Composição química

Para descrever a composição química de um aditivo, deve-se fazer uma análise elementar completa, além de uma determinação qualitativa e quantitativa dos íons que o compõe.

Os elementos químicos de maior interesse na caracterização de aditivos são carbono (C), hidrogênio (H), nitrogênio (N), oxigênio (O), enxofre (S) e os íons metálicos como sódio (Na), cálcio (Ca) e potássio (K).

Normalmente, o conteúdo em C, H, N, O e S é analisado por via úmida ou por analisadores elementares. Já os íons metálicos podem ser determinados e quantificados por ICP (Inductively Coupled Plasma) ou Absorção Atômica (AA).

Mediante a análise elementar, pode-se ter conhecimento a respeito da natureza do aditivo, ou seja, se ele é orgânico ou inorgânico, em função do seu conteúdo em carbono ou se é um composto sulfonado ou não, etc. (PALACIOS et al., 2003).

A determinação e a quantificação das espécies iônicas nos aditivos proporcionam informações importantes acerca da presença de eletrólitos.

4.6.3 Caracterização estrutural

Conhecendo-se a composição química e iônica dos superplastificantes é importante avaliar os grupos funcionais presentes e a característica de sua estrutura. Técnicas analíticas empregadas para obter-se conhecimento sobre estas propriedades são a Espectroscopia na região do Infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e a Ressonância Magnética Nuclear (RMN).

A Espectroscopia por Infravermelho (IV) permite identificar as espécies químicas presentes pela determinação da posição (número de onda) em que grupos funcionais distintos apresentam bandas de absorção por meio da avaliação dos espectros de IV.

No caso de compostos orgânicos, podem-se verificar vibrações moleculares, devido à interação entre a radiação IV e a molécula, de duas classes: vibrações de esqueleto, em que participam todos os átomos da molécula e vibrações características de grupos. Os números de onda das vibrações de esqueleto estão no intervalo de 1.400-700cm-1 e dependem da estrutura linear ou ramificada do composto (SKOOG, 1998).

59 A espectroscopia por RMN é baseada na medição da absorção de radiação eletromagnética na região de radiofrequência (4 a 900MHz) pelos núcleos dos átomos. A absorção característica de energia por núcleos que giram dentro de um potente campo magnético, depois de irradiado por outro campo secundário mais fraco e perpendicular ao primeiro, permite identificar a configuração atômica nas moléculas (SKOOG, 1998).

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5 PARTE EXPERIMENTAL

O resíduo utilizado neste trabalho foi coletado e cedido pela empresa Samarco Mineração. A amostra foi originada da blendagem do resíduo gerado em diferentes dias e linhas de produção para produzir uma amostra com a melhor representatividade da amostra quanto às possíveis variações de processamento.

A amostra foi homogeneizada pela formação de uma pilha cônica alongada (Figura 5-1) e quarteada. A homogeneização é importante para garantir que as frações utilizadas nos experimentos sejam iguais. Como cada mistura requer uma massa de resíduo em torno de 2,5kg, cerca de 200kg da amostra quarteada foram separados em frações de aproximadamente 2,5kg (Figura 5-1). Metade dos pacotes foi utilizada nos ensaios de caracterização e cimentação e a outra metade foi guardada como contraprova.

Figura 5-1 - Aspectos da homogeneização da amostra de resíduo.

Para a classificação do resíduo arenoso foram realizados os testes de solubilização e lixiviação, conforme as normas da ABNT (ABNT, 2004a; ABNT 2004b; ABNT 2004c; ABNT, 2004d).

Para a caracterização do resíduo arenoso, as seguintes análises e ensaios foram realizados: • _{Granulometria.} • _{Absorção de água.} • _{Massa específica.} • _{Massa unitária.} • _{Coeficiente de Inchamento.} • _{Difração de raios X.}

61 • _{Análise por Ativação Neutrônica.}

• _{Microanálise (MEV e EDS).}

RESÍDUO ARENOSO – Classificação

Foram feitos ensaios da avaliação da toxicidade do resíduo por meio da análise dos extratos lixiviados e solubilizados, obtidos de acordo com as normas ABNT NBR 10004, 10005 e 10006 (ABNT, 2004a; ABNT, 2004b; ABNT, 2004c).

5.1 Extrato Lixiviados

Os extratos lixiviados foram obtidos agitando (100,0 ± 0,1)g de amostra acondicionada em um frasco hermeticamente fechado em contato com uma solução previamente definida (solução de extração n°01 ou n° 02 – item 4.2.6 da norma NBR 10005, definida em função do pH da solução obtida do resíduo – item 5.1.3 da mesma norma), durante (18 ± 2)h à temperatura de até 25°C com uma rotação de (30 ± 2)rpm no agitador rotatório (ABNT, 2004c). Após este período, a amostra foi filtrada em aparelho de filtração pressurizado, com filtro de fibra de vidro isento de resinas e com porosidade de 0,6 a 0,8µm. O extrato obtido foi denominado extrato lixiviado.

5.2 Solubilização do resíduo

Os extratos solubilizados foram obtidos colocando-se a amostra representativa seca de 250g de resíduo em béquer de 1500mL. Em seguida, 1000mL de água deionizada e isenta de material orgânico foi adicionada sobre o resíduo. O sistema foi agitado, em baixa velocidade, por 5 minutos. Os béqueres foram recobertos com filme de PVC e deixados em repouso por 7 dias, em temperatura de 25°C. O sistema foi filtrado em aparelho de filtração guarnecido com membrana filtrante com 0,45µm de porosidade (ABNT, 2004c).

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RESÍDUO ARENOSO – Caracterização

5.3 Granulometria

O ensaio granulométrico foi realizado segundo a norma da ABNT NM 248:2003 “Agregados – Determinação da composição granulométrica” (ABNT, 2003).

5.4 Absorção de Água

O ensaio para a determinação da absorção de água foi realizado segundo a norma ABNT NBR NM 30 “Agregado Miúdo - Determinação da Absorção de Água” (ABNT, 2001).

5.5 Massa específica

Para determinação da massa específica foi realizado o ensaio seguindo o procedimento descrito na norma MERCOSUL NM 52:2002 “Agregado fino – Determinação de massa específica e massa específica aparente” (MERCOSUL, 2002).

5.6 Massa unitária

O ensaio para a determinação da massa unitária foi conduzido segundo o procedimento descrito na norma da ABNT NBR NM 45:2006 “Agregado em estado solto - Determinação da massa unitária” (ABNT, 2006).

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5.7 Coeficiente de Inchamento

O coeficiente de inchamento foi determinado segundo a norma da ABNT NBR 6467 “Agregado - Determinação do inchamento do agregado miúdo” (ABNT, 2009).

5.8 Difração de Raios X

Na análise utilizada para a identificação das fases cristalinas do resíduo, empregou-se a técnica de difratometria de raios X pelo método do pó, utilizando o difratômetro de raios X do CDTN/CNEN, de fabricação Rigaku, modelo Geigerflex semiautomático, com monocromador de cristal curvo de grafite, tubo de raios X de cobre e uma interface informatizada para obtenção de dados digitais. A análise foi efetuada variando 2θ de 0 a 70° na amostra, na forma em que foi recebida.

As condições de operação do difratômetro de raios-X foram as seguintes: fator de escala de (8x103), constante de tempo de (0,5s), velocidade do registrador de (40mm/mim), velocidade do goniômetro de (8º2θ/min), intensidade de corrente de (30mA) e tensão de (40 KV).

Os difratogramas de raios X digitais foram confeccionados com as dados coletados pela interface informatizada a partir de arquivos gerados em planilha, utilizando-se programa

Microsoft Excel® e então convertidos para o programa Crystallographica®.

A identificação de fases cristalinas foi obtida por comparação do difratograma de raios X das amostras com o banco de dados do programa Crystallographica Search-Match®

(CSM).

5.9 Análise por Ativação Neutrônica

A análise elementar do resíduo arenoso foi feita por Ativação Neutrônica, utilizando o Reator TRIGA do CDTN/CNEN. Para isso foram seguidos dois esquemas de irradiação: irradiação de 5 minutos, para a determinação dos elementos cujos radionuclídeos apresentam meias-vidas relativamente curtas, T1/2 < 3 horas (Al, Cu, I, Mg, Mn, V, Ti) e irradiação de 8 horas para a determinação dos elementos com radionuclídeos com meias-vidas médias, T1/2

64 < 4 dias (K, Na, Br, As, Ga, Sm, La, Au, etc) e longas, T1/2 > 4 dias (Zn, Sb, Sc, Ta, Ce, Fe, Ca, Sr, etc).

Para a determinação de elementos cujos radionuclídeos são de meias-vidas curtas, a irradiação foi efetuada amostra por amostra, no canal 40, CR-40, sob um fluxo médio de nêutrons térmicos de 6,16x1011cm-2s-1, estando o reator TRIGA a 100kW. Os parâmetros f e α no CR-40 são (20,4 ± 0,2) e (0,0019 ± 0,0002), respectivamente. As irradiações de 8 horas para a determinação de radionuclídeos de meias-vidas médias e longas foram realizadas no Canal 7, CR-7, sob um fluxo médio de nêutrons térmicos de 6,35x1011cm-2s-1, estando o reator TRIGA a 100 kW. Os parâmetros f e α no CR-7 são (22,3 ± 0,2) e (-0,0022 ± 0,0002), respectivamente. Os materiais de referência analisados junto com as amostras foram: IAEA/SOIL-7 (IAEA, 1984), GBW 07411 (NRC, 1991) e GBW 07401 (NRC, 1998).

Após cada irradiação, foi esperado um tempo adequado para que decaíssem os radionuclídeos de meias-vidas mais curtas que pudessem interferir na espectrometria gama. Na aparelhagem de detecção gama, composto de detector gama HPGe (germânio intrínseco) com eletrônica associada e programa de aquisição de espectros Genie-PC, CANBERRA, foram levantados os espectros gama por um tempo suficiente para atingir a estatística de contagem adequada. Os espectros gama foram analisados por meio do programa Hyperlab PC (HYPERLAB-PC, 2002) e de cálculo de concentração com o programa KAYZERO SOLCOI (SOLCOI, 2003) específico para o método k0.