A CARACTERIZAÇÃO DE CINZA DE CASCA DE ARROZ (CCA) GERADA ATRAVÉS DE LEITO FLUIDIZADO

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em compostos cimentíceos.

Esta pesquisa apresenta como objetivo identificar e caracterizar a cinza de casca de arroz, quanto às propriedades químicas, físicas e microestruturais, de origem comercial, produzida por queima controlada em forno de leito fluidizado. Serão apresentadas caracterizações para posterior avaliação do potencial pozolânico para utilização em matrizes cimentícias, considerando os percentuais mínimos estimados segundo a NBR 12652:2014.

2 REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 Cinza de Casca de Arroz gerada através de leito fluidizado

O processo de queima da CCA controlada através de leito fluidizado é atualmente um dos métodos mais utilizados para uma eficiente obtenção de teor de silíca, tornado o resíduo resultante desta queima com características de material pozolânico, sendo que, variáveis como a temperatura e tempo de queima são os principais fatores que irão influenciar a qualidade do resíduo resultante. A temperatura de queima de um reator de leito fluidizado varia entre 700-900°C, onde os reatores deste sistema de queima são qualificados pela pouca quantidade de emissão de poluentes como Óxidos de Nitrogênio e SO². De acordo com DUAN et al., este método é eficiente em comparação com os demais tipos de incineradores devido à baixa temperatura utilizada na queima (700-900°C), diminuindo assim consideravelmente a emissão de gases poluentes.

Este sistema de conversão de energia termoquímica em materiais heterogêneos de baixa densidade e irregulares, possuem placas distribuidoras dentro de uma câmara que são mantidas em suspensão devido ao escoamento de um gás ou líquido através de um fluxo ascendente (MARTINEZ, 2009).

A Figura 1 demonstra como este sistema de combustão ocorre, gerando a cinza de casca de arroz.

Figura 1- Sistema de Fluidização

Fonte: (VAN LOO; KOPPEJAN, 2008).

Na pesquisa realizada por VAN LOO e KOPPEJAN (2008) os autores descrevem que no sistema de Leito fluidizado borbulhante o sistema de fluidização varia entre 1,0 e 2,0 m/s conforme o aumento da velocidade do gás, algumas instabilidades na forma de bolhas podem ser analisadas. Sendo este material um composto de areia de sílica, possuindo de 0,5 e 1mm de diâmetro localizado na parte inferior do forno, onde o ar primário é introduzido através de uma placa distribuidora, localizado abaixo do leito com a função de fluidificar. O ar secundário é introduzido através de entradas dispostas horizontalmente no início da parte superior da fornalha, com a finalidade de garantir o fornecimento de ar e reduzir as emissões de NOx. A principal vantagem neste sistema é sua flexibilidade em relação ao tamanho das partículas e da umidade do combustível (biomassa). Além disso é possível utilizar misturas de diferentes tipos de biomassa ou ainda, a combustão com outros combustíveis.

Já o sistema de Leito fluidizado circulante é obtido quando ocorre o aumento na velocidade de fluidização, entre 5 e 10 m/s e através do uso de areias com diâmetros menores entre 0,2 e 0,4mm. As partículas de areia são juntamente transportadas com o gás de combustão, separadas através de um ciclone quente, onde são alimentadas de volta para a câmara de combustão. Tendo como vantagem uma maior turbulência com finalidade de conduzir melhor o calor ocorrendo uma melhor distribuição de temperatura. Possui a desvantagem de altas cargas de cinza em suspensão com o gás de combustão, sendo necessário dispor de sistemas eficientes de precipitação das cinzas bem como a limpeza das caldeiras. Outra consideração deste sistema é que o material do leito também é perdido com a cinza, tornado necessário adicionar periodicamente material para a planta.

Esta tecnologia de queima através de leito fluidizado é capaz de produz uma cinza com teor de 91% de sílica. Cordeiro (2009) afirma que reatores de leito fluidizado apresentam excelente contato entre a fase sólida e o fluído, obtendo-se um controle quase perfeito da temperatura de combustão da casca de arroz, propiciando rendimentos de combustão elevados. Desse modo essa tecnologia é capaz de produzir cinza amorfa com baixo teor de carbono não queimado em intervalos curtos de reação (RIGON, 2015).

2.2 Métodos de caracterização

2.2.1 Fluorescência de Raios-X (FRX)

Segundo (SANTOS,2013) a análise através da FRX pode ser aplicada em diferentes tipos de amostra, incluído os estados líquidos e sólidos, sem necessitar qualquer preparo da amostra, por se tratar se um método analítico e não-destrutivo, esta técnica baseia-se na produção e detecção de raios-X, ou seja, radiações eletromagnéticas de alta frequência com comprimento de onda na faixa de 0,003 a 3nm, produzidos pelo fenômeno fotoelétrico, emitidos por elementos da amostra, onde ocorre a interação dos elétrons, prótons, raios-X ou gama com energias apropriadas, fazendo liberar energia na forma de raios-X fluorescentes, emitidos em comprimentos de onda característicos de cada elemento, com a intensidade proporcional à concentração de cada destes. A radiação eletromagnética incidente interagindo com a amostra, podendo ocorrer absorção, emissão e espalhamento de radiação eletromagnética.

2.2.2Difração de Raio-X

Este método de análise instrumental determina qualitativamente a presença ou não de fases cristalinas nas pozolanas, ou seja, analisa a composição mineralógica da amostra. Se a amostra possuir algum caráter cristalino será indentificado pela presença de picos no difratograma. O desvio da linha de base entre 15 e 30 graus é um indicativo da amorficidade da amostra, segundo (KIELING,2009).

2.2.3 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

O método da microscopia eletrônica de varredura consiste na emissão de um feixe de elétrons por um filamento de tungstênio, que concentrado, controlado e reduzido por um sistema de lentes eletromagnéticas, diafragmas e bobinas, que quando incidem sobre uma amostra, ocorre a interação dos elétrons incidentes e a amostra, dos quais são captados por detectores apropriados, sendo amplificados e processados num sistema analisador específico para cada tipo de sinal. Esta técnica permite a obtenção de uma imagem ampliada e tri-dimensional da amostra. Os microscópios eletrônicos de varredura atualmente possuem capacidade de resoluções de até 0,5 nm e um aumento de 600.000X até 2.000.000X.Onde