Defloculação de suspensões aquosas de argilas e sua correlação com caracterizações químicas e de superfícies

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2011Os processos produtivos de fabricação de revestimentos cerâmicos por via úmida requerem o emprego de suspensões aquosas de argila com elevada concentração de sólidos e viscosidade baixa. Apesar dos mecanismos de defloculação serem bem conhecidos, a falta de quantificação do equilíbrio químico estabelecido entre a superfície dos argilominerais e a solução dificulta o entendimento mais aprimorado do sistema. Neste trabalho estudou-se o consumo de defloculante e o comportamento reológico de suspensões argilosas em função das propriedades das argilas, do tipo de defloculante e da avaliação do equilíbrio químico estabelecido na troca catiônica. Para tal, cinco argilas, sendo três cauliníticas e duas ilíticas, procedentes de diversas regiões do Brasil, foram caracterizadas e defloculadas com defloculantes a base de lítio, sódio e potássio. Essas argilas foram caracterizadas de composição química e mineralógica, análise termogravimétrica, distribuição de tamanho de partículas, potencial zeta, teor de carbono orgânico e área de superfície específica. As curvas de defloculação foram determinadas medindo-se a viscosidade e o tempo de escoamento para suspensões com fração mássica de sólidos de 0,5. Os extratos líquidos das suspensões foram extraídos para determinação do teor de cátions em solução. As argilas apresentaram diversidade em termos de propriedades quanto à composição química, mineralógica e distribuição de tamanho de partículas. Através de matriz de correlação foi identificado que as propriedades mais relevantes para avaliar o consumo de defloculante são: a composição mineralógica da fração argilosa e a área de superfície específica (medidas pelo método BET). Os valores de BET ficaram entre 25 e 78 m2/g, apresentando maior valor quanto maior a fração de argilomineral na mistura. O consumo de defloculante, expresso em termos de número de moles dos cátions monovalentes presentes do sistema (K+, Na+, Li+) por área de superfície específica, variou entre 0,08.10-5 a 0,37.10-5 mol/m2, sendo maior para o caso das argilas cauliníticas e menor para as argilas ilíticas. É muito provável que a maior capacidade de troca catiônica, sobretudo devido ao teor de Ca2+ trocável, tenha contribuído para este resultado. Na comparação do consumo de defloculante entre os diferentes cátions (K+, Na+, e Li+) identificaram-se comportamentos diversos, entretanto, sem um padrão de comportamento geral. A presença de matéria orgânica nas argilas aparentemente aumentou o consumo específico de defloculante, mas os resultados indicam que seu efeito é pequeno. Para o caulim, a concentração dos cátions adsorvidos na superfície das argilas, revela que, em geral, é estabelecida uma adsorção de 1,0.10-6 mol/m2, independente do tipo de cátion (K+, Na+, Li+) e do tipo de ânion (silicato e poliacrilato) presente no sistema