6. Temel Kavramlar
3.16. İşitme Engelliler Ortaokullarında Okuyan İşitme Engelli Öğrencilere
A mistura exaurida é um produto resultante da fabricação do magnésio metálico, importante elemento de liga na indústria de alumínio, principalmente na produção de peças automotivas e de latas para bebidas. O magnésio metálico é também utilizado em aplicações químicas, na produção de boro, lítio e hidrato de cálcio, na indústria pirotécnica, proteção catódica, etc.
A produção mensal da mistura é estimada pelo fornecedor, RIMA INDUSTRIAL S. A., em 5000 t/mês.
A matéria-prima para a obtenção do magnésio metálico é a dolomita que é reduzida por processo silicotérmico para obtenção do cristal de magnésio que é posteriormente fundido em lingotes.
A mistura exaurida é obtida pela redução de dolomita sinterizada pelo FeSi, resultando diversos óxidos, CaO, SiO2, MgO, Fe2O3 que se combinam entre si, constituindo-se em grande parte de silicato dicálcico ou ortosilicato (2CaO.SiO2, abreviadamente, C2S), que está presente em cimentos e escórias. Existem quatro fases polimorfas deste silicato, descritas conforme RAMACHANDRAN (1969); LEA (1970) e GUMIERI (2002). Seu ponto de fusão ocorre na temperatura de 2130ºC. A seqüência das transformações durante resfriamento é α → α’ → β → γ e durante o aquecimento é γ → α’ → α.
• αC2S – sistema cristalino hexagonal, estável acima de 1420–1447ºC, sob condições de resfriamento sofre mudança reversível para a forma
α
’. Apresentadensidade de 3,04 e pode ser estabilizado à temperatura ambiente pela adição de 34% de fosfato tricálcico (3 CaO.P2O5), porém quando estabilizado não apresenta propriedades cimentícias;
• α’C2S – sistema cristalino ortorrômbico, estável entre 800–1447ºC, sob condições de resfriamento sofre mudança reversível para a forma β na temperatura.entre 650- 680ºC. Pode ser estabilizado à temperatura ambiente pela adição de 15% de 3CaO.P2O5, porém apresenta moderadas propriedades cimentícias. Possui densidade de 3,40, e é geralmente descrito pelo nome mineral bredigita;
• βC2S – sistema cristalino monoclínico, é considerado como metaestável sendo que ele não pode ser obtido do aquecimento da forma γ. É formado pela inversão da forma α’ na temperatura entre 650-680ºC. O mineral puro inverte para a forma γ na temperatura de aproximadamente 520ºC. Possui densidade de 3,28 e é geralmente descrito pelo nome de larnita. RAMACHANDRAN (1969) cita que as propriedades hidráulicas da forma β dependem do estabilizador usado, indicando que o melhor é o P2O5;
• γC2S – sistema cristalino ortorrômbico, estável abaixo de 725–830ºC. Acima desta faixa de temperatura pode inverter para a forma α’. Possui densidade de 2,97 e não apresenta propriedades hidráulicas.
Devido à escassez de dados na literatura, não se sabe a fase polimorfa do silicato dicálcico presente na mistura exaurida. Pretende-se determiná-la neste trabalho.
A mistura exaurida, apresenta em sua composição química o óxido de magnésio (MgO) e o óxido de cálcio (CaO), que livres, hidratam-se, aumentando de volume em relação às dimensões originais do cristal.
O óxido de cálcio livre (CaO), ao hidratar-se, forma o hidróxido de cálcio ou portlandita (Ca(OH)2), cujo cristal tem maior volume. O processo de hidratação deste óxido ocorre de acordo com a equação (3.5) (MACHADO, 2000).
Na hidratação do CaO, há um aumento de 99% em volume e de 54% em superfície. A variação de volume, em alguns casos, leva à pulverização do material devido às tensões criadas pelas diferenças de volume molar (CINCOTTO, 1977; MACHADO, 2000).
Segundo MACHADO (2000), a quantificação do teor de CaO livre, por exemplo, em escórias de aciaria, pode ser feita através de termogravimetria (TG)/termogravimetria derivada (DTG), por difração de raios X quantitativa ou mesmo por extração por etilenoglicol ou em açúcar – sabe-se que a cal livre é solúvel tanto em solução de açúcar a 10%, quanto em solução de etilenoglicol (GUMIERI, 2000).
Para cimento Portland, por exemplo, a quantidade de CaO livre está limitada ao intervalo de 3 a 5% para que não ocorra uma expansão destrutiva do concreto e argamassa endurecidos. TAYLOR (1997) e METHA E MONTEIRO (1994) observam que o óxido de cálcio livre raramente está presente em quantidades significativas no cimento Portland, porém, quando isto ocorre, é conseqüência do mau proporcionamento das matérias- primas ou deficiência do processo de produção do cimento.
O óxido de magnésio livre (MgO), ao hidratar-se, forma o hidróxido de magnésio ou brucita (Mg(OH)2. Segundo WEST (1971), nessa transformação, o cristalito do hidróxido de magnésio pode aumentar de volume em até 119,54% do volume inicial do cristalito de MgO. O processo de hidratação deste óxido ocorre de acordo com a equação (3.6) (MACHADO, 2000).
MgO(s) + H2O(l) → Mg(OH)2(s) (3.6) O Magnésio pode se apresentar na forma livre, como periclásio (MgO), ou quimicamente combinado em solução sólida com outros óxidos. Quando a fração de MgO, presente na escória de aciaria, por exemplo, está quimicamente combinada na forma de monticelita (CMS = CaO.MgO.SiO2) e da merwinita (C3MS2 = 3CaO.MgO.SiO2) é quimicamente estável (SHOUSUN, 1980; TAYLOR, 1997, MACHADO 2000).
GUMIERI (2002), cita que métodos para determinação do MgO livre não são reportados na literatura. ARJUNAN e KUMAR (1994) propõem um método de determinação de MgO
livre em clínquer por nitrato de amônio, porém não se encontra na literatura corrente referência deste método. MOTZ e GEISELER (2001) citam que não existe um método confiável para a determinação do MgO livre.
Normalmente, o teor de magnésio livre em uma matéria-prima é limitado em função das especificações e da aplicação final do produto. Como exemplo, pode-se citar que, a fim de evitar a expansão do MgO livre na produção de clínquer, a quantidade de óxido de magnésio na composição química é usualmente limitada entre 4 e 5%, podendo chegar até 6,5%, conforme a norma NBR 5732 – Cimento Portland Comum – Especificações. Uma parte substitui o cálcio nos compostos do clínquer, e o excesso, acima de 2%, cristaliza-se como o periclásio (MACHADO, 2000).
A importância de se determinar a porcentagem de compostos expansivos em materiais cimentícios foi relatada por GUMIERI (2002). A autora registra como exemplo, a ocorrência da ruptura da fundação de um edifício, no Canadá, na década de sessenta, atribuída à expansão de um aterro construído com escórias de aciaria, localizado sob o edifício. Neste caso, empregou-se escórias de alto-forno e escórias de aciaria de fornos Siemens-Martin, sem a devida separação da fração metálica. A obra foi construída no ano de 1962 e, no início de 1963, a ocorrência de fissuras foram detectadas na fundação. Em 1967, a expansão vertical da camada de aterro chegou a atingir 9%.
Reforçando o fenômeno ocorrido no Canadá, MACHADO (2000) cita que os estágios de corrosão e oxidação do ferro metálico, na escória de aciaria, contribuem para transformações volumétricas pelas diferenças de volume molar dos produtos de oxidação e corrosão. Esta variação de volume pode gerar uma expansão de 77% a 329% em relação à forma metálica (Fe0) (MACHADO, 2000).