CARACTERIZAÇÃO DA ARGILA BENTONITICA POR DRX, MEV, BET, ADSORÇÃO FISICA DE NITROGÊNIO, POROSIMETRIA DE MERCÚRIO 1 M. G. F. Rodrigues, 2 G. A. Zambon, 2 M. G. C. Silva 1 UFPB/CCT/DEQ/PPGEQ Av. Aprígio Veloso, 882 Bodocongó, 58109-970 Campina Grande PB, Tel. (83) 310 1115 email: meiry@deq.ufpb.br 2 UNICAMP/ FEQ/DTF/LEA RESUMO Atualmente, define-se bentonita como sendo uma argila constituída essencialmente por um ou mais argilominerais do grupo das esmectitas (montmorilonita propriamente dita; beidelita; nontronita; saponita; sauconita; volconscoita; hectorita), não importando qual seja a origem geológica; essa definição substitui a antiga que vinculava à alteração de cinzas vulcânicas ácidas.as argilas têm vasto campo de aplicação, desde o barro bruto impuro até as mais finas qualidades fornecidas pelas usinas de beneficiamento com pureza garantida por análises químicas, exames físicos e controles eletrônicos, a utilização das argilas na indústria é de grande valor econômico. O propósito deste trabalho é caracterizar a argila bentonítica proveniente da Jazida Primavera, Município de Boa-Vista, Paraíba, com granulometria 0,84 mm, principalmente no que diz respeito a cristalinidade, morfologia e propriedades texturais. O procedimento de caracterização inclui análise das fases por Difração de Raios-X (DRX), análise da morfologia através da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e análise das propriedades texturais através de Adsorção Física de Nitrogênio (Método de BET), Porosímetro de Mercúrio e Análise realizada através do picnômetro. PALAVRAS CHAVES: Argila, Bentonita, Caracterização INTRODUÇÃO As argilas são materiais muito versáteis e centenas de milhões de toneladas encontram aplicações, não somente, em cerâmica e materiais de construção, papéis, perfuração de petróleo, indústria farmaceutica, etc, mas também como adsorventes, catalisadores ou suportes de catalisadores, trocadores iônicos, etc, dependendo da propriedade específica dela. (1), (2), (3), (4), (5). Uma esmectita possui cerca de 33% de cátions de substituição na sua estrutura. A neutralidade da estrutura cristalina da esmectita é obtida por adsorção de cátions trocáveis (anidros ou hidratados) no espaço interlamelar, gerando capacidade de cátions trocáveis (capacidade de troca de cátions reversíveis). Normalmente os cátions reversíveis são: Na + ; K +, Ca 2+, Mg 2+ ; rarely Al 3+, Fe 3+ or Fe 2+ + (6), (7), and H 3 O As propriedades das argilas, em particular, smectita as tornam úteis como catalisadores são: (a) da estrutura cristalina, especialmente os arranjos hexagonais de átomos de oxigênio sobre a superfície dos tetraedros; (b) a alteração da estrutura cristalina original através de ativação ácida; (c) a morfologia anisométrica e tamanhos pequenos de partículas (cristais) adaptados para uso em catálise; (d) modificação no espaçamento pelo tratamento ácido e subseqüente modificação de ativação ácida (8), (9), (10), (11). Este trabalho teve como objetivo caracterizar a argila bentonítica proveniente da Jazida Primavera, Boa-Vista. Para tal finalidade foram utilizadas as técnicas de Difração de Raios-X, Microscopia Eletrônica de Varredura, Fisissorção de Nitrogênio (Método de BET), Porosimetria ao Mercúrio e Picnômetro a gás hélio. 103
MATERIAIS E MÉTODOS Foi utilizada a Argila Bentonítica natural de granulometria de (0,84mm), proveniente da jazida Primavera Boa Vista, Paraíba. MÉTODOS DE CARACTERIZAÇÃO a) Difração de Raios-X Foi utilizado o método do pó. O equipamento utilizado é da marca Philips, modelo X Pert. Parâmetros. Velocidade de varredura 2º.min-1, modo contínuo, no intervalo 2θ de 5º - 75º. Radiação CuKα, tensão de 40 kv e corrente de 40 ma, filtro de Ni. Amostra em rotação (spinning) com tempo de revolução de 1,0 s. * Preparo da amostra: argila de diâmetro inicial de 0,84 mm foi triturada em almofariz de porcelana por aproximadamente 5 minutos. b) Microscopia Eletrônica de Varredura O equipamento utilizado é da marca LEO 440i. As condições utilizadas para análise foram as seguintes: Preparo da amostra para secagem: em vácuo por aproximadamente 12 horas. Metalização da amostra com ouro: utilizando tensão de 1 V, corrente de 3 ma por 180s, sob atmosfera de argônio. Amplitudes de Micrografia: magnitudes de 5000 e 10.000 vezes. c) Análise textural Fisissorção de Nitrogênio (Método de BET) A análise da área superficial das amostras foram realizadas no equipamento BET Gemini III 2375 Surface Área Analyser da Micromeritics. Porosimetria ao Mercúrio Mais informações da textura do poro do material foi obtida utilizando um porosímetro Micromeritics, modelo 9400. Picnômetro a gás hélio Foi utilizado um picnômetro a gás hélio, marca Micromeritics, modelo Accupyc 1330. Determinou-se a densidade usando a temperatura de 28 e taxa de equilíbrio de 0,0050 psig/min. RESULTADOS E DISCUSSÃO Difração de Raios-X (DRX) O método de Difração de Raios-X foi utilizado para a argila com o objetivo de identificar as fases presentes. 104
Os resultados obtidos da amostra de argila bentonítica com granulometria de 0,84 mm quando submetida à difração de raio s-x estão apresentados na figuras 1. Q 1600 M - Montmorilonita Q - Quartzo 1400 Intensidade 1200 1000 800 M 600 Q Q 400 200 0 0 10 20 30 40 2-theta Figura 1 Difratograma de Raios- X da argila bentonítica natural com granulometria de 0,84 mm O resultado obitido da amostra de argila bentonítica quando submetidas á difração de raios-x está apresentado na figura 1. Pode- se observar que o difratograma da amostra bentonita natural evidencia a presença de montimorilonita e quartzo na amostra. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) A técnica de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) foi aplicada a argila bentonítica natural com granulometria de 0,84 mm. Figura 2 Micrografias da argila bentonítica natural com granulometria de 0,84 mm (a) Ampliação 5000x (b) Ampliação - 1000x A partir dos resultados da Figura 2, pode-se observar visualmente a característica porosa do sólido para duas ampliações, 5000 vezes (Figura 2a) e 10000 vezes (Figura 2b). Nas micrografias verifica- se uma variação na morfologia do material e também a presença de agregados nãouniformes. Análise Textural 105
A análise textural foi realizada para a amostra da argila bentonítica. Os resultados obtidos para a caracterização da amostra estão apresentados na tabela 1. Tabela 1 Características da amostra da argila bentonítica com granulometria de 0,84 mm. Argila bentonítica Valor Área Superficial (m 2 /g) Porosidade (%) Densidade média (g/cm 3 ) 35,36 21,00 6,95 A partir das análises realizadas através da fisissorção de notrogênio verifica-se (Tabela 1) que o valor da área específica da argila bentonítica com granulometria 0,84 mm é de 35,36 m 2 /g. Através da porosimetria ao mercúrio, obteve-se uma porosidade de 21,00%. Após a realização da caracterização utilizando o picnômetro a hélio foi possível determinar a densidade média do material e este valor foi de 6,95 g/cm 3. CONCLUSÕES Uma argila bentonítica proveniente da Jazida Primavera, Boa-Vista, Paraíba foi estudada. Os procedimentos de caracterização incluíram difração de raios-x, microscopia eletrônica de varredura, porosímetria ao mercúrio e picnômetro a gá hélio. Os resultados obtidos através da difração de raios-x, mostraram um difratograma típico evidenciando a presença de montmorilonita e quartzo. Analisando as micrografias, resultados obtidos através da microscopia eletrônica de varredura, pode-se verificar uma variação na morfologia do material e também a presença de agregados nãouniformes. Com relação à porosimetria ao mercúrio, obteve-se uma porosidade de 21,00%. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Grim, R. E., 1968. Clay Mineralogy, McGraw -Hill, New York, USA 2. Newman, A.C.D., 1987. Chemistry of Clays and Clay Minerals, Monography 6 of the Mineralogical Society, Longmans, London, UK. 3. Decarreau, A. (Ed.), 1990. Matériaux Argileux, Societé Française de Minéralogie et Cristallographie, Paris, France. 4. Schoonheydt, R. A., 1991. In: Van Bekkun, H.; Flanigen, E.M.; Jansen J.C., (Eds.), Introduction to 5. Cavani, F., Trifirò, F., Vaccari, A., 1991. Hydrotalcite-type anionic clay, Preparation, properties and application. Catal. Today 11, 173. 6. Santos, P.S., 1976. Ciência e Tecnologia de Argilas. Vol. III, Ed. Edgard Blücher, São Paulo. 7. Bekkun, H.V.; Flanigen, E.M.; Jansen J.C., 1991. Introduction to zeolite science and practice. Stud. Surf. Sci. and Catal., 58, 201. 8. Volzoni, C., Lopez, J.M.P., Pereira, E., 1986. Activation acida de un material esmectitico I. Analisis estructural. Lat. Am. J. Chem. Eng. Appl. Chem., 16, 205. 9. Barrios, M. S., González, L. V. F., Rodríguez, M. A. V., Pozas, J. M. M. 1995. Acid activation of a palygorskite with HCl: development of physico-chemica, textural and surface properties. Appl. Clay Science, 10, 247-258. 10. Breen, C., Watson, R., 1998. Acid activated organoclays: preparation, characterization and catalytic activity of polycation-treated bentonites. Applied Clay Science, 12, 479-494. 11. Cristidis, G.E., Scott, P.W., Duham, A.C., 1997. Acid activation and bleaching capacity of bentonites from the islands of Milos and Chios, Aegean, Greece. Applied Clay Science, 12, 329-347. 106
XRD, SEM, Nitrogen adsorption and Mercury porosimetry characterization of bentonite clay 1 M. G. F. Rodrigues, 2 G. A. Zambon, 2 M. G. C. Silva 1 UFPB/CCT/DEQ/PPGEQ Av. Aprígio Veloso, 882 Bodocongó, 58109-970 Campina Grande PB, Tel. (83) 310 1115 email: meiry@deq.ufpb.br 2 UNICAMP/ FEQ/DTF/LEA ABSTRACT Actually, bentonite clay can be defined as clay essentially constituted by one or more mineral clay from the smectite group (montmorilonite; beidelite; nontronite; saponite; sauconite; volconscoite; hectorite), no importing its geological origin, this definition substitutes the older that linked to acid volcanic dust changes. The clays have vast industrial application, from the raw clay to the finest qualities produced by improvement plants, with guaranteed purity by chemical analysis, physical exams and electronic controls, the clays use in industries, has grate economical value. The purpose of this work is to characterize the bentonite clay from the Primavera deposit at Boa Vista city, Paraíba, with granulometria 0,84 mm, principally its cristallinity, morphologie and textural properties. The characterization procedures includes phase analysis by X-Ray Diffraction (XRD) morphology analysis by Scanning Electron Microscopy (SEM) and textural properties analysis by Nitrogen Physical Adsorption (BET Method) and Mercury porosimetry. KEY-WORDS: Bentonite Clay, Characterization, SEM, XRD 107