Compatibilidade da bentonite com soluções aquosas

De acordo com o modelo da dupla camada eléctrica dos minerais argilosos, descrito matematicamente pelo modelo de Gouy-Chapman, a sua estabilidade coloidal, principalmente a dos minerais de maior expansibilidade, é afectada pelas seguintes variáveis (Alther, 1987):

1) concentração do electrólito; 2) valência iónica;

3) constante dieléctrica; 4) temperatura;

5) tamanho do ião hidratado; 6) pH;

7) adsorção aniónica.

Alther (1987) fez uma breve discussão dos efeitos destes parâmetros no sistema argila-água, e de que modo estes podem afectar uma barreira de confinamento hidráulico construída a partir de uma mistura solo-bentonite.

Devido ao aumento das concentrações electrolíticas e da valência iónica, verifica-se uma diminuição da dupla camada eléctrica. Como consequência, a constante dieléctrica diminui. A constante dieléctrica da água pura é de 80,4, mas a da água que se encontra na superfície de uma partícula de argila é menor, da ordem de 1,3. No caso de uma barreira de confinamento hidráulico construída com uma mistura solo-bentonite, a adição de iões com maior valência e de moléculas com constantes dieléctricas inferiores à da água, provoca um aumento da permeabilidade da barreira.

A compatibilidade da bentonite, bem como de outros materiais, com certos resíduos são apresentados no Quadro 1.5.

O mesmo autor refere ainda, que existem dois mecanismos que contribuem para o aumento da permeabilidade de uma mistura de solo-bentonite quando em contacto com um líquido contaminado.

1º Mecanismo: os carbonatos e os sulfatos, existentes nos minerais de um solo,

podem ser solúveis ao lixiviado, que poderá levar a uma perda de sólidos e a um aumento do volume de poros, e como tal, da permeabilidade;

2º Mecanismo: a substituição do fluido dos poros por um lixiviado contaminado,

provoca a diminuição da espessura da dupla camada eléctrica de água que rodeia as partículas de argila, levando à diminuição da eficiência com que estas preenchem os vazios do solo. Esta situação provoca um aumento do espaço poroso na estrutura do solo disponível para a percolação, e como tal, um aumento da permeabilidade. Este mecanismo resulta de dois factores independentes:

(1) a concentração de sais no lixiviado afecta a diferença do potencial eléctrico entre as partículas de argila e a água que circula livremente nos poros, que por sua vez, controla a resistência da dupla camada de água;

(2) os iões de sódio existentes na superfície das partículas de argila são facilmente permutáveis com iões multivalentes, como o cálcio e outros, que se encontrem no lixiviado. Esta situação provoca uma dupla camada de menor espessura, devido à substituição do sódio pelo cálcio, levando assim, à diminuição da dimensão da dupla camada e como consequência, ao aumento da permeabilidade.

Quadro 1.5 - Compatibilidade do material constituinte da barreira com resíduos industriais (adaptado de Alther, 1987). Material da barreira Lamas cáusticas de petróleo Ácido de decapagem Lamas de galvanoplastia Pesticidas tóxicos Lamas oleosas de refinaria Resíduos tóxicos farmacêuticos Borracha e plástico Betão betuminoso R R R R F R B Solo e cimento R F F B B B B Solo e asfalto R F F R F R B Membranas de asfalto R R R R F R B Solo e bentonite F F F B B B B Argilas compactadas F F F B B B B

A presença de contaminantes orgânicos, como hidrocarbonetos e solventes e de contaminantes inorgânicos, como sais, ácidos e bases, reduzem a capacidade expansiva das bentonites, podendo mesmo anulá-la, dependo da sua concentração na solução. É, por isso, muito importante pré-hidratar a bentonite, antes do seu contacto com soluções contaminantes, de modo a aumentar a sua capacidade de resistência a estes fluidos (Alther, 1987).

Para além desta solução técnica, também se recorre por vezes ao aumento da quantidade de bentonite utilizada na mistura. Esta prática tem porém a grande desvantagem de aumentar os custos da preparação da mistura. Sällfors e Öberg- Högsta (2002), conforme se verá na secção seguinte, referem que a percentagem de bentonite adicionada nas misturas é habitualmente inferior a 14%, quer por razões económicas (custo da bentonite), quer por razões de engenharia (percentagens elevadas de bentonite tornam as misturas mais plásticas e mais difíceis de compactar).

Alther (1987) apresentou um estudo sobre o comportamento hidráulico de misturas de solos com várias percentagens de bentonite, sem e com tratamento (à base da adição de polímeros de sódio, do tipo poliacrilato e acrilonitrilo), com diferentes soluções químicas, entre as quais, um lixiviado típico de um aterro de resíduos sólidos urbanos. Tanto as bentonites sem como as com tratamento foram pré- hidratadas. Os resultados obtidos encontram-se no Quadro 1.6.

Verificou, que as bentonites tratadas apresentaram maior resistência que as não tratadas, devido ao melhoramento da dispersão das partículas. Referiu ainda que algumas das misturas mostraram diminuição da permeabilidade quando sujeitas ao lixiviado do aterro de resíduos. Concluiu que o comportamento observado era devido:

1) aos sólidos em suspensão, que colmataram os poros do solo ao longo da superfície;

3) à possível precipitação de sais nos poros.

Concluiu ainda que as barreiras de confinamento de misturas de solo-bentonite, quando devidamente instaladas e pré-hidratadas, são capazes de conter uma ampla variedade de resíduos.

Quadro 1.6 - Resultados dos ensaios de permeabilidade com bentonite e várias soluções percolantes (adaptado de Alther, 1987).

Material Solução influente/Condutividade hidráulica

(5% bentonite, 95% areia) Água destilada Lixiviado de aterro de resíduos sólidos urbanos Bentonite sem tratamento 5,9 x 10-10 _{m/s 6,9 x 10}-10 _m/s Bentonite com tratamento 1,4 x 10-10 _{m/s 3 x 10}-10 _m/s (8% bentonite, 92% areia) Água destilada Solução salina (3,2% NaCl,

3,6% Na2SO4) Bentonite sem tratamento 4,5 x 10-11 _{m/s 6,8 x 10}-8 _m/s Bentonite com tratamento 9,1 x 10-11 _{m/s 1,4 x 10}-8 _m/s (8% bentonite, 92% areia) Água destilada Solução salina (2% CaCl2) Bentonite sem tratamento 3 x 10-11 _{m/s 2 x 10}-8 _m/s Bentonite com tratamento 3 x 10-11 _{m/s 2 x 10}-8 _m/s

(8% bentonite, 92% areia) Água destilada Solução com pH=2 de ácido sulfúrico (H2SO4) Bentonite sem tratamento 2 x 10-11 _{m/s 2 x 10}-8 _m/s Bentonite com tratamento 8 x 10-11 _{m/s 1 x 10}-8 _m/s (8% bentonite, 92% areia) Água destilada 50% de solução de ácido _{acético (CH}

3COOH) Bentonite sem tratamento 1,1 x 10-10 _{m/s 1,0 x 10}-8 _m/s

Ensaios de permeabilidade efectuados a carga constante, com uma pressão de 69 kPa. Utilização de normas ASTM, com um teor em água óptimo a 95% do Proctor normal.

1.4. TEOR EM ÁGUA DE COMPACTAÇÃO. SUA