REAPROVEITAMENTO DE LAMA VERMELHA PARA A PRODUÇÃO DE COMPÓSITOS POLIMÉRICOS: PROPRIEDADES FÍSICAS E RESISTÊNCIA À TRAÇÃO.

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Materiais

Autores

Oliveira, L.S. (UFPA) ; Silva, W.R. (UFPA) ; Mota, T.C. (UFPA) ; Mendes, B.H.A. (UFPA) ; Costa, D.S. (UFPA) ; Souza, J.A.S. (UFPA)

Resumo

O objetivo deste trabalho foi a produção de compósitos de matriz polimérica com incorporação de lama vermelha, analisando a sua influência nas propriedades de tração, porosidade aparente, massa específica aparente e absorção de água. O método de adotado foi o manual associado à compressão de 2 Ton. Os ensaios de tração e os ensaios físicos seguiram as normas ASTM D3039 e NBR 12766/1992, respectivamente. De acordo com os resultados dos ensaios mecânicos, foi possível notar um aumento na resistência à tração, até um limite de 30 MPa, para uma fração de 10% de Lama Vermelha, a partir do qual a resistência decaiu. A adição desse resíduo também impactou nas propriedades físicas, resultando no aumento da massa específica, porosidade aparente e absorção de água.

Palavras chaves

LAMA VERMELHA; COMPÓSITOS; TRAÇÃO

Introdução

A utilização de resíduos industriais para a produção de materiais como telhas, refratários, cimento, entre outros, é uma opção que a cada dia se torna mais viável devido a grande vantagem ambiental que pode nos oferecer. Resíduos que ficam sem local apropriado para descarte, que agridem violentamente o meio ambiente podem ter um destino viável e assim ajudar a amenizar os impactos que os mesmos causam. Nesse contexto, os materiais compósitos surgem como alternativas interessantes na busca por novos materiais que sejam mais eficientes e que tenham características que as ligas metálicas, ou materiais monolíticos, não possuem. (CALLISTER, 2005). Várias pesquisas são realizadas visando reaproveitar resíduos e materiais naturais, a fim de diminuir os impactos ambientais causados por estas indústrias, conforme os trabalhos de El Banna (2017), Rodrigues (2016) e Cunha (2015). A lama vermelha, como é chamado o resíduo gerado em uma das etapas do processo Bayer, é normalmente disposta em grandes lagoas de sedimentação, as quais geram enormes impactos ambientais. A composição da lama vermelha pode variar conforme a origem da bauxita e do método de beneficiamento utilizado no processo Bayer. Este material particulado é constituído por partículas muito finas, chegando a granulometrias de 325 Mesh (SILVA FILHO, 2007). Neste trabalho, produziu-se compósitos incorporando lama vermelha, o qual foram inseridos em matriz polimérica insaturada para a realização de ensaios de resistência a tração e ensaios físicos (porosidade aparente, absorção de água e massa específica aparente), segundo as normas ASTM D3039 e NBR 12766/1992, respectivamente.

Material e métodos

Para a fabricação dos compósitos foi utilizada Lama vermelha, resina poliéster Isoftálica insaturada, acelerador de cobalto (Octoato de cobalto) e iniciador de reticulação (MEK-P). Os compósitos foram fabricados na Usina de Materiais do Laboratório de Engenharia Química da Universidade Federal do Pará, utilizando-se o método de moldagem manual associado à compressão. O resíduo utilizado foi classificado em peneiras de 100 Mesh da série Tyler. O processo de preparo da mistura consistiu da adição do acelerador na resina, seguido de homogeneização durante 60 segundos, com auxílio de um bastão de vidro, até ser observado apenas uma fase no sistema, em seguida foi adicionado o resíduo seguido de homogeneização por 2 minutos. Por último, adicionou-se o iniciador de reticulação para iniciar o processo de cura. Após atingir o tempo de gel, o material foi submetido à compressão sob carga de 2 Ton. Os corpos de prova das análises físicas de Massa Específica Aparente (MEA), Porosidade Aparente (PA) e Absorção de Água (AA) foram confeccionados conforme a norma NBR 12766/1992 com dimensões de 25 x 25 mm. Os corpos de prova do ensaio de resistência a tração seguiram a norma ASTM D3039 e foram ensaiados em uma máquina modelo KE 2000 MP da marca KRATOS célula de carga de 5 kN e velocidade de 2 mm/min.

Resultado e discussão

No difratograma da Figura 1 encontram-se os principais picos sinalizados durante o ensaio de DRX, estes representantes da hematita (H) - PDF 01-073- 2234 e sodalita (S) - PDF 01-089-8955, conforme Costa (2016). Por meio da Tabela 1 tem-se os resultados de MEA, AA, e PA do material de matriz pura, compósitos contendo lama vermelha (LV). A maior variação de MEA ocorreu no compósito contendo 40 % LV a qual foi aproximadamente 30 % superior ao material de referência. Percebe-se também o aumento de AA e da PA conforme há aumento do volume de LV dentro do material que pode ter sido influenciado pela grande chance de surgimento de falhas como bolhas, vazios e trincas assim como pela ocorrência de alto teor hidrofílico do resíduo. As maiores variações novamente foram nos compósitos contendo 40 % LV em que se obteve valores superiores de aproximadamente 122 % para AA e 187 % para PA. A Tabela 2 apresenta os resultados do ensaio de tração para os materiais analisados. Percebe-se que inicialmente ao adicionar LV à matriz pura há um aumento da tensão média para as composições contendo 10 % e 20 %, o que não ocorre para os compósitos de 30 % e 40 %. Analisando as tensões médias (σ), percebe-se que há uma certa vantagem ao adicionar LV em compósitos de matriz polimérica, visto que para as duas primeiras composições não houve queda da tensão e este fato pode indicar uma boa compactação entre LV-matriz. Já para os outros dois compósitos contendo LV o mesmo não foi verificado, havendo uma queda na tensão média dos compósitos mostrando o que já havia sido observado em estudos anteriores, como o fato de que o aumento da proporção de LV no material ocasiona no aumento de porosidade e consequentemente em perdas de resistência mecânica.

Difratograma de Raio-X da Lama Vermelha com os principais constituintes.


A Tabela 1 apresenta as propriedades físicas MEA, AA e PA para o poliéster e os compósitos produzidos


A Tabela 2 apresenta a resistência à tração com o respectivo desvio padrão.

Conclusões

Por meio dos ensaios físicos realizados pode-se concluir que os compósitos seguiram a regra da mistura para os valores de MEA e os valores permaneceram numericamente entre a massa específica da matriz e dos resíduos. Os resultados de PA e AA dos compósitos mostraram a influência causada pela inserção do resíduo a qual teve como resultado o aumento da porosidade e da absorção de agua. Para os ensaios de resistência a tração percebeu-se a influência positiva da inserção de Lama Vermelha tendo como resultado o aumento na tensão média nos compósitos de 10 % e 20 % de LV.

Agradecimentos

Referências

ASTM D 3039. "Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials", Annual Book of ASTM Standards, American Society for Testing and Materials, 2000.
CALLISTER JR., WILLIAND D., Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução, 5 ed, pp. 591, 2005.
COSTA D. S. Estudo da influência de resíduos gerados pela indústria de mineração nas propriedades de compósitos de matriz poliéster reforçados com fibras naturais. Tese de Doutorado, 2016.
CUNHA, E. J. S. Influência do Uso de Resíduo do Processo Bayer nas Propriedades Térmicas e Mecânicas de compósitos de Base Polimérica Reforçados com Fibra de Curauá. Tese de Doutorado, 2015.
EL BANNA, W. R. Influência do Resíduo de Flotação de Minério de Cobre nas Propriedades Físicas e Mecânicas de Compósitos de Matriz Termofixa e Fibras de Bananeira(Musa Sapientum, Musacae). Tese de Doutorado, 2017.
RODRIGUES, D. N. Influência da adição de resíduo de mármore e granito em compósitos de matriz polimérica reforçados com fibra de coco. Dissertação de mestrado,2016.
SILVA FILHO, E. B., ALVES, M. C. M., MOTTA, M. Lama vermelha da indústria de beneficiamento de alumina: produção, características, disposição e aplicações alternativas. Revista Matéria, V12, n. 2, pp. 322 – 338, 2007.