Desenvolvimento de materiais cerâmicos refratários com adição da sílica residual proveniente da queima da casca de arroz

Abstract

Com a intenção de agregar valor à cinza da casca de arroz, subproduto da indústria orizícola, e colaborar para um desenvolvimento sustentável do país, esta pesquisa buscou desenvolver materiais cerâmicos refratários com a substituição parcial da argila pela sílica de casca de arroz (SCA) produzida a partir da geração de energia elétrica. Atualmente, na região da fronteira oeste do Estado do Rio Grande do Sul, existem várias usinas termoelétricas de biomassa para geração de energia elétrica através da queima da casca de arroz. Essa tecnologia vem ao encontro da necessidade de diversificação da matriz energética no país. A indústria orizícola produz no Brasil aproximadamente 12 milhões de toneladas por ano de arroz, e aproximadamente 2,5 milhões de toneladas por ano são convertidos em casca. Caso toda esta casca fosse queimada, gerar-se-iam aproximadamente 500 mil toneladas de cinza, a qual é rica em sílica. Portanto, viabilizar seu aproveitamento tende a reduzir o passivo ambiental, além dos benefícios econômicos. No presente trabalho foi analisado o efeito da substituição parcial da argila refratária por sílica da casca de arroz (SCA) nas propriedades mecânicas e termomecânicas dos materiais cerâmicos refratários produzidos, em percentuais de 5, 10 e 20%. Foram analisadas as propriedades mecânicas desses materiais através de ensaios de resistência à compressão, tração direta, flexão em três pontos e dureza superficial Vickers. Analisaram-se também a retração linear, absorção de água, porosidade aparente e resistência ao choque térmico. Conforme se aumentou a substituição parcial de argila refratária por SCA, foi obtido um melhor empacotamento da mistura granular e, consequentemente, ocorreu uma melhora nas propriedades mecânicas das amostras. Por outro lado, o material apresentou-se mais frágil, com menor resistência ao choque térmico. Não foi encontrada variação na retração linear após a queima, já a absorção de água e porosidade aparente diminuíram conforme se aumentou a substituição da argila pela SCA. A microestrutura do material foi analisada através de análise por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios-x, onde se identificaram as fases cristalinas na mineralogia do material resultante. Na análise da mineralogia do material observou-se um aumento de pico de cristobalita conforme se aumentou o teor de SCA na mistura, em função da cristalização da sílica livre. Um menor volume de porosidade foi encontrado conforme se aumentou o teor de substituição de argila pela SCA.

With the intention of adding value to rice husk ash, a byproduct of paddy industry, and contribute to sustainable development of the country, this research sought to develop refractory ceramic materials with refractory partial replacement of clay by silica from rice husk (SCA) produced from electricity generation. Currently on the western border of the State of Rio Grande do Sul, there are several biomass power plants for generating electricity by burning rice husk. This technology comes against the need for diversification of energy sources in the country. The paddy industry in Brazil produces approximately 12 million tons of rice per year, of which approximately 2.5 million tons per year are converted into shell. If all this bark was burned, it would generate approximately 500 tons of ash, which is rich in silica. Thus enabling its use tends to reduce the environmental liability beyond economic benefits. In the present work, the effect of partial replacement of silica refractory clay for rice husk (SCA) on the mechanical and thermomechanical properties of refractory ceramic materials was analyzed for percentages of 5, 10 and 20%. The mechanical properties of these materials were analyzed by testing compressive strength, direct-drive, three point bending and superficial hardness. We also analyzed the linear shrinkage, water absorption, apparent porosity and resistance to thermal shock. As increased the partial replacement of refractory clay for SCA in the mixture was obtained a better packing of the granular mixture and, consequently, better results in mechanical properties were found. On the other hand, the material appeared more brittle, with a lower thermal shock resistance. Was not found in the linear shrinkage after firing, the water absorption and apparent porosity decreased as the clay was increased by replacement SCA. The microstructure of the material was analyzed by scanning electron microscopy (MEV) and x-ray diffraction where the crystalline phases identified in the mineralogy of the resulting material. The analysis of the mineralogy of the material was observed an increase of cristobalite peak was increased as the content of SCA, depending on the crystallization of the free silica. A smaller volume of porosity is found according to the increased content of clay replacement SCA.