Desenvolvimento de geopolímeros a partir de cinzas pesadas oriundas da queima do carvão mineral e metacaulim sintetizado a partir de resíduo da indústria de papel

Abstract

A presente pesquisa concentrou-se no estudo e desenvolvimento de um material com propriedades cimentícias. Trata-se de um polímero inorgânico, formado pela ativação de aluminossilicatos (Al2O3.SiO2) amorfos, que reagem em um meio fortemente alcalino, chamado geopolímero. Como matéria-prima foram utilizadas cinzas pesadas, resíduo da queima de carvão mineral (Termoelétrica do Sul do Brasil), como fonte de aluminossilicatos; e o meio alcalino foi hidróxido de sódio (NaOH) e silicato de sódio (Na2SiO3), utilizados como ativadores. As cinzas pesadas cristalizam-se parcialmente durante a queima e perdem parte de seu estado amorfo, devido a isso suas propriedades reativas para combinar quimicamente durante a polimerização são reduzidas. Para aumentar as propriedades reativas da cinza pesada foi adicionado metacaulim, processado a partir de resíduos da indústria de papel. Os resíduos sólidos e as amostras geopoliméricas passaram por caracterização e, as principais análises envolvidas no processo, foram: fluorescência de raios X (FRX), difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectrometria no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica (TGA) e a análise térmica diferencial (DTA). Também foram realizados ensaios de resistência à compressão nas amostras geopoliméricas para avaliar o grau de polimerização, uma vez que, quanto mais polimerizada estiver a estrutura, maior será a resistência. Com 24 horas de cura as pastas geopoliméricas atingiram resistências à compressão de até 10 megapascais (MPa) e, com 90 dias de cura, aproximadamente, 25 MPa. Os melhores resultados foram obtidos com amostras ativadas com 15 mols/l de NaOH na mistura com silicato de sódio e nas proporções de 2:1 entre a cinza pesada e o metacaulim. Os resultados obtidos através das análises de caracterização das amostras foram satisfatórios e demonstraram que os resíduos de cinza pesada e metacaulim, quando ativados com hidróxido de sódio e silicato de sódio, são uma alternativa viável para a produção de materiais geopoliméricos.

This research concentrated on the study and development a material with cementitious properties. It is an inorganic polymer formed by the activation of aluminosilicates (Al2O3.SiO2) amorphous, which reacts in a strongly alkaline medium, called geopolymer. As raw material were used bottom ash residue from burning mineral coal (Thermoelectric South of Brazil) the alkaline medium were sodium hydroxide (NaOH) and sodium silicate (Na2SiO3), used as activators. Because the bottom ash partially crystallizes during burning and loses its amorphous state, its reactive properties to combine chemically during polymerization are reduced. For o increase the bottom ash reactive properties, metakaolin synthesized from paper industry waste was added. The solid waste and the geopolymeric samples passed for characterization and main analysis involved in the process, were: X-ray fluorescence (XRF), X-ray Diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA), differential thermal analysis (DTA). Were also conducted of compressive strength tests geopolymer sample, to measure the degree of polymerization, since the more polymerized structure, the more will resistance. With 24 hours of curing folders geopoliméricas reached compressive strengths of up to 10 megapascals (MPa) and with 90 days of curing approximately, 25 MPa. The best results were obtained in samples activated with 15 mol / l NaOH in a mixture with sodium silicate and the proportion of 2:1 between the ash and metakaolin. The results obtained of analysis characterization were satisfactory, demonstrating that waste bottom ash and metakaolin activated with sodium hydroxide and sodium silicate are viable alternative to production of geopolymer materials.