Estudo da amorfização do caulim para aplicação como material pozolânico

Texto

(1)Universidade Federal do Rio Grande do Norte Centro de Ciência Exatas e da Terra Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. ESTUDO DA AMORFIZAÇÃO DO CAULIM PARA APLICAÇÃO COMO MATERIAL POZOLÂNICO. Everton Henrique Andrade de Araújo. Natal - RN 2016.

(2) Everton Henrique Andrade de Araújo. ESTUDO DA AMORFIZAÇÃO DO CAULIM PARA APLICAÇÃO COMO MATERIAL POZOLÂNICO. Dissertação apresentada ao Centro de Ciências Exatas e da Terra da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, em cumprimento às exigências para obtenção de grau de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais.. Orientador: Dr. Marcus Antônio de Freitas Melo. Natal – RN 2016.

(3) Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Sistema de Bibliotecas - SISBI Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede Araújo, Everton Henrique Andrade de. Estudo da amorfização do caulim para aplicação como material pozolânico / Everton Henrique Andrade de Araújo. - 2016. 104 f.: il. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Ciências Exatas e da Terra, Programa de Pós Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. Natal, RN, 2016. Orientador: Prof. Dr. Marcus Antonio de Freitas Melo.. 1. Caulim - Dissertação. 2. Tratamento térmico - Dissertação. 3. Metacaulim - Dissertação. 4. Atividade pozolânica - Dissertação. I. Melo, Marcus Antonio de Freitas. II. Título. RN/UF/BCZM. CDU 679.861.

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(5) Dedicatória. Dedico este trabalho primeiramente aos meus pais e familiares, por terem incentivado e acreditado no meu potencial, na vida acadêmica e pessoal..

(6) AGRADECIMENTOS. Agradeço primeiramente a Deus por ter me concedido está oportunidade e sabedoria para vencer as adversidades durante está trajetória, iluminando meus caminhos. A minha mãe e ao meu pai por estarem sempre ao meu lado incentivando-me ao longo dos estudos e nos momentos difíceis, pela perseverança e sobretudo sabedoria e humildade para enfrentar os obstáculos. Aos meus tios e tias, primos e familiares em geral por me fazerem acreditar que tudo é possível. A minha namorada Ana Luiza pela compreensão e incentivo. Ao meu orientador Dr. Marcus Antônio de Freitas Melo, e a professora Dra. Dulce Maria de Araújo Melo, primeiramente pela oportunidade concedida, por ter passado confiança na execução deste trabalho no LABTAM. Pela orientação, colaboração. Ao Prof. Dr. Júlio Cezar, pelas orientações e sugestões. A Universidade Federal do Rio Grande do Norte, e ao programa de pósgraduação de ciência e engenharia de materiais (PPGCEM) pela infraestrutura e apoio docente na execução desde trabalho. Ao Vitor Rodrigo pelas orientações e sugestões. Marcelo, Rodolfo, Ângelo, Pedro Paulo e Gilvan, pelo companheirismo diante das atividades e momentos difíceis, e troca de ideias. Aos amigos e companheiros que fazem parte do LABTAM, Elânia, Karine, Gabi, Talitha, Rebeca, Lívia, Gineide, Flávia, Ciro, Thiago, Andrey e Alexandre, pela ajuda e companheirismo. Aos amigos do Núcleo Tecnológico de Cimentação de Poços de Petróleo, Tomaz, Fabricio e Adriano pelo auxílio nos experimentos, muito obrigado..

(7) Aos amigos da graduação, Arthur, Amisson, Gilberto, Janieli, Isabel, Anallicy, Wendy, Edson, Natane, Luana Márcia e Luana Cruz, pelo apoio e companheirismo. A CAPES pelo apoio financeiro. E a todas as pessoas que de alguma forma colaboraram para a melhoria deste trabalho..

(8) “ Nas grandes batalhas da vida, o primeiro passo para a vitória é o desejo de vencer. ” Mahatma Gandhi.

(9) Resumo. Dentre os argilominerais largamente estudados e aplicados na grande área dos materiais cerâmicos e outras áreas, a caulinita se destaca, devido as suas características e desempenho tecnológico. O Estado do Rio Grande do Norte, possui um grande potencial na exploração deste mineral, onde a principal forma de extração é a lavra. O caulim desta região, caracteriza-se como de origem primária interperizada, devido a sua formação e características locais, diferenciando-o dos caulins de outras regiões. Para isso, o caulim obtido foi submetido a um tratamento térmico, onde foi constatada uma gradativa amorfização da estrutura cristalina característica do material. Com a obtenção da forma amorfa em laboratório, também denominada metacaulinita, foi possível a realização de uma investigação sobre as características pozolânicas frente a outro material já consolidado no mercado. Dessa forma o objetivo deste trabalho é investigar a amorfização do caulim industrial, oriundo da região pegmatítica do Seridó do RN, e comparar a sua atividade pozolânica com um metacaulim comercial amplamente utilizado. Para isto, foram usadas as técnicas de Fluorescência de raios X (FRX); Difração de raios X (DRX); Análise. Termogravimétrica. (TG);. Análise. Térmica. Diferencial. (DTA);. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV); Granulometria a Laser; Massa Específica e Índice de Atividade Pozolânica com a Cal. Após as caracterizações pode-se observar. que o metacaulim oriundo da região em. estudo possui boas características químicas e mineralógicas, com a obtenção de um bom grau de amorfização em baixas temperaturas e distribuição granulométrica próxima do material comercial analisado. A partir do resultado da atividade pozolânica, o metacaulim obtido em laboratório apresentou um grande potencial na formação das fases hidratadas, sendo de grande importância na área de cimentação, dentre outros. Palavras Chaves: Tratamento térmico, caulim, metacaulim, atividade pozolânica.

(10) Abstract. Among the clay minerals widely studied and applied in the large area of ceramic materials and other areas, kaolinite stands out due to its characteristics and technological performance. The State of Rio Grande do Norte has great potential in the exploration of this mineral, where the main form of extraction is the mining. The kaolin of this region, is characterized as of primary interperizada origin, due to its formation and local characteristics, differentiating it of the Kaolins of other regions. For this, the obtained kaolin was submitted to a thermal treatment, where a was verified a gradual amorphization was found of the crystalline structure characteristic of the material. By obtaining the amorphous form in the laboratory, also called metacaulinite, it was possible to carry out an investigation on the pozolanic characteristics compared to other materials already consolidated in the market. Thus the objective of this work Is to investigate the amorphization of industrial kaolin, coming from the pegmatitic region of Seridó RN, and to compare its pozzolanic activity with a commercially used metakaolin. For this, we used the techniques of fluorescence X-ray (XRF); X-ray diffraction (XRD); Thermogravimetric Analysis (TG); Differential Thermal Analysis (DTA); Scanning Electron Microscopy (SEM); Laser Granulometry; Specific Mass and Pozzolanic Activity Index with Cal. After characterization, it can be observed that metakaolin from the study region It has good chemical and mineralogical characteristics, with a good degree of amorphization at low temperatures and distribution close to the commercial material analyzed. From the result of pozzolanic activity the metakaolin obtained in the laboratory, presented a great potential in the formation of the hydrated phases, being of great importance in the area of cementation, among others. Key words: Heat treatment, kaolin, metakaolin, pozzolanic activity.

(11) LISTA DE FIGURAS. Figura 2.1 - Representação esquemática da estrutura cristalina do caulim e os booklet .................................................................................................................. 26. Figura 2.2 - Representação esquemática da estrutura da caulinita...................... 26. Figura 2.3 - Localização Junco – Seridó............................................................... 31. Figura 2.4 - Pilhas de rejeitos amontoados sob a vegetação................................ 32. Figura 2.5 - Trecho subterrâneo de Mina que contribui para acidentes................ 32. Figura 2.6 - Mapa de localização área do Seridó.................................................. 33. Figura 2.7 - Célula unitária da caulinita, visão das camadas antes do processo térmico................................................................................................................... 35. Figura 2.8 - Dinâmica da amorfização da caulinita durante o processo térmico................................................................................................................. Figura 3.1- Caulim industrial................................................................................ Figura 3.2- Metacaulim comercial ........................................................................ 36 50 50. Figura 3.3 - Fluxograma do Procedimento Experimental de Preparação, Obtenção e caracterizações do Caulim e Metacaulim.......................................... 53. Figura 3.4 - Metacaulim obtido a 650°C............................................................... 54. Figura 3.5 - Pastas homogêneas obtidas, a esquerda, com o Met100, a direita pasta homogênea com o Metcom......................................................................... 59. Figura 3.6 - Pastas em moldes plásticos, formulação com Metcom .................... 59. Figura 3.7 - Pastas em moldes plásticos, formulação com Met100...................... 60. Figura 4.1 - Difratogramas dos caulins passados por peneiras de a) 100, b) 200 e c) 325 mesh................................................................................................. 63. Figura 4.2 - Curvas de TG / DTG para o caulim industrial.................................... 64. Figura 4.3 - Curva Granulométrica do caulim industrial ....................................... 65. Figura 4.4 - Curva granulométrica do caulim industrial passado por peneira de 100 mesh .............................................................................................................. 65. Figura 4.5 - Curva Granulométrica do caulim industrial passado por peneira de 200 mesh .............................................................................................................. 66.

(12) Figura 4.6 - Curva Granulométrica do caulim industrial passado por peneira de de 325 mesh.......................................................................................................... 66. Figura 4.7 - Difratogramas de Raios X do metacaulim obtido em laboratório, passados pela peneira de 100 mesh nas temperaturas de 650 ,750 ,850 e 950°C por 3h / 10 min ........................................................................................... 69. Figura 4.8 - Difratogramas de Raios X do metacaulim obtido em laboratório, passados pela peneira de 200 mesh nas temperaturas de 650 ,750 ,850 e 950°C por 3h / 10 min ........................................................................................... 70. Figura 4.9 - Difratogramas de Raios X do metacaulim obtido em laboratório, passados pela peneira de 325 mesh nas temperaturas de 650 ,750 ,850 e 950°C por 3h / 10 min ........................................................................................... 71. Figura 4.10 - Curva TG / DTA do Met325 calcinado a 650°C por 3h / 10 min...... 73. Figura 4.11 - Curva TG / DTA do Met325 calcinado a 750°C por 3h / 10 min...... 73. Figura 4.12 -Curva TG / DTA do Met325 calcinado a 850°C por 3h / 10 min ...... 74. Figura 4.13 - Curva TG / DTA do Met325 calcinado a 950°C por 3h / 10 min...... 74. Figura 4.14 - Curva granulométrica do Met100 mesh calcinados por 3h / 10 min......................................................................................................................... 75. Figura 4.15 - Curva granulométrica do Met100 mesh calcinados por 3h / 10 min......................................................................................................................... 75. Figura 4.16 - Difratograma de Raios X do metacaulim 78 comercial............................................................................................................... Figura 4.17 - Curva TG / TDA do metacaulim comercial...................................... 79 Figura 4.18 - Curva Granulométrica do metacaulim comercial............................. 80 Figura 4.19 - Micrografias do caulim industrial com ampliações a) 2.000x e b) 3.500x.................................................................................................................... 82. Figura 4.20 - Micrografias do caulim industrial passados pela peneira de 325 mesh com ampliações c) 2.000x e d) 3.500x....................................................... 82. Figura 4.21 - Micrografias do Met325 mesh obtidos a 650°C por 3h / 10 min com ampliações e) 2.000x e f) 3.500x e para o Metcom com ampliações g) 2.000x e h) 3.500x................................................................................................. 83. Figura 4.22 - Difratograma de Raios X, comparação entre as atividades pozolânicas após 7 dias do metacaulim obtido em laboratório e metacaulim comercial.............................................................................................................. Figura 4.23 -. Difratograma de Raios X, comparação entre as atividades. 85.

(13) pozolânicas após 28 dias do metacaulim obtido em laboratório e metacaulim comercial............................................................................................................... 86. Figura 4.24 - Curvas TG/DTG da mistura Met100 + Cal + água após 7 dias de cura. ...................................................................................................................... 88. Figura 4.25 - Curvas TG/DTG da mistura Met325 + Cal + água após 7 dias de cura. ...................................................................................................................... 88. Figura 4.26 - Curvas TG/DTG da mistura Metcom + Cal + água após 7 dias de cura. ...................................................................................................................... 89. Figura 4.27 - Curvas TG/DTG da mistura Met100 + Cal + água após 28 dias de 90 cura. .................................................................................................................... Figura 4.28 - Curvas TG/DTG da mistura Met325 + Cal + água após 28 dias de cura. ..................................................................................................................... 90 Figura 4.29 - Curvas TG/DTG da mistura Metcom + Cal + água após 28 dias de cura. ................................................................................................................. 91. Figura 4.30 - Gráfico de barras mostrando as perdas de massa obtidas nas curvas termogravimétricas da mistura Ca(OH)2 + pozolana e água..................... 92.

(14) LISTA DE TABELAS. Tabela 2.1 - Composição química teórica do caulim.................................... 25. Tabela 2.2 - Composição Química de Metacaulim de Alta Reatividade....... 39. Tabela 2.3 - Exigências Químicas segundo a NBR 12653 (1992)................ 44. Tabela 2.4 - Exigências Físicas segundo a NBR 12653 (1992).................... 45. Tabela 3.1 - Materiais utilizados no procedimento experimental ................. 48. Tabela 3.2 - Codificação dos materiais utilizados......................................... 49. Tabela 3.3 - Especificações do Ca(OH)2 ..................................................... 51. Tabela 4.1 - Composição química do caulim industrial obtida por Fluorescência de raios X ............................................................................. 62. Tabela 4.2 - Distribuição granulométrica do caulim industrial e passados por peneiras de malha 100, 200 e 325 mesh ............................................... 67. Tabela 4.3 - Massa específica do caulim industrial e passado por peneiras de malha100 e 325 mesh .............................................................. 67. Tabela 4.4 - Composição química do Met325 obtido por Fluorescência de raios X para, calcinado a 650°C por 3h /10 min ........................................ 68. Tabela 4.5 - Distribuição Granulométrica do Met100 e Met325 calcinados a 650°C por 3h /10 min................................................................................ 76. Tabela 4.6 - Massa específica das melhores amostras obtidas, correspondentes a Met100 e Met325, ambas calcinadas a 650°C por 3h /10 min ......................................................................................................... Tabela 4.7 - Composição Química do Metacaulim comercial obtida por. 77. Fluorescência de raios X ............................................................................ 77. Tabela 4.8 - Distribuição Granulométrica do Metacaulim comercial....................................................................................................... 81 Tabela 4.9 - Dados referente a Massa Específica do metacaulim comercial....................................................................................................... 81 Tabela 4.10 Perdas de massa obtidas nas curvas termogravimétricas da mistura Ca(OH)2 + pozolana e água............................................................. 91.

(15) LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS. # - Abertura da malha de peneiras- Mesh ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas ASTM – American Society of Testing and Materials BET – Superfície Específica °C – Graus Celsius C3S – Aluminato Tricálcico CP I – Cimento Portland Comum CP IV – Cimento Portland Resiste a Sulfatos C-S-H – Silicato de Cálcio Hidratado Ca(OH)2 – Hidróxido de Cálcio (Portlandita) CA/Si – Proporção Cálcio Sílica DRX - Difração de raios X DTA – Differential Thermal Analysis DTG – Differential Thermogravimetric FRX – Fluorescência de raios X JCPDS - Joint Commitee on Powder Diffraction Standards MEV – Microscopia Electrônica de Varredura NBR – Norma Brasileira Registrada NTCPP - Núcleo Tecnológico de Cimentação de Poços de Petróleo TG – Thermogravimetric Analysis.

(16) Sumário CAPÍTULO 1 ................................................................................................................................. 18 1 Introdução ............................................................................................................................ 19 1.1 Objetivos ....................................................................................................................... 20 1.1.1 Objetivos Gerais ..................................................................................................... 20 1.1.2 Objetivos Específicos .............................................................................................. 20 CAPÍTULO 2 ................................................................................................................................. 22 2 Revisão da Literatura............................................................................................................ 23 2.1 Caulim............................................................................................................................ 23 2.1.1 Características Tecnológicas .................................................................................. 23 2.1.2 Composição e estrutura do caulim ........................................................................ 25 2.1.3 Geologia e depósitos do caulim ............................................................................. 27 2.1.3.1 Caulim Primário ............................................................................................... 28 2.1.3.2 Caulim Secundário........................................................................................... 29 2.1.4 Produção no Brasil ................................................................................................. 30 2.1.5 Caulim da região Borborema do Seridó ................................................................. 31 2.2 Metacaulim ................................................................................................................... 35 2.2.1 Características mineralógicas físicas e químicas .................................................... 38 2.2.1.1 Características mineralógicas .......................................................................... 38 2.2.1.2 Características Físicas ...................................................................................... 39 2.2.1.3 Características Químicas ................................................................................. 39 2.2.2 Aplicações do metacaulim...................................................................................... 40 2.2.3 Mercado do Metacaulim ........................................................................................ 41 2.2.4 Promotores da Amorfização .................................................................................. 42 2.2.4.1 Calcinação ....................................................................................................... 42 2.2.4.2 Método básico de produção ........................................................................... 43 2.2.4.3 Moagem .......................................................................................................... 43 2.3 Pozolanas....................................................................................................................... 44 2.3.1 Reações Pozolânicas............................................................................................... 47 CAPÍTULO 3 ................................................................................................................................. 48 3 Materiais e Métodos ............................................................................................................ 49 3.1 Materiais ....................................................................................................................... 49 3.1.1 Codificação dos materiais ...................................................................................... 52.

(17) 3.2 Métodos ........................................................................................................................ 52 3.2.1 Obtenção do Metacaulim....................................................................................... 54 3.3 Caracterização dos Materiais ........................................................................................ 55 3.3.1 Fluorescência de raios X (FRX)................................................................................ 55 3.3.2 Difração de raios X (DRX) ....................................................................................... 55 3.3.3 Análise Termogravimétrica (TG)............................................................................. 56 3.3.4 Análise Térmica Diferencial (DTA) .......................................................................... 56 3.3.5 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV).......................................................... 56 3.3.6 Distribuição de Tamanho de Partículas.................................................................. 57 3.3.7 Massa Específica..................................................................................................... 57 3.4 Índice de Atividade Pozolânica...................................................................................... 57 3.4.1 Determinação da Atividade Pozolânica com a Cal ................................................. 58 CAPÍTULO 4 ................................................................................................................................. 62 4 Resultados e Discussão ........................................................................................................ 63 4.1 Caracterização dos Materiais ........................................................................................ 63 4.1.1 Caulim..................................................................................................................... 63 4.1.2 Metacaulim ............................................................................................................ 69 4.1.3 Metacaulim Comercial ........................................................................................... 78 4.2 Avaliação da atividade Pozolânica do Metacaulim ....................................................... 85 4.2.1 Índice de atividade pozolânica com a Cal .............................................................. 85 4.2.1.1 Difração de raios X (DRX)................................................................................ 85 4.2.1.2 Análise Termogravimétrica (TG) ..................................................................... 88 CAPÍTULO 5 ................................................................................................................................. 95 5 Conclusão ............................................................................................................................. 96 REFERÊNCIAS ............................................................................................................................... 98 Referências .............................................................................................................................. 99.

(18) CAPÍTULO 1 Introdução.

(19) 19. 1 Introdução Dentre os minerais utilizados pela indústria e bastante abundante na província Pegmatítica da Região do Borborema / Seridó, temos a caulinita, constituindo-se como matéria-prima de boa qualidade que possui várias propriedades, como boa distribuição granulométrica e alvura, apresentando um grande potencial em diversas aplicações na indústria. O Estado do Rio Grande do Norte, possui um potencial para produção mineral, desde o período da segunda Guerra Mundial, predominando uma variedade de substâncias minerais como feldspato, quartzito, mica, diatomita, caulim dentre outros minerais de alto valor agregado. Todos estes podem ser encontrados na província pegmatítica da região do Borborema / Seridó, que abrange uma área de aproximadamente 20.000 Km, situada mais precisamente entre os estados do Rio Grande do Norte com a Paraíba na região Junco/Seridó (PDP, 2009). O argilomineral Caulinita, comercialmente conhecido como caulim é um dos minerais mais extraídos desta região, sendo obtido por alterações de pegmatitos do grupo Seridó de idade pré-cambriana, possuindo uma variação extensa de tamanho (SILVA E DANTAS, 1997). O caulim extraído em lavra dessa região, é de origem primária interperizada, devido a sua formação e características locais, as quais o diferencia de caulins de outras regiões, como os da região sudeste e norte do Brasil. Possuindo como diferenciais, uma granulometria mais fina, maior alvura, ausência do mineral haloisita, cristais com perfis hexagonal e boa cristalização, sendo a caulinita o componente mineralógico principal. Devido a essas características, o caulim desta região possui sua maior aplicação na indústria como cobertura de papel e cerâmica branca. Após um temperaturas. de. processo de 650°C. e. ativação. 850°C. térmica,. (KAKALI,. geralmente. 2001). e. um. entre. as. preliminar. beneficiamento do caulim, através de moagem e peneiramento é obtido um material amorfo de estrutura cristalina desordenada. Estes materiais são constituídos principalmente por Sílica e Alumina. Durante a calcinação a.

(20) 20. caulinita que é um alumino silicato hidratado Al2Si2O5(OH)4, perde as hidroxilas da estrutura lamelar, transformando-se na metacaulinita de fórmula Al2Si2O7 de elevada finura e muito instável, logo passível de reações, devido as cargas do alumínio e sílica. Após o tratamento térmico, é obtido um material pozolânico, por possuir boa amorficidade. Umas das características dos materiais pozolânicos é sua reação com o hidróxido de cálcio Ca(OH)2 (Portlandita), gerado durante a hidratação do cimento Portland, formando produtos hidratados, como o C-S-H. Um dos parâmetros destes materiais é seu índice de atividade pozolânica que está relacionada com a cristalinidade do material de partida. (BICH, 2005). Dentro deste contexto, o presente trabalho teve como fator norteador, promover uma avaliação do caulim proveniente da região do Seridó do RN, na obtenção de um material pozolânico.. 1.1 Objetivos. 1.1.1 Objetivos Gerais. Verificar a potencialidade do metacaulim, obtido através de um caulim, oriundo da província pegmatítica da região do Borborema/Seridó, mais precisamente da região de parelhas, realizando um estudo da sua amorfização, bem como uma ampla caracterização físico-química, e ao final estabelecer diferenças frente uma pozolana comercial.. 1.1.2 Objetivos Específicos.  Verificar parâmetros mineralógicos, físicos e químicos do caulim industrial;  Realizar um tratamento térmico para obtenção da metacaulinita;.

(21) 21.  Verificar a amorficidade e características físicas e químicas do metacaulim definido como metacaulim obtido em laboratório;  Executar um teste de atividade pozolânica, com a pozolana obtida em laboratório e a comercial;.  Fazer. comparativos,. levantado. caracterizações dos materiais.. argumentos. baseado. nas.

(22) 22. CAPÍTULO 2 Revisão da Literatura.

(23) 23. 2 Revisão da Literatura 2.1 Caulim. O termo caulim é utilizado tanto para denominar a rocha em que o mineral caulinita é encontrado como principal constituinte, bem como produto resultante do beneficiamento. O caulim é uma rocha que possui uma granulometria fina, constituída de material argiloso, normalmente, de baixo teor de ferro, com coloração branca ou quase branca, de acordo com Da Luz (2005). Em virtude de suas características e propriedades físico-químicas é largamente utilizado na indústria em diversos segmentos, tornando-se uma matéria prima de alto valor tecnológico. De acordo com ceramistas chineses e geólogos, as primeiras porcelanas brancas, que eram compostas em sua maioria por caulim existiram na dinastia do imperador Ching-Tsung, reinando ente 998 a 1023. A primeira aparição do termo “terra de Kauling” foi em 1604 em um documento chinês, da dinastia Ming. Outros artigos também foram encontrados na literatura entre os anos de 1682 e 1815, inclusive na History of Fouliang-Hsien e no livro Ching-teh-chien Tau Luh, respectivamente. Kauling que significa cume alto foi o nome dado à argila branca, (CHEN et al. 1997). A exportação da argila “Kauling” teve início no século XVII, sendo conhecida como “era dourada”, onde algumas reservas na China foram esgotadas e posteriormente outras foram descobertas. O termo Caulinita foi proposto pela primeira vez por Johnson e Blake em 1867, que a denominou como espécie contida no caulim. Também no passado era usado o termo “China clay” para fazer referência ao local de sua descoberta.. 2.1.1 Características Tecnológicas. O mineral caulim possui uma gama de aplicações, descritas ao longo da literatura em vários segmentos. Segundo Murray (1986) a aplicação industrial.

(24) 24. do Caulim deve-se muito às suas características tecnológicas descritas a seguir:. . Único mineral industrial quimicamente inerte em um grande intervalo de pH;. . Branco ou quase branco;. . Capacidade de cobertura quando usado como pigmento e como reforçador para aplicações como carga;. . Fácil dispersão;. . Compatibilidade com praticamente todos os adesivos (proteína, caseína), devido à sua insolubilidade e inércia química;. . Baixa condutividade térmica e elétrica;. . Maciez e pouca abrasividade;. . Competitividade em preço com materiais alternativos.. Em virtude destas características, o caulim é matéria prima em diversas indústrias: . Papel: devido as propriedades tais como: brancura, opacidade, grande área superficial e baixa abrasividade.. . Cerâmica branca: o caulim é suporte fundamental no fornecimento de óxido de alumínio (Al2O3) o qual é peça chave no processo de vitrificação além de conferir cor branca à massa cerâmica.. . Plásticos: o caulim é utilizado como carga mineral na produção do nylon, poliolefinas, poliuretano, polietileno insaturado, dentre outros, tem a função de fornecer um acabamento liso, ocultando fibras e reduzindo o risco de fratura.. . Tintas: o caulim necessita ser de ótima qualidade, ou seja, de boa granulometria e brancura. São utilizados para melhorar as seguintes propriedades das tintas: estabilidade da suspensão, viscosidade,.

(25) 25. nivelamento ou acabamento, maciez e resistência após a secagem, além de resistência às intempéries. . Indústria da Borracha: é a principal carga não negra, cerca de 50% na fabricação da borracha. Confere aumento da resistência mecânica, da abrasão e da rigidez.. . Catalisadores: Na indústria do petróleo, o caulim é utilizado como suporte para catalisadores de craqueamento de petróleo e gás. Utilizase nesta aplicação material com alto teor de caulinita com granulometria 92% inferior a 2dm, propiciando resistência física do produto ao atrito.. . Concreto de alto desempenho: nesta aplicação o caulim é utilizado na sua forma meta, onde o argilomineral é submetido a um processo de calcinação entre 560°C e 980°C. Confere alta resistência, aumento de fluidez e reduz a quantidade de água do processo. A metacaulinita é utilizada também em sistemas à base de cimento Portland.. . Refratários: que são materiais manufaturados, nesta aplicação, o argilomineral pode ser do tipo residual ou sedimentar, desde que contenha baixo teor de impurezas e possua resistência no processo de moldagem e após a queima (FARIAS, 2009).. 2.1.2 Composição e estrutura do caulim. A caulinita é um filossilicato argilomineral formado por um grupo de silicatos hidratados de alumínio, principalmente caulinita e haloisita, podendo ocorrer na presença de outros minerais como por exemplo a dickita, nacrita, folerita, anauxita, colirita e tuesita (SANTOS, 1975). Embora o mineral caulinita seja o principal constituinte do caulim, outros elementos além do alumínio, silício, hidrogênio e oxigênio estão presentes na forma de impurezas, desde traços, até impurezas na faixa de 40 a 50% em volume, estas impurezas são.

(26) 26. constituídas de um modo geral, de quartzo, palhetas de mica, grãos de feldspato, óxidos de ferro, titânio, manganês, potássio e sódio, etc. Sua célula fórmula química é expressa na forma Al4(Si4O10) 2.H2O (CRISCUOLO, 2001). Sua composição química teórica encontra-se detalhada na Tabela 2.1 Tabela 2.1 Composição química teórica do caulim.. Composto. Argila caulinita típica Composição Teórica >40,0% e <60,0% 46,5%. SiO2 Al2O3. >25,0% e <45,0%. 39,5%. Fe2O3. < 8,0%. Na2O. < 0,1%. K2O. < 0,3%. TiO2. < 1,0%. CaO. < 1,0%. H2O (PF). >8,0% e <18,0%. 14,0%. Outros. < 1,0%. -. Relação Al2O3 / SiO2. -. 0,850. Fonte: rochas neves (2005).. Este argilomineral pertencem ao grupo 1:1, sendo seu subgrupo formado pelos minerais caulinita dickita, nacrita, halositia. A designação 1:1 está também relacionada ao fato da camada atômica desses minerais ser formada por uma folha de sílica tetraédrica, com quatros átomos de oxigênio ligados a um átomo de silício, estes ligados a uma folha octaédrica de alumina, no qual oito átomos de oxigênio estão ligados a um átomo de alumínio (PAIVA et al, 2005) de acordo com a Figura 2.1e .2.2..

(27) 27 Figura 2.1 Representação esquemática da estrutura cristalina do caulim e os booklet.. Fonte. (PAIVA et al, 2005). Figura 2.2 Representação esquemática da estrutura da caulinita (a). Representação esquemática da lamela (b), visão superior (c) e inferior (d) da lamela.. Fonte. (WYPYCH e SATYANARAYANA, 2004). 2.1.3 Geologia e depósitos do caulim. De acordo com Barata (2011), a exploração do caulim no Brasil ocorre em algumas regiões do país. Hoje a localidade onde é extraída a maior parte do caulim usado na indústria e para exportação está localizada nos estados do Pará, Amazonas e Amapá. No Estado do Pará estão localizadas as principais empresas de beneficiamento do caulim:. Imerys Rio Capim Caulim (IRCC);. Pará Pigmentos SA (PPSA) e a CADAM SA. Possuem parte das instalações.

(28) 28. localizadas no Estado do Amapá, uma vez que explora a jazida do Morro do Felipe (Rio Jarí). O caulim dessa região apresenta característica físico-química ideais para produção de papel e para revestimento “coating”, devido a sua gênese, possuindo uma grande porcentagem de caulinita em relação a outras jazidas. São definidos dois tipos de depósitos de caulim, o primário e o secundário e segundo Da Luz (2005), o caulim do amazonas é oriundo de um depósito secundário, formado a partir da sedimentação. Em outros estados os caulins são provenientes em sua maioria por depósitos primários, onde ocorreu uma alteração das rochas pegmatíticas por meio do intemperismo, porém ambas fornecem a matéria-prima em diferentes proporções de minerais, contendo algumas impurezas e composições químicas diferentes.. 2.1.3.1 Caulim Primário O caulim primário é resultante das alterações de rochas in situ, fatores promotores destas alterações podem ser a circulação de fluídos quentes provenientes do interior da costra terrestre, ausência de álcalis, emanações ácidas vulcânicas que acidificam a rocha, dentre outros, segundo Da Luz (2005). Por esta definição os caulins primários podem ser classificados de acordo com a sua origem em inteperizados, hidrotermais e solfataras.. . Inteperizados: sua ocorrência se dá em lugares de clima tropical, quente e úmido, favorecendo a decomposição de rochas metamórficas, logo a de rochas contendo feldspato e de outros aluminosilicatos. Do ponto de vista do processo, ocorre uma hidratação de um silicato anidro de alumínio seguindo da remoção de álcalis (Luz, 1993), de acordo com a equação 2.1. 2 KAlSi3O8 + 3 H2O –> Al2Si2O5(OH)4 + 4 SiO2 + 2 KOH (Feldspato + Água  Caulinita + sílica + hidróxido de potássio). Eq. 2.1.

(29) 29. Depósitos assim, são localizados em algumas regiões como: Equador (RN) e Mogi das Cruzes município de São Paulo. Em outros países temos na Criméia (Ucrânia) e na Galícia (Espanha). . Hidrotermais: são formados por meio da alteração de rochas submetidas a fluídos quentes, provenientes do interior da crosta terrestre. Para que ocorram as alterações, as rochas devem possui certa porosidade e permeabilidade adequada, para que a mesma entre em contato com os fluidos. A rocha mais comum neste processo é o granito, denominada rocha mãe na literatura. A presença de biotita influencia na deposição de ferro durante as alterações hidrotermais segundo Da Luz (2005). As principais ocorrências destes depósitos são em Saint Austell e Cornwall, na Inglaterra, Maungaparerua (Nova Zelândia), Suzhou e Shangai (China), entre outros (Murray e Keller, 1993).. . Solfataras: são provenientes da alteração de rochas a partir de emanações vulcânicas ácidas, constituídas de vapores de água ricos em enxofre. Devido à presença de enxofre na forma nativa é comum a formação e obtenção de grande quantidade de caulinita. Em rochas vulcânicas o quartzo apresenta uma granulometria muito fina, sendo difícil sua classificação e remoção junto a caulinita uma vez que, fazem parte da mineralogia, tornando um produto rico em quartzo e consequentemente abrasivo. Caulins que possuem certa abrasividade podem ser utilizados como matéria prima para cimento branco devido à quantidade de enxofre presente, não sendo indicado para cobertura de papel (DA LUZ, 1993).. 2.1.3.2 Caulim Secundário. São formados principalmente pela deposição de matéria transportada por correntes de água doce. Possui várias origens geológicas, com isso apresentam variações notáveis em suas composições. (SOUZA,1975).. Normalmente nos depósitos secundários é possível extrair caulim com boa.

(30) 30. granulometria e baixo teor de quartzo e de mica, porém, apresentam certa contaminação. de. óxidos. de. titânio. e. ferro,. alterando. a. coloração. preferencialmente branca. Depósitos secundários são comuns na Geórgia (EUA); Rio Jari-AP e Rio Capim-PA (norte do Brasil); oeste da Alemanha; e Guadalajara (Espanha). São classificados em cinco tipos: Caulim Sedimentar; Areias cauliníticas; Argilas Plásticas, refratarias e silicosas. O. caulim. sedimentar possui como principal característica,. alta. percentagem de caulinita, normalmente acima de 60% após o beneficiamento, resultando em produtos de alto valor agregado para a indústria. Areias cauliníticas possuem baixa concentração de caulinita cerca de 20%, quando extraídas. Normalmente a areia rejeitada é utilizada na construção civil (DA LUZ, 2005). Argilas plásticas (ball clay), são constituídas principalmente por caulinita e presença de ilita e compostos carbonosos como grafita dentre outros são essencialmente utilizados na indústria cerâmica. As argilas refratárias (fire clay) possuem características semelhantes as argilas plásticas, contudo possui na sua composição a gipsita e haloisita. A qualidade de uma argila refratária pode ser definida pelo teor de alumina, diminuindo com a presença de impurezas do tipo óxido de ferro e óxido de cálcio (DA LUZ, 2005).. Argilas silicosas (Flint Clay) são constituídas por caulinita e certo teor de ferro, apresentam pouca plasticidade pois são compostas por caulinita pouco ordenada. Em certos casos seu poder refratário é maior que o das argilas refratárias.. 2.1.4 Produção no Brasil O caulim vem sendo extraído e utilizado industrialmente por volta dos anos 60, com uma produção sempre crescente. De acordo com o sumário mineral (2014), o cenário da produção beneficiada do caulim é de aproximadamente de 37 milhões, isto no cenário mundial. Em 2013 os principais produtores foram: Uzbequistão, Estados Unidos, Alemanha e.

(31) 31. República Tcheca, nos quais suas produções correspondem respectivamente a: 19,0% ,16,0%, 12,1% e 9,0%. A demanda mundial se manteve estável do ano de 2012 para 2013. Já a produção brasileira sofreu um decréscimo na sua produção, sofrendo uma redução de 2,2 milhões para 2,14 milhões com relação ao ano de 2013. Com isso, o país no cenário mundial se encontra na 5° colocação no ranking. Sua produção interna continua sendo dominada pelas mineradoras localizadas ao norte do país, representando em 2013, cerca de 73% da produção brasileira, correspondendo a 1.516.163 toneladas. Sobre a importação, 73% do caulim que entrou no país, foi na forma de peças de porcelana, conjuntos de chás dentre outros. Sobre a exportação desde 2010 que os números não são bons. Em 2013 o Brasil exportou cerca de 2,06 milhões de toneladas, sendo um dos principais exportadores tanto de bens primários como de bens secundários. Segundo as estatísticas a demanda global para 2017 tem uma previsão de crescimento de cerca de 3,3 % com uma ampliação de procura no mercado, por outro lado, o caulim já possui um concorrente em algumas aplicações, que é o carbonato de cálcio, pois possui um bom custo benefício.. 2.1.5 Caulim da região Borborema do Seridó. A mineração de pegmatitos na Mesorregião do Seridó teve início na década de 1940, tendo incentivos resultantes da cooperação do governo brasileiro com as Forças Aliadas durante a Segunda Guerra Mundial. Na ocasião, foi incentivada principalmente a produção de minerais de berílio, de lítio e de tântalo. Com o fim do conflito, houve uma redução significativa na produção, mas firmou-se na região uma cultura mineira que persiste até os dias atuais. Numerosos trabalhos técnico-científicos foram realizados sobre os pegmatitos da região e algumas intervenções governamentais com o objetivo de apoiar a produção, uma vez que as extrações dos minérios ocorrem de forma informal através de pequenos garimpos e pequenas associações de micro produtores. (PDP, 2009)..

(32) 32. De acordo com os trabalhos de Silva e Dantas (1997), a província pegmatítica da região Borborema-Seridó localiza-se nos estados da Paraíba e do Rio Grande do Norte especificamente na divisa Junco-Equador na divisa (RN/PB), Figura 2.3.. Ocorrem diversos depósitos de caulins associados à. alteração de pegmatitos. Estes pegmatitos que contém caulinita estão inseridos no Grupo Seridó de idade pré-cambriana e possuem grande variação de tamanho, podendo chegar a algumas dezenas de metros de largura, normalmente estes pegmatitos estão inseridos em rochas metamórficas, podendo conter importantes minerais como os já supracitados: columbita, tantalita, berilo, turmalina, feldspatos potássicos entre outros. Figura 2.3 Localização Junco – Seridó.. Fonte: Classificação IBGE. Os caulins desta região são lavrados há bastante tempo sem as devidas observações e estudos, ou seja, de forma muito rudimentar, acarretando perda do minério. Um estudo geológico sobre a região, poderia ser benéfico aos produtores, tanto em relação a ação de extração em lavra da matéria-prima até o seu beneficiamento, com uma melhor orientação para o tratamento da fração grossa comumente conhecida como rejeito, que contém minerais como feldspato, mica e frações de quartzo em sua maioria (CARDINS, 2010) como.

(33) 33. observado na Figura 2.4, que são separadas na medida em que o material está sendo beneficiado. Figura 2.4 Pilhas de rejeitos amontoados sob a vegetação.. Fonte: CARDINS 2010.. Existem estudos que apontam para sérios problemas respiratórios, devido ao trabalho insalubre, tanto do produtor como da população que reside a certa distância das jazidas. Há também relatos de desabamentos de túneis utilizados na lavra, ocorridos por falta de instrução e utilização de maquinário e equipamentos de segurança adequados. De acordo com a Figura 2.5, após larga extração é possível observar uma jazida já estagnada. Figura 2.5. Trecho subterrâneo de Mina que contribui para acidentes.. Fonte: CARDINS 2010..

(34) 34. O caulim desta região possui potencial como matéria prima para o papel, sendo largamente utilizado como cobertura. De acordo com Murray e Kobel, (2005), das 25 milhões de toneladas de caulim industrial da região, cerca de 10 milhões são para a indústria do papel, devido a sua alvura e opacidade. A outra parcela da produção pode ser dividida entre as indústrias de cerâmica branca, porcelanato e carga para borrachas. A região pegmatítica possui certa homogeneidade, mas ocasionalmente ocorre certo zoneamento, como no caso da caulinita que é obtida a partir da alteração do feldspato potássico. Os caulins desta região quando comparados com as das demais localidades, possuem boa granulometria e alto teor de caulinita possuindo cristais com perfil hexagonal e euédricos, bem cristalizada e com ausência de haloisita tubular (WILSON et.al, 1998). De acordo com aspectos geológicos, esta região do pegmatito pode ser definida através de uma delimitação de idade proterozóica, denominada grupo Seridó (PDP, 2009), Figura 2.6: Figura 2.6. Mapa de localização área do Seridó.. Fonte: (PDP, 2009)..

(35) 35. A delimitação da Mesorregião do Seridó de acordo com a Figura 2.6, possui uma extensão territorial de cerca de sete mil quilômetros quadrados, abrangendo entre outros, os municípios de Currais Novos, Acari, Parelhas, Lajes Pintadas, Jardim do Seridó, Santana do Seridó, Florânia, Carnaúba dos Dantas e Equador no Estado do RN;, Juazeirinho, Tenório, Junco do Seridó, Assunção, Pedra Lavrada, Nova Palmeira, Picuí e Frei Martinho no Estado da Paraíba. 2.2 Metacaulim. O Metacaulim é um material pozolânico artificial, obtido a partir da calcinação do argilomineral caulinita, constituinte principal do caulim. A aplicação como aditivo e principalmente na substituição do cimento na produção de concretos e argamassas vem aumentando consideravelmente, por ser um material de baixo custo onde sua matéria prima encontra-se em abundância. Outro fator é a boa atividade pozolânica que este material apresenta sobre condições adequadas (SABIR et.al, 2001). A literatura relata que esta pozolana apresenta várias faixas de temperaturas durante sua obtenção de acordo com Sabir, (2001) e Fitos et.al (2015), consistindo sobre tudo em uma estrutura amorfa. Considerando-se uma média, o metacaulim é obtido entre as temperaturas de 700 – 800 °C. Contudo em outros trabalhos relatados apenas sobre a temperatura ideal essa faixa pode variar entre 550 – 900 °C, acima de 950 °C ocorre mudança de fase no material formando uma estrutura cristalina novamente. De acordo Barata e Angélica (2011), durante a calcinação, ocorre uma ativação térmica resultando numa série de mudanças, entre elas a remoção de grupos hidroxilas que completavam a estrutura, com isso, a caulinita se transforma em metacaulinita ou comumente conhecida por metacaulim. Nesta fase a folha tetraédrica proveniente do sistema cristalino da caulinita persiste, mas, de forma distorcida. Já a folha Octaédrica é fortemente alterada durante o processo, uma vez que a estrutura que era hexacoordenada torna-se penta e tetracoordenada. Este é o ponto chave que torna o metacaulim reativo. Nestas condições, tanto.

(36) 36. o silício quanto o alumínio estão mais livres para reagir. Este fenômeno é acompanhado do processo de amorfização e geralmente as condições térmicas influenciam intimamente no processo. De acordo com Sperinck et.al (2011), a calcinação de argilominerais promove a alteração das camadas que constituem os filossilicatos, como é o caso da caulinita, como visto a Figura 2.7 Figura 2.7 Célula unitária da caulinita, visão das camadas antes do processo térmico.. Fonte: (SPERINCK et.al 2011). Um dos principais efeitos é a desidroxilação que ocorre em duas etapas independentes, a primeira é a desidratação que corresponde a perda de água entre as camadas e a segunda à desidroxilação que é a perda de água descontínua. Este segundo evento resulta na diminuição da distância basal, resultando no colapso interlamelar. Na Figura 2.8 é possível observar a dinâmica da amorfização para o caulim. Ainda segundo Sperinck et.al (2011) as camadas octaédricas sofrem distorção no decorrer do processo térmico diminuindo assim sua coordenação e colapsando com as camadas tetraédricas, estabelecendo até o final do processo uma estrutura amorfa..

(37) 37 Figura 2.8 Dinâmica da amorfização da caulinita durante o processo térmico.. Fonte: (SPERINCK et.al 2011). Segundo Barata e Angélica (2011), além do grau de pureza do material de partida e sua finura, os defeitos na estrutura cristalina podem definir com mais clareza a qualidade do material depois de calcinado. Isto decorre do fato que, caulinitas com maior grau de defeitos, ou seja, menor grau de cristalinidade, facilita a desidroxilação ao contrário de uma com poucos defeitos cristalinos, logo bem cristalizada. Conclui-se a partir desta observação que caulins com pouca cristalinidade devem possuir boa atividade pozolânica, favorecido pelo seu maior grau de amorficidade após calcinação. É válido observar do ponto de vista industrial que é vantajoso transformar um caulim menos cristalino em metacaulim pois o tempo e a temperatura podem ser reduzidos. O processo de moagem da matéria-prima é outro fator norteador na obtenção de uma pozolana, otimizando o tempo de moagem em conjunto com.

(38) 38. a queima, com isso é possível haver um ganho substancial de energia. Portanto, a produção do metacaulim, apresenta alguma vaiáveis em seu processo. Na literatura segundo Helene et.al (2003) apud (TAVARES, 2008), o metacaulim é um produto constituído em sua maioria por sílica e alumina na fase vítrea, resultando numa boa reatividade com o hidróxido de cálcio presente no concreto, sendo, portanto, indicado no fabrico de concretos a base de cimento Portland. A perda de massa teórica para um caulim puro no processo de calcinação corresponde a 13,76% em massa (SHVARZMAN et al, 2003). A obtenção do metacaulim pode ser descrita de acordo com a equação 2.2. 700 – 800 °C. Al2Si2O5(OH)4. Caulinita. Al2O3. 2SiO2 + 2 H2O. Eq. 2.2. Metacaulinita. 2.2.1 Características mineralógicas físicas e químicas. 2.2.1.1 Características mineralógicas. Geralmente o metacaulim utilizado na indústria e empregado como pozolana, provém de certos tipos de argilas, e por sua vez, é classificado através de normas, segundo a NBR 12653 (1992) como uma pozolana do tipo N. Como já mencionado, é imprescindível analisar o material de partida, o tipo de argila e realizar uma caracterização prévia. Alguns tipos podem desempenhar uma melhor aplicação. Os menores graus de cristalização como já relatado, proporcionam uma maior desidroxilação durante o tratamento térmico, refletindo em uma maior atividade pozolânica do metacaulim obtido por certas argilas. Este melhor desempenho foi ratificado por Ambroise et.al (1985) e Medina (2011), onde realizou-se um ensaio de pozolanicidade com a cal, visando a obtenção de matéria-prima para a fabricação de cimento Portland. Com relação à pureza das argilas precursoras, estipula-se uma.

(39) 39. pureza de 90% em teor mínimo de caulinita, neste nível o material demonstra alta reatividade (ABROISE et al, 1994). Estudos posteriores relatam que a presença de outras fases internas finamente divididas após tratamento como Mica e Quartzo, não interferem significativamente em algumas características como compressão e resistência, quando aplicadas na mistura de pozolanas e teste a cal.. 2.2.1.2 Características Físicas. O metacaulim possui certos parâmetros físicos a serem observados quanto a sua qualidade e nível reacional. Para aplicações no cimento é relatado na literatura por (MASSAZA e COSTA, 1979) que a área superficial está relacionada com a atividade pozolânica nas primeiras idades de hidratação do cimento. Em idades posteriores vai depender da quantidade de sílica e alumina ativa. O tamanho de partícula também contribui para uma maior atividade pozolânica. No Brasil o Metacaulim segue a norma da ABNT 15894 (2010), limitando o tamanho da partícula aos mesmos valores da ASTM C 618, isto implica que a pozolana deve passar por uma peneira ABNT n° 325 ou menor de 0,044mm. No entanto, esta norma faz alusão a aplicação com cimento Portland em concreto e pasta.. 2.2.1.3 Características Químicas. Com relação as características químicas, existem dois pontos principais a serem investigados, a estrutura interna e a composição química. Tratando-se de reatividade e amofização as características químicas não são vantajosas e decisivas, pois esta análise impossibilita a diferenciação entre uma estrutura bem cristalizada e outra pouco cristalizada. Porém apresenta-se como um controle de produção, pois é partir desta avaliação que a matéria-prima pode ser escolhida. A recepção de uma argila é uma etapa fundamental no processo, bem como a determinação de sua procedência (SANTOS, 1992). Os.

(40) 40. controles destes parâmetros podem inferir as atividades da pozolana, restringindo valores mínimos nas quantidades de sílica e alumina. Em Lea (1971) e Souza (2003), argilas precursoras que possuem maior teor de Al2O3, após calcinação resultam em metacaulins de boa atividade pozolânica. Logo são os componentes realmente ativos durante o processo térmico. A Tabela 2.2 apresenta uma composição química típica do metacaulim de alta reatividade obtida por (METHA e MALHOTA, 1996) e (SOUZA, 2003) Tabela 2.2: Composição química do metacaulim de alta reatividade.. Elementos Químicos. % massa Metha e Malhota 1996 SOUZA, 2003. SiO2. 51,52. 49,17. Al2O3. 40,18. 43,7. Fe2O3. 1,23. 2,06. CaO. 2. 0,01. MgO. 0,12. 0,23. Álcalis. 0,53. 1,96. Perda ao fogo. 2,01. 2,7. Fonte: (MEDINA, 2011).. 2.2.2 Aplicações do metacaulim. As aplicações deste material estão relacionadas com a qualidade de sua matéria prima, bem como as variáveis tempo e temperatura durante sua obtenção, a temperatura de queima deve ser bem monitorada bem como procedimentos posteriores. O metacaulim foi incorporado pela primeira em 1962, como uma adição mineral na formulação de concretos durante a construção da barragem de Jupiá. Esta foi e vem sendo sua principal aplicação pois confere ao concreto uma maior resistência a ação deletérias, ou seja, contra ação de cloreto que se agregam aos poros do concreto, trazendo graves problemas estruturais (FIGUEIREDO. Et al, 2014). Por possuir uma granulometria adequada esta pozolana melhora o empacotamento cimentício devido a boa atividade pozolânica que este material promove.. Sua área.

(41) 41. superficial também contribui para uma boa atividade durante o período de hidratação do concreto. Portanto o mercado vem cada vez mais otimizando a obtenção de metacaulins de boa atividade. Outras aplicações do metacaulim descritas recentemente na literatura é seu uso como geopolímeros ou polímeros inorgânicos, que são produtos aglomerantes, podendo ser utilizados em substituição ao cimento Portland. De acordo com Sabir (2001), existem estudos do metacaulins incorporados aos concretos para retirada de resíduos pesados, constituídos de metais como Cádmium, chumbo e cromo de efluentes industriais. O metacaulim também é eficaz na retenção de cloretos e sulfatos em grandes incineradores, quando estes substituem a areia na argamassa durante a construção destes lugares.. 2.2.3 Mercado do Metacaulim. O metacaulim passou a ser industrializado seguindo normas rígidas de qualidade na década de 90 primeiramente nos EUA e Europa. No Brasil sua fabricação se deu nos anos 2000. A oferta do produto no Brasil ainda é pouca comparada a outras pozolanas. Em outros países, construções de grande porte que utilizam uma exorbitante quantidade de concreto fazem uso do metacaulim como aditivo, pois a mistura aperfeiçoa algumas propriedades, observando-se que este material é de alta reatividade. O metacaulim por sua vez não é um rejeito industrial como a escória siderúrgica, sílica ativa e cinza volantes. Espera-se que ocorra um aumento no seu uso devido sua matéria-prima encontrar-se em abundância, por outro lado não deixará de ser uma matéria prima nobre, pois, sua produção requer cuidados, devendo ser utilizado em aplicações especiais. Metacaulins ditos de média e baixa reatividade podem ser encontrados facilmente no mercado, estes são produzidos no Brasil desde os anos 70, sendo largamente utilizados como pozolanas na fabricação de cimento Portland tipo CP - II –Z e CP-IV, cujas porcentagens na mistura do cimento podem variar de 6 a 50% (WAB) (MEDINA, 2011)..

(42) 42. 2.2.4 Promotores da Amorfização. 2.2.4.1 Calcinação. Como principal procedimento para obtenção de pozolanas artificiais, o estudo da calcinação vem sendo investigado ao longo dos anos. Devido à variedade de argilas com propriedades mineralógicas equivalentes e formas de calcinação. Há certa complexidade, pois para cada calcinação deve haver condições. É possível separar em três momentos a primeira no que se refere a temperatura a segunda o tempo e a terceira o método utilizado durante o processo. Se tratando da obtenção da metacaulinita, A literatura mostra algumas variações, de acordo com Abroise (1994); Murat e Comel (1983), os intervalos de temperatura entre 650 - 850°C são os mais descritos na literatura para obtenção do material com certa amorficidade. Já para Bitch et al, (2009) o processo de ativação térmica e início da desidroxilação ocorre entre 700 – 850 °C. Nos trabalhos de Pera (2001); Sabir, (2001) e Fitos et.al (2015) os melhores intervalos são entre 650 – 800°C. Portanto, é possível inferir uma média entre os valores dispostos na literatura, observando qual método de calcinação está sendo utilizado. A mineralogia da matéria-prima de partida deve ser observada, pois minerais acessórios como quartzo finamente dividido podem estar em certa porcentagem. É necessário definir uma temperatura limite durante a calcinação, uma vez que, temperaturas acima de 950°C dá início a mudança de fase no material, formando novas estruturas. O espinélio é formado em temperaturas acima de 950°C, após 1100 °C forma-se a mulita (Al6Si2O13) e a cristobalita (SiO2), acarretando perda da amorficidade do material, diminuindo sua atividade e consequentemente tornando-se inviável a sua utilização como pozolana. O tempo é outra variável importante no processo, a literatura relata vários exemplos tanto em escala industrial quanto laboratorial com a finalidade de estudo do processo. Em média, utiliza-se um consenso entre vários trabalhos, o tempo necessário para calcinação varia entre 2 e 3 horas, tempo esse necessário para saída dos grupos hidroxilas da estrutura (BITCH et al, 2009)..

(43) 43. 2.2.4.2 Método básico de produção. Várias empresas que fazem o tratamento do caulim de forma diferenciada, ainda com relação a calcinação, executam o método de produção industrial que influencia na atividade pozolânica. Na indústria utiliza-se o forno rotativo e de leito fluidizado. Por utilizarem métodos diferentes, individualmente cada uma vai possuir vantagens e desvantagens ao longo do processo. O forno rotativo requer mais tempo enquanto o leito fluidizado o processo de calcinação requer menos tempo, porém ambas mantêm um intervalo de temperatura muito próximo, entre 700 – 850 °C. Em muitos casos após a saída dos fornos o material ainda passa por uma moagem, aumentando à área superficial, melhorando a qualidade do produto. Recentemente foi desenvolvido um novo método de calcinação, que consome menos energia e menos tempo em relação ao forno rotativo. Este método é denominado “calcinação flash”, consiste em um método industrial de aquecimento muito rápido de todo material seguida de resfriamento em décimos de segundos (NICOLAS et al, 2013). O material é aquecido numa escala de 100 a 103 °C por segundo. No final deste procedimento não há necessidade de uma nova desaglomeração, ao contrário do método mais utilizado o forno rotativo, pois o processo é muito rápido. Este método promove algumas mudanças físicas, mas não químicas de acordo com Frías et al (2000), He et. al, (1995), Khatib et. al (1996).. 2.2.4.3 Moagem. A moagem é um dos fatores que influenciam na qualidade de materiais pozolânicos, logo sua atividade. Segundo Sobrinho (1970) durante a produção de pozolanas há necessidade de moagem para que chegue a uma área próxima de 850 m2/Kg, com a finalidade de melhorar a atividade pozolânica, pois uma área maior iria promover um número maior de rações. (WILD et al, 1997), contemplando a ideia de que a finura tem grande influência nas propriedades do concreto já formado nas primeiras idades..

(44) 44. 2.3 Pozolanas A utilização das argamassas pozolânicas foi perdida quando ocorreu uma desfragmentação do Império Romano, sendo retomada a partir dos renascentistas. A reutilização dessas pozolanas, que originaram os modernos cimentos se deve aos humanistas italianos. Entre eles o Fillipo Brunellschi, foi um dos grandes arquitetos e construtores renascentistas, utilizando a técnica das argamassas pozolânicas de cura rápida na construção de pontes e cúpulas. Por meio de obras de grande porte este material vem sendo utilizado em larga escala (NASCIMENTO, 2009).. Tomando por base Lea (1971), materiais pozolânicos são definidos como, aquele material que possui em sua composição silicatos ou silícioaluminatos amorfos com nenhuma ou pouca atividade aglomerante, mas que quando em contato com a água e em temperatura ambiente reagem com o hidróxido de cálcio formando componentes com propriedades cimentantes. Observa-se que esta característica é devido a presença de sílica e alumina de forma ativa, uma vez que a estrutura é amorfa, portanto instáveis e passíveis de reação. De acordo com Santos (1992), pozolana é um material sílico-aluminoso que, por si só, não possui apreciável poder aglomerante, mas que se estiver numa forma finamente dividida em presença de umidade, reage quimicamente com o hidróxido de cálcio, em temperaturas próxima a ambiente. Como resultado desta reação é possível formar algumas fases a depender do tipo de material pozolânico, denominadas silicatos ou aluminatos de cálcio hidratado. Quando utilizado em compostos de cimento Portland, durante a hidratação ocorre a liberação do hidróxido de cálcio, este reage com a pozolana inserida no meio, favorecendo a formação de novas Fontes de sílica, alterando algumas propriedades do cimento. Os materiais pozolânicos demonstram um interesse crescente, porque seu uso apresenta várias vantagens tanto do ponto de vista global ecológico tanto econômico, contribuindo para uma melhor relação sistema água ligante, principalmente quando utilizados em compostos cimentícios, resultando numa produção sustentável de acordo com Massazza.