Miscroscopia eletrônica de Varredura (MEV-FEG).

As amostras tratadas submetidas à microscopia eletrônica de varredura de alta resolução (FEG - Field Emission Scanning Electron), obtiveram as micrografias com ampliação de 150 vezes, conforme figuras 8, 9 e 10.

Figura 8 - Microscopia da cinza de casca de arroz sem tratamento.

Fonte: O autor (2019)

Nesta micrografia (Figura 8), percebe-se uma variação de elementos e formas presentes, evidenciando uma estrutura com forma similar à uma "espiga de milho", de acordo com Della e Hotza (2006), devido ao fato da CCA já ter sido submetida a uma calcinação prévia, suas partículas possuem formato alongado e contorcido.

Figura 9 - Microscopia da cinza de casca de arroz após tratamento térmico na mufla durante 1 hora a 400°C

Fonte: O autor (2019)

Ao comparar as micrografias das amostras tratadas, com a amostra sem tratamento, percebe-se que há uma modificação na estrutura, já que elementos evidentes na figura 8 já não são mais perceptíveis nas figuras 9 e 10, devido ao tratamento térmico, onde ocorre perda de materiais voláteis no processo de aquecimento.

Em ambas micrografias é claramente visível a diferença entre a rugosidade da epiderme externa das partículas, região que concentra o maior percentual de sílica, e o aspecto liso da epiderme interna, região onde se encontram em maior concentração a celulose e a lignina, principais compostos orgânicos da casca.

A sílica presente na casca, e por conseqüência na cinza, está concentrada principalmente dentro da epiderme externa em direção ao meio da estrutura da casca. No entanto, uma pequena mas significante quantidade de sílica reside na epiderme interna, adjacente ao grão de arroz.

Figura 10 - Micrografia da cinza de casca de arroz tratada em reator a plasma durante 1 hora a 400°C

Fonte: O autor (2019)

Ainda através da microscopia MEV-FEG, foi possível obter valores percentuais de elementos químicos presentes nas amostras analisadas. Os resultados organizados nas seguintes tabelas:

Tabela 7 - % de elementos presentes nas amostras tratadas a 400°C em diferentes períodos de tempo. Elemento sem trat. CCA400/1 CCA400/3 CCA400/6 CP400/1

C 11.88 10.66 0.15 19.83 13.12 O 54.77 53.26 52.07 41.17 31.85 Na 0.14 0.16 0.00 0.08 0.05 Mg 0.08 0.11 0.18 0.12 0.29 Al 0.23 0.00 0.23 0.00 0.00 Si 31.13 34.99 44.22 38.08 50.27 P 0.07 0.00 0.73 0.12 0.13 K 0.68 0.39 0.89 0.47 1.64 Ca 0.08 0.17 0.26 0.00 1.15 Ti 0.02 0.14 0.54 0.06 0.00 Mn 0.10 0.09 0.09 0.00 1.50 Fe 0.83 0.04 0.65 0.07 0.00 Total: 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 Fonte: O autor (2019)

(continua)

originários de compostos presentes no material estudado. A técnica de análise empregada foi a microscopia eletrônica e, portanto, não há um quantitativo do óxido de silício (SiO₂) presente na amostra, mas sim o comportamento do elemento Si, frente aos demais elementos presentes na cinza de casca de arroz. Trata-se, portanto de resultados preliminares para que se conheçam as condições favoráveis a serem empregadas no processo que serão posteriormente avaliadas por outras técnicas de análises. Para obter uma análise quantitativa da composição da amostra deve-se realizar análises por Fluorescência de Raios-X e Espectrometria de Absorção Atômica (FRX) que serão indicadas para a continuidade do estudo.

Para as amostras tratadas termicamente a 400ºC, durante períodos de 1, 3 e 6 horas, percebe-se que, a medida que há um aumento no tempo de tratamento, ocorre um aumento no percentual de silício, que fica mais evidenciado ainda, na amostra CP400-1 que foram submetidas a tratamentos a plasma por 1 hora. Concomitantemente há uma diminuição no percentual de carbono.

Tabela 8 - % de elementos presentes nas amostras tratadas a 500°C em diferentes períodos de tempo.

Elemento sem trat. CCA500/1 CCA500/3 CCA500/6

C 11.88 3.33 1.62 0.65 O 54.77 57.55 56.88 53.68 Na 0.14 0.08 0.02 0.05 Mg 0.08 0.25 0.12 0.08 Al 0.23 0.07 0.12 0.10 Si 31.13 37.35 40.15 43.98 P 0.07 0.17 0.08 0.09 K 0.68 0.77 0.53 0.82 Ca 0.08 0.24 0.03 0.09 Ti 0.02 0.00 0.00 0.01 Mn 0.10 0.20 0.06 0.31 Fe 0.83 0.01 0.37 0.15 Total: 100.00 100.00 100.00 100.00 Fonte: O autor (2019)

O comportamento observado na tabela 03, também é notado e fica ainda mais evidente nas tabelas 04, 05 e 06. A medida que os tratamentos são mais longos, maior é o percentual de Si presente e menor é o teor de carbono da cinza, seguindo os resultados esperados de acordo com os trabalhos realizados por outros autores.

Tabela 9 - % de elementos presentes nas amostras tratadas a 600°C em diferentes períodos de tempo.

Elemento sem trat. CCA600/1 CCA600/3 CCA600/6

(conclusão)

Tabela 9 - % de elementos presentes nas amostras tratadas a 600°C em diferentes períodos de tempo.

Elemento sem trat. CCA600/1 CCA600/3 CCA600/6

O 54.77 53.34 59.04 49.47 Na 0.14 0.02 0.03 0.06 Mg 0.08 0.12 0.31 0.11 Al 0.23 0.07 0.20 0.05 Si 31.13 37.92 38.24 43.32 P 0.07 0.09 0.24 0.31 K 0.68 0.40 1.08 1.04 Ca 0.08 0.18 0.26 0.42 Ti 0.02 0.02 0.00 0.00 Mn 0.10 0.10 0.22 0.26 Fe 0.83 0.04 0.09 0.17 Total: 100.00 100.00 100.00 100.00 Fonte: O autor (2019)

Tabela 10 - % de elementos presentes nas amostras tratadas a 700°C em diferentes períodos de tempo.

Elemento sem trat. CCA700/1 CCA700/3 CCA700/6

C 11.88 5.80 7.28 3.02 O 54.77 52.48 48.57 52.44 Na 0.14 0.00 0.00 0.00 Mg 0.08 0.00 0.00 0.23 Al 0.23 0.34 0.27 0.52 Si 31.13 40.01 40.06 41.82 P 0.07 0.22 0.31 0.38 K 0.68 0.25 1.37 0.88 Ca 0.08 0.00 1.80 0.29 Ti 0.02 0.00 0.00 0.00 Mn 0.10 0.25 0.34 0.42 Fe 0.83 0.67 0.00 0.00 Total: 100.00 100.00 100.00 100.00 Fonte: O autor (2019)

Percebe-se ainda que a temperatura de tratamento mais representativa para o percentual de silício obtido, foi 600ºC, já que os resultados para o tratamento no estágio de temperatura superior não apresentaram diferenças significativas. Outro ponto a ser enfatizado, é que o tempo de tratamento de 06 horas, duas vezes maior que o tratamento de 03 horas na mufla, não apresenta teores de sílica tão expressivos que justifiquem a adoção dessa condição como ideal.

Abaixo os teores de Silício foram organizados em forma de gráficos a fim de facilitar a visualização da taxa de aumento, a medida em que ocorre o aumento na temperatura (Gráfico 04) e no tempo de tratamento ( Gráfico 05).

Gráfico 4 - Relação de concetração de Si (%) nas amostras de CCA x variação na temperatura de tratamento.

Fonte: O autor (2019)

Ao analisar o gráfico percebe-se que o tratamento a plasma realizado a 400°C é cerca de 10% mais eficiente à maior temperatura, de 700°C no tratamento térmico convencional em mufla e quase 20% em relação a amostra sem tratamento.

Gráfico 5 - Relação de concentração de Si (%) nas amostras de CCA em diferentes tempos de tratamento em mufla e reator a plasma, com temperatura constante de 400°C.

No gráfico 5, o mesmo resultado pode-se feito em relação aos tempos de tratamento utilizados. Ressalta-se que novamente a amostra tratada a plasma tem melhores resultados, atingindo o teor de 50,27% de silício com tratamento de uma hora, comparado aos valores de 44,22% e 38,08% obtidos em tratamentos com duração de três e seis horas, respectivamente. 4.2.2 Comparativo de consumo energético

Para a realização do comparativo de consumo energético é necessário obter informações referentes a potência dos equipamentos, e tempo de realização dos ensaios. Abaixo segue tabela com informações técnicas do forno tipo Mufla F1-DM Monofásico, fabricante Fornitec e também do reator a plasma de corrente contínua, utilizados para realizar os tratamentos térmicos.

Tabela 11 - Dados técnicos dos equipamentos utilizados no tratamento térmico

Modelo Tensão (V) Temp. (°C) Potência (W) Corrente (A) Câmara Útil (A x L x P) (mm) Mufla Fornitec F1 - DM Monofásico 220 400-700 2200 10 100x120x150 Reator a plasma CC 700 400 70 0,100 - Fonte: O autor (2019)

Desta forma, para calcular o consumo de energia elétrica por mês é só utilizar a expressão:

Consumo = (Potência do aparelho em Watts x horas de funcionamento)/1.000

Com o objetivo de obter um valor mais preciso, será considerado no cálculo a massa tratada em cada um dos processos. No forno tipo Mufla, as amostras de CCA tinham massa de aproximadamente 30g, enquanto no reator a plasma, foram tratadas cerca de 10g. A partir disto, calcula-se o consumo em kWh para as diferentes condições de tratamento.

Tratamento térmico convencional em mufla com duração de 1 hora. Consumo = [(2200 W x 1 hora)/1.000]/30g

Consumo = 0,07 kWh/g

Tratamento térmico convencional em mufla com duração de 3 horas. Consumo = [(2200 W x 3 horas)/1.000]/30g

Consumo = 0,22 kWh/g

Tratamento térmico convencional em mufla com duração de 6 horas. Consumo = [(2200 W x 6 horas)/1.000]/30g

Tratamento térmico a plasma com duração de 1 hora. Consumo = [(70 W x 1 hora)/1.000]/10g

Consumo = 0,007 kWh/g

Os resultados obtidos foram organizados no gráfico abaixo a fim de demonstrar as diferenças entre os valores obtidos.

Gráfico 6 - Comparativo do consumo de energia por massa de material tratado (kWh/g).

Fonte: O autor (2019)

Percebe-se que para o mesmo período de tratamento de uma hora, o reator a plasma é 10 vezes mais econômico no consumo de energia, em relação ao forno tipo mufla. Considerando que os teores de silício obtidos no tratamento térmico convencional que mais se aproximaram do valor de 50,27% de Si atingido no tratamento a plasma, foi com a duração de 06 horas no forno, pode-se dizer que o tratamento a plasma foi cerca de 62 vezes mais econômico no consumo de energia.