Valorização de fração residual fina de rejeito de carvão mineral como precursor em cimentos geopoliméricos

Abstract

Os rejeitos de carvão consistem nos materiais remanescentes após a separação do carvão com interesse comercial das demais rochas sedimentares, presentes no ROM (run-of-mine), durante os processos de beneficiamento. A partir de outra perspectiva, o rejeito de carvão pode ser visto como um grupo de frações residuais, geradas em cada processo de beneficiamento, com suas características determinadas pela geologia do minério extraído e as tecnologias de processamento. Cada fração deveria ser analisada buscando-se por aplicações baseadas em suas características intrínsecas. Portanto, objetiva-se neste estudo explorar as características da fração fina de um rejeito de carvão, como precursor mineral para a produção de cimentos geopoliméricos, por meio de uma rota processual de minimização dos custos energéticos, dos impactos ambientais e da complementação do sistema composicional pela blendagem com metacaulim, como agente funcional de reatividade. Diferentes frações residuais, de todos os processos de beneficiamento utilizados na região de estudo, que consistem em um rejeito de carvão, foram caracterizadas por tamanho de partícula, fluorescência e difração de raios X, termogravimetria e massa específica, para verificar suas potencialidades como precursores de geopolímeros. Os resultados mostram que as frações residuais de carvão possuem composições químicas com a predominância dos óxidos SiO2 e Al2O3, principalmente na forma de quartzo e caulinita, bem como distribuições de tamanhos de partículas bem definidas. A partir de uma fração de granulometria fina, sem a necessidade de tratamento mecânico para além do processo de beneficiamento aplicado, cimentos geopoliméricos foram preparados por duas rotas processuais, tratamento térmico a 700 °C e blendagem com metacaulim, em taxas de substituição de 10, 25 e 50%. Os geopolímeros obtidos após cura em condição ambiente e aquecimento a 70 °C por 24 h, foram caracterizados por resistência à compressão, microscopia óptica, massa específica, porosidade, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourrier e termogravimetria. De acordo com os resultados de resistência à compressão, o cimento obtido com o resíduo tratado termicamente a 700 °C teve resistências de 6,23 ± 0,71 e 10,39 ± 2,91 MPa aos 7 e 28 dias respectivamente, enquanto que o resíduo sem tratamento térmico e com substituição de 25% por metacaulim, apresentou, nas mesmas condições, 6,90 ± 2,33 e 9,67 ± 1,96 MPa. Desta forma, demonstra-se a possibilidade de obter um cimento geopolimérico a partir da fração fina residual de rejeito de carvão,sem a aplicação de tratamento térmico, com propriedades mecânicas similares àquelas obtidas convencionalmente por calcinação destes materiais.