PROPRIEDADE ESTRUTURAL DE DUAS BENTONITAS APS ATIVADAS COM HCl - CLARIFICAO DE LEO DE ALGODO

Anais do 45 Congresso Brasileiro de Cermica 0206201 30 de maio a 2 de junho de 2001 - Florianpolis SC

PROPRIEDADE ESTRUTURAL DE DUAS BENTONITAS APS ATIVAO COM HCl - CLARIFICAO DE LEO DE ALGODO

Edson L. Foletto1, Cristina Volzone2, Ayres F. Morgado1, Luismar M. Porto11 Departamento de Engenharia Qumica e Engenharia de Alimentos - EQAUniversidade Federal de Santa Catarina, C. Postal 476 - 88040-900 Florianpolis-SC E-mail: edson@enq.ufsc.br

2 Centro de Tecnologa de Recursos Minerales y Cermica - CETMIC

C.C. 49, Cno Centenario y 506 (1897) M. B. Gonnet, Prov. Buenos Aires, Argentina

RESUMO

A ativao de argilas bentonticas com o uso de cidos inorgnicos consiste em processos para incrementar a sua capacidade adsorvente, com finalidade de clarificar leos vegetais, animais e minerais. No presente trabalho, duas bentonitas naturais de Mendoza (Argentina), com diferentes composies mineralgicas, foram tratadas com HCl (4 e 8N) durante 2 horas e os efeitos desse tratamento sobre as propriedades estruturas das argilas foram avaliados atravs de difrao de raios-X, anlises trmicas e anlise qumica. As mudanas estruturais decorrentes do tratamento tambm foram avaliadas atravs de ensaios de clarificao com leo de algodo. A habilidade de clarificao foi fortemente dependente da concentrao de cido usado na ativao da argila. A composio mineralgica das argilas naturais influenciou nas propriedades das argilas tratadas e essas propriedades ditaram o poder clarificante das argilas ativadas.

Palavras-chaves: Bentonita, argilas, ativao cida, clarificao de leo

INTRODUO

A clarificao com argilas ativadas uma etapa essencial no refino de leos vegetais, animais e minerais. As argilas usadas na clarificao so argilas bentonticas que, no estado natural, possuem baixo poder clarificante, porm, quando atacadas por cidos inorgnicos fortes, desenvolvem elevado poder de clarificao. Os cidos geralmente usados so o clordrico e o sulfrico. Alguns aspectos sobre condies operacionais de tratamentos com cidos, como por exemplo, tipo de cido, tempo e temperatura de tratamento tm sido analisados em diversos trabalhos(1-5). A composio mineralgica, incluindo as impurezas presentes, influenciam nas caractersticas do produto ativado. At o presente, sabe-se que as impurezas presentes na argila original prejudicam a qualidade do material obtido aps a ativao, e como consequncia, diminui a capacidade de clarificao de leos.

O objetivo desse trabalho foi avaliar a capacidade de clarificao do leo de algodo em funo das mudanas estruturais das bentonitas provocadas pelo tratamento com HCl.

MATERIAIS E MTODOS

Foram utilizadas como material de partida duas argilas naturais (denominadas de K e W) provenientes da Provncia de Mendoza, Argentina. Essas amostras foram caracterizadas em um trabalho prvio(6), e as composies mineralgicas esto apresentadas na Tabela 1, no prximo item. As argilas secas e modas foram passadas totalmente em peneira 200 mesh. 40 g de cada argila foram tratadas sob agitao mecnica com 400 ml de soluo de cido clordrico 4 e 8N a 90 (C, por duas horas, sob refluxo. No final de cada experimento, os slidos foram filtrados e lavados com gua destilada at ficarem livres de ons cloretos. A seguir, foram postos para secar a 55 (C. O material seco foi desagregado e passado em peneira 200 mesh. As amostras ativadas foram denominadas de K4, K8, W4 e W8, onde 4 e 8 correspondem concentrao cida usada no processo de ativao.

O leo de algodo foi obtido da empresa Vicentn S.A.I.C., Argentina. O ensaio de clarificao foi realizado usando-se 1,0 % de amostra bentontica em relao ao peso do leo de algodo semi-refinado. A temperatura de ensaio foi de 100 (C e o tempo de contato foi de 30 minutos. O sistema foi mantido sob atmosfera inerte (nitrognio) e presso absoluta de 310 mmHg. O ensaios foram realizados com os materiais no estado natural e os obtidos aps ativao cida. O capacidade de clarificao foi determinada pelas leituras de absorbncias, usando um espectrofotmetro digital WFJ525-W(724) UV-visvel, no comprimento de onda de 405 nm. A porcentagem de remoo de cor foi calculada pela equao [(A0 - A)/A0] x 100, onde A0 a absorbncia do leo semi-refinado (antes da clarificao) e A a absorbncia do leo aps o processo de clarificao.

Para a caracterizao dos materiais, usou-se as tcnicas de difrao de raios-X (DRX), anlise trmica diferencial (ATD) e termogravimtrica (TG) e anlise qumica (AQ).

Os difratogramas de raios-X foram obtidos usando um equipamento Philips 3020 com controlador PW 3710, usando radiao Cu-K( (( = 1,5405 ) e filtro de Ni a 40 kV e 20 mA. A velocidade angular foi de 1((2()/min e o intervalo de varredura foi de 3( a 40((2().

As curvas de ATD/TG foram obtidas utilizando um analisador trmico Netzsch STA 409 com uma razo de aquecimento de 10 (C/min, operando em atmosfera de ar seco (35 ml/min), na faixa de temperatura de 25-1000 (C.

A anlise qumica foi determinada por flourescncia de raios-X com o uso do instrumento Philips PW-2400.

RESULTADOS E DISCUSSO

A Tabela 1 mostra a composio mineralgica das amostras estudadas, avaliadas em um trabalho prvio(6). Detectou-se as seguintes fases principais em cada amostra: esmectita, quartzo e feldspato na amostra K; esmectita, quartzo, feldspato, caulinita e gesso na amostra W. De acordo com os resultados de composio mineralgica quantitativa, observa-se que a bentonita W mais rica em componentes argilosos (esmectita+caulinita) (49,5 %) que a amostra K (35%) e contm menor porcentagem de impurezas, 50,5 % (quartzo, feldspato, gesso e acessrios) contra 65 % (quartzo, feldspato e acessrios) da amostra K.

Tabela 1: Composio mineralgica das bentonitas.

BentonitaEsmectita (%)Caulinita

(%)Quartzo

(%)Feldspato

(%)Gesso

(%)Acessrios

(%)

K35-3720-8

W472,5271346,5

O tratamento com cido clordrico na amostras K e W originaram mudanas estruturais, como pode-se observar atravs dos difratogramas da Figura 1. A principal mudana ocorreu no espaamento correspondente ao pico da esmectita d(001), que sofreu deslocamento e reduo de intensidade aps o ataque cido. A presena do pico da esmectita aps o ataque cido indica que a estrutura foi parcialmente preservada.

Figura 1: Difratogramas das amostras K e W, natural e ativadas.

O teor de magnsio octadrico (MgOoct) presente nas amostras naturais foi calculado pela diferena entre o teor total na amostra original (MgOt: 1,56 % para a amostra K e 1,18 % para a amostra W) e o teor de MgO interlamelar (0,05 % para a amostra K e 0,23 % para a amostra W). O MgO interlamelar foi determinado pelo mtodo do acetato de amnio. Nas amostras ativadas, o MgO interlamelar foi extrado durante a ativao cida e os resultados obtidos pela anlise qumica por FRX correspondem ao MgOoct. As quantidades de Ca+2, Na+ e K+ que foram removidas pelo tratamento correspondem aos ctions trocveis que esto presentes nas amostras. No entanto, uma quantidade considervel desses elementos permanece nas amostras ativadas devido presena de impurezas, principalmente o feldspato, que insolvel em solues cidas e que contm esses ctions(7). A ativao cida originou um material com maior contedo de slica e pode-se observar tambm uma significativa remoo de xidos localizados em posio octadrica (Al2O3 +Fe2O3 +MgOoct). O aumento do teor de slica se deve sada dos ctions estruturais da esmectita. O aumento da concentrao de cido utilizado (para ambas as bentonitas) ocasionou um maior ataque estrutura, observado pela diminuio da porcentagem dos xidos octadricos.

Tabela 2: Composio qumica das bentonitas (% em peso).

AmostraSiO2Al2O3Fe2O3MgOtMgOoctCaONa2OK2OTiO2MnOPF

K69,5315,583,491,561,510,652,701,230,550,094,60

K4 75,1213,492,091,151,150,350,931,110,540,015,20

K8 75,5413,001,901,111,110,350,861,110,520,015,60

W65,1817,514,531,180,951,572,240,860,420.086,24

W4 71,4615,883,780,790,790,240,620,770,410,016,05

W8 72,9115,313,480,710,710,180,580,660,400,015,76

PF: Perda ao Fogo a 1000 oC.

Os resultados mostrados na Tabela 3 foram obtidos a partir das anlises de ATD/TG (no mostradas nesse trabalho). A temperatura do primeiro pico endotrmico correspondente perda de gua interlamelar, aumentou ligeiramente aps o tratamento com cido para ambas as amostras. As duas bentonitas naturais apresentaram dois picos endotrmicos na regio da perda de hidroxilas (faixa entre 450-720 oC). O primeiro pico localizado em 540-550 oC corresponde a presena de beidelita como espcie esmecttica, e a presena de um pico em 690 oC indica a presena de montmorilonita. O tratamento com cido modificou esses picos, deslocando-os at temperaturas mais baixas; o pico da beidelita desapareceu quase que totalmente. A porcentagem de destruio da folha octadrica, provocada pelo ataque cido, foi calculada pela diminuio da perda de peso no intervalo de temperatura de desidroxilao, com relao s perdas sofridas nessa regio pelas amostras no atacadas (naturais). O aumento da concentrao cida proporcionou uma maior destruio estrutural nas duas amostras. Observa-se tambm, que a bentonita K sofreu um maior grau de ataque com relao W na duas concentraes usadas.

Tabela 3: Resultados obtidos das curvas de ATD/TG.

Amostra

Temperaturas ((C)

desidratao desidroxilao (H2O) (OH-)Perda de peso entre 450 e 750 (C% de destruio da folha octadrica

K150 550, 690 2,690,00

K4 155 - 640 2,3213,75

K8157 - 640 2,1619,70

W157 540, 690 3,280,00

W4 162 - 642 2,8911,89

W8 155 - 6422,7914,94

O tratamento cido nas bentonitas aumentou a capacidade de clarificao de leo entre 2,5 e 7 vezes, dependendo do tipo de bentonita e da concentrao cida. Observa-se que as amostras K4 e K8 apresentaram capacidade de clarificao ligeiramente superior s W4 e W8, respectivamente. Isso deve-se ao fato de que as amostras K sofreram maior ataque durante o processo de ativao (como mostra os resultados da Tabela 3, % de destruio da folha octadrica), sendo portanto mais eficazes na clarificao de leo de algodo em relao as amostras W. Entretanto, devido ao maior contedo de material argiloso na amostra W de se esperar que, utilizando outras condies operacionais de ativao cida (por exemplo, maior tempo ou concentrao de cido), os resultados de clarificao melhorem.

Tabela 4: Capacidade de clarificao das amostras.

AmostraCapacidade de clarificao (%)

K2,93

K47,48

K813,73

W1,60

W47,02

W811,33

A Tabela 5 mostra um resumo dos resultados mais relevantes encontrados nesse trabalho. evidente que o tratamento cido originou mudanas estruturais nas bentonitas, observado pelas anlises qumicas, difrao de raios-X e anlises trmicas. De acordo com os nossos resultados, a capacidade de clarificao aumenta com o aumento de R, isto , a capacidade de clarificao aumenta medida que se vai extraindo os ctions octadricos das estruturas das bentonitas. Esta remoo dos ctions das folhas octadricas tambm observada nos resultados obtidos ao avaliar a perda de peso correspondente ao segundo pico endotrmico localizado na faixa de 450-750 (C, cujos valores da tabela correspondem a destruio da folha octadrica. Na mesma tabela, a razo entre a intensidade do pico (001) da esmectita e a do pico do quartzo (2( = 26,6), obtida pelos difratogramas, indica o grau de ataque sofrido pela esmectita com relao ao sofrido pelo quartzo, quartzo esse que permanece inalterado aps o tratamento cido. As razes entre as intensidades diminuram com o aumento da concentrao cida usada na ativao das amostras naturais K e W, indicando que o tratamento cido vai destruindo a estrutura das bentonitas.

Tabela 5: Correlaes entre os efeitos do ataque cido s estruturas das bentonitas e a capacidade de clarificao de leo.

Amostra(1) Razo

I esmectita / I quartzo(2)R(3) % de destruio da folha octadrica(4) Capacidade de clarificao (%)

K0,263,370,002,93

K40,234,4913,757,48

K8 0,204,7119,7013,73

W0,312,800,001,60

W4 0,303,4911,897,02

W8 0,223,7314,9411,33

(1) Razo entre a intensidade do pico da esmectita d(001) e a do pico do quartzo (2( =26,6), obtida a partir dos difratogramas da Figura 1.

(2) R: Razo SiO2 / (Al2O3 + MgOoct + Fe2O3), obtida a partir dos dados da Tabela 2.

(3) Dados da Tabela 3.

(4) Dados da Tabela 4.

CONCLUSES

A ativao com cido clordrico, realizada nas bentonitas utilizadas nesse trabalho, aumentou o poder de clarificao de leo de algodo em at 7 vezes, com relao ao poder das amostras naturais.

A concentrao de cido clordrico e a composio mineralgica influenciam notavelmente no poder de clarificao do leo de algodo.

As mudanas observadas nvel octadrico da estrutura das bentonitas influenciam consideravelmente na capacidade de clarificao.

AGRADECIMENTOS

CAPES pelo suporte financeiro do trabalho.

REFERNCIAS

1. C. Volzone, J.M. Lpez, E. Pereira, Activacin cida de un material esmecttico, Rev. Latinoam. Ing. Qum. Qum. Apl. 16, (1986), p. 205-215.

2. C. Volzone, P.E. Zalba, E. Pereira, Activacin cida de esmectitas: II. Estudo mineralgico. An. Asoc. Qum. Argent., 76, (1988), p. 57-68.

3. A.F. Morgado, Caracterizao e propriedades tecnolgicas de uma argila esmecttica de Santa Catarina. Tese de doutorado, Universidade de So Paulo, So Paulo, 1998.

4. E.L. Foletto, C. Volzone, A.F. Morgado, L.M. Porto, Modificao estrutural de bentonitas e sua utilizao como agente descorante, IV Coloquio Latinoamericano de Fractura y Fatiga, CD ROM, p. 1081-1086, Neuqun, Argentina, 2000.

5. E.L. Foletto, C. Volzone, A.F. Morgado, L.M. Porto, Influncia do tipo de cido usado e da sua concentrao na ativao de uma argila bentontica, 14 Congresso Brasileiro de Engenharia e Cincia dos Materiais, So Pedro/SP, resumo, (2000), p. 72.

6. E.L. Foletto, C. Volzone, A.F. Morgado, L.M. Porto, Anlise comparativa da ativao cida de dois materiais argilosos com diferentes composies mineralgicas, VI Jornadas Argentinas de Tratamiento de Minerales, p. 43-48, Salta, Argentina, 2000.

7. M.S. Barrios, L.V.F. Gonzles, M.A.V. Rodrguez, J.M.M. Pozas, Acid activation of a palygorskite with HCl: development of physico-chemical, textural and surface properties. Applied Clay Science, 10, (1995), p. 247-258.

STRUCTURAL PROPERTY OF TWO BENTONITES AFTER ACID ACTIVATION WITH HCL - COTTONSEED OIL BLEACHING

ABSTRACT

Bentonitic clay activation using inorganic acid consist in processes to increase its adsorbent capacity, to vegetable, animal and mineral oils bleaching. At the present work, two bentonites from Mendoza (Argentine) with different mineralogical

composition, were treated with HCl (4 and 8N) for 2 hours and its treatments effects under clays structural properties were tested by X-ray diffraction, chemical analysis and thermical analysis. The activated samples were tested in order to verify their bleaching cottonseed oil capacity. Bleaching capacity was strongly dependent on acid concentration used for clay activation. The mineralogical composition of natural clays have influenced the properties of treated clays and these properties have influenced its bleaching power.

Key-words: Bentonite, clay, acid activation, oil bleaching

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