Vitrocerâmica: cristalização controlada de vidros obtidos a partir de cinza de biomassa

Abstract

Neste trabalho foram produzidos materiais vítreos e cerâmicos, obtidos a partir de uma composição baseada no diagrama ternário SiO2-Al2O3-CaO. Foi utilizado, como fonte de sílica, uma cinza, proveniente da queima do eucalipto usado na alimentação de caldeiras para geração de energia de uma empresa de papel e celulose. A cinza de caldeira foi caracterizada por meio de espectrometria de fluorescência de Raios X (FRX), para determinar sua composição química, difratometria de Raios X (DRX), para a identificação das fases cristalinas e análise térmica (TG), para evidenciar as reações térmicas associadas à desidratação e decomposição dos compostos presentes no material. O vidro foi obtido por meio do processo de fusão/resfriamento (melt-quenching), fundido na temperatura de 1450°C. As amostras vítreas foram caracterizadas por calorimetria exploratória diferencial (DSC), para determinar as temperaturas de transição vítrea e de cristalização de fases e difratometria de Raios X (DRX), para identificar a sua estrutura amorfa. Foram preparadas pastilhas com o vidro pulverizado, as quais foram tratadas termicamente nas temperaturas de 970, 990, 1074 e 1120ºC por 1h, para obtenção do material vitrocerâmico. A fase, identificada por DRX, foi a Gehlenita, com duas estruturas cristalinas coexistindo na amostra. Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) revelam regiões cristalinas em meio à matriz vítrea com uma microestrutura lamelar, porém, sem morfologia geometricamente definida. Também, não foi observada nas imagens de MEV nenhuma distinção morfológica ou microestrutural das diferentes fases identificadas por DRX, sugerindo que ambas as fases de Gehlenita coexistem sem distinções aparentes, no material vitrocerâmico. Os melhores resultados de absorção de água, porosidade aparente e massa específica aparente foi para a amostra vitrocerâmica sinterizada a 990C, cujos valores foram, respectivamente, 0,1%, 0,29% e 2,89g/cm3.

In this work a vitreous and a glass-ceramic material were produced, obtained from a composition based on the ternary diagram SiO2-Al2O3-CaO. As a source of silica, ash from the burning of eucalyptus was used to feed the boiler for the energy generation of a pulp and paper company. The boiler ash was characterized by X-Ray fluorescence spectrometry (XRF) to determine its chemical composition, X-Ray diffractometry (XRD) to identify the crystalline phases, and thermal analysis (TG) to show the reactions’ thermal effects associated with dehydration and decomposition of the compounds present in the material. The glass was obtained through the melt-quenching process, melted at a temperature of 1450°C. The glass was characterized by differential scanning calorimetry (DSC) to determine the glass transition and phase crystallization temperatures and X-ray diffractometry (XRD) to identify its amorphous structure. Tablets were prepared with pulverized glass, which was thermally treated at temperatures of 970, 990, 1074 and 1120ºC for 1h, to obtain the glass-ceramic material. The phase, identified by XRD, was Gehlenite, with two crystal structures coexisting in the sample. Scanning electron microscopy (SEM) images reveal crystalline regions in the midst of the glassy matrix with a lamellar microstructure, but without geometrically defined morphology. In addition, no morphological or microstructural distinction was observed in the SEM images of the different phases identified by XRD, suggesting that both phases of Gehlenite coexist without apparent distinctions, in the glass-ceramic material. The best results for water absorption, apparent porosity and apparent specific mass were for the glass-ceramic sample sintered at 990C, whose values were, respectively, 0.1%, 0.29% and 2.89g/cm3.