53º Congresso Brasileiro de Quimica
Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4

ÁREA: Materiais

TÍTULO: Utilização de métodos instrumentais para a verificação das principais diferenças nas estruturas das zeólitas A e 5A

AUTORES: Santos, S. (UFPA) ; Oliveira, A.G. (UFPA) ; Santos, R. (UFPA) ; Torres, P. (UFPA) ; Neves, R. (UFPA)

RESUMO: O rejeito de caulim é uma fonte alternativa, abundante e barata de SiO2 e Al2O3 para muitos usos industriais, inclusive na síntese de zeólitas. E a partir desta matéria-prima, neste trabalho, foi sintetizada a zeólita A, na forma sódica, e posteriormente feita uma troca catiônica cálcica para a síntese de Zeólita 5A para melhorar sua atividade e seletividade. Os dois processos de síntese foram realizados em reatores dinâmicos e seus produtos foram analisados por DRX, FRX e DTA/TG. Verificou-se que através destes métodos de síntese foram obtidas zeólitas A e 5A, com alta intensidade e cristalinidade e que os métodos instrumentais aplicados para comprovar as diferenças entre as estruturas das zeólitas foram satisfatórios.

PALAVRAS CHAVES: Síntese; Zeólita A; Zeólita 5A

INTRODUÇÃO: A região Amazônica é detentora das maiores reservas brasileiras de caulim com qualidade de alvura, após beneficiamento, própria para utilização em cobertura de papel. Os destaques são para as minas da região do Rio Capim, NE do Estado do Pará, atualmente exploradas pelas Pará Pigmentos S.A. (PPSA) e Imerys Rio Capim Caulim S.A. (IRCC), e para a região do Rio Jarí, no Estado do Amapá, com o processo de beneficiamento de caulim realizado pela empresa Caulim da Amazônia S.A. (CADAM) localizada no Estado do Pará. Esse beneficiamento de caulim gera um grande volume de rejeito, constituído essencialmente por caulinita (composta, especificamente, por SiO2 e Al2O3), depositados em bacias que ocupam extensas áreas e representam um delicado passivo ambiental para as empresas e para a sociedade1,2. Apresentar uma das formas de reaproveitamento do rejeito proveniente do beneficiamento de caulim para o papel vem sendo uma das principais preocupações para as pesquisas atuais. Uma dessas formas de reaproveitamento constitui-se no emprego dos rejeitos no processo de síntese de Zeólitas, pois o caulim é fonte de matéria-prima para a sua síntese, em especial a zeólita A². Zeólitas são silicatos hidratados de alumínio e silício (aluminossilícatos hidratados) cristalinos que apresentam distribuição de poros e canais bem definidos com elevadas áreas específicas, apresentam capacidade de adsorção para purificação de gases e vapores; troca de cátions elevadas, que tornam esses materiais excelentes adsorventes, catalisadores e com grandes aplicações na indústria petroquímica³, por outro lado as zeólitas apresentam elevado valor agregado4. Este tem por objetivos sintetizar as zeólitas A (ZA) e 5A (Z5A), observando as principais diferenças através da utilização dos métodos.

MATERIAL E MÉTODOS: Neste trabalho foi utilizado o rejeito de caulim, como fonte de Al e Si (essencialmente caulinita), subproduto proveniente do processo de beneficiamento do caulim para cobertura de papel da região do Rio Capim. O rejeito foi submetido a um processo de cominuição e peneiramento até uma granulometria fina. Posteriormente tratado termicamente a 700ºC/2h e caracterizado, de acordo com Maia et al. (2007). A síntese de zeólita A em sistema com agitação foi realizado em um reator de vidro, capacidade de 1000 mL, com agitação mecânica em manta de aquecimento e controlador de temperatura. A síntese hidrotermal foi realizada a 95 °C. Pesou- se 200g de metacaulim em béquer de vidro e em seguida transferiu-se para o reator, posteriormente, adicionou-se 600ml de solução sódica e 32ml de água deionizada com o auxílio de uma proveta. O produto zeolítico foi lavado e filtrado com água destilada até um pH 7. O material lavado foi seco a 60°C por 48 h, para posteriores análises de caracterização. No processo de troca iônica para obtenção de zeólita 5A, Ca6Al12Si12O48(H2O)21.43, foi utilizado o mesmo sistema usado para síntese dinâmica de zeólita A. Onde foi pesado 100g do produto zeolítico (zeólita A) sintetizado e colocado no reator, em seguida adicionou-se 500 ml da solução de CaCl2 e submetendo-se a suspensão e a agitação por 8 h a 70°C. O produto final da troca catiônica também. do IG/UFPA. As análises por Difração de Raios X (DRX), Fluorescência de Raios-X (FRX) e Análises Termodiferencial e Termogravimétrica (ATD/TG) foram realizadas no Laboratório LCM/IG/UFPA.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Uma caracterização prévia do material utilizado mostra que o rejeito de caulim é composto, predominantemente, por SiO2 e Al2O3. Após a sua calcinação sintetizou- se a Zeólita A que foi utilizada como material de partida para a Sintese da zeólita 5A. Nota-se que, os dois difratogramas apresentam características similares, porém o difratograma da Z5A possui no intervalo de 10-20°[2θ] um pico a 6,11 Å e no intervalo de 25,21° [ 2θ] um pico a 3,53 Å que são picos exclusivos da zeólita do tipo cálcica (zeólita 5A). ocorre um leve deslocamento dos picos devido à mudança do cátion compensador com raio atômico maior. Também podem ser observadas diferenças de intensidades em alguns picos, como por exemplo, o pico a 4,99 Å. Constata-se que a Zeólita A sintetizada neste trabalho apresenta baixa impureza, como K2O, Fe2O3 e TiO2. Observa-se também que o teor de sódio da ZA é elevado e o de cálcio e potássio são baixos, o que a caracteriza. No entanto o teor de cálcio para a amostra Z5A é de 10,15%, este teor aumentou consideravelmente em relação à zeólita de partida, enquanto que teor de Na2O é reduzido em função da entrada e substituição do cálcio na estrutura cristalina.O DTA da ZA e Z5A é observado dois picos endotérmicos nas temperaturas de 89ºC e 162ºC; 106 °C e 184°C, respectivamente que representam a eliminação da água adsorvida. E Dois picos exotérmicos também são observados a 843ºC e 897ºC; 867ºC e 996ºC, respectivamente, devido à transformação das zeólitas em outra fases mineralógica chamada nefelina. Já o TG a ZA teve uma perda de massa total de 13,50% e a Z5A de 22,50% ao final do aquecimento a 1050ºC.

DRX e FRX das zeólitas ZA e Z5A

Representa as diferenças no DRX entre as Zeólitas ZA e Z5A, na qual verifica-se a presença de um pico na Z5A. No FRX a presença do sódio na Z5A.

DTA-TG zeólitas ZA e Z5A

A principal diferença entre a ZA e Z5A está na definição dos picos endo e exotérmicos que estão mais definidos na Z5A.

CONCLUSÕES: O caulim calcinado mostrou-se excelente fonte para a síntese de zeólita A com alta cristalinidade. A obtenção de zeólita 5A foi possível através de troca catiônica. Os métodos instrumentais foram primordiais para identificação das principais diferenças estruturais entre a zeólita A e a zeólita 5A.

AGRADECIMENTOS: Agradecemos a todos os colaboradores desse trabalho,ao professore que nos orientou.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: LUZ, A. B. 1995. Zeólitas: Propriedades e Usos industriais. Série Tecnologia Mineral. n. 68.
2 GRUPO ALIBABA. Alibaba.com Global trande starts here, 1999-2011. Disponível em: <http://www.alibaba.com/product- gs/362292192/Zeolite_powder_4A.html> Acesso em 21 Março 2011.
3 MAIA, A. A. B.; SALDANHA, E.; ANGÉLICA, R. S.; SOUZA, C. A.; NEVES, R. F.; Utilização de rejeito de caulim da Amazônia na síntese da zeólita A. Cerâmica, v. 53, p. 319-324, 2007.
4 SALDANHA, E.; Síntese e caracterização da analcima a partir de rejeito de caulim e aplicação como adsorvente. Dissertação de Mestrado em Engenharia Química apresentado ao Centro Tecnológico da Universidade Federal do Pará . Belém, 2007.
5 MAIA, A. A. B.; Síntese da zeólita A utilizando como precursor um rejeito de beneficiamento de caulim da Amazônia, Dissertação de mestrado em Engenharia Química apresentado ao Centro Tecnológico da Universidade Federal do Pará, Belém- PA, 2007.
6 MAIA, A. A. B.; SALDANHA, E.; ANGÉLICA, R. S.; SOUZA, C. A.; NEVES, R. F.; Estabilidade térmica da zeólita A sintetizada a partir de um rejeito de caulim da Amazônia. Cerâmica, v. 54, p. 345-350, 2008.
7 DA PAZ, S. P. A. 2008. Influência dos Ânions OH-, SO42-, CO32-, Cl- e NO3- na Síntese de zeólita A e sodalita, a partir de Rejeito Caulinítico via processo hidrotermal. Belém: Universidade Federal do Pará. Centro de Tecnológico.83p. (Trabalho de conclusão de curso).
8 RABO, J.A. 1974. Zeolite Chemistry and Catalysis, Washington, American Chemical Society.