Activação alcalina e inertização de resíduos industriais

Abstract

A geopolimerização surge como uma via para processar e valorizar resíduos industriais alumino-silicatados, originando produtos com elevada resistência mecânica, estabilidade química e com a capacidade de confinar outros resíduos, incluindo os perigosos. Diversos resíduos industriais como por exemplo lamas (geradas pelos processos de filtração/clarificação da água potável, e do corte e polimento de granito), areia de fundição e rejeitados do processo de fabrico de aglomerados de argila expandida, foram caracterizados, com o objectivo de os utilizar e adaptar para a produção de geopolímeros, através da activação alcalina. Desta análise concluiu-se ser conveniente usar as lamas de filtração de água e os rejeitados de argila expandida como componentes ligantes ou activos da matriz geopolimérica a formar, atendendo o grau de finura e capacidade reactiva, enquanto que as lamas de corte de granito e a areia de fundição foram encaradas como inertes ou agregados, fino e grosseiro, respectivamente. As condições de processamento foram optimizadas, em termos de composição relativa dos constituintes, teor relativo e composição do activador (NaOH + Na2SiO3) e condições de cura, e os geopolímeros obtidos foram caracterizados, em termos de composição, microestrutura e propriedades físico-mecânicas relevantes. Em condições optimizadas obtiveram-se resistências à compressão superiores a 15MPa (17,9 MPa), o que perspectiva a utilização destes materiais em funções não estruturais. Em simultâneo, a baixa densidade relativa das amostras é compatível com isolamento térmico e acústico superior ao de betões convencionais, a confirmar em estudos futuros. De grande interesse foi o desempenho obtido quando o produto foi submetido a testes de lixiviação, para análise da capacidade de retenção de substâncias perigosas. Neste estudo, foi testada a retenção de crómio, sendo confirmada a elevada capacidade de fixação pela matriz geopolimérica.

ABSTRACT: Geopolymerization appears as a viable way to process and add value to aluminum-silicate industrial wastes, originating products with high mechanical strength, high chemical inertia and enabling to encapsulate other waste materials, including dangerous ones. Several industrial wastes such as sludges (generated in potable water filtration/cleaning operations and in the cutting/polishing process of natural granite), foundry sand and powdered rejects from clay-based lightweight aggregates fabrication were characterized, in order to use or adapt them for the production of geopolymers through the alkaline activation process. From this analysis, it was decided to use the water filtration sludge and rejects of lightweight aggregates as binder or binders or activated components, based on their own reactivity and suitable fineness. By contrast, foundry sand and granite cutting sludge was found to be inert and then used as aggregates in the geopolymeric matrixes. Processing conditions were optimized, by playing with solids composition, concentration, nature and relative amount of activator (NaOH + Na2SiO3), and curing conditions. Cured samples were then fully characterized (composition, microstructure and relevant physical and mechanical properties). Optimal geopolymers show compressive strengths above 15MPa (maximum 17.9 MPa), an interesting value to perspective their use in non-structural applications. At the same time, density of the samples is lower then common concrete (based on Portlant cement), encouraging their use in thermally or acoustically insulating artefacts. Besides this, interesting performance was achieved when the product was submitted to leaching tests in order to test its encapsulation/fixation capabilities of hazardous substances. In this study, chromium was firmly fixed/immobilized in geopolymer matrix.