Desenvolvimento de geopolímeros a base de metacaulim incorporando resíduos da indústria de papel e celulose

Abstract

Geopolímeros são materiais aluminossilicatos alcalinamente ativados que podem incorporar resíduos às matérias primas, sendo uma alternativa ao cimento Portland. Cinzas volantes e dregs são resíduos de diferentes estágios da indústria de papel e celulose que possuem potencialidades de valorização por geopolimerização devido às características composicionais, sendo os primeiros aluminossilicatos e os segundos, portadores de alcalinidade. No presente trabalho, foram realizadas a caracterização e aplicação de ambos os resíduos como alternativas para substituição ao metacaulim em geopolímeros. Os efeitos de cada resíduo na matriz geopolimérica foram investigados a partir da caracterização das matérias-primas por DRX com refinamento Rietveld, FRX, ATG e DTP. Foram medidas a resistência à compressão, porosidade, densidade e absorção de água dos produtos. A influência dos componentes amorfos em contraste à composição total das matérias-primas também foi explorada, propondo uma abordagem inovadora ao campo de estudo. Geopolímeros com 50 a 100 m% em resíduos apresentaram resistência à compressão média de ~5 MPa com porosidade média de 50% em amostras curadas por 28 dias para cinzas e dregs e absorção de água superior a 80 m%. Os resultados são atribuídos às características dos resíduos, como elevada cristalinidade, presença de matéria orgânica e heterogeneidade composicional e de tamanhos de partícula. A proposta de valorização passa por sugestões à empresa geradora dos resíduos para que as características das cinzas e dregs sejam alteradas de forma a favorecer o processo de geopolimerização, assim como aplicações dos geopolímeros porosos como materiais adsorventes.

Abstract : Geopolymers are alkali-activated aluminossilicate materials in which raw materials might be replaced by waste materials, being a green alternative to Portland cement. Fly ashes and dregs are waste materials from different production stages of paper and cellulose industry. Their composition presents valorization potential by geopolymerization, since they are respectively are aluminosilicates and highly alkaline. In the present work, characterization of the raw materials and wastes as alternatives for metakaolin in geopolymer composition were carried out. The materials were characterized by XRD with Rietveld refinement, XRF, TGA and DLS, as well as by measuring compressive strength, porosity, density and water absorption. The influence of each waste material in the geopolymeric matrix was investigated. A new approach differing amorphous content from bulk composition is proposed. Geopolymers with metakaolin replacement for waste materials from 50 to 100 m% presented compressive strength of ~5 MPa in 28. The employment of the waste materials also resulted in porosity of approximately 50% and water absorption higher than 80 m%. The results are due to the characteristics of the waste materials, such as high crystallinity, organic matter, and composition and size particle heterogeneity. This study suggests changes in the processing conditions of the waste generating company to produce fly ash and dregs characteristics in favor of geopolymerization, as well as application of the porous geopolymers as adsorbing materials.