Processamento da Casca de Arroz

3.2.1 Origem

O subproduto CA foi cedido pela Indústria e Comércio de Arroz Fumacense Ltda, que está localizada no município de Morro da Fumaça, região Sul do Estado de Santa Catarina.

Casca de Arroz

Formulação do Pigmento

Calcinação do Pigmento

Caracterização do Pigmento Obtido

Aplicação em Massa Cerâmica

Obtenção e Caracterização da Hematita

Seleção das Matérias-Primas

Carepa de Aço

Obtenção e Caracterização da Sílica Amorfa

Avaliação das Peças Cerâmicas Obtidas Remoção da Hematita não encapsulada

Atualmente, a produção desta indústria é de 130.000 kg de arroz (2.600 sacos de 50 kg) beneficiados diariamente. Deste total, 23% correspondem às cascas, que totalizam 29.900 kg. Do total de casca gerado, 40% é comercializado para os aviários locais e usado como forração para o crescimento das aves, e 60% é queimado gerando as cinzas. Estas correspondem a 4% do total de arroz em casca, e são responsáveis pela geração de aproximadamente 5.200 kg de resíduo diariamente, que são comercializadas para confecção de moldes empregados no processo de fundição.

3.2.2 Procedimento Experimental Para Obtenção da Sílica Amorfa a Partir da Casca de Arroz

O fluxograma apresentado na Figura 10 ilustra de forma sucinta as etapas experimentais realizadas para obtenção da sílica a partir da CA, a qual foi utilizada como matéria-prima alternativa na obtenção do pigmento em questão. No decorrer desta seção, cada etapa será abordada detalhadamente.

Todo o procedimento experimental envolvido nesta etapa foi realizado nas dependências do CTCmat.

3.2.2.1 Testes Preliminares ParaLixiviação Ácida da CA

Antes de ser submetida à etapa de lixiviação ácida, a CA in natura foi analisada por fluorescência de raios X (FRX), difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV).

Para remoção das impurezas metálicas responsáveis pela diminuição da pureza e área de superfície específica da sílica, amostras de CA foram submetidas à lixiviação ácida com soluções de HCl (Fmaia, 37% em volume) e H2SO4 (Quimex, 95-97% em volume) 10% em volume, e

mistura de 10% de HCl e 10% de H2SO4.

Devido ao grande volume ocupado pelas CA, utilizou-se uma proporção de 30 g de casca para cada 500 ml de solução ácida. Estas, foram lixiviadas dentro de recipientes de vidro (béquer de 2 L) no qual permaneceram 2 h sob fervura com agitação manual a cada 20 min e reposição da solução ácida após 1 h de fervura.

Figura 10 - Fluxograma representativo do procedimento experimental seguido para obtenção da

sílica.

3.2.2.2 Lavagem e Secagem da CA Lixiviada

Esta etapa teve como objetivo a eliminação dos íons dissolvidos e do excesso de ácido utilizado. Depois de retiradas das soluções ácidas, as CA lixiviadas foram lavadas várias vezes com água deionizada até se obter pH entre 5 e 6, e, em seguida submetidas a secagem em estufa com circulação de ar forçada Ceramic Instruments SRL durante 110ºC até massa constante.

3.2.2.3 Queima das CA Lixiviadas

As amostras de CA lixiviadas foram submetidas à queima em recipientes cerâmicos de 24,5 cm de diâmetro, cedidas pela Oxford S/A Indústria e Comércio de Louças Cerâmicas situada em São Bento do Sul/SC. A razão do uso de recipientes desta natureza foi devido ao fato da CA ser pouco densa e bastante volumosa o que implicou no uso de um recipiente com

Caracterização da CA in natura

Lixiviação Ácida

Moagem e Prensagem

Caracterização e Avaliação

das Sílicas Obtidas Queima

Caracterização

Micronização Lavagem e Secagem

Caracterização da Sílica Final Obtida

Definição do Procedimento mais Adequado

dimensões que permitissem a queima de uma boa quantidade do material. Estes recipientes são constituídos basicamente por caulim e argilas, sinterizadas a 1210ºC.

Os ciclos térmicos foram realizados em forno elétrico Shaly, modelo Lab 18-1300 CR, com taxa de aquecimento de 5ºC/min e atmosfera oxidante (ao ar). Cada amostra permaneceu na temperatura máxima proposta (600 e 700ºC) durante 3 h.

A Tabela 6 mostra a classificação das amostras de CA submetidas à etapa de lixiviação ácida e posterior queima em comparação com as amostras não lixiviadas, ou seja, somente submetidas a lavagem com água deionizada e submetidas a queima. O processo A corresponde à CA somente lavada com água deionizada, sem processo de aquecimento. O processo B corresponde à CA lixiviada com solução de HCl (10%), o processo C com solução de H2SO4

(10%) e o processo D com mistura de HCl (10%) e H2SO4 (10%).

Tabela 6 - Classificação das amostras de CA obtidas depois da queima.

Temperatura de Queima (ºC) Processo 600 700 A A-6 A-7 B B-6 B-7 C C-6 C-7 D D-6 D-7

3.2.2.4 Caracterização e Avaliação das Sílicas Obtidas Após Queima

Depois de serem queimadas nos ciclos estabelecidos, as amostras de sílica obtidas foram analisadas por FRX, DRX, MEV, difração a laser para determinação da distribuição de tamanho de partículas (DTP), área de superfície específica (ASE) e espectroscopia de UV-visível.

Com base na avaliação das propriedades físicas e químicas apresentadas pelas amostras de sílica obtidas segundo os diferentes procedimentos testados, definiu-se a rota experimental que, incluindo o tipo de solução ácida e o ciclo de queima apresentou os melhores resultados.

Definido o procedimento mais adequado, este foi adaptado com a inclusão das etapas de moagem e prensagem da casca lixiviada, e, micronização da sílica obtida.

A partir deste procedimento, foi obtida a sílica necessária para o desenvolvimento do pigmento em questão.

3.2.2.5 Adaptação das Etapas de Moagem e Prensagem

A necessidade da inclusão destas etapas foi evidenciada devido à pequena quantidade de CA tecnicamente possível de ser calcinada com os equipamentos disponíveis para a realização do procedimento.

Considerando a baixa densidade e o grande volume ocupado pelas cascas in natura foi possível calcinar eficientemente cerca de 30 g de CA lixiviada por etapa, resultando em aproximadamente 6 g de sílica. Nestas condições, a etapa de queima tornou-se muito onerosa para a quantidade de sílica a ser obtida.

Desta forma, as cascas lixiviadas foram moídas a seco em moinho de alta rotação (900 rpm) Gabbrielli SRL, modelo Mill 2, com jarro de porcelana e esferas de alumina (~10 mm de diâmetro) para redução do tamanho das partículas e assim facilitar a compactação.

Depois de moído, o pó obtido foi compactado com auxílio de uma prensa hidráulica manual Gabbrielli SRS modelo L4/110A sob a forma de placas com aproximadamente conforme mostra a Figura 11.

Figura 11 - Fotografias das placas de cascas de arroz lixiviadas, moídas e prensadas.

Definiu-se 15 min como tempo de moagem, pois nesta condição foram obtidas placas com elevada densidade pós-prensagem e com o mínimo de perda de material. Como o objetivo desta etapa era simplesmente reduzir o tamanho das cascas para facilitar a compactação e assim

acelerar a etapa de queima, não foi realizado controle granulométrico das cascas moídas, uma vez que, a sílica obtida seria posteriormente micronizada.

3.2.2.6 Queima e Caracterização da Sílica Obtida Após Adaptação das Etapas de Moagem e Prensagem

As placas confeccionadas foram submetidas ao melhor ciclo de queima conforme determinado na seção 3.2.2.4. A sílica obtida após queima foi caracterizada por FRX, DTP e BET.

3.2.2.7 Micronização e Caracterização da Sílica Final Obtida

A etapa de micronização foi realizada na Empresa Micro Service Indústria Química de Diadema/SP utilizando um micronizador de fabricação própria, modelo MS 150 com capacidade máxima de 40 kg/h. Após este procedimento, a sílica obtida foi caracterizada segundo DTP.