cimentos geopoliméricos de baixo consumo energético e ...· dos eua. em 2005, vemos um drástico

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Este curso proporciona uma profunda discusso sobre a apresentao e conhecimentos bsicos sobre os cimentos geopolimricos e produtos de construo relacionados base de subprodutos da indstria e atividades mineiras ou usinas termeltricas: as cinzas volantes.

composta por:

Cimento geopolimrico base de MK-750 / escria;

Cimento geopolimrico base de rocha;

Cimento geopolimrico base de cinzas volantes;

Mitigao do efeito estufa com cimento geopolimrico: exemplos de baixa emisso de CO2 com cimentos geopolimricos.

Aps a concluso deste curso, voc ser capaz de descrever os princpios fundamentais e conceitos na fabricao de cimentos geopolimricos de baixo consumo energtico e baixa emisso de CO2, permitindo a utilizao de afloramentos geolgicos, assim como, subprodutos minerais e resduos, cinzas volantes.

Cimentos geopolimricos de baixo consumo energtico e

baixa emisso de CO2

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Os geopolmeros envolvem materiais resistentes ao fogo e ao calor, a mitigao da emisso de CO2 e do aquecimento global, tecnologia ambiental, aplicaes de cimento-concreto e cincias arqueolgicas. Estes so os quatro tpicos que apresentaremos neste curso.

O cimento geopolimrico foi inventado em 1983, e foi primordialmente usado em propsitos de construo. Em 1987, comeamos a aplicao do cimento geopolimrico para o gerenciamento de lixo txico e radioativo, e em 1990 eu comecei a estudar como reduzir a emisso de CO2 nas indstrias de cimento, introduzindo a tecnologia do geopolmero.

Atualmente nos pases industrializados a demanda por cimento geopolimrico no muito alta, de fato, restrito ao gerenciamento de lixo txico e radioativo. Por outro lado, nos pases em desenvolvimento a preocupao era totalmente diferente, a preocupao era com o aquecimento global devido atividade intensa em propsitos infraestruturais e construes.

Se observarmos a evoluo da produo de cimento nos ltimos anos, o CO2 est associado produo de cimento.

Figura 7.1

Figura 7.2

Figura 7.3

A Figura 7.4 mostra o aumento da produo de cimento para China e ndia, comparada com a

Figura 7.4

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estagnao para os EUA e Itlia. Em 1975, a produo de cimento na China e nos EUA estavam no mesmo nvel. Em 2000, a China produziu 10 vezes mais cimento e a produo na ndia alcanou o nvel dos EUA. Em 2005, vemos um drstico aumento na produo chinesa, alcanando 800.000.000 toneladas. E a produo na ndia est seguindo a mesma tendncia com um pouco de atraso.

Portanto, o problema no o CO2 que emitido pelos pases industrializados, mas pelos pases em desenvolvimento, e a demanda tanta que precisaremos ver o que acontecer no futuro.

Temos na Figura 7.5 a projeo que eu fiz h vrios anos sobre o aumento da produo de cimento no mundo. Presumindo um aumento na produo de 5% ao ano, vemos que no ano de 2015 teremos uma emisso mundial de CO2 de mais de 3,5 bilhes de toneladas, e este valor seria igual ao que a Europa emitiu em 1992 e praticamente dois teros ou trs quartos do que os Estados Unidos emitiram em 1990.

Alcalinizao da escria

O cimento geopolimrico baseado em vrios precursores geopolimricos e matrias-primas, eles so baseados na qumica da alcalinizao da escria, que o precursor nmero um seguido por outros que sero discutidos mais tarde.

Lembre-se de que os tratados internacionais esto exigindo dos pases industrializados que reduzam a emisso de CO2 ao nvel de 1990; isto quer dizer que a projeo mundial de emisso de CO2 no ano de 2015 seria igual ao nvel de emisso na Europa

Figura 7.5

e trs quartos dos Estados Unidos incluindo transporte, energia, eletricidade.

Isto uma grande preocupao, e bvio que precisamos encontrar as solues e a tecnologia do cimento geopolimrico est provendo uma das respostas.

Na Figura 7.6 assumindo que o nvel de emisso de CO2 igual a 1990, e que a indstria de cimento tem que seguir estes nveis de emisso, previmos que em 2015 teremos a demanda em torno de 3,5 milhes de toneladas de cimento, que poderia ser dividido em Portland (o cimento Portland em 1990 estava emitindo milhares de milhes de toneladas de CO2), podemos ter fly Ash, escria de ferro (Iron Slag) que podem participar do novo cimento, mas necessrio criar novos cimentos, este o dever da tecnologia do geopolmero.

Figura 7.6

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Se voc lembra no curso nmero 2, vimos que o mineral melilita o principal constituinte da escria de alto-forno (Figura 7.7). Ele formado por dois elementos principais, o primeiro a gelinita (aluminossilicato); o segundo a akermanita (silicato de clcio e magnsio).

A Figura 7.8 mostra a evoluo da espectroscopia de ressonncia magntica nuclear do 29Si da alcalinizao da melilita com KOH. O material de partida tem ressonncia de -76 que atribuda s espcies Q1, talvez o Q2 tambm esteja aqui. E quando adicionamos o KOH, temos a produo de ressonncias adicionais, essencialmente Q1 e Q2(1Al).

Figura 7.7

Figura 7.8

poder ser interpretada deste modo:

Etapa 1 (Figura 7.9): Os constituintes da melilita so submetidos a uma clivagem alcalina forte produzindo:

- para a gelinita: molculas hidratadas de (K, Ca)-ortossialato e liberao de hidrxido de alumnio (Al(OH)3);

- para a akermanita: molculas de dissiloxonato de clcio (CSH) com unidades Q1 Si, isto , um dmero, e liberao de hidrxido de magnsio (Mg(OH)2).

Etapa 2 (Figura 7.10): As duas molculas de ortossialato produzidas pela gelinita e o hidrato de siloxonato, reagem para formar tetrmeros de estrutura cclica, que o ortossialato-dissiloxo ele tem a espcie Q2(1Al) que vemos na espectroscopia de ressonncia magntica nuclear do silcio, e o Q2 mais o restante do dissiloxonato de clcio e a precipitao do hidrxido de alumnio, hidrxido de magnsio e hidrxido de clcio, que est em excesso devido a esta policondensao.

Figura 7.9

Figura 7.10Vamos ver o que isso significa em termos de estrutura molecular.

O mecanismo qumico da alcalinizao da melilita

Isso o que chamamos de alcalinizao da escria (escria ativada alcalinamente). E voc pode

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imaginar que o fato da presena dessas molculas e a presena do hidrxido de clcio livre representariam inconvenientes e que foram estudados intensivamente pelas pessoas que trabalham com ativao alcalina de escria; e para que possam obter um melhor produto com este sistema, necessrio polimerizar estas molculas por inteiro com o uso da geopolimerizao e pela adio de metacaulim MK-750.

Geopolimerizao do MK-750 + escria

Adicionando o metacaulim no sistema, temos a reticulao tridimensional, estabilizao das propriedades e um aumento em longo prazo das propriedades do cimento geopolimrico quando comparamos com a escria ativada alcalinamente.

O grfico da Figura 7.11 mostra uma reduo na resistncia compresso em Mega Pascal com o aumento do metacaulim na mistura. Vemos que para 10% temos 65 MPa, e depois a diminuio da resistncia com o aumento do metacaulim.

Figura 7.11 - Resistncia compresso em 8 dias para diferentes teores de MK-750 em geopolmero base de clcio

Essa a prova de que a adio de metacaulim ou a transformao da escria ativada alcalinamente em uma estrutura mais estvel, est de fato,

produzindo um material com menos resistncia, mas isso no importante, ns alcanamos uma resistncia compresso de 50 MPa ou 45 MPa aps oito dias. suficiente para aplicaes regulares.

Espectroscopia RMN-RAM

Espectroscopia RMN 29Si (Figura 7.12)

Podemos seguir a geopolimerizao com o espectro de ressonncia magntica nuclear do silcio. Comeamos com a escria ativada alcalinamente, temos a ressonncia em torno de -82, que so sinais das espcies Si(Q2). Este um sistema molecular pequeno e o aumento do metacaulim muda o Si(Q2) linear para o Q3 de estrutura ramificada. Para finalizar o Si(Q4), o sistema geopolimrico tridimensional estvel.

Figura 7.12

Espectroscopia RMN 27Al (Figura 7.13)

O mesmo para o espectro do alumnio, a escria ativada alcalinamente tem o AlQ2, que a espcie (2Si, 2OH), e o AlQ3 (3Si, OH) que instvel. Enquanto que a adio de metacaulim transformou-o em AlQ4(4Si), que ressoa em torno

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Tipos de cimento geopolimrico

Temos trs tipos de cimento geopolimrico: o primeiro resulta da simples adio do metacaulim na escria, que chamamos de relao Si:Al=2, e endurecido em temperatura ambiente.

geopolimrico.

Se observarmos na Figura 7.15 as propriedades de vrios tipos de cimento, temos: Portland I e II, Pyrament (mistura de cimento Portland e matrias-primas geopolimricas), (K)-PSS e (K,Ca)-PSS, vemos que com a influncia da temperatura, que base de cimento Portland, ele destrudo acima de 300C; a resistncia nula. Enquanto as resistncias para os sistemas geopolimricos K-PSS e (K, Ca)-PSS que permanecem bons at 700-800C e ento diminuem, porm nunca quebram.

Figura 7.13

Figura 7.14

Figura 7.15

Estas so as aplicaes que foram desenvolvidas e descobertas em 1983 e 1984, que resultou na primeira patente de cimento geopolimrico e na produo de um cimento de alta resistncia inicial.

Na Figura 7.14 vemos a diferen