Avaliação Tecnológica De Finos De Mineração De Areia Para Aplicação Como Pozolanas

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

AVALIAÇÃO TECNOLÓGICA DE FINOS DE MINERAÇÃO DE AREIA PARA APLICAÇÃO COMO POZOLANAS

Deyna Pinho

Orientadora: Profa. Dr. Lilia Mascarenhas Sant’Agostino

RELATÓRIO FINAL DE BOLSA DE INICIAÇÃO CIENTIFICA

SÃO PAULO 2002

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ÍNDICE RESUMO............................................................................................................ 2 1

INTRODUÇÃO ............................................................................................. 3

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JUSTIFICATIVAS ........................................................................................ 5

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LOCALIZAÇÃO E ACESSO........................................................................ 6

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GEOLOGIA REGIONAL E LOCAL ............................................................. 8

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O SETOR DE CIMENTO............................................................................ 10

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POZOLANAS............................................................................................. 13 6.1

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ARGILAS POZOLÂNICAS ............................................................................. 14

MATERIAIS E MÉTODOS ......................................................................... 18 7.1 TRABALHOS DE CAMPO.............................................................................. 18 7.1.1 VISITA ÀS MINERAÇÕES........................................................................ 18 7.1.2 AMOSTRAGEM ........................................................................................ 25 7.2 CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA ........................................................... 29 7.2.1 PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS............................................................ 29 7.2.2 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA ............................................................... 30 7.2.3 ANÁLISE QUÍMICA................................................................................... 31 7.2.4 ANÁLISE TERMODIFERENCIAL (ATD) E ANÁLISE TERMOGRAVIMÉTRICA (ATG) ............................................................................ 32 7.2.5 ANÁLISE MINERALÓGICA ...................................................................... 32 7.2.5.1 Difratômetria de Raios X para os Finos de Mineração .......................... 33 7.2.5.2 Difratômetria de Raios X para a Pozolana, e Pozolana com Cal .......... 34 7.2.5.3 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV).......................................... 34 7.3 ENSAIOS DE APLICAÇÃO ............................................................................ 35 7.3.1 ATIVIDADE POZOLÂNICA ....................................................................... 35 7.3.2 POZOLANICIDADE COM CAL ................................................................. 36 7.3.3 POZOLANICIDADE COM CIMENTO ....................................................... 37 7.3.4 DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ........................ 40

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RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES ..................................................... 42 8.1 CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA ........................................................... 42 8.1.1 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA ................................................................ 42 8.1.2 ANÁLISE QUÍMICA POR FLUORESCÊNCIA DE RAIOS X..................... 44 8.1.3 ANÁLISE TÉRMICA POR ATD-ATG ........................................................ 44 8.1.4 ANÁLISE MINERALÓGICA POR DIFRATOMETRIA DE RAIOS X.......... 46 8.1.4.1 Difratometria de Raios X dos Finos de Mineração ................................ 47 8.1.4.2 Difratômetria de Raios X das Pozolanas e Pozolanas com Cal ............ 52 8.1.5 ANÁLISE MINERALÓGICA POR MICROSCOPIA ELETRONICA DE VARREDURA (MEV) ............................................................................................. 55 8.2 ENSAIOS DE POZOLANICIDADE ................................................................. 63 8.2.1 ATIVIDADADE POZOLÂNICA COM CIMENTO ....................................... 63 8.3

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ANÁLISE CRÍTICA DOS RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES FINAIS .... 64

DIFICULDADES ENCONTRADAS ............................................................ 66

10 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................... 67

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RESUMO Esse trabalho teve por finalidade a caracterização tecnológica de materiais residuais finos, gerados durante o processo de extração e beneficiamento de areia para construção civil, oriundos de uma mineração de areia localizada no Bairro do Taboão, Mogi das Cruzes (SP). Nesses resíduos foi realizada a caracterização tecnológica, e a partir do conhecimento da natureza desses materiais foi investigada a aplicabilidade dos mesmos como aditivos para indústria do cimento (pozolanas). A possibilidade de utilização desses resíduos industrialmente como pozolanas concilia duas importantes questões ambientais e econômicas, a primeira corresponde a urgência de minimização do volume de material descartado diariamente em bacias de decantação nas mineradoras, e a segunda no setor de cimentos, onde os materiais pozolânicos substituem parte do clínquer, contribuindo para a redução da emissão de CO2 para a atmosfera, além de participar na redução dos custos de produção. Durante o projeto foram realizadas duas visitas à região com intuito de se conhecer o processo de extração e beneficiamento de areia para construção civil. Numa primeira etapa foram coletadas amostras das diferentes fases do beneficiamento, da extração aos produtos finais residuais. Numa segunda etapa foram coletadas amostras do descarte de finos (fração silte-argila), objeto principal deste projeto. Das amostras da primeira e segunda coletas foram determinadas as distribuições granulométricas, composições química e mineralógica. Sendo que de uma das amostras da segunda coleta foram também realizados ensaios de atividade pozolânica com cimento. A amostra escolhida para se realizar os ensaios de pozolanicidade com cimento obteve como resultado índices de pozolanicidade satisfatórios, para ambas as temperaturas escolhidas na calcinação. Esse resultado comprova que os finos da Mineração possuem potencial como pozolanas, desde que sejam ativados termicamente no intervalo entre as temperaturas de 600 e 850ºC.

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INTRODUÇÃO

A região de Mogi das Cruzes, leste da Região Metropolitana de São Paulo, particularmente o Bairro do Taboão, constitui-se em um importante polo produtor de areia para construção civil, responsável por 7% da areia consumida na Grande São Paulo (Saito, 2002). O agrupamento areieiro do Bairro do Taboão é representado por cerca de 12 empresas, cuja produção mensal atinge 170.000 m3 de areia, através da extração por desmonte hidráulico em cava seca. Desse conjunto de empresas, a empresa Cessi Materiais para Construção Ltda colocou-se à disposição para cessão de dados e colaboração em atividades de campo, sendo selecionada para estudo de caso (Saito, 2002). Do processo de extração e beneficiamento de areia são gerados quantidades elevadas de materiais estéril e resíduos (finos e grossos), que representam cerca de 40% e 15 % do volume total de material desmontado, respectivamente. Esses materiais são depositados em bota-foras e bacias de decantação, resultando num elevado custo operacional associado a diminuição da vida útil da jazida, além do impacto ambiental causado por esse tipo de atividade.

Figura 1: Vista geral do tanque de decantação (largura aproximada: 400m).

Tratam-se de resíduos essencialmente siltito/argilosos, compostos principalmente de caulinita e quartzo. No local é típica uma elevada relação estéril/minério, função da geologia dos depósitos, que correspondem à associações de leques aluviais da Formação Resende, onde ocorrem

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intercalações de pacotes métricos de arenitos de granulações diversas, por vezes conglomeráticos, e bancos de lamitos esverdeados maciços. O relatório teve por finalidade uma compilação sobre o que são pozolanas, para que são utilizadas, e ainda os ensaios para a determinação da pozolanicidade. Consta, também, a caracterização granulométrica, além de análise química por fluorescência de raios X, análise mineralógica por difração de raios X, análises termodiferenciais e gravimétricas, e microscopia eletrônica de varredura, que ajudaram a investigar tanto a mineralogia, quanto a aplicação dos resíduos da mineração na atividade pozolânica.

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JUSTIFICATIVAS

A região eleita para o desenvolvimento deste projeto foi objeto de alguns estudos preliminares de argilas quaternárias e caulim da Mineração Horii da região Alto Tietê, como apresentado por Corrêa (1984) e Motta (1991), visando aproveitamento cerâmico. Zandonadi (1972) avaliou a potencialidade de argilas da Formação Tremembé como descorantes de óleos. Os estudos para o aproveitamento de resíduos argilosos de mineração de agregados teve início na década de 80, enfocando principalmente o setor cerâmico. IPT (1987 in Cuchierato, 2000) determinou a favorabilidade de aplicação de quartzo e feldspato de finos de pedreira na indústria vidreira. Baseados em resultados de ensaios cerâmicos, Alves & Baldo (1998); Cuchierato et al. (1998) e Cuchierato (2000) sugerem que os resíduos de mineração de areia de um depósito de manto de alteração podem ser aproveitados na indústria cerâmica. Segundo Cuchierato (2000), os resíduos finos de mineração de areia na Região Metropolitana de São Paulo podem ser síltico-argilosos a areno-siltosos, cuja variações decorrem do processo de beneficiamento empregado. Em casos onde são empregados hidrociclones, os resíduos são essencialmente silto-argilosos, compostos por quartzo, caulinita e micas e subordinadamente feldspatos. O aumento do uso de aditivos pozolânicos e a procura de novos materiais pozolânicos no setor de cimento, intensificada nos últimos anos, são decorrentes da necessidade de diminuição dos custos de produção

e dos impactos ambientais associados, à

necessidade de redução do imenso volume de CO2 anualmente emitido pelas indústrias cimenteiras (1,25 toneladas de CO2 , que corresponde entre 7 a 8% da emissão global de CO2 para a atmosfera, alia-se à busca de melhor equacionamento técnico-econômico por adições.

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LOCALIZAÇÃO E ACESSO

O acesso a partir de São Paulo, capital, é feito pela Rodovia Presidente Dutra (BR 116) até a saída de Arujá, onde toma-se a Rodovia Mogi-Dutra (SP-098) sentido Mogi das Cruzes. Por esta estrada segue-se até o trevo de acesso à Estrada do Taboão, próximo ao cruzamento com a Rodovia Ayrton Senna (SP 070) e às instalações da General Motors do Brasil. Daí Prossegue-se pela Estrada do Taboão por aproximadamente 5km, até atravessar o Ribeirão Maria Rosa fazendo-se, a seguir, uma conversão à esquerda, na estrada de terra que leva às instalações da Cessi Comércio de Materiais para Construção Ltda. e à área de pesquisa (Figura 2).

Figura 2: Mapa de localização da área de pesquisa.

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GEOLOGIA REGIONAL E LOCAL

O território paulista integra a Plataforma Sul-Americana (Almeida et al. 1976 in Carneiro & Ponçano

1981). O arcabouço geológico da Região Metropolitana de São Paulo é

constituído por terrenos policíclicos do Cinturão de Dobramentos Ribeira representados por rochas metamórficas, migmatitos e granitóides. Sobre esses terrenos, encontram-se depositados sedimentos cenozóicos das Bacias de São Paulo e Taubaté que por vezes são sobrepostos por sedimentos aluviais e coluviais quaternários (Figura 3). Sedimentos Cenozóicos No Estado de São Paulo, os registros cenozóicos ocorrem, principalmente na região leste, assentados sobre o embasamento pré-cambriano a eopaleozóico. São exemplos dessas ocorrências, as Bacias de São Paulo e Taubaté, preenchidas por sedimentos de idade paleogênica, ambas pertencentes à uma feição maior denominada Rift Continental do Sudeste do Brasil (RCSB) (Riccomini 1989). Adicionalmente ocorrem sedimentos aluvionares preenchendo fundos de vales atuais. O objeto deste projeto corresponde à porção distal dos sedimentos do sistema de leques aluviais associados à planície aluvial de rios entrelaçados da Formação Resende de Amador (1975 in Riccomini 1989). A geologia da área de estudo foi definida através da análise de fácies sedimentares identificados em campo, assim como verbalmente (Riccomini 2000 e Sant’Anna 2000). A região de Guararema/Mogi das Cruzes corresponde a porção distal, sendo caracterizada essencialmente por lamitos predominantemente arenosos e arenitos de coloração esverdeada, estes localmente com estratificação cruzada acanalada de médio porte e níveis conglomeráticos com seixos dominantemente de quartzo, quartzito, feldspato e seixos de rochas do embasamento, com gradação normal a inversa. Esses sedimentos ocorrem intercalados com níveis tabulares de argilitos verdes maciços dos fácies de lamitos argilosos descritos por Sant’Anna (1999). A Figura 3 traz o mapa geológico da RMSP e a localização da área de estudo.

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Figura 3: Mapa geológico da região de Guararema-Mogi das Cruzes (Modificado de Instituto de Geociências e LIG- Laboratório de Informática Geológica 1999 e SABESP-CEPAS - 1994).

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O SETOR DE CIMENTO

Antes de entrar no setor de cimento propriamente dito, é importante ressaltar algumas definições utilizadas na indústria do cimento que serão utilizadas ao decorrer deste relatório, com ênfase ao uso de materiais pozolânicos como aditivos na fabricação de cimento. O cimento é um aglomerante hidráulico, cuja característica é endurecer apenas pela reação com a água e que, após seu endurecimento, resiste satisfatoriamente à ação da mesma, sendo constituído em sua maior parte de silicatos e/ou aluminatos de cálcio NBR 11172/90 (ABNT, 1990). Dentre os diversos tipos de cimento, o Cimento Portland é o mais conhecido e comercializado. O Cimento Portland é um aglomerante hidráulico artificial que é obtido pela moagem de clínquer Portland, o qual é um produto granulado obtido pela queima, até fusão parcial, de uma mistura homogênea e convenientemente proporcionada, constituída basicamente de calcário e argila, que por fim é feita geralmente a adição de uma ou mais formas de sulfato de cálcio NBR 11172/90 (ABNT, 1990). Segundo a mesma norma brasileira NBR 11172/90 (ABNT, 1990), o Cimento Portland Comum, é o mesmo Cimento Portland, ao qual se adiciona durante a operação a quantidade necessária de uma ou mais formas de sulfato de cálcio. Durante a moagem são permitidas adições a esta mistura de materiais pozolânicos, escórias de alto-forno e materiais carbonáticos, sendo assim o Cimento Portland comum é classificado como: Cimento Portland Comum Simples (CPS), Cimento Portland Comum com Escória (CPE), Cimento Portland Comum com Pozolana (CPZ). Ao Cimento Portland Comum, segundo a norma brasileira NBR 5732/91 (ABNT, 1991), é permitido adicionar-se materiais pozolânicos, escórias de alto forno, e materiais carbonáticos, sendo utilizadas designações comerciais (siglas), CPI – para Cimento Portland Comum (sem adição alguma), CPI-S – para Cimento Portland Comum com adição de até 5% de material pozolânico (Quadro 1).

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De acordo com a norma brasileira NBR 11578/91 (ABNT, 1991), o Cimento Portland passa a ser Cimento Portland Composto (CPII), quando se é adicionado mais de 14% de material pozolânico. E para a incorporação desse material em proporções maiores, o cimento passa a ter a denominação do material incorporado. No caso do Cimento Portland Pozolânico(CPIV), permite-se a adição de material pozolânico entre 15-50%, com a adição ou não da materia-prima carbonática (Quadro 1). Quadro 1: As designações e respectivas composições dos Cimentos Portland Comum, Composto, Pozolânico.

Cimento Portland

Sigla*

Componentes (% em massa) Clínquer + Material Material Sulfato de Cálcio Pozolânico Carbonático 100 0 0

Norma ABNT

Comum CPI NBR 5732/91 Comum com CPI-S 99-95 1-5 0 NBR 5732/91 adição Composto com CPII-Z 94-76 6-14 0-10 NBR 11578/91 pozolana Pozolânico CPIV 85-45 15-50 0-5 NBR 5736/91 *Para fins comerciais, cada tipo de cimento é designado com uma sigla. Evolução da Produção de Cimento Portland 1968-2000

Produção de Cimento em toneladas

35,000,000 30,000,000 25,000,000 20,000,000 15,000,000 10,000,000 5,000,000 0 1968

1972

1976

1980

1984

1988

1992

1996

2000

Anos

Cimento Portland Comum + Cimento Portland Composto (CP I + CP II) Cimento Portland Pozolânico (CP IV)

Figura 4: Produção de cimento Portland comum, composto e pozolânico de 1968 a 2000.

Ao se observar o gráfico (Figura 4) pode-se notar que o cimento Portland Comum e o composto representam a grande maioria, em termos de produção de cimento, no entanto o cimento Portland pozolânico vem apresentando um grande aumento de sua produtividade a partir de 1970, de 42.910 toneladas para 109.707 toneladas, que a

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partir daí aparentemente não parou mais de crescer, até 1987, quando aparentemente se estabilizou em torno de 3.000.000 de toneladas de cimento, em termos percentuais o cimento Portland pozolânico representou em 2000, 15% da produção total de cimento, enquanto que o cimento Portland comum e composto representaram juntos cerca de 80% da produção total de cimento.

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POZOLANAS

Neste trabalho, pozolanas são definidas segundo a norma NBR12653 (ABNT, 1992), como Materiais silicosos ou sílico-aluminosos que, por si sós, possuem pouca ou nenhuma atividade aglomerante , mas que

quando finamente divididos e na

presença de água , reagem com o hidróxido de cálcio à temperatura ambiente para formar compostos com propriedades aglomerantes. Segundo a NBR12653 (ABNT, 1992), as pozolanas podem ser classificadas em: Pozolanas Naturais (Materiais de origem vulcânica, geralmente de caráter petrográfico ácido (-65% de SiO2) ou de origem sedimentar com atividade pozolânica), e Pozolanas Artificiais (Argilas Calcinadas, cinzas volantes, escórias siderúrgicas, cinzas de materiais vegetais e rejeito de carvão vegetal). O Material pozolânico pode ser adicionado ao Cimento Portland Comum, entre 15 a 50%, para a fabricação do Cimento Portland Pozolânico. Devido à grande economia proporcionada pela adição de pozolana, as indústrias de cimento buscam incrementar sua produção com adições tanto de escória de alto-forno, quanto de pozolanas. A reação entra a pozolana e o hidróxido de cálcio é chamada de reação pozolânica. Ao comparar-se o Cimento Portland, e o cimento pozolânico, compreende-se as razões para a diferença entre seus comportamentos (Mehta,1994):

Cimento Portland:

RÁPIDA C3S + H → C-S-H* + CH

Cimento Portland Pozolânico:

LENTA

Pozolana + CH + H → C-S-H *Abreviação empregada pelo setor de cimento, no qual C, S e H, representam CaO, SiO2 e H2O. E onde C-S-H → CaO.SiO2.H2O; CH → Ca(OH)2 ; H → H2O.

O Silicato de cálcio hidratado (C-S-H) constitui 50 a 60% do volume de sólidos de uma pasta de cimento Portland completamente hidratado e é, consequentemente, o

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componente mais importante na determinação das propriedades da pasta (Mehta,1994). O cimento Portland quando altamente hidratado produz cerca de 28% de seu peso em CH, isso não cria uma significante contribuição a resistência e durabilidade do concreto, mas a eliminação deste CH pela reação com a pozolana pode resultar num grande aumento de durabilidade e resistência (Sabir et al.,2001). A substituição parcial do cimento por outros materiais com propriedades pozolânicas reduzem: a emissão de CO2 em 40%, dos 7 a 8% que a indústria de cimento libera para a atmosfera, a reação alcali-agregado e a permeabilidade entre outros (Mehta et al,1998; Désir et al, 2001).

6.1

ARGILAS POZOLÂNICAS

A argila, em sí , raramente se comporta como considerada pozolana, mas ao ser aquecida entre 550 a 900oC, sofre alterações dos minerais componentes podendo adquirir propriedades pozolânicas, a este processo chama-se calcinação. A calcinação promove a transformação da caulinita, argilomineral presente nas argilas, em um composto de sílica e alumina com estrutura amorfa, chamado de metacaulinita, que se forma graças a perda da hidroxila, presente na caulinita, na forma de água através de aquecimento à temperaturas de 550 a 900ºC. Durante o processo de ativação de argilas por calcinação ocorrem importantes transformações térmicas. Essas modificações podem estar associados às perdas de água adsorvida, em temperaturas mais baixas (~100ºC), água estrutural (hidroxila) em temperaturas superiores a 500ºC, geração de fundidos e formações de novas fases sintéticas em temperaturas mais elevadas. Essas transformações podem ser observadas em curvas de ATG (análise termogravimétrica), nas quais são observadas as perdas de massa durante as reações térmicas e ATD(análise termodiferencial) (Figura 4), onde se verifica as trocas energéticas, pelas reações endo e exotérmicas. Quando ocorrem transformações endo ou exotérmicas, estas aparecem como

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deflexões em sentidos opostos (endo deflexão para baixo, e exo deflexão para cima) na curva termodiferencial ou termograma, como a que tem logo abaixo (Figura 5).

Figura 5: Comportamento térmico dos argilominerais caulinita, montmorillonita e illita (extraído de Souza, 1989)

No caso da caulinita, a primeira deflexão representa a desidratação da caulinita, a segunda deflexão representa a desestruturação da caulinita, pela perda da hidroxila (OH-), e consequentemente a formação de uma substância amorfa, a metacaulinita; e a terceira deflexão representa a formação de uma nova fase sintética, a mulita. Na montmorilonita, como na caulinita, a sua deflexão representa a perda de água (adsorção), já a segunda deflexão (perda de OH-) pode variar de posição, dependendo da quantidade de Ferro na sua estrutura, pois

este funciona como fundente,

diminuindo a temperatura de desarranjo estrutural. O intervalo de ativação térmica da montmorilonita pobre em Ferro corresponde de 700 a 850oC, e para a montmorilonita rica em Ferro, de 500 a 850oC.

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A iIlita, como as caulinita e montmorilonita, possui a primeira deflexão como sendo a perda de água, e a segunda deflexão como sendo o desarranjo estrutural. Tendo como intervalo de ativação térmica de 550 a 850oC. Para a ativação térmica da argila é imprescindível a utilização dos termogramas para a determinação das temperaturas de calcinação. Essas temperaturas “ótimas” confeririam ao material pozolânico uma situação que conciliaria dois fatores muito importantes na avaliação: maior atividade pozolânica com a menor temperatura de calcinação (fator tecnológico e fator econômico). Essa temperatura “ótima” de calcinação corresponde para qualquer argilomineral, um intervalo entre a desidroxilação e a formação de novas fases cristalinas, ou seja, num faixa de onde existiriam materiais desestruturados (amorfos). Essa temperatura varia de acordo com o tipo de argilomineral. Segundo Zampieri (1989), algumas argilas podem ser empregadas como pozolanas desde que sejam termicamente ativadas a partir da calcinação em temperaturas que variam de 500 a 900ºC. As caulinitas sofrem ativação entre 600 e 800ºC; esmectitas entre 700 e 800ºC, enquanto que illitas sofrem ativação a temperaturas superiores a 900ºC. He et al (1994, 1995 e 2000) determinaram as temperaturas de 550ºC, 930ºC e 960ºC para ativação térmica de caulinita, ilita e de um interestratificado sintético de esmectita/illita, respectivamente. Montanheiro (1999) apresentou resultados favoráveis de argilas sedimentares, essencialmente cauliníticas, com alta reatividade como material potencial pozolânico, após ativação térmica a 800oC. Assim, nesse projeto após a caracterização, submeteu-se o material de estudo à ativação térmica, precedida ou não de beneficiamento de acordo com a composição mineralógica presente. A metacaulinita representa uma alternativa economicamente viável para a substituição parcial do cimento na produção de argamassa e de concreto de alto desempenho. Porém este potencial depende de certas características do produto, tais

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como: temperatura de queima, grau de finura, atividade pozolânica (Désir et al., 2001). Como já foi dito, o hidróxido de cálcio é derivado da hidratação do cimento, na presença de água. A reação entre o CH e a metacaulinita formam produtos com estrutura cristalina, incluindo aluminato de cálcio e C-S-H. A formação desses produtos depende principalmente da razão metacaulinita/CH e a temperatura de reação (Zampieri, 1993). Segundo Zampieri (1989) a argila é moída até adquirir a finura necessária para o ensaio, depois essa argila é aquecida em forno, até atingir a temperatura ideal para a formação da metacaulinita, através da reação, na presença de calor: Al2.SiO2.H2O → Al2O3.2SiO2 + 2H2O↑

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MATERIAIS E MÉTODOS

Este tópico trata dos materiais e métodos empregados até o momento e também as etapas seguintes, incluindo as atividades de ensaios de aplicação.

7.1 7.1.1

TRABALHOS DE CAMPO VISITA ÀS MINERAÇÕES

Em agosto de 2001 foi realizada a primeira etapa de campo, com a visita à Cessi Materiais para Construção Ltda.. Nessa ocasião foram observados aspectos do processo produtivo da empresa, com coleta de informações numéricas sobre a produção. Assim como as demais minerações do Bairro do Taboão, a técnica de extração é de cava seca, com desmonte hidráulico por jateamento. Possui duas frentes de lavra em atividade simultânea, uma de material mais grosso e outro de arenitos finos, visando a adequação granulométrica do material. O material empolpado é bombeado por tubulações até o primeiro silo de classificação, onde há a remoção inicial de cascalhos e fragmentos de lamitos por meio de peneira estática de abertura ¾” (Figura 10). A seguir o material é novamente bombeado para o segundo silo, para a retirada da fração ½” (Figuras 11a, 11b e 11c), também constituída de argilitos e cascalhos. A etapa seguinte consiste na relavagem da areia, com novo jateamento de água na areia depositada em caixas de aço de cerca de 150m3. A seguir o material arenoso é transportado por gravidade para silos de classificação (Figuras 7a, 7b, e 7c), de 25730m3 de capacidade, para a produção de areia grossa, média e fina. Resultam do processamento da areia resíduos finos, areia fina, silte e argila, depositados em bacias de decantação que são cavas desativadas.

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Figura 6: Fluxograma de beneficiamento de areia na empresa Cessi Comércio de Materiais para Construção Ltda (extraído de Saito, 2002).

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Figura 7a: Silos de Classificação.

Figura 7b: Vista mais de perto dos Silos de Classificação.

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Figura 7c: Vista de cima dos Silos de Classificação.

A produção de areia varia de acordo com as frentes lavradas e a necessidade do mercado. Em média, segundo informações fornecidas verbalmente pela Mineração Cessi, são produzidos 650m3 de areia diariamente, conforme o Quadro 2:

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Quadro 2: Características produtivas da empresa Cessi Materiais para Construção Ltda. (dados de março de 2001).

Material areia (0,074 -1,2mm)* rejeito + 3/4" (clastos polimíticos e fragmentos de lamitos) rejeito +1/2” (clastos polimíticos e fragmentos de lamitos) estéril (argilito)

Volume Produção (m3/dia) (% em volume) 650 41,4

Destinação Venda a varejo

50

3,2

Bota fora

20

1,2

Bota fora

600

38,2

Bota fora e alteamento de barragem de rejeitos

finos (areia muito fina a argila) 250 15,9 Tanque de decantação Total 1570 100 --------* O intervalo abrange de areia muito fina a areia muito grossa na escala Wentworth (1922 in: Suguio, 1973).

As características das duas frentes de lavra, definidas como Cavas 1 e 2 são: Cava 1 - Aproximadamente 200m de largura, aproximadamente 250m de comprimento e 40m de profundidade. O avanço da lavra é efetuado por uma única frente com talude de 50-60º, que pode atingir 90º, bastante instável ( Figuras 7a, 7b e 7c). Cava 2 - A Cava 2 é lavrada de forma menos ordenada, por ser constituída por intercalações de espessas camadas de argilito esverdeado com os níveis de arenitos, resultando numa relação estéril/minério de quase 1:1 ( Figuras 8a e 8b).

Figura 8a: Cava 1, vista geral.

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Figura 8b: Extração de areia por desmonte hidráulico na Cava 1.

Figura 8c: Vista de cima da Cava 1.

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Figura 9a: Vista geral da Cava 2.

Figura 9b: Vista geral Cava 2.

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7.1.2

AMOSTRAGEM

Segundo Goes (1991) a amostragem de minérios sólidos ou em polpa é dividida de acordo com o estado de movimento em que se encontra o minério , podendo ser : amostragem do minério em fluxo, e amostragem do minério estático. Na amostragem do minério em fluxo, a amostra primária é formada a partir da coleta de incrementos que está sujeita a todos os tipos de erros (de amostragem e preparação). Quanto maior for o número de incrementos, menor será o erro total cometido. E o número mínimo de incrementos está relacionado à massa

mínima

necessária para formar a amostra primária. Nesse projeto foram realizadas dois tipos de amostragem, um com um número mínimo de incrementos, definindo a amostra instantânea, com amostragem de 20l de polpa; a segunda, definindo a amostra composta, foi realizada pela amostragem com incrementos, sendo os mesmos 20l compostos por três amostragens parciais durante um dia de produção. Os tipos de amostragem envolveram as duas etapas de atividades de campo: Primeira etapa de amostragem: Coleta de três amostras em três pontos de coleta (Amostras 1, 2 e 3) – Amostragem Instantânea (agosto de 2001); Segunda etapa de amostragem: Coleta de uma amostra instantânea (Amostra 4) e uma composta (Amostra 5), todas do ponto de amostragem da Amostra 3 (janeiro de 2002).

26

Figura 10: Peneira estática de ¾”: Primeira classificação granulométrica do material extraído das cavas. A seta vermelha indica o local de coleta da Amostra 1 (material passante em ¾”).

Figura 11a: Peneira estática de ½”: Segunda classificação granulométrica do material extraído das cavas. Local de coleta da Amostra 2 (material passante em 1/2”).

27

Figura 11b: Peneira estática de ½”: Segunda segregação granulométrica do material extraído das cavas. A seta vermelha indica o local de coleta da Amostra 2 (material passante em 1/2”) – detalhe da saída da polpa.

Figura 11c: Detalhe da coleta do material passante em 1/2”. Amostra 2.

28

Figura 12a:Tanque de relavagem. A polpa –1/2” é depositada neste tanque e depois relavada.

Figura 12b: Relavagem da areia, continuação do processo da Figura 12a.

29

Figura 13: Descarte dos finos (rejeito), e coleta do material correspondente a Amostra 3, 4 e 5.

7.2

CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA

A caracterização tecnológica foi realizada em diferentes laboratórios diversos do Instituto de Geociências – USP; Laboratório de Caracterização Tecnológica (LCT) do Departamento de Engenharia de Minas da Escola Politécnica da USP.

7.2.1

PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS

Após a amostragem na mineração, as amostras 1, 2, 3, 4 e 5 foram encaminhadas ao Laboratório de Preparação de Amostras – GSA, no Instituto de Geociências da USP – IGc , onde foram preparadas para as análises química, física e mineralógica A preparação constou primeiramente de adensamento da polpa por filtração a vácuo, onde se retirou expressivo volume de água das amostras, conforme indicado no Quadro 3. Depois as amostras foram secas em

estufa a 60oC até eliminação da umidade

residual, seguido de pesagem. As amostras com massas totais indicadas no Quadro 3, foram, então, homogeneizadas e quarteadas no quarteador JONES.

30

Quadro 3: Quantidade de sólidos em cada amostra coletada.

Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3 Amostra 4 Amostra 5

Massa Total (kg) 6,750 7,140 1,776 1,430 2,850

Volume de água (L) 17 19 21 13,6 10

Quantidade de Sólido (% em peso) 28,5 27,3 7,8 9,51 22,2

A preparação das amostras consistiu em etapas: -

drenagem do líquido sobrenadante da polpa (água) por meio de tubo de látex;

-

filtração à vácuo em funil de Büchner com papel de filtro qualitativo (3μm de abertura). Verificou-se na água passante, que não havia nenhum material presente (a água estava completamente transparente), pelo menos a olho nu. Este método por filtração a vácuo foi escolhido por ser um método mais rápido, com perda de material insignificante, que entretanto, se ao invés desse método fosse utilizado a decantação, a perda de material seria bem maior.

-

secagem do material, primeiramente em temperatura ambiente e depois em estufa a 60ºC, até eliminação da umidade.

-

quarteamento dos materiais para caracterização tecnológica em quarteador Tipo Jones de ½”.

Das amostras coletadas, somente as amostras 3, 4 e 5 foram submetidas à caracterização tecnológica completa, pois constituem os materiais residuais de interesse da pesquisa. As amostras 1 e 2 representam as etapas anteriores do processo de beneficiamento, sendo as respectivas distribuições granulométricas importantes para a determinação do balanço de massas.

7.2.2

ANÁLISE GRANULOMÉTRICA

Após essa preparação inicial, alíquotas de aproximadamente 400g das amostras 1 e 2 foram peneiradas a úmido em peneiras circulares de diferentes aberturas (Quadro 4), a fim de se determinar a distribuição granulométrica:

31

Quadro 4: Abertura das peneiras utilizadas no peneiramento a úmido

Malha/Tyler +5# +10# +18# +28# +32# +80# +150# +230# +325#

Abertura 4mm 1,68mm 1,00mm 0,59mm 0,5mm 0,177mm 0,105mm 63μm 45μm

A amostra 3 não foi peneirada, por se tratar de um material fino, possivelmente fração silte-argila. Foi realizada a classificação granulométrica das amostras 4 e 5, através de um granulômetro laser, no Laboratório de Caracterização Tecnológica-LCT/EPUSP, os resultados são apresentados neste relatório, mais adiante.

7.2.3

ANÁLISE QUÍMICA

A análise química foi feita através da fluorescência de raios X, no Laboratório de Fluorescência de Raios X – DMG, no IGc – USP. As amostras 3, 4 e 5 foram escolhidas tanto para essa análise, como para as demais análises que se seguem. Primeiramente as amostras foram calcinadas a 1000oC até a total eliminação do Carbono e demais elementos e compostos volatilizáveis . As cinzas resultantes da calcinação foram pesadas em balança analítica (com precisão de 0,1mg) às quais foram adicionadas 9,00 g de fundente (Metaborato e Tetraborato de Lítio). As misturas foram fundidas em cadinhos de Pt/Au e vertidas em moldes do mesmo material obtendo-se assim vidros que foram analisados em Espectômetro de Fluorescência de Raios X.

32

7.2.4

ANÁLISE TERMODIFERENCIAL (ATD) E ANÁLISE TERMOGRAVIMÉTRICA (ATG)

O método de análise térmica diferencial consiste no aquecimento, em velocidade constante, de uma amostra, juntamente com uma substância termicamente inerte, registrando-se as diferenças de temperatura entre o padrão inerte e a amostra em estudo, em função da temperatura (Santos, 1989). A análise termogravimétrica consiste no aquecimento da amostra em velocidade constante em ligação com uma balança, o que permite o registro das variações de massa em função da temperatura; é instrumento de pesquisa útil, trabalhando em paralelo com a análise térmica diferencial (Santos, 1989). A análise foi realizada no Laboratório de Análises Mineralógicas – GSA no IGc. Utilizou-se para a Amostra 3 uma massa inicial de 18,475mg; o aquecimento foi em velocidade constante de 10oC por minuto até 1000oC, em um cadinho de alumina com purga de 50ml. Para a Amostra 4, a massa inicial foi de 19,173mg, e o aquecimento também de 10oC/min até 1250oC, em um cadinho de alumina com purga de 100ml, sendo estas mesmas especificações pra a Amostra 5, mudando apenas a massa inicial que foi de 18,127mg

7.2.5

ANÁLISE MINERALÓGICA

A assembléia mineralógica foi determinada pela interpretação de difratrograma de raios X, e microscopia eletrônica de varredura. A difração de raios X é utilizada, principalmente para a identificação de corpos cristalinos, também podendo fornecer dados sobre a estrutura cristalina da amostra, orientações preferenciais, tamanho de cristalitos e quantificação das fases presentes.

33

7.2.5.1 Difratômetria de Raios X para os Finos de Mineração Os finos ou resíduos de mineração escolhidos para as análises foram as amostras 3, 4 e 5, que foram submetidas ao Laboratório de Difratômetria de Raios X – DMG, no IGc – USP. Foram utilizados dois métodos (“Método do Pó” e “Método da Lâmina de Vidro”). No “Método do Pó”, as amostras a serem analisadas (amostra 3, 4 e 5) precisaram ser novamente peneiradas, a fim de se obter somente a fração Silte e Argila (passante na peneira de 200# ou 75μm), para que fosse minimizado o erro da análise. Após esse preparo cerca de 15g foram prensadas num porta-amostra, e a analise foi feita em equipamento da marca Siemens, modelo D-5000, equipado com monocromador de grafite e filtro de Ni, nas seguintes condições: tubo CuKα; intervalo de 3o<2θ<65o; passo angular de 0,05º e tempo de exposição de até 1,0s/passo. O resultado da analise foi realizado a partir de comparações com as fichas do banco da dados no Software EVA correspondente a cada componente mineral. Pelo método da “Lâmina de Vidro”, apenas as amostras 4 e 5 foram analisadas, sendo que houve a necessidade da separação da fração argila (menor que 2μm), por decantação. Essa preparação consistiu em uma massa inicial de 50g para cada amostra, que colocadas em uma cápsula de porcelana, tiveram acrescentada água deionizada e 1g de pirofosfato de sódio (Na4P2O7), para a desagregação da argila com a ajuda do agitador mecânico. Então a parte líquida da polpa foi colocada numa proveta de 1000ml, e na parte sólida restante foi-se acrescentada mais água afim de se separar a argila ainda impregnada nos grãos de areia, processo que foi repetido até que a areia aparentasse não conter mais argila. Por fim, todo o material sólido restante foi colocado também na proveta, tendo-se esperarado a decantação por 2h e por último tomando-se uma alíquota por pipetagem a qual foi colocada sobre uma lâmina de vidro e seca por evaporação natural.

34

7.2.5.2 Difratômetria de Raios X para a Pozolana, e Pozolana com Cal As amostras analisadas foram as pozolanas (Amostra 5 calcinada a 600ºC e 850ºC) e uma alíquota (fragmento) de dois corpos cilíndricos de pozolana com cal, com sete dias de cura. Para a análise das pozolanas não houve a necessidade de nenhuma preparação prévia, já que vieram da calcinação moídas na fração Silte e Argila. Entretanto para as alíquotas dos corpos cilíndricos de pozolana com cal, houve a necessidade de uma moagem para que pudessem ser colocadas no porta-amostras. O método utilizado foi o “método do pó”, em que as quatro amostras foram colocadas nos porta-amostras, em que as pozolanas (amostras calcinadas), foram submetidas ao Laboratório de Difratômetria de Raios X – DMG no IGc – USP, onde utilizou-se o mesmo aparelho da marca Siemens, nas mesmas condições anteriormente especificadas, enquanto que as alíquotas dos corpos cilíndricos foram submetidas ao Laboratório de Caracterização Tecnológica – LCT/PoliMinas, onde utilizou-se um equipamento da marca Philips, modelo MPD 1880, equipado com monocromador de grafite e filtro de Ni, nas seguintes condições: tubo CuKα; intervalo de 2,5o<2θ<70o; passo angular de 0,02º e tempo de exposição de até 1,0s/passo. Após a analise feita pelo difratômetro, os difratogramas foram todos interpretados utilizando comparações com as fichas do banco da dados no Software EVA correspondente a cada componente mineral, no Laboratório de Difratômetria de Raios X – DMG no IGc – USP.

7.2.5.3 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) A

microscopia eletrônica de varredura, permite fotos de micrografias diretas da

amostra, com um alto poder de resolução espacial e profundidade, portanto, proporcionando imagens da forma e do arranjo interno da assembléia mineral na amostra.

35

Acoplados ao microscópio, estão os analisadores de raios X por energia dispersiva (EDS) ou por comprimento de onda (WDS), que aumentam o potencial da análise, permitindo, além de imagens dos minerais, análises químicas em áreas muito reduzidas ou pontuais. Sendo assim, a maneira mais confiável de se identificar minerais com o MEV é comparar suas características morfológicas com a composição química determinada por um analisador EDS. As amostras analisadas pelo MEV foram os corpos cilíndricos de pozolana com cal, após sete dias de cura, onde após a fragmentação destes corpos retirou-se uma alíquota de cada corpo, com mais ou menos 1,5cm de largura. Estas alíquotas foram metalizadas com Carbono, e então colocadas ao MEV, da marca Oxford / Stereoscan440 (Leica), no LCT/PoliMinas.

7.3 7.3.1

ENSAIOS DE APLICAÇÃO ATIVIDADE POZOLÂNICA

O procedimento descrito para os ensaios integra toda a pesquisa realizada até o presente relatório. Materiais sílico-aluminosos, nos quais a Si e o Al se apresentam com estrutura amorfa podem reagir com cal para formar compostos com propriedades aglomerantes. Sendo que, a princípio, a reatividade química em meio alcalino (Hidróxido de Cálcio) é proporcional ao desarranjo estrutural em que o material sílicoaluminoso se encontra (Zampieri, 1989). Os ensaios de atividade pozolânica realizados foram: Atividade pozolânica com cimento, pela ABCP (Associação Brasileira de Cimento Portland); e Atividade pozolânica com cal, no Laboratório de Preparação de Amostras – IGc.

36

7.3.2

POZOLANICIDADE COM CAL

Os índices de atividade pozolânica, segundo Zampieri (1993), dependem da proporção de pozolana/cal ou pozolana/fixa, mesmo se conhecendo que a capacidade de fixação de hidróxido de cálcio difere conforme a natureza do material. Segundo a NBR 5751 (ABNT,1992), a amostra de material pozolânico deve ser seca em estufa (110oC); a argamassa deve conter uma parte de hidróxido de cálcio, nove partes de areia e material pozolânico em dobro ao volume de hidróxido de cálcio e água para a mistura, que é feita em um misturador mecânico (Figura 12), para então se realizar a moldagem de três corpos-de-prova cilíndricos. A cura desses corpos-deprova é por sete dias, sendo as primeiras 24h à temperatura ambiente, e os demais 6 dias em estufa com temperatura de (55 ± 2)oC, após o que se realiza o ensaio de ruptura à compressão para a determinação da resistência individual, média e o desvio relativo máximo entre os corpos-de-prova. Este ensaio foi realizado no Laboratório de Preparação de Amostras – IGc, não seguindo a risca à norma antes citada, já que o objetivo não foi saber a pozolanicidade com cal, mas sim observar as fases minerais neoformadas pela reação, através de MEV.

37

Figura 14: Misturador mecânico, utilizado na preparação das argamassas, pertencente a ABCP.

7.3.3

POZOLANICIDADE COM CIMENTO

O máximo de resistência mecânica dos cimentos aditivados com pozolanas, segundo Zampieri (1993), não se relaciona unicamente com o equilíbrio da capacidade de fixação do hidróxido de cálcio, mas decorre das novas fases geradas da hidratação dos componentes do clínquer no cimento e da reação pozolânica. A substituição do cimento pela pozolana, deve obedecer à proporções estequiométricas, como observado pelo mesmo Zampieri (1993), em torno de 30% de hidróxido de cálcio, em relação à massa de pozolana. Segundo NBR 5752 (ABNT,1992), o material pozolânico a ser utilizado no ensaio deve estar seco em estufa (110oC), e ter determinadas a área especifica e a finura na peneira de 45μm, tanto para a pozolana como para o cimento. São preparadas duas argamassas (A e B), sendo que a argamassa A deve conter apenas cimento Portland, e a argamassa B deve conter 35% de seu volume absoluto de cimento substituído por pozolana, sendo utilizado um misturador mecânico (Figura 12) para a preparação de

38

cada argamassa. A partir dessas duas argamassas são moldados (Figura 13), então, dois conjuntos de corpos de prova, sendo três corpos de cada argamassa, ambos de forma cilíndrica, que devem ser colocados em recipientes hermeticamente fechados, numa câmara úmida à (23 ± 2)oC, durante 24h, só então estes corpos-de-prova são submetidos à temperatura de 38oC, permanecendo a partir daí por 27 dias em cura. Para o ensaio a compressão, os corpos-de-prova devem ser resfriados até 23oC, e então se calcula a resistência individual, média e o desvio relativo máximo entre os corpos-de-prova.

Figura 15: Moldagem dos corpos-de-prova com cimento, ABCP.

A amostra 5 foi escolhida para se realizar o ensaio de atividade pozolânica com cimento, que foi realizado pela Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP), seguindo a risca as normas da ABNT acima citadas.

39

A preparação das amostras pela ABCP envolveu as seguintes etapas: 1) Secagem: A Amostra 5 conforme recebida foi seca em estufa a 100ºC durante aproximadamente 24 horas. 2) Britagem/Pulverização: A amostra seca foi britada em um britador de mandíbulas e, em seguida, pulverizada numa granulometria inferior a 0,84mm. 3) Moagem: A amostra britada foi moída em um moinho de bolas (porcelana) até obter-se um resíduo na peneira de 45μm inferior a 20%. 4) Calcinação: A amostra moída foi calcinada a 600ºC e a 850ºC durante 2 horas em forno estático de alta temperatura. O Quadro 5 apresenta os resultados da caracterização física da Amostra 5 após a calcinação a 600ºC e a 850ºC e do cimento utilizado. Quadro 5: Caracterização física da Amostra 5 e do cimento

Identificação das Amostras Amostra 5

Massa específica (g/cm3)

Área específica (cm2/g)

600ºC 2,6

600ºC 850ºC 10.820 9.290 4,60

850ºC 2,64 3,10

CP I-S-32 (cimento)

Resíduo na peneira de 45μm (%) 600ºC 850ºC 12,3 12,6 6,6

Foram preparadas duas séries de três corpos-de-prova cilíndricos (Figura 16), conforme as recomendações da norma NBR 5752/92 (ABNT, 1992), sendo uma composta por cimento Portland, água e areia normal compondo a argamassa A, e a outra substituindo 35% do volume do cimento pela pozolana compondo a argamassa B. As composições das argamassas são apresentadas no Quadro 6. Quadro 6: Composição das Argamassas A e B.

Identificação das Amostras CP I-S-32 (argamassa A) Amostra 5 (argamassa B)

CP I-S-32 (cimento)

Massa dos materiais (g) Pozolana Areia 600ºC 850ºC

Água* 600ºC 850ºC

312

936

---

---

173

173

202,8

936

91,5

93

186

190

* A quantidade de água necessária para produzir argamassas com índice de consistência de (225 ± 5)mm, determinada de acordo com a norma NBR 7215 (ABNT, 1996).

40

7.3.4

DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

Segundo a norma brasileira NBR 7215/96 (ABNT, 1996), este método compreende a determinação da resistência à compressão de corpos-de-prova cilíndricos de 50mm de diâmetro e 100mm de altura, somente após os dias de cura a que foram submetidos. Também é necessário que se faça um capeamento nas bases do corpo-de-prova, de um material composto pela fundição de enxofre com caulim, pozolanas, quartzo em pó, ou outras substâncias. No caso foi utilizado uma mistura de enxofre com quartzo em pó, à uma temperatura de fundição de 136oC. Segundo a mesma norma, os corpos devem ser quebrados numa velocidade de carregamento da máquina de ensaio, com uma transmissão da carga de compressão ao corpo-de-prova equivalente a (0,25 ± 0,05) MPa. E, por fim, calcula-se: •

Resistência individual: resistência à compressão, em megapascals (MPa), de cada corpo de prova, dividindo a carga de ruptura pela área da seção do corpode-prova.

•

Resistência média: média das resistências individuais, em MPa, dos corpos-deprova, com o resultado arredondado para o décimo mais próximo.

•

Desvio relativo máximo: Divide-se o valor absoluto da diferença entre a resistência média e a resistência individual, pela resistência média, multiplicando-se por 100 (o resultado é expresso em porcentagem); a porcentagem obtida deve ser arredondada ao décimo mais próximo.

Figura 16: Corpos-de-prova de cimento com pozolana (amostra 5 calcinada a 600ºC e 850ºC).

41

Figura 17: Maquina de ensaio de compressão uniaxial, pertencente a ABCP.

42

8

RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES

8.1 8.1.1

CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA ANÁLISE GRANULOMÉTRICA

No Quadro abaixo (Quadro 5) estão os resultados da análise granulométrica das amostras 1 e 2. Aproximadamente 21% da amostra concentra-se nas frações silte e argila, menores que 0,062mm (escala granulométrica de Wenthworth, 1922 in: Suguio, 1937), enquanto que a amostra 2 concentra apresenta aproximadamente 27% na fração silte e argila. Quadro 5: Resultados do peneiramento a úmido realizado nas amostras 1 e 2: Intervalos Amostra 1 Amostra 2 granulométricos Massa retida Peso retido Massa retida peso retido (mm) (g) (%) (g) (%)

>4,0mm 4,0 a 1,68mm 1,68 a 1,00mm 1,0 a 0,59mm 0,59 a 0,5mm 0,5 a 0,177mm 0,177 a 0,105mm 0,105mm a 63μm 63μm a 45μm <45μm Total

54,81 34,18 64,15 60,21 27,88 66,50 12,60 5,12 5,57 81,98 413

13,27 8,28 15,53 14,58 6,75 16,10 3.05 1,24 1,35 19,85 100

15,91 47,86 54,77 66,10 46,58 50,22 24,36 6,40 11,69 118,11 442

3,60 10,83 12,40 14,95 10,54 11,36 5,51 1,45 2,64 26,72 100

Os gráficos de distribuição granulométrica e histograma (Figuras 18 e 19), apresentados na seqüência, representam o resultado da análise granulométrica obtida no analisador a laser, para as amostras 4 e 5. Observando o gráfico de distribuição granulométrica (Figura 18), pode-se notar que a amostra 4 tem uma tendência a ter material mais fino do que a amostra 5. Em relação à porcentagem em peso passante, nota-se que 90% do peso da Amostra 5 é passante em diâmetro de 103μm, e 90% do peso da Amostra 4 é passante até um diâmetro 48μm; ou seja, enquanto que na Amostra 5 há um maior volume de material passante em 103μm, na Amostra 4, há um maior volume de material passante em 48μm.

43

Distribuição granulométrica acumulada

% em peso (passante)

100 90 80 70 60 50

Amostra 4 - Amostragem Instantânea Amostra 5 - Amostragem Composta D10% D50% D90% 7,7

40 30 20

1,4 4

10 0 0.01

0.1

103

48

12,2

1,95

1

10

100

1000

diâmetro da partícula (μm)

Figura 19: Distribuição granulométrica das amostras 4 e 5, com os diâmetros e porcentagem volume passante.

Histograma 4.5

% em peso passante

4.0 3.5 3.0

Amostra 4 - Amostragem Instantânea Amostra 5 - Amostragem Composta

2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0.01

0.1

1

10

100

1000

diâmetro da partícula (μm)

Figura 20: Histograma de freqüência da porcentagem em volume passante e diâmetro das partículas.

Observando o histograma acima (Figura 20) é bem nítido, para a Amostra 4, que há a presença de duas populações, uma maior população no intervalo de 3 a 6μm, e uma outra população que é passante no intervalo 20 a 40μm, e com baixa representatividade dos materiais mais grossos (área da extrema direita do histograma é menor). Para a Amostra 5, nota-se que há uma maior porcentagem de material passante no intervalo de 4 a 9μm, mas que está relativamente melhor distribuída entre

44

os diâmetros, mas com uma maior representatividade de materiais grossos (área da extrema direita do histograma é maior).

8.1.2

ANÁLISE QUÍMICA POR FLUORESCÊNCIA DE RAIOS X

As determinações apresentadas no Quadro abaixo (Quadro 6) são quantitativas. Quadro 6: Composição química das Amostras* Amostra 3 Amostra 4 Amostra 5 Óxidos (% em peso) (% em peso) (% em peso) SiO2 55,610 50,96 52,07 Al2O3 24,980 29,81 29,30 MnO 0,021 0,015 0,017 MgO 0,560 0,49 0,47 CaO 0.090 0,05 0,06 Na2O 0,150 0,10 0,13 K2O 2,840 2,08 2,41 TiO2 0,805 0,908 0,873 P2O5 0,063 0,061 0,065 Fe2O3 4,780 5,4 4,87 Perda ao Fogo 9,020 10,65 10,13 Total 98,919 100,52 100,40 * Fluorescência de Raios X, analise feita no Laboratório de Fluorescência de Raios – DMG.

Nota-se que as três amostras são compostas essencialmente por sílica, alumina, óxidos de ferros e

potássio, isso pode indicar a presença de caulinita

(Al4Si4O10(OH)8.4H2O),

o

magnésio

pode

ser

atribuído

a

esmectita

((Al1,67Mg0,33)Si4O10(OH)2), o potássio e o ferro podem ser de micas (illita).

8.1.3

ANÁLISE TÉRMICA POR ATD-ATG

Nota-se no Termograma (Figura 21): a primeira deflexão pela perda de água por adsorção; a segunda deflexão (mais evidente) resultado da perda de hidroxila, e conseqüente, desestruturação dos argilominerais; a terceira deflexão não está muito evidente, representa a cristalização da fase sintética mulita.

45

ATD-ATG da Amostra 3 3.5

101

Perda de Massa (%)

Cristalização de mulita

447,48ºC Perda de água adsorvida (78ºC)

97

2.0

Fase Amorfa 95

1.5

Perda de massa -4,21%

1.0

Perda de ägua estrutural (482,50ºC)

93

2.5

0.5 0.0

522,76ºC

91 -0.5 89

Duferença de Temperatura (ºC)

3.0 99

-1.0 0

200

400

600

800

1000

1200

Temperatura (ºC)

Figura 21: Termograma (ATD-ATG) da Amostra 3, misturada com 50% de alumina.

Portanto, o intervalo de ativação térmica da Amostra 3 corresponderia ao da formação da fase amorfa, entre 550 a 900oC.

102

4.5

100

4.0 3.5

98

Perda de água adsorvida (55,89ºC)

96

3.0 2.5

94

Perda de água estrutural (976ºC)

92

429,79ºC

Fase Amorfa

2.0

Cristalização de mulita

1.5

Perda de massa -9,03%

90

1.0 0.5

88

0.0

86

-0.5

516,05ºC

84 0

200

400

Diferença de Temperatura (ºC)

Perda de Massa (%)

ATD-ATG da Amostra 4

600

800

1000

1200

-1.0 1400

Temperatura (ºC)

Figura 22: Termograma (ATD-ATG) da Amostra 4 tal qual.

Neste termograma (Figura 22) as deflexões de perda d’água adsorvida e estrutural estão bem evidentes, assim como o intervalo da fase amorfa, que corresponde ao intervalo de ativação térmica da amostra 4, que no caso é de 550 a 900ºC.

46

ATD-ATG da Amostra 5 3.5

Perda de Massa (%)

100

3.0 Perda de água adsorvida (55,81ºC)

98

2.5

96

2.0

94

1.5

523,51ºC

92 Fase Amorfa

90

Cristalização de mulita

1.0 0.5

Perda de massa -8,338

88

0.0 Perda de água estrutural (473,12ºC)

86

-0.5 512,96ºC

84 0

200

Diferença de Temperatura (ºC)

102

400

600 800 Temperatura (ºC)

1000

1200

-1.0 1400

Figura 23: Termograma (ATD-ATG) da Amostra 5 tal qual.

Neste termograma (Figura 23), as deflexões de perda d’água estrutural e adsorvida também estão bem evidentes, assim como o intervalo da fase amorfa, e o pequeno pico correspondente a cristalização da fase sintética mulita, o intervalo de ativação térmica para a amostra 5, seria de 550 a 900ºC. Para os ensaios de pozolanicidade utilizou-se um intervalo de ativação térmica, tanto para a amostra 4 quanto para a amostra 5, de 600 a 850ºC, escolhendo-se os extremos como temperaturas respectivamente mínima e máxima de calcinação.

8.1.4

ANÁLISE MINERALÓGICA POR DIFRATOMETRIA DE RAIOS X

Segundo Moore & Reynolds (1997), deve-se ter muito cuidado na identificação de argilominerais por difratometria, pois nem todos os minerais na fração argila são argilominerais. Além do mais, pode acontecer de se interpretar algum mineral pelo difratograma, que na realidade seria outro mineral isomorfo do anterior, ou seja, de mesma estrutura cristalina, mas podendo ter composição química diferentes.

47

8.1.4.1 Difratometria de Raios X dos Finos de Mineração

Amostra 3 800

I+Q 3,35

700

K 7,196 600

17.741

E (?)

Lin (Counts)

500

K 3,59 I 10,05 Q

400

I+K

F

300

K 2,38

I 4,998 200

100

0 3

10

20

30

40

50

60

2-Theta - Scale c:\data\lilia\deyna\amostra3.RAW - File: amostra3.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 3.000 ° - End: 65.000 ° - Step: 0.050 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 27.0 °C Operations: Import 33-1161 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 50.00 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 19-0932 (I) - Microcline, intermediate - KAlSi3O8 - Y: 35.42 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 14-0164 (I) - Kaolinite-1A - Al2Si2O5(OH)4 - Y: 50.00 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 26-0911 (I) - Illite-2M1 - (K,H3O)Al2Si3AlO10(OH)2 - Y: 50.00 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

Figura 24: Difratograma de raios X da Amostra 3 tal qual. Preparação pelo método do pó. K – caulinita; I – illita; Q – quartzo e E –esmectita; F – feldspato.

O difratograma (Figura 24) mostra a composição da Amostra 3 de caulinita, mica (illita), quartzo, feldspato e possivelmente esmectita pela presença do pico a 17Å, confirmada após a separação da fração argila e os tratamentos de glicolagem e aquecimento que foram realizados para as amostras 4 e 5. Pode-se notar que os picos de reflexão a 10, 05Å e 7,196Å, bem definidas equivalem ao planos 001 e da illita e caulinita, isso representa argilominerais com alta cristalinidade. O plano 002 também se apresenta com reflexões relativamente bem definidas, com uma distância d = 4,998Å na ilita, e 3,590Å para caulinita. O pico correspondente ao plano 003 da illita também se apresenta com reflexão bem definida, mas nesse caso por estar junto com

48

o pico do quartzo a 3,33Å. Os dados de estrutura dos argilominerais identificados estão resumidos no Quadro abaixo (Quadro 7). Quadro 7: Argilominerais com seus respectivos planos cristalográficos e a distância interplanares, para difratograma da Amostra 3.

ARGILOMINERAIS

Planos Cristalográficos e Distâncias Interplanares 001 002 003

Caulinita (K)

7,196Å

3,590Å

2,383Å

Esmectita (E)

17,741Å (?)

-

-

Illita (I)

10,05Å

4,998Å

3,351Å

O pico da esmectita

indicado pela flecha em vermelho (Figura 24) de valor de

d=17,741Å,poderia ser atribuída a esmectita, porém de baixa cristalinidade.

Am ostra 4

K 7,197 5 00

Q+I 3,344 K 3,58

4 00

Lin (Counts)

E (?) 16,837 I 10,047 3 00

K+Q 2 00

F

I 4,970

I K 2,588 2,338

1 00

0 3

10

20

30

40

50

60

2-Theta - S cale c :\ d at a\ lili a\ dey n a\am o s tr a4 .R A W - F i le: am o st ra 4. R AW - T y pe : 2 T h/T h loc k e d - St art : 3. 00 0 ° - E nd : 65 .0 00 ° - Ste p: 0 .050 ° - Ste p ti m e: 1. s - T em p .: 25 °C (R o om ) - T im e Sta Op er at ion s : I m po rt 46 -10 45 ( *) - Q ua rtz , s y n - Si O2 - Y : 5 0.00 % - d x by : 1. - WL : 1 .5 40 56 - H e x ago na l - a 4. 91 344 - b 4.91 344 - c 5 .4 052 4 - al pha 90.00 0 - be t a 90 .0 00 - g am m a 1 20 .0 00 - P rim iti 43 -06 85 ( I) - Illit e -2M 2 [N R ] - KA l2( Si3 Al) O1 0(O H )2 - Y : 2 7.08 % - d x by : 1. - W L : 1 .5 40 56 - M o no cl inic - a 9.0 17 - b 5 .2 10 - c 20 .4 37 - a lph a 90 .0 00 - b eta 10 0.4 - g am m a 9 0.0 14 -01 64 ( I) - K ao linite -1A - A l2 Si2 O5 (OH )4 - Y: 50 .0 0 % - d x by : 1 . - W L : 1. 5 405 6 - T ric lin ic - a 5. 15 5 - b 8.95 9 - c 7. 40 7 - alp ha 9 1. 68 - b et a 10 4. 9 - ga m m a 8 9. 94 - B as e- c ent r

Figura 25: Difratograma de raios X da Amostra 4 tal qual. Preparação pelo método do pó. K – caulinita; I – illita; Q – quartzo e E –esmectita; F – feldspato.

49

Os dados de estruturas dos argilominerais reconhecidos neste difratograma (Figura 25) estão resumidos no Quadro 8. Pode-se notar que a assembléia mineral é a mesma (caulinita, illita, quartzo, feldspato e possivelmente esmectita) que a observada no difratograma anterior (Figura 24), e com alta cristalinidade dos argilominerais (caulinita, illita), que é evidenciado pelos picos elevados e agudos, respectivamente 7,197Å e 10,047Å. Quadro 8: Argilominerais com seus respectivos planos cristalográficos e a distância interplanares, para difratograma da Amostra 4.

Planos Cristalográficos e Distâncias Interplanares 001 002 003 004

ARGILOMINERAIS Caulinita (K)

7,197Å

3,580Å

2,338Å

-

Esmectita (E)

16,837Å (?)

-

-

-

Illita (I)

10,05Å

4,97Å

3,344Å

2,588Å

Am ostra 5 5 00

K 7,196

Q+I 3,345

Lin (Counts)

4 00

K 3,584

I 9,936 3 00

K+Q

F

F K I 2,351 2,564

2 00

I 4,997 1 00

0 3

10

20

30

40

50

60

2-Theta - S cale c :\ d at a\ lili a\ dey n a\am o s tr a5 .R A W - F i le: am o st ra 5. R AW - T y pe : 2 T h/T h loc k e d - St art : 3. 00 0 ° - E nd : 65 .0 00 ° - Ste p: 0 .050 ° - Ste p ti m e: 1. s - T em p .: 25 °C (R o om ) - T im e Sta Op er at ion s : I m po rt 46 -10 45 ( *) - Q ua rtz , s y n - Si O2 - Y : 5 0.00 % - d x by : 1. - WL : 1 .5 40 56 - H e x ago na l - a 4. 91 344 - b 4.91 344 - c 5 .4 052 4 - al pha 90.00 0 - be t a 90 .0 00 - g am m a 1 20 .0 00 - P rim iti 43 -06 85 ( I) - Illit e -2M 2 [N R ] - KA l2( Si3 Al) O1 0(O H )2 - Y : 1 8.75 % - d x by : 1. - W L : 1 .5 40 56 - M o no cl inic - a 9.0 17 - b 5 .2 10 - c 20 .4 37 - a lph a 90 .0 00 - b eta 10 0.4 - g am m a 9 0.0 14 -01 64 ( I) - K ao linite -1A - A l2 Si2 O5 (OH )4 - Y: 50 .0 0 % - d x by : 1 . - W L : 1. 5 405 6 - T ric lin ic - a 5. 15 5 - b 8.95 9 - c 7. 40 7 - alp ha 9 1. 68 - b et a 10 4. 9 - ga m m a 8 9. 94 - B as e- c ent r 19 -09 26 ( *) - M i cr oc lin e, ord ere d - KA lS i3O 8 - Y: 33 .3 3 % - d x by : 1 . - W L : 1. 54 05 6 - T ric lin ic - a 8. 58 1 - b 12 .9 61 - c 7.22 3 - al pha 90.6 5 - bet a 1 15 .9 4 - ga m m a 87 . 63 - B as e-c

Figura 26: Difratograma de raios X da Amostra 5 tal qual. Preparação pelo método do pó. K – caulinita; I – illita; Q – quartzo; F – feldspato.

50

No difratograma acima (Figura 26) a assembléia mineral ainda aparenta ser a mesma, com exceção da ausência de esmectita, pois não é observado o pico de 17Å que representaria a esmectita. O resumo dos dados de estrutura cristalina de argilominerais estão esboçados no Quadro 9. A alta cristalinidade dos argilominerais também é evidente na Amostra 5, como pode-se observar pelos picos longos e agudos: 9,936Å – illita; 7,196Å – caulinita. Quadro 9: Argilominerais com seus respectivos planos cristalográficos e a distância interplanares, para difratograma da Amostra 5.

Planos Cristalográficos e Distâncias Interplanares 001 002 003 004

ARGILOMINERAIS Caulinita (K)

7,196Å

3,584Å

2,351Å

-

Illita (I)

9,936Å

4,997Å

3,345Å

2,564Å

Am ostra 4 3 400 3 300 3 200 3 100 3 000

K

2 900

7.190

2 800 2 700 2 600 2 500 2 400 2 300 2 200

Lin (Counts)

2 100 2 000 1 900 1 800 1 700 1 600

E 17.629

1 500 1 400 1 300 1 200 1 100

I 10.099

1 000 9 00 8 00 7 00 16.009

6 00 5 00 4 00

K

I

3 00 2 00 1 00 0 3

10

20

30

40

50

60

2-Theta - Scale c :\d ata\lili a\dey n a\am o s tr a4 .R A W - F i le: am o stra 4.R AW - T y pe : 2 T h/T h loc k e d - Start Op er ation s : Im po rt c :\d ata\lili a\dey n a\am o s tr a 4g .R A W - F ile: am o s tra 4g.R A W - T y p e: 2 T h/T h lo ck e d - S Op er ation s : Im po rt c :\d ata\lili a\dey n a\am o s tr a4 aq.R A W - F il e: a m os tra 4aq .R AW - T y pe: 2T h /T h l oc k ed Op er ation s : Im po rt 46 -10 45 ( *) - Q ua rtz , s y n - Si O2 - Y : 1 1.13 % - d x by : 1. - WL : 1 .5 40 56 - H e x ago na l 43 -06 85 ( I) - Illite -2M 2 [N R ] - KA l2( Si3 Al) O1 0(O H )2 - Y : 6 .0 3 % - d x by : 1 . - W L: 1.54

14 -01 64 (I) - K aol inite -1A - A l2S i2 O5 (OH ) 4 - Y: 11 .1 3 % - d x by : 1 . - W L: 1.54 05 6 - T

Figura 27: Difratograma de raios X da Amostra 4 na fração argila (<2μm). Preparação pelo método da lâmina de vidro. Preto – natural, vermelho – glicolada, azul – aquecida a 550ºC. K – caulinita; I – illita e E – esmectita.

51

Am ostra 5 4 000

7.153

K

Lin (Counts)

3 000

2 000

I

I 3.239

3.579 4.255

4.992

I

3.337

K

9.954

1 000

0 3

10

20

30

40

50

60

2-Theta - S cale c :\d ata\lili a\dey n a\am o s tr a5 nat.R AW - F ile : a m os tra5 na t.R A W - T y pe : 2 T h/T h loc k e d - Star t: 3.00 0 ° - E nd : 65 .000 ° - S te p: 0 .050 ° - S te p tim e: 1. s - T em p.: 25 °C (R o om ) - T im Op er ation s : Im po rt c :\d ata\lili a\dey n a\am o s tr a 5g .R A W - F ile: am o s tra 5g.R A W - T y p e: 2 T h/T h lo ck e d - Star t: 3.00 0 ° - E nd : 1 5.00 0 ° - S te p: 0.05 0 ° - S te p tim e: 1. s - T e m p.: 2 5 °C ( R oom ) - Ti m e Op er ation s : Im po rt c :\d ata\lili a\dey n a\am o s tr a5 a.R AW - F ile : am os tra5 a.R AW - T y pe : 2T h /Th loc k ed - S tart: 3 .000 ° - E nd: 65 .0 00 ° - Step : 0 .0 50 ° - Step tim e: 1 . s - T em p .: 25 °C (R o om ) - T im e S Op er ation s : Im po rt

Figura 28: Difratograma de raios X da Amostra 5 na fração argila (<2μm). Preparação pelo método da lâmina de vidro. Preto – natural, vermelho – glicolada, azul – aquecida a 550ºC. K – caulinita; I – illita e E – esmectita.

Pelo método da lâmina de vidro, após a separação da fração argila (<2μm), acontece a eliminação do quartzo na amostra, o que evidenciado pela ausência do pico 3,34Å elevado nos difratogramas acima (figura 27 e 28), ocorrendo nesta posição, apenas um pico de baixa elevação correspondente ao pico 3,34Å da illita. No caso da caulinita (K), representada pelo pico de 7Å, após o aquecimento a 550ºC houve sua desestruturação, tendo desaparecido o pico nos difratogramas das amostras aquecidas. A presença de esmectita só foi confirmada para a amostra 4, onde a distância de 16,009Å sofre uma expansão, após o tratamento com etilenoglicol, para 17,629Å, e depois uma diminuição. Na amostra 5 aparentemente não há esmectita, ou se houver, é de muito baixa cristalinidade.

52

8.1.4.2 Difratômetria de Raios X das Pozolanas e Pozolanas com Cal

Am ostra 5 Calcinada 600 C 600ºC I+Q 3,339

5 00

Lin (Counts)

4 00

3 00

Q

F

2 00

I 9,935

Q

I 2,532

I 4,519

F

1 00

0 3

10

20

30

40

50

60

2-Theta - S cale c :\d ata\lili a\dey n a\am o s tr a5 a.R AW - F ile : am os tra5 a.R AW - T y pe : 2T h /Th loc k ed - S tart: 3 .000 ° - E nd: 65 .0 00 ° - Step : 0 .0 50 ° - Step tim e: 1 . s - T em p .: 25 °C (R o om ) - T im e S Op er ation s : Im po rt 46 -10 45 ( *) - Q ua rtz , s y n - Si O2 - Y : 5 0.00 % - d x by : 1. - WL : 1 .5 40 56 - H e x ago na l - a 4.91 344 - b 4.91 344 - c 5 .4 052 4 - al pha 90.00 0 - be ta 90 .0 00 - g am m a 1 20 .0 00 - P rim iti 43 -06 85 ( I) - Illite -2M 2 [N R ] - KA l2( Si3 Al) O1 0(O H )2 - Y : 2 7.08 % - d x by : 1. - W L : 1 .5 40 56 - M o no cl inic - a 9.0 17 - b 5 .2 10 - c 20 .4 37 - a lph a 90 .0 00 - b eta 10 0.4 - g am m a 9 0.0 19 -09 32 ( I) - M i cr oc lin e, inter m edi ate - KA lS i3O 8 - Y: 22 .9 2 % - d x by : 1 . - W L: 1.54 05 6 - T ric lin ic - a 8.56 0 - b 12 .9 7 - c 7 .210 - alp ha 9 0.3 - be ta 1 16 .1 - g am m a 89 .0 0 - Ba s e-c

Figura 29: Difratograma de raios X da Amostra 5 calcinada a 600ºC (pozolana). Preparação pelo método do pó. I – illita; Q – quartzo; F – feldspato.

Ao se observar o difratograma acima (Figura 29) vê-se que a assembléia mineral da amostra 5 tornou-se mais simples, ao comparar com o difratograma da amostra tal qual (Figura 26), apenas apresentando mica (illita), quartzo e feldspato. A ausência do pico de 7Å, que representaria a caulinita, é explicada pela desestruturação em que esta sofreu após a calcinação. No caso da mica, há a presença do pico de 10Å, mas pode ter acontecido uma desestruturação parcial, informação que não dá para se obter a partir do difratograma.

53

Am ostra 5 Calcinada 1 500

850ºC

1 400

1 300

1 200

Q

1 100

Lin (Counts)

1 000

9 00

8 00

Q

7 00

I 10,053

3 00

I 5,054

I 2,589

2 00

2,234 M(?)

4 00

2,460 M(?)

F+I 3,217

5 00

2,985 M(?)

6 00

1 00

0 3

10

20

30

40

50

60

2-Theta - S cale c :\d ata\lili a\dey n a\am o s tr a5 bne w .R AW - F ile: am o s tr a5 bne w .R AW - T y pe: 2T h /T h l oc k ed - S ta rt: 3 .0 00 ° - En d: 65.0 00 ° - Step : 0.0 50 ° - Step tim e : 1 . s - Te m p.: 25 °C (R oo m ) Op er ation s : Im po rt 46 -10 45 ( *) - Q ua rtz , s y n - Si O2 - Y : 3 4.37 % - d x by : 1. - WL : 1 .5 40 56 - H e x ago na l - a 4.91 344 - b 4.91 344 - c 5 .4 052 4 - al pha 90.00 0 - be ta 90 .0 00 - g am m a 1 20 .0 00 - P rim iti 19 -09 26 ( *) - M i cr oc lin e, ord ere d - KA lS i3O 8 - Y: 9.37 % - d x b y : 1. - W L: 1.540 56 - T r ic lini c - a 8 .5 81 - b 1 2.96 1 - c 7.223 - alp ha 9 0.65 - b eta 11 5.94 - g am m a 87.6 3 - Ba se -c e 43 -06 85 ( I) - Illite -2M 2 [N R ] - KA l2( Si3 Al) O1 0(O H )2 - Y : 1 0.42 % - d x by : 1. - W L : 1 .5 40 56 - M o no cl inic - a 9.0 17 - b 5 .2 10 - c 20 .4 37 - a lph a 90 .0 00 - b eta 10 0.4 - g am m a 9 0.0

Figura 30: Difratograma de raios X da Amostra 5 calcinada a 850ºC (pozolana). Preparação pelo método do pó. I – illita; Q – quartzo; F – feldspato; M – fase sintética mulita.

Ao se observar este difratograma (Figura 30), nota-se uma assembléia mineral quase idêntica ao difratograma anterior (Figura 29), apresentando basicamente quartzo, mica (illita) e feldspato, inclusive com ausência do pico de 7Å, que representaria a caulinita. Entretanto há uma possibilidade dos picos de 2,985Å, 2,589Å e 2,234Å corresponderem à nova fase sintética mulita, contudo, não dá para se afirmar nada a respeito, já que a informação passada pelo difratograma não é suficiente.

54

Am ostra 5 Calcinada a 600 C 5 00

I + Q + CaO 3,334

Q

C-S-H

I 2,497

CaO + C-S-H

F

I 5,099

CaO

I 9 994

C-S-H

1 00

C-S-H

2 00

CaO

CaO

3 00

C-S-H

Lin (Counts)

4 00

0 9 10

20

30

40

50

60

7

2-Theta - S cale W inF i t c on v erted fil e T his fi le w as c on v erted by Wi nF it, k ru T his file w a s c o nv erte d by W inF it, kr um m @ g eol .u ni-e rla ng en.d e - F ile: 22 9-1 41 6.raw - T y pe : 2 T h/T h loc k ed - Start: 8 Op er ation s : Im po rt 46 -10 45 ( *) - Q ua rtz , s y n - Si O2 - S -Q 3 7.1 % 05 -05 86 ( *) - C a lc ite, sy n - C a C O3 - S-Q 18.5 % 29 -02 85 ( I) - S tr ae tli ngi te , s y n - C a2 Al 2Si O7 ·8 H 2O - S -Q 21.9 % 26 -09 11 ( I) - Illite -2M 1 [N R ] - (K,H 3 O)A l2 Si3 AlO 10 (O H )2 - S- Q 7.5 % 19 -09 32 ( I) - M i cr oc lin e, inter m edi ate - KA lS i3O 8 - S- Q 14 .9 %

Figura 31: Difratograma de raios X da pozolana (Amostra 5 calcinada a 600º) com cal, após sete dias de cura (pozolana). Preparação pelo método do pó. I – illita; Q – quartzo; F – feldspato; C-S-H – aluminosilicato de cálcio hidratado; CaO – óxido de cálcio.

Neste difratograma (Figura 31), pode-se notar que a assembléia mineral se tornou mais complexa, com a formação de fases hidratadas, como o C-S-H e de outras fases como o óxido de cálcio. A formação dessas fases aconteceu devido a reação pozolânica entre a pozolana e a cal.

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Q + CaO

3 30 3 20 3 10 3 00 2 90 2 80 2 70 2 60

CaO + C-S-H

Am ostra 5 Calcinada a 850 C 3 40

2 50 2 40 2 30 2 20 2 00 1 90 1 80 1 70 1 60

Q + P + C-S-H

Lin (Counts)

2 10

Q

1 50 1 40 1 30

G

1 20 1 10 90 80 70 60

G

50

G

P + C-S-H

1 00

G

P

CaO G

CaO

CaO

Q G

G

40 30 20 10 0 9 10

20

30

40

50

60

7

2-Theta - S cale W inF i t c on v erted fil e T his fi le w as c on v erted by Wi nF it, k ru T his file w a s c o nv erte d by W inF it, kr um m @ g eol .u ni-e rla ng en.d e - F ile: 22 9-1 41 5.raw - T y pe : 2 T h/T h loc k ed - Start: 8 Op er ation s : Im po rt 46 -10 45 ( *) - Q ua rtz , s y n - Si O2 - S -Q 2 3.6 % 05 -05 86 ( *) - C a lc ite, sy n - C a C O3 - S-Q 32.5 % 29 -02 85 ( I) - S tr ae tli ngi te , s y n - C a2 Al 2Si O7 ·8 H 2O - S -Q 22.4 % 21 -08 16 ( *) - G y ps um - C a SO 4·2H 2 O - S -Q 6 .6 % 39 -13 72 ( *) - Y ug aw a rali te - C a (S i6A l2)O 16 ·4H 2 O - S- Q 14 .9 %

Figura 32: Difratograma de raios X da Amostra 5 calcinada a 850ºC (pozolana). Preparação pelo método do pó. I – illita; Q – quartzo; C-S-H – aluminosilicato de cálcio hidratado; CaO – óxido de cálcio; P – Portlandita; G – gehlenita.

Neste outro difratograma (Figura 32), pode-se notar que a reação pozolânica formou além das fases anteriormente citadas (C-S-H e óxido de cálcio), houve também a formação de portlandita (Ca(OH)2) e gehlenita (Ca2Al2SiO7.8H2O). A formação de pertlandita indica que há excesso de hidróxido de cálcio, podendo prejudicar um pouco a reação pozolânica.

8.1.5

ANÁLISE

MINERALÓGICA

POR

MICROSCOPIA

ELETRONICA

DE

VARREDURA (MEV) Foi realizada a análise por microscopia eletrônica de varredura, em apenas duas alíquotas retiradas dos fragmentos dos corpos cilíndricos de pozolana com cal, após sete dias de cura.

56

Figura 33: Aparência das micas ainda presentes na amostra de pozolana(Amostra 5 calcinada a 600ºC) com cal.

Pode-se notar na figura acima (Figura 33), que ainda há a presença de muitas micas na amostra, apesar de ter ocorrido a calcinação a 600ºC e a reação pozolânica.

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Figura 34: Aspecto rendilhado do C-S-H que se formou em cima das placas de mica. Pozolana(Amostra 5 calcinada a 600ºC) com cal.

Figura 35: EDS da área indicada pelo numero 1, na Figura 34.

Figura 36: EDS do ponto indicado por 2, na Figura 34.

Nota-se que apesar da fotomicrografia aparentar ter muito C-S-H, o EDS apresentou além de cálcio (pertencente ao C-S-H), a presença de potássio, ferro e alumínio, que são elementos característicos de mica. Isso ocorre, porque, provavelmente o C-S-H formado da reação pozolânica, não se formou completamente, aparecendo apenas uma fina camada de C-S-H sobre as micas.

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Figura 37: Aspecto rendilhado do C-S-H que se formou em cima das placas de mica. Pozolana(Amostra 5 calcinada a 600ºC) com cal.

Figura 38: EDS do ponto indicado por 3, na Figura 37.

Figura 39: EDS da área indicada por 4, na Figura 37.

Comparando as duas análises por EDS, pode-se dizer que a Figura 39 apresenta apenas cálcio, enquanto que a Figura 38 apresenta além de cálcio, alumínio, ferro, sílica. Conclui-se com isso que no ponto indicado por 3, há mais presença de mica do que de C-S-H, já na área indicada por 4, predomina a presença do C-S-H.

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Figura 40: Aspecto Geral da amostra de pozolana (Amostra 5 calcinada a 850ºC) com cal.

Observa-se na micrografia a presença de grãos de quartzo e feldspato, micas e outros minerais de argila, além de argilominerais.

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Figura 41: Zoom da Figura 40, representado pela área do quadrado branco.

Figura 42: EDS do ponto 2, na Figura 41

Figura 43: EDS da área 3, na Figura 41.

Em 2, parece ser um argilomineral, tanto pela fotomicrografia (Figura 41), como pela análise de EDS (Figura 42). Já em 3, pela fotomicrografia (Figura 41) e pelo EDS (Figura 43), aparenta ser um argilomineral coberto com uma camada bem fina de C-SH, bem pouco cristalizado.

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Figura 44: Aspecto geral da amostra de pozolana (Amostra 5 calcinada a 850ºC) com cal.

Figura 45: EDS do ponto indicado por 1, na Figura 41.

Pela análise de EDS no ponto 1, é possível que o grão em que foi realizada a análise seja de feldspato.

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Figura 46: hábito rendilhado do C-S-H e o hábito placóide dos argilominerais presentes na amostra de pozolana (Amostra 5 calcinada a 850ºC) com cal.

Figura 47: EDS do ponto 4, na Figura 46.

Figura 48: EDS da área 5, na Figura 46.

Figura 49: EDS do ponto 6, na Figura 46.

Figura 50: EDS do ponto 7, na Figura 46.

Nota-se na área indicada por 5, na fotomicrografia (Figura 46), que o hábito é rendilhado, mas pelo EDS (Figura 48) a composição é típica de uma mica, provavelmente deve ser uma camada bem fina de C-S-H pobremente cristalizado

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sobre uma mica. Já nos pontos indicados por 4,6 e 7, as composições químicas vistas no EDS (respectivamente Figuras 47, 49 e 50) são semelhantes, podendo se tratar de argilominerais. Dentre as duas amostras de pozolana com cal, uma a Amostra 5 calcinada a 600ºC e a outra sendo a Amostra 5 calcinada a 850ºC; ao se comparar as fotomicrografias, pode-se dizer que na primeira a quantidade de micas aparenta ser maior, enquanto que na segunda a quantidade de micas aparenta ser menor.

8.2

ENSAIOS DE POZOLANICIDADE

O ensaio de pozolanicidade com cal realizado em laboratório, teve por objetivo apenas a reprodução dos corpos cilíndricos com a finalidade de serem analisados por MEV e difratometria de raios X, para se observar as fases minerais neoformadas, como discutido no item 7.3.2 (pozolanicidade com cal).

8.2.1

ATIVIDADADE POZOLÂNICA COM CIMENTO

Esta parte do relatório apresenta os resultados dos ensaios de determinação de atividade pozolânica com cimento Portland referentes à Amostra 5, que representa os finos da Mineração. O Quadro 10 apresenta os resultados da resistência à compressão das argamassas, do índice de atividade pozolânica com cimento e a porcentagem de água requerida.

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Quadro 10: Resistência à compressão , índice de atividade pozolânica com cimento Portland, e água requerida para as argamassas A e B. Índice de Atividade Identificação das Resistência à Água Requerida Pozolânica com (1) Argamassas Compressão (Mpa) (%)(3) (2) Cimento Portland (%) Amostra 5 600ºC 850ºC 600ºC 850ºC 600ºC 850ºC (argamassa B) 29,4 28,9 81,7 79,4 107% 109,8% CP I-S-32 36 36,4 --------------------(argamassa A) (1) Média dos três corpos-de-prova. (2) O índice de atividade pozolânica com cimento é dado pelo quociente entre as resistências à compressão da argamassa que contém a pozolana (B) e a argamassa de referência (A), após 28 dias de cura, e expresso em porcentagem. (3) A água requerida é uma relação obtida entre o quociente das quantidades de água das argamassas A e B, quantidade essa necessária para produzir uma consistência de (225 ± 5)mm, expressa em porcentagem.

O índice de atividade pozolânica com cimento Portland deve ser de no mínimo 75%, conforme a norma NBR 12653/92 (ABNT,1992). A porcentagem máxima de água requerida para as pozolanas da classe N (naturais e artificiais) e classe E (cinza volante) é de 115% e 110% respectivamente. Os ensaios realizados permitiram verificar que a Amostra 5, calcinada nas temperaturas de 600ºC e 850ºC, atendem às especificações da norma NBR 12653/92 (ABNT,1992) tanto quanto ao índice de atividade pozolânica com cimento, quanto à porcentagem de água requerida.

8.3

ANÁLISE CRÍTICA DOS RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES FINAIS

O material estudado é composto basicamente por caulinita, quartzo, mica e esmectita (pelo menos na Amostra 4, e possivelmente Amostra 3), segundo as análises por difração de raios x, por fluorescência de raios x e também as termogravimétricas. Essa composição é favorável para que o material de estudo apresente potencialidade ao aproveitamento como pozolana, quando comparado com materiais já estudados por outros autores. O intervalo de ativação térmica determinado para o material de estudo 550 a 900oC é compatível com o intervalo obtido por Zampieri (1989) para argilas cauliníticas de resultados pozolânicos satisfatórios (700 a 900ºC), tendo sido definido como para a ótima o intervalo de temperatura entre 600ºC a 850ºC.

65

Entretanto, as argilas estudadas possuem uma composição mais mista, conforme observados nos difratogramas das Amostras 3, 4 e 5 (Figuras 24,25 e 26 respectivamente), com predomínio de caulinita, mas contendo esmectita e illita. A forma de amostragem do material também pode ser determinante na qualidade dos resultados obtidos neste trabalho, pois como foi visto a amostragem instantânea (pontual) tende a coletar materiais mais finos, e com menor conteúdo de mica que a amostragem composta, como detectado, ao se comparar os resultados da análise química (Quadro 6), a amostragem instantânea (Amostra 4), tem menor teor de potássio do que a amostragem composta (Amostra 5). A respeito da atividade pozolânica com cimento, o índice de pozolanicidade foi de 81,7% para a amostra calcinada a 600ºC, e de 79,4% para a amostra calcinada a 850ºC, essa diferença neste resultado pode ser devido a tendência da última produzir excesso de hidróxido de cálcio (portlandita), como visto ao se comparar os dois difratogramas (Figura 31 e 32). Esse excesso de hidróxido prejudica a reação pozolânica, por isso o índice de pozolanicidade menor para a calcinada a 850ºC. Apesar de se ter apenas um resultado favorável (índice de atividade pozolânica maior que 75%) em ambas as temperaturas de calcinação para a Amostra 5 (amostragem composta) , nada indica que para a Amostra 4 (amostragem instantânea) o resultado também não seria favorável, já que são semelhantes. Pode-se dizer então que os finos de mineração da região do bairro do Taboão da Serra em Mogi das Cruzes são favoráveis a possuírem atividade pozolânica, desde que sejam previamente calcinados dentro do intervalo de ativação térmica determinado. Como já foi salientado, os resíduos de mineração representam 40% de resíduos finos do volume de material extraído, sendo esse material é lançado em bota-foras ou bacias de decantação, representando em um extenso impacto ambiental já que algumas dessas bacias chegam a ter até vários quilômetros quadrados de área. A utilização do resíduo fino como pozolana significaria numa grande redução dessas bacias de decantação e além de um acréscimo de lucro na atividade mineradora. Além

66

disso a adição de materiais pozolânicos à produção de cimento, diminuem os custos de produção deste, já que substitui parte do clínquer Portland, também acarretaria na diminuição de até 40% da emissão de CO2 dos 7 a 8% da emissão global que são atribuídas às indústrias cimenteiras.

9

DIFICULDADES ENCONTRADAS

Na parte de caracterização tecnológica em laboratório, não houve nenhuma dificuldade, enquanto que na parte da elaboração do relatório, houve mais dificuldade na montagem da estrutura do relatório, e na interpretação dos resultados da difratometria de raios X, e MEV.

67

10 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. 1991. Cimento Portland Composto NBR 11578/1991. 5p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. 1991. Cimento Portland Comum NBR 5732/1991. 5p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. 1991. Cimento Portland Pozolânico NBR 5736/1991. 1p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. 1996. Cimento Portland – Determinação da Resistência à Compressão NBR 7215/1996. 8p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. 1992. Materiais Pozolânicos NBR 12653/1992. 3p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. 1992. Materiais Pozolânicos – Determinação de Atividade Pozolânica – Índice de Atividade Pozolânica com Cal NBR 5751/1992. 3p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. 1992. Materiais Pozolânicos – Determinação de Atividade Pozolânica com Cimento Portland – Índice de Atividade Pozolânica com Cimento NBR 5752/1992. 3p. ALVES, W.A.; BALDO, J.B. (1998) O potencial da utilização de um resíduo argilosos na fabricação de revestimento cerâmico – parte II. Cerâmica Industrial, v.2, n.5/8, p.3840. CARNEIRO, C.D.R. & PONÇANO, W.L. 1981. As unidades geológicas do Estado de São Paulo. In: Mapa Geológico do Estado de São Paulo, escala 1:500.000, v 1. Pró-minério/Promocet. p 4-12. CORRÊA, W.L.P. 1984. Caracterização química e mineralógica das argilas da região da Bacia do Alto Tietê - Contribuição à gênese dos depósitos e à aplicação tecnológica. Dissertação de Mestrado. IGc-USP. 135p. CUCHIERATO, G.; MOTTA, J.F.M.; CABRAL JR., C.; MELLO, I.S. DE C., BRAGA, J.M.S. (1998) Possibilidades de aproveitamento cerâmico de resíduo silto-argiloso de mineração de areia: estudo de caso da Mineração Viterbo Machado Luz, SP. Cerâmica, v.44, n.285/286, p.51.

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