Sociedade Brasileira de Química ( SBQ)
33a Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química
Efeito da Ativação Mecanoquímica na Formação de Cordierita.
Constança A. de Azevedo1,2* (PQ), Marta E. Medeiros2 (PQ) e Francisco M. S. Garrido2 (PQ).
* constanca@iq.ufrj.br
1- Instituto de Pesquisas da Marinha, Rua Ipiru,2 - Ilha do Governador, Rio de Janeiro, RJ, Brasil. 2 - Instituto de Química - UFRJ, Av. Athos da Silveira Ramos, 149, Centro de Tecnologia, Bloco A, sala 632. CEP 21949-9009, Cidade Universitária, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Palavras Chave: Mecanoquímica, cordierita, Processos Hidrotérmicos, Sílica.
Introdução
A ativação mecanoquímica é utilizada com o objetivo de diminuir a temperatura em que ocorrem reações no estado sólido.1-3 Durante a ativação mecanoquímica parte da energia cinética dos elementos de moagem pode ser utilizada para que ocorram reações entre os componentes da mistura.1 Um caso especial ocorre quando água está presente no meio, o que permite que reações de hidrólise ocorram.2 Alguns autores consideram inclusive a possibilidade de ocorrência de reações típicas de sistemas hidrotérmicos durante o processo de ativação mecanoquímica.4
O objetivo deste trabalho consiste em avaliar o efeito da ativação mecanoquímica, em meio aquoso, na preparação de cordierita.
Uma mistura reacional constituída por MgO, Al(OH)3 e SiO2, em uma proporção não estequiométricas com relação à alfa-cordierita – 28,5 mol% de MgO, 28,5 mol% de Al2O3 e 43 mol%
de SiO2, – foi ativada mecanicamente em diferentes tempos de moagem e de relação M/C (massa da mistura de precursores/ massa dos elementos de moagem). No processo de ativação mecanoquímica a mistura foi colocada em frascos Nalgene, juntamente com os elementos de moagem (cilindros de zircônia) e água. A ativação foi realizada num moinho de rolo (baixa energia) com velocidade constante de 100 rpm, por um período de até 72 h.
Após a ativação e secagem a 120 oC, as amostras obtidas foram calcinadas em várias temperaturas, por 2 h. As fases presentes nos materiais resultante foram determinadas por Espectroscopia Vibracional no Infravermelho (IV) e por Difração de Raios X de pó (DRX).
Resultados e Discussão
Os resultados de DRX e IV (tabela 1) indicam que a ativação mecanoquímica da mistura possibilitou a hidratação do MgO e a formação de um silicato hidratado lamelar de magnésio (SHLM)4, após a secagem a 120 ºC. Nas amostras calcinadas a 950 ºC, observamos a formação da fase μ- cordierita (μ-Mg2Al4Si5O18) e o desaparecimento da fase lamelar (SHLM), sendo que, a quantidade de μ- cordierita formada cresce com o aumento da intensidade da ativação mecanoquímica (M/C=1/100 e t=72h). O tratamento térmico em 1.250ºC, leva à formação de α-cordierita. Nas amostras calcinadas a 1.350ºC parece não haver diferenças significativas nas quantidades de α-
cordierita e espinélio de magnésio formadas nas diversas condições de ativação mecanoquímica.
Tabela 1. Fases presentes no material sólido após ativação mecanoquímica e tratamento térmico.
tratamento térmico (°C) 2h
tempo de
moagem (h) M/C fases formadas 48 1/80 SiO2, Mg(OH)2*,
Al(OH)3, SHLM.
120 1/100 SiO2, Al(OH)3, SHLM.
72 1/80 SiO2, Mg(OH)2*, Al(OH)3, SHLM.
1/100 SiO2, Al(OH)3, SHLM.
48 1/80 SiO2, MgSiO3, Mg2SiO4, MgAl2O4
950 1/100 MgSiO3, MgAl2O4, μ-Mg2Al4Si5O18
72 1/80
SiO2*, MgSiO3, MgAl2O4, μ-Mg2Al4Si5O18
1/100 MgSiO3*, MgAl2O4, μ-Mg2Al4Si5O18 SHML.- silicato hidratado lamelar de Mg, composto em negrito – composto amorfo, M/C=massa dos elementos de moagem/massa da mistura reacioanal, * - composto em quantidade pequena.
Conclusões
A formação dos compostos Mg(OH)2 e silicato de magnésio hidratado lamelar (SHLM) durante a moagem, em meio aquoso, evidencia a ativação mecanoquímica dos compostos de partida, provavelmente, segundo um mecanismo reacional de hidrólise similar ao encontrado em reações hidrotérmicas. O emprego da ativação mecanoquímica nas condições analisadas possibilitou a obtenção de μ-cordierita a 950ºC. A formação de α-cordierita se dá por uma transformação de fase a 1.250ºC , da μ-cordierita em α-cordierita. A fase espinélio (MgAl2O4) é formada em paralelo às duas formas cristalinas de cordierita, sem uma participação significativa na formação destas.
Agradecimentos
Ao NUCAT e IMA /UFRJ pela dos dados de DRX e ao IQ/UFRJ, na pessoa de Leonice Bezerra, pelas análises de espectroscopia no infravermelho. Ao CNPq pelo apoio financeiro.
__________________________________________________________________
1 L.Tabacks, Progress in Materials Science, 2002, 47, 355.
2 M.K. Beyer, H. Clausen-Schaumann, Chem. Rev. 2005, 105, 2921.
3 d' Azevedo, C.A., Estudo da Ativação Mecanoquímica do Sistema MgO-Al2O3-SiO2, tese de doutorado, IQ/UFRJ, 2007, outubro.
4 V.V Boldyrev, Powder Technol. 2002, 122, 247.
