Área específica

Chaves (2006) define a área de superfície ou a área específica como o quociente da área de uma partícula pelo seu volume (ou pela sua massa). O autor considera incorreto o uso do termo superfície específica, já que a medida realizada é da área, a superfície é o ente geométrico que é medido pela área. O autor cita como principais métodos de medição utilizados na área de beneficiamento mineral a adsorção de gases, a permeametria Blaine e a permeametria Fischer. Taggart (1945) cita que a área específica é o somatório das superfícies das partículas em relação ao somatório das massas, normalmente expressa em cm2/g.

Hogg (2003) afirma que a medição da área superficial de um conjunto de partículas pode levar em conta apenas a superfície externa das partículas ou a superfície interna (que inclui as falhas e os poros internos as partículas). Uma terceira medida da área superficial leva em conta a área geométrica, que consiste de um envelope suavizado, sem considerar pequenas rugosidades superficiais. Cada medida pode ser determinada por uma técnica diferente. A seguir são descritas, de forma sucinta, as principais formas de medições que serão avaliadas neste trabalho para a determinação da área específica. Uma descrição completa e detalhada de todos os métodos de determinação de área superficial pode ser encontrada em Allen (1997a) e Hogg (2003).

2.8.1.1. Área superficial geométrica

A medida da área superficial geométrica pode ser determinada a partir dos valores de distribuição granulométrica de uma amostra, considerando diferentes formatos de partícula. Em geral, para este cálculo, considera-se que a partícula é uma esfera, podendo-se utilizar a eq. (16), proposta por Allen (1997a).

∑

(16)

Definindo-se:

= área superficial específica (m2/g), considerando as partículas como uma esfera

= Porcentagem da massa, entre as malhas de peneiramento;

= Tamanho médio da partícula (m) – valor médio da malha superior e inferior da fração granulométrica;

= densidade (g/cm3).

2.8.1.2. Permeabilidade

A área de superfície de um conjunto de partículas pode ser determinada pela permeabilidade do leito de partículas a um fluido. Os principais equipamentos usados industrialmente utilizam gases para determinar a permeabilidade de um leito de partículas. Donda (1998) afirma que os instrumentos de medição da área específica podem ser subdivididos em dois grupos: os de fluxo sob pressão constante, como os permeâmetros Fisher e Permaram, e os de volume constante, como os permeâmetros de Blaine, Rgden, Pechukas e Gage.

Um dos métodos descritos por Hogg (2003) e bastante utilizado no setor mineral é o que utiliza o permeâmetro Blaine. Neste método, o deslocamento de

fluido força a passagem de um gás por um leito de partículas. A velocidade do fluxo é determinada pelo tempo levado para a passagem de um volume conhecido de gás. Devido à perda de pressão do gás durante o ensaio, é importante que o cálculo da área específica seja realizado em conjunto com informações de calibração realizada com uma amostra padrão. Este método é muito utilizado na indústria de cimento. As normas ASTM 1992 e ABNT NBR NM 76:1998 padronizam a realização do ensaio.

2.8.1.3. Adsorção de gás

Segundo Hogg (2003), a quantidade de gás que pode ser adsorvida na superfície de um material particulado fornece a medida da área total acessível deste material. Se o resultado da medida de adsorção é representado em um gráfico como volume adsorvido pela pressão de equilíbrio (a temperatura constante), as curvas resultantes são conhecidas como isotermas de adsorção. Diversos modelos teóricos foram desenvolvidos para descrever o formato de diversas isotermas de adsorção matematicamente. A isoterma de BET (sigla derivada da primeira letra do nome dos cientistas que derivaram a isoterma – Brunnauer, Emmett e Teller) é o modelo atualmente mais usado, que é baseado no equilíbrio entre a fase gasosa e o filme adsorvido sobre a superfície, podendo ser descrito conforme a eq. (17).

(17) Definindo-se: X = p/p0 P = pressão de gás

P0 = pressão de saturação do vapor do gás em uma temperatura particular do experimento

C = constante

Vm = volume de gás adsorvido para formar uma camada de uma molécula de espessura.

A equação BET prevê que um gráfico da quantidade x/[v(1-x)] pelo x resulta em uma linha reta. A inclinação da reta é igual a (c-1)/(cvm) e a intersecção com x=0 é 1/cvm. Pelos valores da inclinação e da intersecção, o volume da camada Vm pode ser calculado. A área específica pode ser calculada como ilustrado na eq. (18).

(18)

Definindo-se:

Sm = área específica (cm2/g)

N = número de avogrado, igual a 6,034x1023

= área ocupada por uma molécula de gás, igual a 16,2 Å2 _{para N2} m = massa da amostra (g)

V0 = volume molar do gás, igual a 22.400 cm3 sob pressão e temperatura padrão

2.8.1.4. Comparação entre os métodos de medição de área específica

Cada um dos três métodos citados para a medição da área específica de um material irá fornecer resultados que devem ser analisados individualmente, levando em conta o método de análise utilizado. A medição da área superficial geométrica leva em conta uma aproximação do formato da partícula, podendo gerar desvios significativos para os casos de partículas com formatos muito irregulares ou com muitos poros internos. A medição pelo método de permeabilidade e adsorção de gás tende a minimizar este problema. A medida feita pelo método BET é diferente da feita pelo Blaine, já que mede todas as irregularidades, espaços vazios internos a

partícula e trincas. A Figura 2.48 ilustra as diferenças de valores absolutos que podem ser obtidos entre os métodos.

Figura 2.48 - Variação do tamanho médio de partícula e da área específica (BET e Blaine) devido à moagem

Fonte: Cordeiro et al (2009)

Segundo Kihlstedt (1968), o valor da área superficial específica pode ser correlacionada com o D80 do material, por meio da eq. (19).

S (D80)n=C (19)

Definindo-se: n=0,5

C varia entre 250 e 2000.