Desenvolvimento de sistemas álcali-ativados para imobilização de metais pesados

Abstract

A incorporação de resíduos em materiais de construção civil é uma recorrente alternativa de disposição final, a qual objetiva a não transferência de seus contaminantes ao meio circundante. A ativação alcalina apresenta-se como opção no encapsulamento de metais pesados, pois tende a apresentar redes de geopolimerização compactas, elevada alcalinada e baixa permeabilidade. Esta nova classe de ligantes cimentícios, são originários da interação química de minerais alumíniossilicatos amorfos ativados por soluções alcalinas. O estudo objetivou valorizar resíduos sólidos como fontes de alumíniossilicatos na imobilização de metais pesados em sistemas cimentícios álcali ativados. Testou-se as composições com os precursores cinza pesada (CZP), cinza de casca de arroz (CCA) e lama vermelha (LV), ativados por silicatos e hidróxidos em diferentes concentrações molares. Os sistemas álcali ativados com CZP moída após calcinada a 600ºC (CZP_C600) e CCA, apresentaram melhores resistências à compressão em relação as amostras com LV, as quais resultaram em valores de resistência inferiores a 1MPa. Aplicou-se cura por tratamento térmico à 50ºC no decorrer de 72horas, posteriormente em temperatura ambiente. Estas composições foram contaminadas por metais pesados Cd, Cr, Pb e Zn nas concentrações 300ppm e 1000ppm. Realizou-se também composições binárias com fontes de cálcio, cimento Portland (CP) e Gesso Flue Gas Desulfurization (FGD), em teores de 10%, 20% e 25% de substituição aos precursores. Para tanto, foi analisado o desenvolvimento destas composições no estado endurecido aplicando resistência à compressão, análises de pH em solução, solubilização, TCLP, DRX, FTIR, TGA. As composições contaminadas resultaram em resistências à compressão superiores às amostras referências. Na composição CZP_C600 com Cd 100ppm sobressaiu-se das demais amostras, resultando em 81,3% de ganho de resistência à referência e, taxas de lixiviabilidade inferiores à amostra referência. Nas misturas com CCA, as contaminadas com metal Pb, resultaram ganho de resistência à compressão, 150,4% com 300ppm e 100% com 1000ppm, comparando-as à referência, lixiviando baixas concentrações de metais. Nas composições com fontes de cálcio, resultaram em resistências à compressão inferiores às referências e elevadas concentrações de metais na lixiviação. Conclui-se que os sistemas álcali-ativados resultaram em redes de geopolimerização, formação do gel N-A-S-H, altas resistências à compressão e capacidade de imobilização de metais pesados. A composição CZP_C600 com metal Cd até 1000ppm é a mistura mais indicada a este estudo experimental.

Abstract : Incorporation of waste into building materials is a final disposal alternative, an objective non-transferring objective of its contaminants to the surrounding environment. Alkaline presents as an option of encapsulation of metals, since it tends to present networks of compact geopolymerization, high alkalinity and low permeability. This new class of cementitious ligaments, inter-history of amorphous aluminosilicates minerals activated by alkaline solutions. The objective of this study was to evaluate the sources of aluminum as a culture material in activated alkali cement systems. As compositions with heavy ash precursors (CZP), rice husk ash (CCA) and red mud (LV), activated by silicates and hydroxides in different molar concentrations were tested. The CZP-activated alkali chips are then calcined at 600 ° C (CZP_C600) and CCA, their best resistances compared to samples with LV, such as those resulting in values less than 1MPa. Curing was applied for the heat treatment at 50 ° C in the course of 72 hours, thereafter at room temperature. This component was contaminated by heavy metal Cd, Cr, Pb and Zn at 300ppm and 1000ppm. The sources of calcium, Portland cement (CP) and gypsum flue gas desulphurisation (FGD) were also used, with contents of 10%, 20% and 25% of substitution to the precursors. For that, the development of the compositions in the hardened state with force application, in solutions of pH, solubilization, TCLP, XRD, FTIR, TGA was analyzed. Contaminated compositions resulted in resistance to imprints on the references. In the composition CZP_C600 with Cd 100ppm the desserts excelled, in 81.3% gain of reference resistance and leachability rates. Mixtures with CCA, as contaminated with Pb metal, resulted in compression strength gain, 150.4% at 300ppm and 100% at 1000ppm, comparing them to the reference, leaching low concentrations of metals. In the compositions with calcium sources, they resulted in resistance to the impression and to the high concentrations of metals in the leaching. It is concluded that the alkali-activated systems resulted in geopolymerization networks, N-A-S-H gel formation, high compressive strengths and heavy metal immobilization capacity. The composition CZP_C600 with metal Cd up to 1000ppm is a more suitable mixture to this experimental one.