4 ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS
4.2 Microscopia Eletrônica de Varredura
As análises de microscopia deste trabalho foram feitas com a utilização do microscópio eletrônico de varredura cujo princípio de funcionamento foi explicado sucintamente no item 2.6.5. Todas as análises foram realizadas no Laboratório de Microscopia do Departamento de Geologia da UFC. O equipamento utilizado foi o Microscópio Eletrônico de Varredura com detector de EDS, modelo TM3000, da marca Hitachi (FIGURA 34).
Figura 34 - Microscópio eletrônico de varredura com detector de EDS.
Fonte: http://goo.gl/ZpIy9o.
Não há normas para a realização desse ensaio. A preparação prévia das amostras submetidas as análises foram realizadas no LMSP, e seguiu as recomendações dos técnicos e profissionais do laboratório de Microscopia Eletrônica. Tal preparação consistiu em secagem prévia, trituração e peneiramento da amostra. O material passante na peneira de abertura 2,00
mm foi compactado no teor de umidade ótima e com energia Proctor normal, em anéis de 5,00 cm de diâmetro e 2,00 cm de altura.
Foram submetidas a análise de microscopia com EDS uma amostra de cinza composta, uma amostra de cinza leve, uma amostra da mistura S50C50 e outra da S70C30 e uma amostra do solo (ASMOC), estando todas as misturas no estado compactado.
4 ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS
Nesta seção optou-se por apresentar primeiramente as análises mineralógicas, morfológicas e físico-químicas, uma vez que estas análises permitem interpretar melhor os resultados obtidos nos ensaios geotécnicos e ambientais, apresentados na sequência.
4.1 Difração de raios-X
As difrações de raios- x permite uma análise da mineralogia do material. Além da identificação de compostos cristalinos (minerais), é possível inferir a respeito do grau de cristalinidade, do tamanho das partículas, aspectos relativos a substituição isomórfica, podendo- se ainda quantificar os minerais presentes na amostra.
O estudo mineralógico de cinzas de carvão mostrou que elas podem apresentar uma mineralogia complexa e variada, variabilidade essa influenciada por aspectos como a composição do carvão, ambientes de armazenamento, calcinação, processos de queima, etc. É observado em cinzas a presença de constituintes vítreos sílico-aluminosos, quartzos, mulita, magnetita e hematita predominantemente, além de calcita (CaCO3), gipsita (CaSO4.2H2O),
anatásio (TiO2), alumina (Al2O3) entre outros.
Nas cinzas estudadas observou-se a predominância de quartzo (SiO2), calcita e
gipsita, característica do linhito (lignito), além da presença de silicatos de alumínio, isso explica, por exemplo, a alta disponibilidade de cálcio intercambiável (TABELA 14).
Ubaldo (2005) e Mendonça (2007) avaliando as cinzas volantes obtidas da queima do carvão na Usina Termoelétrica Jorge Lacerda, encontram como constituintes mineralógicos da cinza, os minerais quartzo, caulinita, muscovita, gipsita e pirita. Como citado anteriormente, a composição mineralógica do carvão mineral e consequentemente das cinzas, pode variar de região para região e de jazida para jazida. As cinzas analisadas pelos autores são o resíduo da combustão do carvão brasileiro (predominantemente a hulha) o que pode explicar as diferenças mineralógicas encontradas.
A análise mineralógica do solo identificou o quartzo (mineral presente em toda amostra de solo) característico da fração grosseira da amostra, além da caulinita, argilomineral predominante na amostra de solo analisada. Além dessas, foram encontrados minerais secundários como albita e o diopsidio. Essas características explicam, por exemplo, a baixa expansão do solo, a baixa capacidade de troca catiônica, evidenciando a importância do estudo mineralógico.
A partir dessas análises pode-se inferir mais sobre a textura e estrutura dos solos, além de compreender melhor suas propriedades físico-químicas e seu comportamento geotécnico.
Tabela 14 - Resultados da difração de raios-X.
AMOSTRA NOME DO MINERAL COMPONENTE NOME DO FÓRMULA QUÍMICA
PA-17
Calcita Carbonato de Cálcio Ca(CO3)
Quartzo Óxido de Silício SiO2
Gipsita Sulfato de Calcio Hidratado CaSO4.2H2O
PP-2 (1,00- 1,25m)
Calcita Carbonato de Cálcio Ca(CO3)
Gipsita Sulfato de Cálcio Hidratado Ca(SO4).2H2O
Quartzo Óxido de Silicio SiO2
Silimanita Silicato de Alumínio Al2SiO5
Pecém 1
Gipsita Sulfato de Cálcio Hidratado CaSO4.2H2O
Calcita Carbonato de Cálcio Ca(CO3)
*Zeólita Óxido de Silício SiO2
Quartzo Óxido de Silício SiO2
CC
Quartzo Óxido de Silício SiO2
Calcita Carbonato de Cálcio Ca(CO3)
Gipsita Sulfato de Cálcio Hidratado CaSO4.2H2O
Silimanita Silicato de Alumínio Al2SiO5
- Sulfato de Cálcio Ca(SO4)
Solo ASMOC
Quartzo Óxido de Silício Si O2
Caulinita Hidróxido de Silicato de Alumínio Al2(Si2O5)(OH)4 Albita
(Plagioclásios) Silicato de Alumínio e Sódio Na(AlSi3O8) Diopsídio
(Cliniopiroxenios) Silicato de Calcio Magnésio, Ferro Ca1.022 (Mg0.906Fe0.095) ((Si1.9Fe0.099)O6)
4.2 Microscopia Eletrônica de Varredura
Através da Microscopia Eletrônica de Varredura foi possível observar características morfológicas e inferir sobre a textura e estrutura dos materiais. A microscopia foi realizada em pequenos fragmentos compactados de amostras de cinza composta, cinza leve, solo e para as misturas S50C50 e S70C30.
A figura 35 mostra as micrografias da cinza composta no estado compactado. Nelas é possível observar a forma esférica das partículas e uma quantidade de vazios consideráveis, evidenciando a mesoporosidade do material. É possível notar também que apesar da compactação são observadas pequenas aglomerações de partículas, além de ser possível notar também alguns fragmentos de partículas esféricas quebradas, frutos do processo de cominuição, mas que corroboram o fato de tratar-se de esferas ocas.
Figura 35 - MEV Cinza Composta (Amostra Compactada): (a) Micrografia ampliada x100 (Continua).
Figura 35 - MEV Cinza Composta (Amostra Compactada): (b) Micrografia x1.2k. (Conclusão)
(b)
Fonte: Elias (2018)
A figura 36 apresenta as micrografias da cinza leve. Nota-se novamente a predominância de partículas esféricas, contudo, menos floculada que a amostra de cinza composta e com algumas aglomerações e poros aparentemente menores. Ao comparar-se a figura 35a com Figura 36a, que são micrografias mais superficiais (aumentadas 100x), é possível notar certas semelhanças nas topografias das amostras, mesmo tratando-se a primeira de uma amostra de cinzas composta e a outra uma amostra de cinzas leves.
Figura 36 - MEV Cinza Leve (Amostra Compactada): (a) Micrografia x100; (b) Micrografia x1.5k.
(a)
(b)
Fonte: Elias (2018)
A figura 37 apresenta micrografias da amostra S70C30. Nelas são possíveis notar a presença tanto de partículas esféricas como de partículas lamelares oriundas do solo em particular da fração argila, além de partículas angulares e subangulares correspondentes a fração quartzosa do solo. A presença de partículas esféricas impede que a estrutura assuma um estado mais disperso, apresentando uma certa floculação. A figura 37a mostra a superfície da amostra
S70C30, que apresenta um aspecto mais denso do que as amostras de cinza composta e de cinza leve, levando-se a presumir a ocorrência de cimentação. As descontinuidades apresentadas devem-se a fragmentação das amostras para análise no microscópio eletrônico, não sendo representativa para análise de vazios da amostra.
Figura 37 - MEV S70C30 (Amostra Compactada): (a) Micrografia x100; (b) Micrografia x1,0k.
(a)
(b)
Na figura 38 é possível observar como as características de cada material (cinza e solo) influenciam as características morfológicas das misturas. A figura 38a apresenta a micrografia de uma amostra de cinza composta e a figura 38b mostra uma micrografia da superfície de uma amostra do solo aumentada 50x. A figura 38c é referente a mistura S50C50, sendo possível notar uma presença maior de partículas esféricas do que a amostra S70C30 (FIGURA 38d), devido a maior fração de cinza composta. É possível notar também uma porosidade aparentemente maior na micrografia da S50C50. Na micrografia da amostra S70C30 nota-se uma aglomeração maior de partículas com uma estrutura com aspectos de cimentação. Essas caraterísticas podem, por exemplo, contribuir para explicar porque a condutividade hidráulica da S50C050 é superior à da S70C30.
Figura 38 - MEV: (a) Micrografia CC x100; (b) Micrografia ASMOC x50; (c) Micrografia S50C50 x100; (d) Micrografia S70C30 x100.
(a) (b)
(c) (d)
É importante ressaltar que os resultados dos ensaios apresentados não devem ser avaliados de maneira isolada. A correta interpretação do comportamento do material, bem como a identificação de suas características, perpassa por uma análise conjunta de diferentes fatores, que buscou-se abranger a partir de uma série de ensaios. Dessa forma uma análise da estrutura porosa do material depende tanto do MEV como dos ensaios de adsorção. O comportamento hidráulico só pode ser compreendido, a partir de análises de permeabilidade, granulométricas e físico-químicas. As análises ambientais dependem tanto dos ensaios de lixiviação e solubilização como das análises químicas. Ou seja, deve-se comtemplar o maior número de informações possíveis a respeito do material para que possamos conferir maior representatividade aos resultados obtidos.
4.3 Superfície Específica
No apêndice B são apresentadas as isotermas obtidas para amostras de cinzas individuais (PA17 e PP-2 (1)), para amostra de cinzas leves e para amostra de cinzas compostas. As isotermas apresentam a relação entre a quantidade de gás adsorvida ou dessorvida pelo sólido, a uma temperatura constante, em função da pressão do gás. Normalmente expressa-se a quantidade de gás adsorvida ou dessorvida pelo seu volume (V), em condições normais de temperatura e pressão (0 °C e 760mmHg), enquanto a pressão é dada pela pressão relativa (P/P0), ou seja, pela relação entre a pressão de trabalho e a pressão de vapor do gás na
temperatura utilizada (TEXEIRA et al. 2001). As isotermas obtidas para as amostras de cinzas são semelhantes a isotermas do tipo IV (item 2.6.2), onde observa-se dois ramos distinto: o ramo inferior expressa a quantidade de gás adsorvida com o aumento da pressão relativa, ao passo que o ramo superior mostra a quantidade gás dessorvida no processo inverso. A histerese (diferença nos caminhos) apresentada entre os processos de adsorção e dessorção, está associada a dispersão no tamanho dos poros sendo maior quanto maior for a dispersão.
No apêndice B são apresentados, também, os gráficos da equação de BET, que são expressos em P/[V(P0 – P)] versus P/P0, para faixas de valores de pressão relativa, onde a
relação é linear (0,05 a 0,35).
A determinação de distribuição do tamanho dos poros, considerando o material como mesoporoso, foi feita segundo o método BJH. Vale destacar que o estudo da estrutura porosa do material deve ser complementado pela análise topográfica do material através da microscopia eletrônica de varredura (MEV), uma vez que por meio desta técnica é possível a visualização do tamanho e da distribuição dos agregados de microesferas.
Os ensaios de adsorção, realizados com as cinzas, mostraram partículas com áreas superficiais na mesma faixa das partículas do argilomineral caulinita, com área entre 10-30 m2/g. As análises das amostras de cinza apresentaram isotermas que se assemelham a uma
isoterma do tipo IV, característicos de materiais mesoporosos. As superfícies específicas das amostras estimadas pelo método BET ficaram relativamente próximas com exceção da cinza leve que apresentou a menor superfície específica. Ressalta-se que para o cálculo da área considerou-se apenas a faixa de valores de pressão relativa entre 0,05 e 0,35
Segundo Burgess et al. (1989 apud CESSA et al. 2009) a histerese apresentada nas isotermas das amostras (semelhantes a isotermas do tipo IV) é comum a classe de mesoporos e deve-se ao formato interno e condensamento do gás nos mesoporos em partículas esferoidais de tamanho uniforme, compactadas ou aglomeradas.
A partir das análises dos dados obtidos pelos ensaios e dos gráficos, apresentados elaborou-se a tabela 15 que apresenta os valores de área específica, do volume dos poros e do diâmetro médio dos poros.
Tabela 15 - Superfície específica, volume de poros, diâmetro médio dos poros das amostras selecionadas.
AMOSTRA Superfície específica (m2/g)
(Método BET)
Volume de Poros (cc/g)
(Método BJH) Diâmetro médio dos poros (Å)
PA-17 19,82 0,1377 156
PP-2 (1,00-1,25m) 27,00 0,1309 97
CL-1 (Pecém 1) 2,49 0,0280 239
CC 17,62 0,1036 119
Fonte: Elias (2018)
Essas características de área superficial e porosidade têm influência direta nas propriedades e comportamento geotécnico do material, como densidade e condutividade hidráulica.