Estudo das propriedades mecânicas e microestruturais de concretos geopoliméricos produzidos a partir de caulins da região Norte do Brasil

Os geopolímeros (polissialatos) são polímeros inorgânicos, resistentes a altas temperaturas, derivados de materiais com ocorrência geológica natural - silicatos e aluminatos, duas matérias primas encontradas em abundância no Brasil. No estudo desenvolvido em materiais compósitos geopoliméricos, o caulim exerce um importante papel, pois é um insumo para a produção da principal matéria-prima do geopolímero (metacaulim). O caulim é formado essencialmente pela caulinita, apresentando em geral cor branca ou quase branca, devido ao baixo teor de ferro. Ocorre em depósitos residuais, hidrotermais e sedimentares. As ocorrências em depósitos residuais e hidrotermais classificam os caulins como caulins primários, enquanto que as ocorrências em depósitos sedimentares os classificam como caulins secundários (SANTOS, 1989; SILVA, 2010). O metacaulim é um aluminossilicato que foi recentemente adicionado à lista de materiais pozolânicos. O metacaulim é obtido pela ativação térmica do caulim através do processo de calcinação (SANTOS, 2006; SILVA, 2006). O tratamento térmico do caulim, desde que efetuado a temperatura adequada, vai dar lugar à desidratação, ou seja, à junção de duas hidroxilas OH-, formando uma molécula de água, que sai deixando no seu lugar um átomo de oxigênio. O alumínio coordena-se então na forma tetraédrica com o oxigênio, condição que é muito instável e em que se propicia um elevado potencial de combinação (PINTO, 2004). No caso dos geopolímeros, a calcinação do caulim deve ser capaz de provocar desordem na estrutura cristalina do material para melhorar a sua reatividade na presença dos demais reagentes durante a síntese do geopolímero (SILVA, 2010; WEI e ZHANG, 2007; SILVA et al, 2005). Para ser empregado na geopolimerização, o óxido-aluminossilicato deve apresentar os cátions alumínio em número de coordenação IV, ocupando posição tetraédrica em relação ao oxigênio. Alguns exemplos de minerais que depois de calcinados atendem a essa exigência básica são a alusita, caulinita, litomarga, paracaulinita, haloisita, amesita e a chamosita. A metacaulinita é a principal fonte de alumínio para o geopolímero, sendo este átomo o responsável pelas ligações cruzadas e pela configuração da sua rede tridimensional. Contudo, a reatividade depende não só do ambiente químico do Al, como também da superfície específica do pó (finura) e do teor de impurezas, tais como o Fe2O3, TiO2 e SiO2, que ocorrem comumente sob a forma de ilmenita, rutilo, anatásio e quartzo nos caulins secundários (SILVA, 2010; RANGAN et al, 2004; BIGNO et al, 2005). Além da metacaulinita outros aluminossilicatos se enquadram como matéria prima para a produção do geopolímero e por isso podem ser usados diretamente no desenvolvimento desse material, dependendo das características e propriedades desejadas para uma dada aplicação. Os subprodutos industriais e agrícolas, tais como as cinzas volantes, escórias de alto forno, cinza de casca de arroz (CHENG e CHIU, 2003; PALOMO et al, 2001; SOUZA, 2005; BIGNO et al, 2005). Entretanto, entre todas as matérias primas para a produção do geopolímero, a metacaulinita é a sua principal fonte de Al e Si, principalmente por apresentar um maior grau de dissolução desses elementos em meio altamente alcalino, como mostram os estudos de KAKALI (2007) na Figua 1. Os caulins da Região Amazônica possuem características únicas, que lhes conferem grande competitividade de mercado. Contudo, as etapas de beneficiamento para adequação dos produtos para aplicação nas indústrias de papel e tintas, geram um volume considerável de material, considerado inadequado para estas aplicações, mas que podem ser aproveitados como precursor geopolimérico, pela produção de metacaulim (BARATA e ANGELICA, 2011). No Estado do Pará existem três empresas de beneficiamento de caulim, sendo que uma delas possui parte das instalações localizadas no Estado do Amapá. Estas três empresas têm suas produções voltadas para o caulim tipo “coating”, sendo responsáveis por 77% da produção nacional de caulim beneficiado e por 93% das exportações brasileiras (BARATA e ANGELICA, 2011). No processo de beneficiamento do caulim são gerados dois tipos de resíduos que são lançados em lagoas de sedimentação. O primeiro resíduo é constituído basicamente por quartzo, proveniente da etapa de desareiamento, cujo volume gerado não é tão expressivo, cerca de 8%. Entretanto, o segundo resíduo, procedente das etapas da centrifugação, separação magnética, branqueamento e filtragem, em razão da quantidade resultante ser significativa, em torno de 26% da produção bruta, é que se configura como um problema. Sua deposição se torna onerosa porque é realizada em lagoas de sedimentação que requerem obras de movimentação de terra e grandes áreas para suas construções (Figura 2) (BARATA e DAL MOLIN, 2002). A presente proposta tem como principal objetivo, através do beneficiamento (moagem, peneiramento e calcinação), caracterizar as amostras de caulim da amazônia (comercial ou subproduto) e avaliar quais dessas matérias primas apresentam propriedades adequadas ao uso como precursor geopolimérico, especificamente como fonte de Al e Si para a cadeia principal de ortosialatos, para a produção de materiais compósitos geopoliméricos cimentantes de alto desempenho tecnológico. Assim, na forma de cimento, pretende-se avaliar a influência da adição de diferentes teores de metacaulinita e seus rejeitos em pasta e argamassa endurecidas por ativação alcalina, induzindo as reações de polimerização inorgânica para produzir compósitos cimentantes geopoliméricos. Tal avaliação será feita a partir de estudos de consistência, resistência mecânica e análise microestrutural.