Cimentos de baixa emissão de CO2 com incorporação de misturas de resíduo do beneficiamento do caulim e calcário / Low CO2 emission cements incorporating mixtures of kaolin and limestone processing waste

O emprego de adições minerais como substituição parcial do clinquer no cimento Portland tem sido uma das principais estratégias para redução da emissão de CO2 por parte da indústria mundial do cimento. Contudo, a disponibilidade de escorias de alto forno e cinza volante não supre a demanda. Na Amazônia, as indústrias de beneficiamento de caulim para cobertura para papel já depositaram aproximadamente 70 milhões de toneladas de resíduos, não processado ou do beneficiamento, todos consistituídos por concentrações expressivas de caulinta extremamente fina. Uma alternativa para a região seria o emprego do cimento Portland com adições minerais oriundas da combinação de matérias-primas abundantes como calcário e argila calcinada. Estes cimentos são denominados na literatura de LC3 e caracterizam-se por serem cimentos de baixa emissão de CO2. O objetivo deste trabalho foi avaliar as propriedades dos cimentos LC3 produzidos com elevadas incorporações de um resíduo calcinado oriundo do beneficiamento do caulim e calcário. Os níveis de substituição das adiçoes minerais sobre a massa de cimento Portland comum foram de 40%, 50% e 60%. As variáveis investigadas foram massa específica, área superficial especifica Blaine, água de consistencia e tempos de pega inicial e final dos cimentos, além das resistencias à compressão de argamassas. As incorporações das misturas metacaulim-calcário aumentaram a demanda de água e reduziram os tempos de pega em razão da elevada finura da caulinita. Entretanto, houve acrescimentos significativos de resistencia à compressão em comparação aos cimentos Portland comum e pozolânicos através do emprego de aditivo superplastificante para todos os teores de substituição investigados, demonstrando a alta eficiencia deste ligante. Os resultados são promissores, mas requerem estudos mais aprofundados, principalmente no que tange aos aspectos de durabilidade frente à alta demanda de água destes cimentos. 

Avaliação preliminar do resíduo caulinítico das indústrias de beneficiamento de caulim como matéria-prima na produção de uma metacaulinita altamente reativa

This work has assessed potential uses of kaolinitic waste from kaolin processing industries as a raw material for the production of a highly reactive metakaolinite. The mineralogical characteristics of both this residue and also of the metakaolinite have been determined by X-ray diffraction and by differential thermal analysis. The metakaolinite pozzolanic activity was measured using Portland cement mortars. Resulting effects derived from metakaolinite incorporation on concrete were evaluated through compressive strength and water absorption tests. A 10% value was adopted for this incorporation procedure, whereas water/binder ratios chosen were 0.39, 0.47 and 0.65. Besides the mixtures, reference and silica fume concretes were also moulded. The metakaolinite pozzolanic activity index obtained was 103%, which is similar to that of silica fume. Metakaolinite concretes showed higher compressive strength values than that of reference concretes and similar to that of silica fume concretes. Concerning capillary absorption, metakaolinite concretes exhibited water penetration rates ranging from 0.73 to 0.98 mm/h1/2, similar to those of silica fume concretes and significantly lower to those of reference concretes. Therefore, this study has demonstrated that this kaolinitic waste is an excellent raw material for high reactivity metakaolinite production.Este trabalho avaliou as potencialidades de emprego do resíduo caulinítico das indústrias de beneficiamento do caulim como matériaprima na produção de uma metacaulinita altamente reativa. As características mineralógicas do resíduo e da metacaulinita foram analisadas pela difratometria de raios X e pela análise térmica diferencial. A atividade pozolânica da metacaulinita foi determinada em argamassas de cimento Portland. O efeito da incorporação da metacaulinita no concreto foi investigado pela resistência à compressão e por um teste de absorção capilar de água. O percentual de adição adotado foi de 10% e as relações água/aglomerante escolhidas foram 0,39, 0,47 e 0,65. Além das misturas de referência, foram também moldados concretos com sílica ativa. O índice de atividade pozolânica da metacaulinita foi de 103%, semelhante ao da sílica ativa. Os concretos com metacaulinita apresentaram resistências à compressão superiores aos de referência e similares aos com sílica ativa. Quanto à absorção capilar, os concretos com metacaulinita apresentaram taxas de absorção de água entre 0,73 e 0,98 mm/h1/2, similares às dos concretos com sílica ativa e significativamente inferiores às dos concretos de referência. Os resultados demonstram que este resíduo caulinítico é uma excelente matéria-prima para fabricação de metacaulinita de alta reatividade

Produção de cimentos de baixo impacto ambiental: perspectivas para a região amazônica

A produção de cimentos com menor pegada ecológica é de extrema relevância como medida mitigadora da emissão de gases poluentes pela indústria de construção civil. Desse modo, este estudo tem como objetivo discutir o uso de argila caulinítica e calcário, matérias-primas amplamente disponíveis na região amazônica, e que apresentam alto potencial para produção de cimentos de elevado desempenho, menor consumo energético e baixa emissão de gás carbônico. Além dos parâmetros operacionais que devem ser levados em consideração para a produção e comercialização de cimentos de baixo carbono, como as particularidades dos insumos da região, o impacto sobre a indústria e as questões ambientais envolvidas na extração de tais matérias-primas, há o desafio de produzir em coerência com as demandas do mercado consumidor, em especial o segmento informal ou de autoconstrução, que responde por aproximadamente 40% de todo o cimento consumido no planeta, e para quem cimentos de elevado desempenho não apresentam interesse econômico

Avaliação da resistência à compressão e cor de cimentos LC3 Amazônicos / Compressive strength and color evaluation of Amazonian LC3 cements

O emprego de adições minerais como substituição parcial do clínquer no cimento Portland tem sido uma das principais estratégias para redução da emissão de CO2 por parte da indústria mundial do cimento. Contudo, a disponibilidade de escorias de alto forno e cinza volante não suprem a demanda. Na Amazônia, há grandes depósitos de caulins, todos consistituídos por concentrações expressivas de caulinta extremamente fina. Uma alternativa para a região seria o emprego destas adições ao cimento Portland, combinando com matérias-primas abundantes como calcário. Estes cimentos são denominados na literatura de LC3 e caracterizam-se por serem cimentos de baixa emissão de CO2. O objetivo deste trabalho foi avaliar as propriedades dos cimentos LC3 produzidos com elevadas incorporações de caulim calcinado e calcário. Os níveis de substituição das adiçoes minerais sobre a massa de cimento Portland comum foram de 45% e 60%. As variáveis investigadas foram massa específica, área superficial especifica Blaine, água de consistencia e tempos de pega inicial e final dos cimentos, além da cor proveniente das misturas em pasta e resistencias à compressão de argamassas. As incorporações das misturas metacaulim-calcário aumentaram a demanda de água e reduziram os tempos de pega em razão da elevada finura da caulinita. Entretanto, houve acrescimentos significativos de resistencia à compressão em comparação aos cimentos Portland comum e composto. Os resultados são promissores, mas requerem estudos mais aprofundados, principalmente no que tange aos aspectos de durabilidade frente à alta demanda de água destes cimentos

Caracterização e avaliação do índice de atividade Pozolânica do resído do beneficiamento do caulim para produção de cimentos de baixo impacto ambiental / Characterization and evaluation of the Pozzolanic activity index of kaolin processing waste for the production of low environmental impact cements

Durante os últimos anos, o mundo todo vem sofrendo com as variações ambientais causadas pelo aquecimento global. Um dos fatores preponderantes para o aumento das temperaturas da atmosfera e oceanos são as emissões produzidas a partir de processos de queima industrial. Com largo potencial ainda em atividade, a indústria do cimento é uma das que mais contribui para esse processo, fato que vem fomentando a busca por alternativas tecnológicas menos agressivas ao meio ambiente. Nesse contexto, este artigo apresenta as característica físico-químicas de uma potencial alternativa para cimentos de baixa emissão de CO2 potenciais alternativas: resíduo do beneficiamento do caulim. Após ensaios laboratoriais são apresentados resultados relevantes que mostram que o RBC apresentou um nível de pozolanicidade muito superior ao daquele requisitado por norma.

Characterization of kaolin wastes from kaolin mining industry from the amazon region as raw material for pozzolan production

Capim and Jari are the two most important kaolin mining districts of the Brazilian Amazon region. They encompass the major Brazilian reserves of high quality kaolin for the paper coating industry. The kaolin is mined and processed by three major companies responsible for about 500,000 ton of a residue mainly composed of kaolinite. The wastes come mainly from the centrifugation phase of the kaolin beneficiation process and their final destinations are huge sedimentation basins that occupy large areas. The main purpose of this work is to evaluate the physical, chemical and mineralogical characteristics of the kaolin wastes processed from the Capim and Jari region, in order to obtain metakaolinite, a high reactive pozzolan for the cement industry. When incorporated to ordinary Portland cement such pozzolans increases the concrete and mortars performance. All the residues studied in this work were characterized by means of: X-ray diffraction analysis, differential thermal analysis, infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, X-ray fluorescence spectrometry and laser diffraction. Both residues are mainly constitutes by at least 92% of low granulometry kaolinite with specific surface area above 8 m2/g and mean diameter below 1 µm. Free silica (quartz) contents are below 3%. The high concentration of kaolinite in these residues dispenses rigid control parameters for removal of impurities usually employed in pozzolan production. The Jari kaolin exhibits high disordered kaolinite in comparison with the high ordered kaolinite of the Capim region and gives rise to higher desidroxilation degree at lower temperatures. It points to energy saving and reducing costs during the production of a pozzolan. The results are satisfactory and reveal that both kaolin wastes are excellent raw material for the production of high reactive metakaolin.As regiões do Rio Capim e do Rio Jari são os principais distritos caulinitícos da Região Amazônica, detentores das maiores reservas brasileiras de caulim de alta qualidade para aplicações como cobertura de papel. O caulim é lavrado e beneficiado por três grandes companhias que são responsáveis pela geração de aproximadamente 500 mil de toneladas anuais de um resíduo decorrente da etapa de centrifugação. Esse resíduo, na forma de polpa, é depositado em lagoas de sedimentação que ocupam grandes extensões de áreas. O objetivo da pesquisa foi investigar as características físicas, químicas e mineralógicas dos resíduos processados da Região do Jari e do Capim, de modo a avaliar se atendem aos requisitos como matéria-prima para a produção de uma pozolana de alta reatividade, o metacaulim, adição mineral que incorporada ao cimento Portland proporciona alto desempenho às misturas de concreto e argamassas. Os resíduos foram caracterizados por difração de raios X, análise térmica, espectroscopia de infravermelho, microscopia eletrônica de varredura, fluorescência de raios X e difração a laser. Ambos os resíduos são constituídos por no mínimo 92% de caulinita de baixa granulometria, cujas áreas superficiais específicas são superiores a 8 m2/g e os diâmetros médios de partículas inferiores a 1 µm. Os teores de sílica livre (quartzo) não foram superiores a 3%. O alto grau de concentração de caulinita destes resíduos dispensa os rígidos parâmetros de controle de remoção de impurezas, normalmente empregados na produção deste tipo de pozolana. O caulim do Rio Jari, com quantidade de defeitos na estrutura cristalina superior ao da caulinita do Rio Capim, proporcinou maior grau de desidroxilação a uma temperatura mais baixa quando calcinado, indicando a possibilidade de redução de gastos com energia para a produção da adição mineral. Os resultados das análises foram convergentes e apontam ambos os caulins estudados como excelentes matérias-primas para a produção do metacaulim de alta reatividade

Avaliação preliminar do resíduo caulinítico das indústrias de beneficiamento de caulim como matéria-prima na produção de uma metacaulinita altamente reativa

This work has assessed potential uses of kaolinitic waste from kaolin processing industries as a raw material for the production of a highly reactive metakaolinite. The mineralogical characteristics of both this residue and also of the metakaolinite have been determined by X-ray diffraction and by differential thermal analysis. The metakaolinite pozzolanic activity was measured using Portland cement mortars. Resulting effects derived from metakaolinite incorporation on concrete were evaluated through compressive strength and water absorption tests. A 10% value was adopted for this incorporation procedure, whereas water/binder ratios chosen were 0.39, 0.47 and 0.65. Besides the mixtures, reference and silica fume concretes were also moulded. The metakaolinite pozzolanic activity index obtained was 103%, which is similar to that of silica fume. Metakaolinite concretes showed higher compressive strength values than that of reference concretes and similar to that of silica fume concretes. Concerning capillary absorption, metakaolinite concretes exhibited water penetration rates ranging from 0.73 to 0.98 mm/h1/2, similar to those of silica fume concretes and significantly lower to those of reference concretes. Therefore, this study has demonstrated that this kaolinitic waste is an excellent raw material for high reactivity metakaolinite production.Este trabalho avaliou as potencialidades de emprego do resíduo caulinítico das indústrias de beneficiamento do caulim como matériaprima na produção de uma metacaulinita altamente reativa. As características mineralógicas do resíduo e da metacaulinita foram analisadas pela difratometria de raios X e pela análise térmica diferencial. A atividade pozolânica da metacaulinita foi determinada em argamassas de cimento Portland. O efeito da incorporação da metacaulinita no concreto foi investigado pela resistência à compressão e por um teste de absorção capilar de água. O percentual de adição adotado foi de 10% e as relações água/aglomerante escolhidas foram 0,39, 0,47 e 0,65. Além das misturas de referência, foram também moldados concretos com sílica ativa. O índice de atividade pozolânica da metacaulinita foi de 103%, semelhante ao da sílica ativa. Os concretos com metacaulinita apresentaram resistências à compressão superiores aos de referência e similares aos com sílica ativa. Quanto à absorção capilar, os concretos com metacaulinita apresentaram taxas de absorção de água entre 0,73 e 0,98 mm/h1/2, similares às dos concretos com sílica ativa e significativamente inferiores às dos concretos de referência. Os resultados demonstram que este resíduo caulinítico é uma excelente matéria-prima para fabricação de metacaulinita de alta reatividade

Preliminary evaluation of sandstones from northeastern Brazil with pozzolanic properties for Portland cement

Natural zeolites usually exhibit pozzolanic activity without any additional treatment, e.g. thermal activation. They have been used for building since the ancient Roman Empire times in the production of hydraulic cements and concretes. Nowadays, there are many discussions involving the natural zeolites pozzolanic reactivity in the incorporation of the Portland cement composition. The appropriate use of pozzolans enables the production of special cements with lower manufacturing cost and with a greater durability in comparison with the corresponding cements without addition. In Brazil, zeolite consumption comes either from the importation of foreign countries or synthetic products. No zeolite mine is available in the country and only few geological occurrences were already described in the literature without any commercial interest. In northeast Brazil, the Geological Survey (CPRM) discovered zeolite-bearing sandstones related to Cretaceous sedimentary rocks of the Parnaíba Paleozoic Basin. The main purpose of this paper is to evaluate the possible use of such sandstones as pozzolan for using in Portland cements (CPI-S). A bulk sample of the zeolitic sandstone (AZ) was collected in the field. In the laboratory, preparation included drying, milling and sieving at the following grain-size fractions, in order to remove quartz and concentrate the zeolite: 100# (AZ-1), 200# (AZ-2) and 325# (AZ-3). After mineralogical evaluation, the AZ-2 fraction was selected for further analysis and assays. The experimental study was mainly based on mineralogical characterization, including: X-ray diffraction (XRD), chemical analysis and heat flow calorimetry, besides pozzolanic activity assay and compressive strength. The results show that the mineralogical composition of the zeolitic sandstone is mainly quartz, zeolite (stilbite) and smectite. Stilbite is the main pozzolanic phase, and the smectite can also play an important role. The hydration of the Portland cement was accelerated due to the very fine grained nature of the material. Meanwhile, the reactivity obtained was slightly below the standard requirements to be used in industrial scale. Additional studies should be carried out in order to evaluate if a further thermal treatment (between 300 °C and 500 °C) may increase the pozzolanic activity due to the stilbite destruction around this temperature. The same happens with kaolinite that needs thermal treatment above 550 ºC to convert to the amorphous phase metakaolin in order to be used as one of the most commons pozzolans in the cement industry. The main purpose was to contribute for the production of an alternative kind of cement which produces less pollution to the environment (CO2 decrease in the atmosphere) with cost saving. In addition, it is expected to contribute for the exploitation of the sedimentary zeolites occurrences which have been relatively well studied from a geological point, but are still not mined.As zeolitas possuem atividade pozolânica normalmente sem a necessidade de ativação térmica, por isto têm sido empregadas na produção de cimento e concreto hidráulicos desde a época do império romano. Hoje em dia são utilizadas na fabricação do cimento Portland através da substituição do clinquer em percentuais que variam entre 5 e 20%, dependendo da reatividade e da finura da zeólita. Em razão disto, são muito importantes do ponto de vista econômico e ambiental, principalmente quando não necessitam de tratamento térmico para adquirirem caráter pozolânico satisfatório, porque reduzem significativamente a energia de produção do clinquer e a liberação de CO2 proveniente tanto da descarbonatação da calcita como da combustão de combustíveis fósseis. Contudo, dados sobre reservas de zeólitas naturais são escassos e imprecisos. No Brasil, não existe conhecimento sobre depósitos naturais de zeólitas que possam ser explorados comercialmente. No nordeste do Brasil existe a ocorrência de zeolitas sedimentares relacionadas a arenitos descoberta nos anos 2000. Estes arenitos são constituídos de quartzo, argilominerais e zeolitas naturais (estilbita). O objetivo geral desse trabalho foi avaliar se esta zeólita natural presente no arenito possui atividade pozolânica satisfatória para ser empregada como adição mineral em cimentos Portland. No programa experimental o arenito zeolítico passou por beneficiamento através da remoção, por peneiramento, do quartzo e outros minerais inertes, de modo a concentrar a zeólita estilbita e com isto verificar as propriedades pozolânicas deste mineral. No estudo experimental foram empregadas as técnicas de difração de raios X, calorimetria, ensaios químicos e de determinação da atividade pozolânica em argamassas de cal hidratada e cimento Portland. Os resultados mostraram que o arenito zeolítico acelerou a hidratação do cimento Portland devido a extrema finura do material. O arenito apresentou atividade pozolânica, sendo a estilbita responsável por este comportamento. Entretanto, a reatividade foi ligeiramente inferior ao mínimo exigido para ser empregado em escala industrial como pozolana. Estudos complementares são necessários para averiguar se o tratamento térmico entre 300 °C e 500 °C pode aumentar a atividade pozolânica do arenito devido a destruição da estrutura cristalina tanto da estilbita quanto da esmectita presente no arenito

Cimentos Portland aditivados com arenito zeolítico com propriedades pozolânicas

O uso adequado de pozolanas possibilita a produção de cimentos especiais, de menor custo de fabricação e de maior durabilidade que os correspondentes sem adição. O emprego dessas adições minerais possibilita ganhos significativos em termos de produtividade e uma extensão da vida útil dos equipamentos de produção e da própria jazida de calcário, também ajudando na diminuição de CO2 lançado na atmosfera.As zeólitas têm sido utilizadas como material pozolânico em misturas com "terras vulcânicas" e água nas construções desde o tempo do antigo Império Romano. Nos dias atuais, existem muitas discussões envolvendo reatividade pozolânica das zeólitas naturais na incorporação dos cimentos Portland.Na Região nordeste do Brasil, zeólitas sedimentares relacionadas a arenitos da Bacia do Parnaíba foram descobertas pelo Serviço Geológico do Brasil nos anos 2000. Estes arenitos são constituídos em sua maioria de quartzo, zeólitas naturais (estilbita) e argilominerais (esmectita). Estudos preliminares constataram que este arenito pode ser empregado como material pozolânico em sistemas a base de cimento Portland, desde que o material seja peneirado para remoção do quartzo e ativado termicamente, uma vez que a estilbita é uma zeólita de baixa atividade pozolânica.O objetivo geral desse trabalho foi determinar qual proporção de arenito zeolítico ativado termicamente proporciona melhores propriedades mineralógicas e mecânicas ao cimento Portland.No programa experimental empregou-se o arenito zeolítico passante na peneira 200# e calcinado à temperatura de 500ºC. A análise química das amostras foi realizada por espectroscopia de fluorescência de raios-x e a caracterização mineralógica por difração de raios-x e análise termogravimétrica e termodiferencial. O comportamento da hidratação dos cimentos foi avaliado através de calorimetria de condução, difratometria de raio-X e análises termodiferencial e termogravimétricas. Para avaliação da atividade pozolânica foi adotado um ensaio mecânico de resistência à compressão em argamassas cimento Portland (CP I -S) e areia, com percentuais de substituição de cimento por arenito de 10, 20 e 30%.Os resultados mostraram que o arenito zeolítico calcinado com a percentual de substituição de 10% proporcionou às argamassas melhor resultado tem termos de resistência à compressão simples, contudo estudos mais aprofundados de durabilidade e a idades mais avançadas podem indicar que teores mais elevados do arenito zeolítico podem também ser apropriados para a produção de concretos, principalmente em obras de infraestrutura como barragens, canais, entre outras

Atividade pozolânica de arenito zeolítico da região Nordeste do Brasil

No nordeste do Brasil, existe a ocorrência de zeolitas sedimentares relacionadas a arenitos, descoberta nos anos 2000. Esses arenitos são constituídos de quartzo, zeolitas naturais (estilbita) e argilominerais (esmectita). Estudos preliminares constataram que esse arenito pode ser empregado como material pozolânico em sistemas à base de cimento Portland, desde que o material seja peneirado para remoção do quartzo e ativado termicamente, uma vez que a estilbita é zeolita de baixa atividade pozolânica. O objetivo geral desse trabalho foi determinar qual a fração granulométrica que proporciona a maior concentração de zeolita e esmectita e a temperatura de calcinação que acarreta a maior atividade pozolânica. No programa experimental, empregou-se o arenito zeolítico passante nas peneiras #200 e #325 e calcinado às temperaturas de 150ºC, 300ºC e 500ºC. A análise da caracterização mineralógica das amostras peneiradas foi realizada por difração de raios X, por análises termogravimétrica e termodiferencial. Para avaliação da reatividade, foram realizados ensaios mecânicos de atividade pozolânica em argamassas de cal hidratada e cimento Porltand. Os resultados mostraram que a amostra peneirada na peneira #200 foi a mais adequada porque apresentou elevada concentração de estilbita e um percentual maior de material passante em comparação a amostra da peneira #325, 15% e 2% respectivamente. A temperatura de calcinação de 500ºC foi a que proporcionou a maior atividade pozolânica, em razão da modificação mais efetiva da estrutura cristalina, tanto da estilbita, como da esmectita. As temperaturas mais moderadas a 150ºC e 300ºC não foram suficientes para a obtenção dos mesmos resultados. As argamassas com o arenito passante na peneira #200 e calcinado a 500ºC atingiram os valores limites mínimos exigidos para que um material seja considerado pozolânico, no caso, 6 MPa para argamassas de cal hidratada e 75% para o índice de atividade pozolânica (IAP)