Aproveitamento de cinza pesada e lodo de anodização do alumínio para a produção do cimento sulfoaluminato de cálcio belítico

Abstract

A produção de cimento gera um impacto ambiental negativo, principalmente relacionado à emissão de dióxido de carbono (CO2). O clínquer do cimento sulfoaluminato de cálcio belítico (CSAB) possui um menor teor de óxido de cálcio e é produzido com uma reduzida temperatura de sinterização (aproximadamente 200ºC a menos em relação ao clínquer Portland), sendo considerado mais eco-amigável. Para a produção do cimento CSAB são necessárias matérias-primas ricas em alumínio e convencionalmente a bauxita é o minério utilizado para compor a farinha, o que mais onera a produção desse tipo de cimento. Soma-se ainda o fato que a geração de resíduos e subprodutos industriais torna-se inerente aos processos e o coprocessamento de resíduos vem sendo cada vez mais utilizado por razões ambientais e energéticas. Logo, fontes alternativas de alumina são fundamentais para a viabilização deste cimento e o aproveitamento de resíduos agregaria um valor econômico e sustentável ao produto final. De modo estequiométrico, a bauxita pode ser completamente substituída pelo lodo de anodização do alumínio (LAA), o qual também pode complementar o conteúdo de alumínio de outros resíduos, valorizando-os. O objetivo deste estudo foi avaliar a produção e as propriedades de clínqueres/cimentos CSAB a partir da substituição da bauxita por cinza pesada e LAA. Para a caracterização das matérias-primas, clínqueres e cimentos nos estados anidro e hidratado foram utilizadas as seguintes técnicas: fluorescência de raios X; microscopia eletrônica de varredura e espectrometria por energia dispersiva; termogravimentria; calorimetria; e difração de raios X com refinamento pelo método de Rietveld. A partir dos resultados obtidos, a substituição da bauxita foi limitada a nível parcial devido à elevada formação de belita e periclásio. Nos clínqueres produzidos, foi constatado que a presença da cinza pesada favorece a formação da estrutura cristalina ortorrômbica da fase ye’elimita. A presença dos resíduos altera a quantificação das fases, porém não compromete a estabilização das mesmas. A presença dos resíduos na composição dos cimentos afeta o período inicial de hidratação devido à redução do conteúdo de ye’elimita. Nos clínqueres produzidos com cinza pesada, ocorre a formação de até 12,6% da fase alita a 1250ºC, principal constituinte do clínquer Portland.

Cement production generates high negative environmental impact, mainly associated to CO2 emissions. Calcium sulfoaluminate belite cement clinker (CSAB) has lower content of calcium oxide, and sintering reduced temperature (about 200°C lower than that used for Portland clinker), being considered as eco-friendly binder. For its production high amount of alumina is required, however the scarcity and high cost of bauxite make these cements costly. Additionally, the generation of waste and by-products becomes a drawback in the industrial processes and the coprocessing of wastes in cement plants is increasing for environmental and energy savings reasons. Alternative sources of alumina would add an economic and sustainable value to the final product and previous work has shown that the aluminum anodizing sludge can replace bauxite in the production process. Other sources of wastes can also be a possibility to increase the production and reduce the raw materials costs of these cements. Thus, the objective of this study was the evaluation of novel CSAB cements produced with bauxite replacement by bottom ash and aluminum anodizing sludge. CSAB cements were produced in the laboratory from different amounts of sludge and ashes. The raw materials, clinkers/cements and hydration products were physicaly-chemicaly and mechanical characterized. Results showed that the mineralogy composition of CSAB clinker was strongly affected due to the addition of bottom ash. The amount of bottom ash waste replacing bauxite controls the belite and periclase formation. Also it influences the early age hydration due the reduced ye’elimite formation and important changes in the crystalline structures of this phase occurs in the clinkers. Clinkers prepared from these replacement, are able to form 12.6% of alite (main phase Portland clinker), not normally found in CSAB clinkers, being sintered at 1250°C.