PRECURSORES

Os precursores de geopolímeros podem ser baseados em argila

desidroxilada, ou seja, metacaolina, e uma ampla gama de subprodutos

industriais e agrícolas, tais como escórias de cinzas volantes, escórias de

alumínio e aço, soluções de tratamento de metais usados (Nugteren et al.2011)

Preparo, cinzas de casca de arroz (Bernal et al.2012) e vidro esmagado (Naik

2002). Os precursores necessitam de quantidades significativas de alumínio e /

ou de silício na forma amorfa para facilitar a solubilização alcalina e a

geopolimerização.

Geralmente, os materiais ditos precursores da produção de

geopolímeros são resíduos industriais provenientes da indústria de mineração

e das usinas de termoelétricas, na qual possuem na sua composição sílica e

alumina (aluminosilicatos). De acordo com Goldoni (2014), toda matéria prima

composta de sílica e alumina pode ser viável na síntese de geopolímeros.

Dentre dos precursores mais tradicionais utilizados estão a metacaulinita (argila

calcinada altamente reativa), as cinzas volantes e escórias de alto forno

(resíduos das indústrias siderúrgicas e termoelétricas).

3.3.1 Metacaulinita

O Caulim é uma argila composta principalmente do mineral caulinita,

além de quartzo; feldspato; mica; anatásio ou rutilo (BIGNO, 2008). Quando

tratados termicamente a temperaturas específicas, concebem produtos com

características de grande importância industrial, chamados caulins calcinados

(SOUZA, 2011).

A caulinita (Al

Si

O

(OH)

) é um aluminosilicato formado por tetraedros

de silício e octaedros de alumínio unidos por pontes de oxigênio, conforme

mostra a Figura 3 (SILVA, 2009). No Brasil, é encontrada em jazidas minerais

da região Nordeste e outros estados como, Minas Gerais, Espírito Santo, São

Paulo, Paraná e Rio Grande do Sul, todos com exploração industrial e

comercial (SILVA, 2008).

Figura 4. HGT da caulinita

Fonte: Silva (2008).

A estrutura da caulinita é constituída por átomos que apresentam

ligações covalentes (fortes) entre si, com baixa reatividade. Desta forma, para a

caulinita se transformar em metaculinita (material amorfo e reativo) é

necessário fornecer energia na forma de calor (calcinação) nas temperaturas

entre 700 ºC e 800 ºC, resultando na perda da hidroxila (desidroxilação) e no

colapso e desarranjo da sua estrutura, sem a cristalização dos óxidos

resultantes (NASCIMENTO, 2009).

Segundo os estudos de Davidovits (1999) apud Boca Santa (2012),

temperaturas de calcinação entre 550-650°C ou maiores que 900°C, provocam

uma deficiência na perda de hidroxila, desta forma a temperatura considerada

ideal pelo autor para a calcinação da caulinita é de 750 - 800°C por 6 horas. A

transformação térmica da caulinita para metacaulinita é representa da pela

Figura 4.

Figura 5. Transformação térmica da caulinita para metacaulinita.

Fonte: Adaptada de Souza (2011).

Na produção do geopolímero segundo Li et al. (2010), as fontes dos

metacaulins utilizados podem variar de acordo com o tamanho das partículas,

pureza e cristalinidade da origem da caulinita, no entanto, essa variedade de

formas quando incorporadas na mistura não afetam significativamente o

comportamento reológico e o grau de reação álcali-ativado. Souza (2011)

ressalta que as propriedades físicas e químicas do geopolímero são

melhoradas com a metacaulinita, levando em consideração a origem, o

tamanho das partículas e as condições de

calcinação da matéria- prima. Além disso, a

metacaulinita de alta reatividade (produto

refinado e sem impurezas) melhora as propriedades mecânicas e a

durabilidade do concreto (MEDINA, 2011).

3.3.2 Cinzas Volantes

As cinza volantes são resíduos provenientes da queima do carvão

mineral, utilizado para produzir energia elétrica nas usinas termoelétricas

(BIGNO, 2008). Estas cinzas possuem na sua composição basicamente cristais

de sílica (SiO

), alumina (Al

O

), óxido férrico, Fe

O

, outros componentes tais

como MgO, Na

O, K

O, SO

MnO e TiO

, bem como partículas de carbono não

consumidas durante a combustão (SIQUEIRA, 2011). Em geral, são partículas

mais finas do que o cimento Portland e cal, variando em diâmetro de menos de

1 µm e não mais do que 150 µm, além de possuir estrutura esférica

(HARDJITO & RANGAN, 2005).

750 - 800°C

Caulinita Al2Si2O5(OH)4

Metacaulinita Al2Si2O7

As cinzas volantes são classificadas em classe F e classe C de acordo

com a norma americana ASTM C 618. A classe F constitui todas as cinzas que

apresentam baixo teor de cálcio (menor que 10% de CaO) e são obtidos da

queima de antracito ou carvão betuminoso. Já a classe C apresenta alto teor

de cálcio (percentuais entre 10 e 30% de CaO) e são produtos da queima de

lignito ou carvão sub-betuminoso e tem propriedades pozolânicas e cimentícias

(SIQUEIRA, 2011; HARJITO & RANGAN, 2005).

Segundo Vargas et al. (2007), as cinzas volantes são aproveitadas nas

indústrias cimenteiras e concreteiras devido a sua propriedade pozolânica, no

entanto, existe um sério problema econômico e ambiental quanto ao seu

descarte, pois somente estas indústrias não conseguem suprir todo resíduo

gerado. Para reaproveitar este subproduto e ajudar no problema ambiental, o

autor afirma que as cinzas volantes podem ser utilizadas na produção de

cimentos álcali-ativados, obtidos em um ambiente fortemente alcalino e que

não necessita do clíquer na sua composição.

3.3.3 Escórias de Alto Forno

A escória de alto-forno é um resíduo decorrente da fabricação do ferro

gusa, formado pelas reações químicas do minério de ferro e dos materiais

fundentes. Além de conter aluminossilicatos, a escória ainda possui óxidos de

ferro e manganês em sua composição. Bigno (2008) salienta que a escória é

retirada na forma de um líquido, no qual é resfriado a 1350 – 1550 ºC de forma

lenta ou rápida modificando as propriedades da matéria-prima.

Quando resfriada lentamente, a escória começa a cristalizar-se

formando cristais tais como mervinita, melilita e silicato dicálcico, diopsídio (nas

escórias ácidas). Nesta condição cristalina, a escória não possui característica

de aglomerante e neste caso pode ser utilizada como agregados. Quando

resfriada rapidamente, de forma que os íons não se organizem formando

cristais, é formada uma estrutura vítrea que possui maior nível de energia

comparada às escórias cristalinas. Este fato explica termodinamicamente o

poder aglomerante da escória, uma vez que os compostos hidratados têm

menor nível de energia, sendo por isso mais estáveis que as cristalinas (JOHN,

1995).