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EFEITO DA ADIÇÃO DE LAMA VERMELHA NO COMPORTAMENTO DE ARGAMASSAS DE CIMENTO

* e-mail: verasribeiro@hotmail.com

Daniel V. RIBEIRO^1,*, João A. LABRINCHA², Márcio R. MORELLI³� ¹UFBA – Universidade Federal da Bahia / Departamento de Ciência e Tecnologia de Materiais� ²UA – Universidade de Aveiro, Portugal / Departmento de Engenharia�³UFSCar - Universidade Federal de São Carlos / Departmento de Engenharia de Materiais

INTRODUÇÃO

a lama vermelha é o principal resíduo gerado na produção de alumínio e alumina pelo processo Bayer a partir do minério de bauxita. A produção mundial de bauxita em 2009 foi de 205 milhões de toneladas, e os principais países produtores foram Austrália, China, Brasil, Guiné, Índia e Jamaica. Em terceiro lugar na produção mundial em 2009, o Brasil produziu 26,6 milhões de toneladas de bauxita. Possui também a terceira maior reserva de minério de bauxita do mundo (cerca de 3,5 bilhões de toneladas), concentrada principalmente na região norte do país (estado do Pará) [1]. Cerca de 0,3 a 1,0 toneladas de resíduos de lama vermelha são gerados por tonelada de alumínio produzida. O Brasil descartou cerca de 10,6 milhões de toneladas/ano de lama vermelha cáustica nos últimos anos e a geração mundial de lama vermelha ultrapassa 117 milhões de toneladas/ano [2].

Materiais com características pozolânicas podem substituir parcialmente o cimento em argamassas ou concretos, com conhecidos benefícios na durabilidade dos produtos [3-4]. No entanto, a trabalhabilidade é frequentemente afetada e o processo de hidratação não é completamente compreendido. Neste trabalho, foi avaliado o processo de hidratação do cimento Portland contendo lama vermelha (sem tratamento e após calcinação a 450, 650 e 1000 °C).

MATERIAIS E MÉTODOS

As argamassas foram produzidas com cimento Portland CP II-32 Z, equivalente a ASTM C 596 (cimento Portland modificado com pozolana). O agregado miúdo foi areia siliciosa natural. A lama vermelha (RM) foi fornecida pela ALCOA Brasil, de Poços de Caldas-MG. É uma mistura contendo cerca de 60% em peso de sólidos, coletada imediatamente após a recuperação da alumina do processo de digestão (Processo Bayer). A lama vermelha foi calcinada em forno Termolab BL 260/03, com taxa de aquecimento de 10°C/min. A formulação da argamassa utilizada como referência para as medidas calorimétricas foi preparada na proporção em peso de 1,0:3,0:0,60 (cimento:areia:água). A evolução da temperatura das argamassas após a hidratação foi monitorada imediatamente após a mistura em um calorímetro quase adiabático (Langavant). O cimento foi parcialmente substituído por lama vermelha (até 30% em peso) foram analisados.

RESULTS

Caracterização da lama vermelha

A lama vermelho foi recebido na forma de uma pasta contendo cerca de 40% de água livre. No presente estudo, o material foi seco e triturado, sendo então utilizado como aditivo em pó. As curvas TG/DTA da lama vermelha são apresentadas na Figura 1 e foram conduzidas para definir temperaturas de calcinação adequadas.

CONCLUSÕES

A lama vermelha parece ser mais ativa se pré-calcinada em temperaturas entre 450 e 650°C. Este tratamento altera a composição de fases do material, principalmente por promover a eliminação de fases hidratadas. A temperatura de hidratação aumenta com a adição de RM, principalmente se calcinado no mesmo intervalo (450-650ºC). Nesta condição, o processo de hidratação é acelerado.

REFERÊNCIAS

[1] Information on http://www.ibram.org.br/sites/1300/1382/00000033.pdf

[2] Information on http://www.roskill.co.uk/index.html.

[3] J. Pera, R. Boumaza and J. Ambroise. Cem. Concr. Res., 1997, 27(10), 1513-1522.

[4] P.K. Mehta and P.J.M. Monteiro: Concreto: estrutura, propriedades e materiais (PINI, São Paulo, Brasil, 1994).

[5] A.V. Usherov-marshak, P.V. Krivenko, and L.A. Pershina. Cem. Concr. Res., 1998, 28(9), 1289–1296.

[6] L. Moyd. Petrology of the nepheline and corundum rocks of southeastern Ontario. 741-742, 1959. Available in: <www.minsocam.org/ammin/AM34/AM34_736.pdf>. Access in December, 8th, 2010.

[7] G. J. Verbeck and C.W. Foster. Long-Time Study of Cement Performance in Concrete: Chapter 6 - The Heats of Hydration of the Cements. Proceedings - American Society for Testing and Materials, 1950, 50, 1235-1262.

Tabela 1. Composição química.

Figure 2. Difração de Raio-X

Temperatura de Hidratação

Em geral, a evolução da temperatura na hidratação apresenta um valor máximo que é atingido em diferentes momentos e tem intensidade (altura) variável, de acordo com a reatividade da mistura. A presença deste pico pode estar relacionada com a formação das fases etringita, Ca(OH)2 e C-S-H, e representam o processo de pega [4, 7]. A Figura 3 mostra os resultados calorimétricos e o efeito da lama vermelha adicionada. O calor liberado imediatamente após a mistura aumenta mais rapidamente quando maior quantidade de lama vermelha é adicionada. O aumento mais rápido da temperatura é devido à redução da solubilidade dos aluminatos em soluções contendo sulfato [6]. Como esse efeito é mais forte quando se utiliza lama vermelha calcinada a 450 e 650ºC, isso provavelmente significa que os aluminatos estão mais disponíveis na lama tratada nessas condições.

Figura 3. Evolução da temperatura

Figura 1. Curvas TG/DTA da lama vermelha

A calcinação a 450ºC decompõe alguns compostos hidratados, com a destruição dos grupos OH- presentes no Al(OH)3 e FeO(OH). Portanto, esses compostos não são mais detectados. A evolução de 450 a 650°C é pequena, conforme indicado pelas curvas DTA/TG. A calcinação a 1000°C tende a limpar o espectro de DRX do material. Poucas fases permanecem estáveis ​​(óxido de ferro e Na5Al3CSi3O15) enquanto novas são formadas (nefelina) a partir da combinação de reativas existentes. A nefelina tem a fórmula K0.48Na3.48(AlSiO4)4 e pode resultar da combinação de quartzo, muscovita e alumina. A formação de nefelina é relatada por outros autores [5, 6]. A crescente cristalinidade do material, denotada pela nitidez dos picos, pode reduzir sua reatividade química (Figura 2). As mudanças na composição química são fornecidas se a Tabela 1. A calcinação a 450ºC decompõe alguns compostos hidratados, com a destruição dos grupos OH- presentes no Al(OH)3 e FeO(OH). Portanto, esses compostos não são mais detectados. A evolução de 450 a 650°C é pequena, conforme indicado pelas curvas DTA/TG. A calcinação a 1000°C tende a limpar o espectro de DRX do material.

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