Utilização de cinzas pesadas de carvão mineral com adição de óxido de lítio na obtenção de materiais vitrocerâmicos

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Curso de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaAs cinzas pesadas geradas através da combustão do carvão mineral, em usinas termelétricas, apresentam características constitucionais propícias para a utilização como matéria-prima para a obtenção de materiais vítreos e vitrocerâmicos. Os estudos visando a obtenção de vitrocerâmicos a partir destas cinzas são motivados por fatores de ordem social, ambiental e econômica. No entanto, os muitos óxidos da cinza podem agir como agentes indutores, neutros ou inibidores na formação de produtos, sendo necessário portanto, em alguns casos, ajustar esta composição para a obtenção de materiais com características desejadas. Este trabalho visa a obtenção de materiais vitrocerâmicos com características específicas, como baixo coeficiente de dilatação térmica, a partir deste subproduto. Para tal, partiu-se do sistema SiO2-Al2O3-Li2O, através da mistura de 85 % de cinza pesada e 15% de carbonato de lítio, aditivo utilizado para a obtenção das fases cristalinas desejadas: aluminossilicato de lítio e virgilita. Observa-se que vidros obtidos a partir deste subproduto apresentam uma significativa quantidade de óxidos de ferro. Estes óxidos são responsáveis pela característica de opacidade das cinzas, o que consequentemente resulta em vidros opacos, limitando assim sua aplicação tecnológica. Para isto, uma metodologia de correção composicional, englobando a retirada magnética do óxido de ferro na forma de magnetita, é proposta. As técnicas empregadas para a caracterização dos vidros e vitrocerâmicos foram: fluorescência de raios-X, análise térmica diferencial, difração de raios-X, análise dilatométrica, espectometria de infravermellho e microscopia eletrônica de varredura. Os materiais resultantes apresentaram diferentes características, como coeficiente de dilatação térmica e características microestruturais. Em geral, o material derivado do subproduto corrigido através da metodologia proposta apresentou melhores resultados em comparação com o material derivado da cinza bruta, no entanto ambos vitrocerâmicos apresentaram coeficientes de dilatação térmica negativos e cristalitos de pequeno tamanho, na ordem de nanômetros (em média 35 nm)