varrer a superfície com elétrons de energia elevada, sinais são formados. Estes sinais podem ser elétrons retroespalhados e secundários, que são a base de microscópicos eletrônicos. A partir desses sinais vindos da energia dos elétrons, imagens são mostradas a partir de um computador (TASHIMA, 2012). A microscopia eletrônica de varredura é utilizada em várias áreas do conhecimento, incluindo a mineralogia. O uso desta técnica vem se tornando mais frequente por fornecer informações de detalhe, com aumentos de até 300.000 vezes. A imagem eletrônica de varredura é formada pela incidência de um feixe de elétrons no mineral, sob condições de vácuo. A incidência do feixe de elétrons no mineral promove a emissão de elétrons secundários, retroespalhados e absorvidos, assim como de raios X característicos e de catodoluminescência (REED, 1996). O uso da técnica em analise de cinzas pozolânicas possibilita visualizar a microestrutura da amostra analisada. 4_RESULTADOS 4.1 Difração de Raios-X A Figura 5 mostra o difratograma de raios-x das cinzas do bagaço de cana-de-açúcar estudadas. Observa-se que a amostra apresenta fases amorfas visto que os espectros são razoavelmente retilíneos, halo característico de materiais amorfos, apresentando poucos picos cristalinos. Assim, conclui-se que as cinzas estão no estado amorfo, podendo ser utilizada como material pozolânico em adição ao aglomerante principal de matrizes de argamassas.
Figura 5 - Difratograma de Raios-X das CBC estudadas. 4.2 Microscopia eletrônica de varredura (MEV) Na Figura 6 são apresentados as imagem do MEV para as amostras estudadas. E possível visualizar que o material apresenta microestrutura de forma desorganizada, apresentando poucas estruturas típicas de materiais cristalinos, sendo ideal para que o material seja considerado reativo pozolanicamente. Figura 6 MEV das cinzas estudadas.
5 CONCLUSÕES Analisando os resultados obtidos após o preparo e caracterização parcial da cinza do bagaço da cana-de-açúcar, e possível concluir que a mesma atendeu aos propósitos do trabalho, que era gerar cinzas com potencial de atividade pozolânica, podendo ser utilizadas em adição parcial ao aglomerante principal em matrizes a base de cal hidratada, com o intuito de produzir um material com forte apelo ambiental, criando uma nova aplicação para esse subproduto agroindustrial. Ainda são necessários ensaios de analise granulométrica das cinzas, para verificar se as mesmas atingirão uma granulometria adequada. Tal granulometria segundo estudos de PAIVA (2016), devem estar abaixo de 10 μm. 6 AGRADECIMENTO À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Mato Grosso (FAPEMAT), pelo apoio científico à pesquisa. 7 REFERÊNCIAS ALBERS, A. P. F. et al. Um método simples de caracterização de argilominerais por difração de raios X. Revista Cerâmica, São Paulo, n. 48, p. 34-37, Março 2002. CASTRO, T. R.; MARTINS, C. H. Caracterização das cinzas do bagaço de cana-de-açúcar como material alternativo para redução de impactos ambientais. Universidade Estadual da Paraiba - UEPR, Curitiba, p. 13, Março 2016. CONAB - COMPANHIA NACIONAL DE ABASTECIMENTO. Sisal: Exportações em queda, Brasília, p. 4, 2017. CORDEIRO, G. C. Utilização de cinzas ultrafinas do bagaço de cana-de-açúcar e da casca de arroz como aditivos minerais em concreto. Rio de Janeiro: Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, 2006. JOHN, V. M.; PUNHAGUI, K. R. G.; CINCOTTO, M. A. Economia de baixo carbono: avaliação de impactos de restrições e perspectivas tecnológicas. São Paulo: Universidade de São Paulo - USP, 2014. MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: microestrutura, propriedades e materiais. São Paulo: IBRACON, 2008. NOGUEIRA, M. A. F. S.; GARCIA, M. S. Gestão dos resíduos do setor industrial sucroenergético: estudo de caso de uma usina do município de Rio Brilhante, Mato Grosso do Sul. Revista Eletronica em Gestão, Educação e Tecnologia Ambiental - REGET, Campo Grande, p. 9, Dezembro 2013. ISSN e-issn 2236 1170. PAIVA, O. A. Durabilidade de concretos contendo cinza do bagaço da cana-de-açúcar. Rio de Janeiro: COPPE - UFRJ - Tese de doutorado, 2016.
REED, S. J. B. Electron Microprobe analysis and scanning electron microscopy in geology. New York: Cambridge University Press, 1996. TASHIMA, M. M. Producción y caracterización de materiais cementantes a partir del silicoaluminato cálcico vítrio (VCAS). Valencia: Universitat Politecnica de Valencia, 2012. UNICA. http://www.unicadata.com.br/historico-de-producao-emoagem.php?idmn=32&tipohistorico=4. UNICA - União da Indústria de Cana-de- Açúcar, 2017. Disponivel em: <http://www.unicadata.com.br>. Acesso em: 16 Junho 2017.