ARGILAS - Lista de exercícios resolvida de Materiais de Construção Civil 2

1ª) Sabe-se que as argilas são compostas essencialmente por argilominerais e outros elementos que não são os argilominerais.

a)    Quais são componentes dos argilominerais?

Argilominerais são minerais constituídos por silicatos hidratados de alumínio e ferro, podendo conter elementos alcalinos - sódio, potássio - e alcalinos terrosos - cálcio, magnésio

b)    Quais são as impurezas mais comuns que podem estar presentes nas argilas?

Matéria orgânica, Quartzo (impureza natural das argilas e atua como um material não plástico no sistema água/argila)

     c) Como a composição das argilas interfere no material cerâmico final?

Para uma argila ser considerada de boa qualidade e ser usada para uma determinada função é necessário que a mesma apresente uma composição química apropriada e, também, sejam conhecidas as quantidades de SiO2, Al2O3, K2O, Fe2O3, Na2O, MgO,

CaO e mais alguns óxidos que podem estar presentes em menores quantidades. As argilas podem ser definidas, quimicamente, na sua forma mais pura, como silicatos de alumínio hidratados, 2SiO2.Al2O3.2H2O. Porém, impurezas encontradas na estrutura de uma argila, tal qual os óxidos de alguns elementos como o potássio, ferro, sódio, magnésio, cálcio e outros, determinam suas características [13,14]. Altos teores de Fe2O3 impõem à massa cerâmica uma coloração avermelhada. Tendo conhecimento destas características pode-se fabricar uma cerâmica com boa resistência mecânica, absorção de água, planaridade, bom tamanho (estabilidade dimensional), entre outras propriedades.

d) Quais são os compostos mais importantes que determinariam essas diferenças?

Compostos: SiO2, Al2O3, K2O, Fe2O3, Na2O, MgO,CaO e mais alguns óxidos que podem estar presentes em menores quantidades como TiO2

2ª) Pesquisem sobre quais produtos podem ser produzidos com cada um dos tipos de argilas abaixo listadas:

a)   Caulinita

Como matéria prima básica ela pode ser usada na produção de porcelana, louça sanitária e outros produtos correlatos, e usado como mistura com outros minerais pode-se obter pigmentos a base de anilina, em muitos casos podem substituir a barita e talco como substancias inertes ,veículo inerte a inseticidas, abrasivos suaves, endurecedor na indústria têxtil, carga na fabricação de papel, carga e revestimento de linóleos e oleados, carga para gesso para parede, constituinte do cimento Portland branco, em sabões e pós dentifrícios, em tintas, como absorvente de toxinas do aparelho digestivo, base para muitos desinfetantes, borracha de alta qualidade, e segundo pesquisas, no futuro poderá ser explorado em escala comercial na produção de alumínio, pois é muito rica em alumina.

b)   Montmorilonita

Desodorante, descolante, inseticida e cerâmicas.

c)   Micáceas

 Usada na produção de tijolos

d)   Argilas Fusíveis

Existem vários tipos de argilas fusíveis, as que merecem destaque são as figulinas que são utilizadas na produção de telhas e tijolos; os grês que são usados na produção de material sanitário ordinário; as não plásticas(calcárias) que são empregadas na produção de cimento e o barro utilizado na fabricação de tijolos e telhas manufaturados.

e)   Argilas Refratárias

Placas refratárias, cadinhos, filtros, revestimentos para fornos e churrasqueiras.

f)    Argilas Infusíveis

Usada na fabricação de porcelanas e de revestimentos para fornos.

3ª) O que são as argilas bentoníticas ou bentonita? Quais suas principais características e quais suas principais diferenças com relação ao comportamento das demais argilas? Qual seu principal uso na construção civil? Cite e explique como funciona.
          Bentonita é o nome genérico da argila onde a montmorilonita é predominante (55-70%). Suas principais características são:

·         Alto poder de absorção de água;

·         Aglomeração;

·         Inchamento; e

·         Formação de gel.

Essas características possibilitam o seu uso na construção civil nas formas de:

·         Fluido para perfuração de poços artesianos: Refrigera a broca de perfuração, mantendo a estabilidade das paredes do furo, reduz a perda do fluído de perfuração e quando em circulação, transporta os fragmentos de sondagem até a superfície. ;

·         Espessante na indústria de tintas: responsável por alterar propriedades reológicas das mesmas. Por meio do controle de reologia é possível facilitar o processo de fabricação, melhorar propriedades de aplicação (ex: borrões e respingos) e evitar problemas como a sedimentação. ;

·         Impermeabilizante: Ele é instalado nos taludes do aterro. É utilizado como barreira hidráulica de baixa condutividade, geralmente combinada com camadas de impermeabilização realizadas com a geomembrana Diminui o fluxo de vazamento comparado a outros impermeabilizantes.

Suas diferenças em relação as demais argilas são:

·         Alta absorção de água;

·         Alta tendência a fratura no processo de cozimento;

·         Alta tendência a fratura no processo de esfriamento.

4ª) Existem atualmente pesquisas no intuito de desenvolver novos materiais cerâmicos. Explique um pouco sobre as cerâmicas especiais utilizadas na aviação e pela pesquisa aeroespacial: tipo de material, forma de produção, forma de utilização.

A área aeroespacial gera a necessidade de materiais que suportem ambientes extremos, o uso das cerâmicas especiais é praticamente não opcional, pois apesar de ter um custo elevadíssimo não há outro material (atualmente) que compense descartar o uso do mesmo, o exemplo mais famoso é o compósito de carbono/carbono, onde a matriz é uma cerâmica a base de carbono reforçado com fibras de carbono. Esse material é usado em praticamente todas a aeronaves modernas e pesadas, assim como a barreira de proteção térmica dos veículos quando reentram na atmosfera terrestre, como citado no enunciado há pesquisas para desenvolver novos materiais cerâmicos com o propósito aeroespacial, um deles na construção de paletas de turbina.
Embora esse material tenha várias vantagens citadas acima, existe uma severa desvantagem. Apesar da alta dureza, as cerâmicas são extremamente frágeis, elas tem um modulo elástico baixo e sofrem pouca ou quase nenhuma deformação antes de se romper. Por isso se usa as fibras, para aumentar o limite de resistência, mas mesmo com as fibras não melhora a quase completa falta de ductilidade.

5ª) Fale como funciona o tratamento de efluentes com o uso das argilas no intuito de retenção de metais pesados. Fale tipo de argila utilizado e restrições no uso e forma de aplicação e de liberação dos resíduos.

O uso de argilas no tratamento de efluentes se expande na mesma velocidade que os estudos são realizados sobre o mesmo, a eficácia das argilas é altamente comprovada em comparação aos métodos convencionais um exemplo disso é a montmorilonita que é considerada vinte vezes mais barata que o carvão ativado. Os estudos giram principalmente em torno da montmorilonita, para mostrar a eficiência delas na remoção de metais como Zn ²+, Pb²+ e Al ³+ em soluções aquosas. Apesar dos bons resultados da montmorilonita, ela não respondeu bem quando é colocada em um meio que ocorre competição do Mn e Fe com outros metais, uma possibilidade é que a argila dá preferência de troca a outros constituintes presentes no efluente ao invés dos metais. Em casos como este a bentonita brasileira e a hidrotalcita são argilas mais eficazes na remoção desses metais.

Ao serem aplicadas nos efluentes, as três amostras de argilas demonstraram comportamentos distintos. A hidrotalcita manteve a sua eficácia comprovada adsorvendo praticamente 100% dos metais, mesmo que, dentre as três argilas estudadas, seja a que possui a segunda menor área superficial. Já a bentonita brasileira, argila com menor área superficial e menor volume de poros entre as três empregadas, mostrou boa capacidade de atuação na adsorção de Fe e Mn, que variou em função da massa utilizada no efluente. Isso pode estar relacionado ao fato de que nessa amostra em especial a quantidade de Fe presente é muito pequena sendo que a composição dessa argila apresenta teor de Fe superior ao verificado na amostra, ou seja, a argila não somente adsorve pouco ou nenhum Fe, como pode agregar Fe ao efluente. Na amostra na qual a quantidade de Fe é muito grande, essa argila não teve a sua capacidade de adsorção comprovada nem para o Fe e nem paro o Mn, fato esse que pode estar atrelado à competição do Fe com outras espécies químicas presentes na atmosfera e que tenham maior afinidade de troca pelos cátions da argila. Tal explicação pôde ser comprovada tendo em vista que após a retirada do Fe da amostra, o percentual de adsorção de Mn, que antes era praticamente nulo, passou a ser de 66,7% para o Mn e de 99% para o Fe residual da amostra.

Por outro lado, o fato de a montmorilonita ser a argila que apresenta a maior área superficial bem como a maior capacidade de troca catiônica não se traduziu nos melhores resultados. Isso demonstra que essa argila em particular não respondeu adequadamente quando num meio em que ocorre competição do Mn e Fe com outros metais e/ou interferentes. Esse fato pode estar relacionado a preferência de troca pela argila de outros constituintes presentes no efluente frente a esses metais. Por se tratar de uma amostra de elevada complexidade, em que podem ser encontrados não apenas metais, mas diversos outros interferentes, essa argila demonstra que sua aplicação se restringe a soluções em que essa competição não é verificada.

Sendo assim para efluentes com concentrações intermediárias de Mn e Fe, a bentonita brasileira e a hidrotalcita mostraram ser materiais adsorventes eficazes na remoção desses metais.

 

REFERÊNCIAS

Bauer, LA FALCÃO. Materiais de construção – Volume 2, SP, 1994

Mineropar. Disponível em: <http://www.mineropar.pr.gov.br/modules/conteudo/conteudo.php?conteudo=29%3E%20Acesso> Acesso em: 13 ago. 2014

CETEM. Disponível em:

< http://ftp.cetem.gov.br/publicacao/serie_anais_I_jpci_2007/Monica_Borlini.pdf> Acesso em: 13 ago. 2014

Programa de pós graduação em engenharia e ciências dos materiais da UFPR . Disponível em:

<http://www.pipe.ufpr.br/portal/defesas/dissertacao/075.pdf> Acesso em: 13 ago. 2014

Banco de dados da Unesp. Disponível em: <http://www.rc.unesp.br/museudpm/banco/silicatos/filossilicatos/montmorilonita.html> Acesso em: 17 ago. 2014

Banco de dados da Unesp. Disponível em: <http://www.rc.unesp.br/museudpm/banco/silicatos/filossilicatos/caulinita.html> Acesso em: 17 ago. 2014

Biblioteca online da Universidade Federal Rio Grande do Norte. Disponível em: <ftp://ftp.ufrn.br/pub/biblioteca/ext/bdtd/JaniaraFA.pdf> Acesso em: 17 ago. 2014

Departamento Nacional de Produção Mineral. Disponível em: <https://sistemas.dnpm.gov.br/publicacao/mostra_imagem.asp?IDBancoArquivoArquivo=7133> Acesso em: 17 ago. 2014

Companhia Brasileira de Bentonita. Disponível em: <http://www.cbb.ind.br/produtos.php> Acesso em: 17 ago. 2014

Revista Paint e Pintura. Disponível em:

<http://www.paintshow.com.br/edicao/paintpintura/150/index.html#/48/zoomed> Acesso em: 17 ago. 2014

Cultura aeronaltica. Disponível em:

<http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/> Acesso em: 17 ago. 2014

Repositório digital da UFRGS. Disponível em:

<http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/11276/000608820.pdf?sequence=1> Acesso em: 18 ago. 2014