Características mineralógicas

Al2Si2O5(OH)4 Al2O3. 2SiO2 + 2 H2O Eq. 2.2

Caulinita Metacaulinita

2.2.1 Características mineralógicas físicas e químicas

2.2.1.1 Características mineralógicas

Geralmente o metacaulim utilizado na indústria e empregado como pozolana, provém de certos tipos de argilas, e por sua vez, é classificado através de normas, segundo a NBR 12653 (1992) como uma pozolana do tipo N. Como já mencionado, é imprescindível analisar o material de partida, o tipo de argila e realizar uma caracterização prévia. Alguns tipos podem desempenhar uma melhor aplicação. Os menores graus de cristalização como já relatado, proporcionam uma maior desidroxilação durante o tratamento térmico, refletindo em uma maior atividade pozolânica do metacaulim obtido por certas argilas. Este melhor desempenho foi ratificado por Ambroise et.al

(1985) e Medina (2011), onde realizou-se um ensaio de pozolanicidade com a

cal, visando a obtenção de matéria-prima para a fabricação de cimento Portland. Com relação à pureza das argilas precursoras, estipula-se uma

pureza de 90% em teor mínimo de caulinita, neste nível o material demonstra alta reatividade (ABROISE et al, 1994).

Estudos posteriores relatam que a presença de outras fases internas finamente divididas após tratamento como Mica e Quartzo, não interferem significativamente em algumas características como compressão e resistência, quando aplicadas na mistura de pozolanas e teste a cal.

2.2.1.2 Características Físicas

O metacaulim possui certos parâmetros físicos a serem observados quanto a sua qualidade e nível reacional. Para aplicações no cimento é relatado na literatura por (MASSAZA e COSTA, 1979) que a área superficial está relacionada com a atividade pozolânica nas primeiras idades de hidratação do cimento. Em idades posteriores vai depender da quantidade de sílica e alumina ativa. O tamanho de partícula também contribui para uma maior atividade pozolânica. No Brasil o Metacaulim segue a norma da ABNT 15894 (2010), limitando o tamanho da partícula aos mesmos valores da ASTM C 618, isto implica que a pozolana deve passar por uma peneira ABNT n° 325 ou menor de 0,044mm. No entanto, esta norma faz alusão a aplicação com cimento Portland em concreto e pasta.

2.2.1.3 Características Químicas

Com relação as características químicas, existem dois pontos principais a serem investigados, a estrutura interna e a composição química. Tratando-se de reatividade e amofização as características químicas não são vantajosas e decisivas, pois esta análise impossibilita a diferenciação entre uma estrutura bem cristalizada e outra pouco cristalizada. Porém apresenta-se como um controle de produção, pois é partir desta avaliação que a matéria-prima pode ser escolhida. A recepção de uma argila é uma etapa fundamental no processo, bem como a determinação de sua procedência (SANTOS, 1992). Os

controles destes parâmetros podem inferir as atividades da pozolana, restringindo valores mínimos nas quantidades de sílica e alumina. Em Lea

(1971) e Souza (2003), argilas precursoras que possuem maior teor de Al2O3,

após calcinação resultam em metacaulins de boa atividade pozolânica. Logo são os componentes realmente ativos durante o processo térmico. A Tabela 2.2 apresenta uma composição química típica do metacaulim de alta reatividade obtida por (METHA e MALHOTA, 1996) e (SOUZA, 2003)

Tabela 2.2: Composição química do metacaulim de alta reatividade.

Elementos Químicos % massa

Metha e Malhota 1996 SOUZA, 2003

SiO2 51,52 49,17 Al2O3 40,18 43,7 Fe2O3 1,23 2,06 CaO 2 0,01 MgO 0,12 0,23 Álcalis 0,53 1,96 Perda ao fogo 2,01 2,7 Fonte: (MEDINA, 2011). 2.2.2 Aplicações do metacaulim

As aplicações deste material estão relacionadas com a qualidade de sua matéria prima, bem como as variáveis tempo e temperatura durante sua obtenção, a temperatura de queima deve ser bem monitorada bem como procedimentos posteriores. O metacaulim foi incorporado pela primeira em 1962, como uma adição mineral na formulação de concretos durante a construção da barragem de Jupiá. Esta foi e vem sendo sua principal aplicação pois confere ao concreto uma maior resistência a ação deletérias, ou seja, contra ação de cloreto que se agregam aos poros do concreto, trazendo graves problemas estruturais (FIGUEIREDO. Et al, 2014). Por possuir uma granulometria adequada esta pozolana melhora o empacotamento cimentício devido a boa atividade pozolânica que este material promove. Sua área

superficial também contribui para uma boa atividade durante o período de hidratação do concreto. Portanto o mercado vem cada vez mais otimizando a obtenção de metacaulins de boa atividade.

Outras aplicações do metacaulim descritas recentemente na literatura é seu uso como geopolímeros ou polímeros inorgânicos, que são produtos aglomerantes, podendo ser utilizados em substituição ao cimento Portland. De acordo com Sabir (2001), existem estudos do metacaulins incorporados aos concretos para retirada de resíduos pesados, constituídos de metais como Cádmium, chumbo e cromo de efluentes industriais. O metacaulim também é eficaz na retenção de cloretos e sulfatos em grandes incineradores, quando estes substituem a areia na argamassa durante a construção destes lugares.

2.2.3 Mercado do Metacaulim

O metacaulim passou a ser industrializado seguindo normas rígidas de qualidade na década de 90 primeiramente nos EUA e Europa. No Brasil sua fabricação se deu nos anos 2000. A oferta do produto no Brasil ainda é pouca comparada a outras pozolanas. Em outros países, construções de grande porte que utilizam uma exorbitante quantidade de concreto fazem uso do metacaulim como aditivo, pois a mistura aperfeiçoa algumas propriedades, observando-se que este material é de alta reatividade. O metacaulim por sua vez não é um rejeito industrial como a escória siderúrgica, sílica ativa e cinza volantes. Espera-se que ocorra um aumento no seu uso devido sua matéria-prima encontrar-se em abundância, por outro lado não deixará de ser uma matéria prima nobre, pois, sua produção requer cuidados, devendo ser utilizado em aplicações especiais. Metacaulins ditos de média e baixa reatividade podem ser encontrados facilmente no mercado, estes são produzidos no Brasil desde os anos 70, sendo largamente utilizados como pozolanas na fabricação de

cimento Portland tipo CP - II –Z e CP-IV, cujas porcentagens na mistura do

2.2.4 Promotores da Amorfização

2.2.4.1 Calcinação

Como principal procedimento para obtenção de pozolanas artificiais, o estudo da calcinação vem sendo investigado ao longo dos anos. Devido à variedade de argilas com propriedades mineralógicas equivalentes e formas de calcinação. Há certa complexidade, pois para cada calcinação deve haver condições. É possível separar em três momentos a primeira no que se refere a temperatura a segunda o tempo e a terceira o método utilizado durante o processo. Se tratando da obtenção da metacaulinita, A literatura mostra algumas variações, de acordo com Abroise (1994); Murat e Comel (1983), os intervalos de temperatura entre 650 - 850°C são os mais descritos na literatura para obtenção do material com certa amorficidade. Já para Bitch et al, (2009) o processo de ativação térmica e início da desidroxilação ocorre entre 700 – 850

°C. Nos trabalhos de Pera (2001); Sabir, (2001) e Fitos et.al (2015) os

melhores intervalos são entre 650 – 800°C. Portanto, é possível inferir uma

média entre os valores dispostos na literatura, observando qual método de calcinação está sendo utilizado. A mineralogia da matéria-prima de partida deve ser observada, pois minerais acessórios como quartzo finamente dividido podem estar em certa porcentagem.

É necessário definir uma temperatura limite durante a calcinação, uma vez que, temperaturas acima de 950°C dá início a mudança de fase no material, formando novas estruturas. O espinélio é formado em temperaturas

acima de 950°C, após 1100 °C forma-se a mulita (Al6Si2O13) e a cristobalita

(SiO2), acarretando perda da amorficidade do material, diminuindo sua

atividade e consequentemente tornando-se inviável a sua utilização como pozolana. O tempo é outra variável importante no processo, a literatura relata vários exemplos tanto em escala industrial quanto laboratorial com a finalidade de estudo do processo. Em média, utiliza-se um consenso entre vários trabalhos, o tempo necessário para calcinação varia entre 2 e 3 horas, tempo esse necessário para saída dos grupos hidroxilas da estrutura (BITCH et al, 2009).