Influência do pH na liberação de íons metálicos em pastas cimentícias contendo finos com potencial adsortivo

Abstract

Tendo em vista o crescente interesse na incorporação de resíduos ou sub-produtos industriais em matriz cimentícia, atenção especial deve ser dada à liberação de íons metálicos para o meio ambiente devido aos seus potenciais riscos de contaminação. Alguns autores verificaram que cinzas com potencial adsortivo podem melhorar a fixação dos metais na matriz cimentícia e que a avaliação da influência do pH na liberação desses metais se mostra um método mais completo para análise de possíveis cenários em que o material cimentício é exposto. Esta pesquisa buscou avaliar de que forma a substituição do Cimento Portland por Cinza Pesada (CZP) ou Cinza de Casca de Arroz (CCA) pode influenciar na lixiviação dos íons metálicos Zn2+ e Cr6+ e a possível relação com a capacidade de adsorção dessas cinzas. Para isso foram produzidas pastas cimentícias com 20 e 40% de substituição do Cimento Portland (CP-V ARI) por CZP ou CCA com uma relação água/ligante de 0,35 e contaminadas sinteticamente com os sais cromato de sódio (Na2CrO4) e nitrato de zinco (Zn(NO3)2) na concentração de 0,013 mol/Kg, equivalente a 676 e 850 mg/Kg, respectivamente. Foram estudadas as propriedades adsortivas das cinzas, como potencial zeta e capacidade de adsorção através das isotermas de adsorção. A mobilidade dos íons metálicos das pasta cimentícias em idade de 28 dias foi avaliada por meio do teste de influência do pH (Método 1313 EPA) em uma faixa de pH de 2 a 13. A Capacidade de Neutralização Ácida (ANC) da matriz cimentícia também foi analisada juntamente com as informações da análise termogravimétrica (TG/DTG). Verificou-se que a CCA e CZP possuem maior capacidade de adsorção para o metal zinco, com capacidade máxima de adsorção (qmax) 2,31 mg/g e 0,49 mg/g, respectivamente, sendo que a CZP possui maior afinidade com o metal, segundo o modelo de Langmuir. O metal zinco teve maior liberação em pH menor que 6, sendo que as amostras com 20% de CCA e CZP foram mais eficazes, retendo cerca de 75% do metal quando analisada a disponibilidade em pH menor que 3. O metal cromo foi liberado em menores concentrações quando comparado ao metal zinco, apresentando uma retenção na faixa de 86 a 91%. Não foi possível identificar uma relação sistemática entre a capacidade de adsorção das cinzas e lixiviação do metais da matriz cimentícia, visto que tanto a CCA quanto a CZP apresentaram baixos valores de quantidade adsorvida (mg/g), principalmente para o metal Cromo, sendo que este teve maior percentual retido na amostra cimentícia.

Abstract: Given the growing interest in the incorporation of industrial waste or by-products in cementitious matrix, special attention should be given to the release of metal ions into the environment due to their potential contamination risks. Some authors have found that ashes with adsorptive potential can improve the fixation of metals in the cementitious matrix and that the evaluation of the pH influence on the release of these metals is a more complete method for analyzing possible scenarios in which the cementitious material is exposed. Thus, this research aimed to evaluate how the substitution of Portland cement by Bottom Ash (CZP) or Rice Husk Ash (CCA) can influence the leaching of Zn2+ and Cr6+ metal ions and its possible relationship with the adsorption capacity of these ashes. For this, were produced cementitious pastes with 20 and 40% substitution of Portland cement (CP-V ARI) with CZP or CCA with a water/binder ratio of 0,35 and spiked with sodium chromate (Na2CrO4) and nitrate of zinc (Zn(NO3)2) at a concentration of 0,013 mol/Kg. The adsorbent properties of ashes, as zeta potential and adsorption capacity were studied and the mobility of metal ions from the cementitious matrix was evaluated by pH dependence test (Method 1313 EPA) in a pH range from 2 to 13. The Acid Neutralization Capacity (ANC) of the cementitious matrix was also analyzed with information from the thermogravimetric analysis (TG/DTG). It was found that CCA and CZP have higher adsorption capacity for zinc metal, with qmax 2,31 mg/g and 0,49 mg/g, respectively, and CZP has higher affinity with the metal, according to the Langmuir model. Zinc metal had higher release at pH lower than 6, and samples with 20% CCA and CZP were more effective, retaining about 75% of the metal when analyzing availability at pH lower than 3. Chromium metal was released at lower concentrations when compared to zinc metal, with a retention in the range of 86 to 91%. It was not possible to identify a systematic relationship between ash adsorption capacity and metal leaching in the cementitious matrix, as both CCA and CZP presented low qmax values, especially for Chromium metal, which had a higher percentage retained in the cementitious pastes samples.