Uso do resíduo de caulim fino para obter materiais cimentícios
DOI:
https://doi.org/10.34117/bjdv11n7-015Keywords:
economia circular, redução de CO2, materiais sustentáveis ou ecologicamente corretosAbstract
Este artigo tem por objetivo analisar a crescente preocupação ambiental gerada pela emissão de CO2 para a atmosfera com o processo de clinquerização para produção do cimento através de uma revisão bibliográfica buscou-se apresentar alternativas como a substituição de materiais cimentícios suplementares (SCMs). Materiais cimentícios suplementares (SCMs) são comumente usados em misturas de cimento como substitutos de uma porção de clínquer. Esta prática é favorável para a indústria, geralmente resultando em cimento com menor custo, menor impacto ambiental. A aplicação das argilas calcinadas à base de residuos de caulim como materiais cimentícios tem recebido atenção considerável nos últimos anos. O resíduo do beneficiamento de caulim é um resíduo gerado durante o processo de purificação da extração caulim de alta pureza utilizado em diversas indústrias. Constituído principalmente por argila rica em caulinita e outros minerais como quartzo. Pode ser ativado termicamente por calcinação para obter um material rico em metacaulinita, que apresenta propriedades pozolânicas que se assemelha ao aditivo pozolânico utilizado na fabricação de cimento.
References
- ÇANKAYA, S., PEKEY, B. A comparative life cycle assessment for sustainable cement production in Turkey. Journal of Environmental Management, [s. l.], Vol. 249, e109362, 2019.
- ROBBIE, M. A. Global CO2 emissions from cement production, 1928–2018”, Earth System Science Data, v. 11, n. 4, pp. 1675–1710, 2019. https://doi.org/10.5194/essd-2019-152.
- AVET, F. AND SCRIVENER, K. Investigation of the calcined kaolinite content on the hydration of Limestone Calcined Clay Cement (LC3), Cement and Concrete Research, vol. 107, no. August 2017, pp. 124–135, 2018, doi: 10.1016/j.cemconres.2018.02.016.
- LOTHENBACH, B., SCRIVENER, K. AND HOOTON, R. D. Supplementary cementitious materials, Cement and Concrete Research, vol. 41, no. 12, pp. 1244–1256, Dec. 2011, doi: 10.1016/j.cemconres.2010.12.001.
- ANTONI, M.; ROSSEN, J. MARTIRENA, F.; SCRIVENER, K. Cement substitution by a combination of metakaolin and limestone, Cement and Concrete Research, Volume 42, Issue 12,2012, Pages 1579-1589, ISSN 0008-8846, https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2012.09.006.
- GUO, Z., et al. Study on flotation tailings of Kaolinite-type pyrite when used as cement admixture and concrete admixture, Procedia Environmental Sciences, v. 31, nº1, pp. 644-652, mai, 2016.
- XU, W., et al. Feasibility of kaolin tailing sand to be as an environmentally friendly alternative to river sand in construction applications, Journal of Cleaner Production, v. 205, nº1, pp.1114-1126, abr., 2018.
- NEMATOLLAHI, B.; SANJAYAN, J.; SHAIKH, F.U.A. Synthesis of heat and ambient cured one-part geopolymer mixes with different grades of sodium silicate ceram.Int41(2015)5695–5704, https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.12.154.
- MUZENDA, T.R.; HOU, P.; KAWASHIMA, S.; SUI, T.; CHENG, X. The role of limestone and calcined clay on the rheological properties of LC3, Cem. Concr. Comps. 107 (2020), https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2020.103516.
- MEDEIROS, M. H. G.; MATOS, S. R. C.; DESSUY, T. Y.; MASUERO, A. B.; DAL MOLIN, D. C. C. Valorização do caulim flint como material cimentício suplementar (MCS), 2021. https://doi.org/10.22533/at.ed.81921081157.
- SOUZA, M. R. N. Influência do resíduo do caulim tratado termicamente da região Amazônica e o seu potencial uso como material suplementar ao cimento Portland. 165 f. Tese (Doutorado) - Universidade Federal do Pará, Instituto de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Belém, 2022.
- DANNER T; NORDEN, G. AND JUSTNES, H. Characterisation of calcined raw clays suitable as supplementary cementitious materials. Applied ClayScience. Vol. 162, p. 391-402. https://doi.org/10.1016/j.clay.2018.06.030, 2018.
- SCRIVENER, K.; JOHN, V.; GARTNER, E.M. Eco-efficient cements: potential, economically viable solutions for a low-CO2, cement-based materials industry, in: United Nations Environmental Programme (UNEP), 2016.
- SCRIVENER, K.; F. MARTIRENA, F.; BISHNOI, S.; MAITY, S. Calcined clay limestone cements (LC3), Cem. Concr. Res. 1–8, https: //doi.org/10.1016/j. cemconres.2017.08.017. 2017.
- HOLLANDERS, S.; ADRIANS, R.; SKIBSTED, J.; CIZER, O. ELSEN, K. Pozzolanic reactivity of pure calcined clay. App. Clay. Sci. 132-133 (2016) 552-560, https://doi.org/10.1016/j.clay.2016.08.003.
- LAPEYRE, J.; KUMAR, H.M.A. Effect of particle size distribution of metakaolin on hydration kinetics of tricalcium silicate, J. Am. Ceram. Soc. 102 (2019) 1-33, https:/doi.org/10.1111/jace.16467.
- AVET, F.; SCRIVENER, K. Investigation of the calcined kaolinite content on the hydration of Limestone Calcined Clay Cement (LC3), Cement and Concrete Research, vol. 107, no. August 2017, pp. 124–135, doi: 10.1016/j.cemconres.2018.02.016, 2018.
- MINERAL COMMODITY SUMMARIES. U.S. Geological Surve. Reston, Virginia, EUA, http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/mcs/2012/mcs. 2020.
- RASHAD, A.M. Metakaolin as cementitious material: history, scours, production and composition–A comprehensive overview, Construct. Build. Mater. V. 41 , p. 303–318, 2013.
- TAFRAOUI, A.; ESCADEILLAS, G. AND VIDAL, T. Durability of the ultra-high performances concrete containing metakaolin, Construct. Build. Mater. 112, p. 980–987, 2016.
- ALUJAS, A.; FERNANDEZ; QUINTANA, R.; SCRIVENER, K.L.; MARTIRENA, F. Pozzolanic reactivity of low-grade kaolinitic clays: influence of calcination temperature and impact of calcination products on OPC hydration, App. Clay Sci. Vol. 108, p. 94–101, https://doi.org/10.1016/j.clay.2015.01.028. 2015.
- DU, H.; PANG, S.D. Value-added utilization of marine clay as cement replacement for sustainable concrete production, J. Clean Prod. 198, 2018.
- SCHNEIDER, M., ROMER, M., TSCHUDIN, M., BOLIO, H. Programa de cimento sustentável produção – presente e futuro. Cem. Concr. Res. 41, 642–650, 2011.
- LONGHI, M.A.M.A.; ZHANG, Z.; RODRÍGUEZ, E.D.E.D.; KIRCHHEIM, A.P.A.P.; WANG, H. Efflorescence of alkali-activated cements (Geopolymers) and the impacts on material structures: a critical analysis, Front. Mater. 6 1–13, https://doi.org/10.3389/fmats.2019.00089, 2019
- RASHAD, A.M. Alkali-activated metakaolin: a short guide for civil engineer-an overview, Constr. Build. Mater. 41 - 751–765, https://doi.org/10.1016/j. conbuildmat.2012.12.030, 2013.
- CAI, R.; et al. The early hydration of metakaolin blended cements by non-contact impedance measurement. Cement and Concrete Composites, v. 92, p. 70–81, 2018.
- EL-DIADAMONY, H.; et al. Hydration and characteristics of metakaolin pozzolanic cement pastes. HBRC Journal, v. 14, n. 2, p. 150–158, 2018.
- CINCOTTO, M. A. Reações de hidratação e pozolânicas. In: ISAIA, Geraldo Cechella (Org.). Concreto: ciência e tecnologia. v. 1. São Paulo: IBRACON. Cap 11, p. 381-413, 2011.
- FLEESON, W.; et al. Estudo da calcinação de rejeito de mineração de carvão para aplicação como pozolana. Journal of Personality and Social Psychology, v. 1, n. 1, p. 1188–1197, 2017.
- ALVES, H. P. A. et al. Preparation of mullite based ceramics from clay– kaolin waste mixtures. Ceramics International, v. 42, n. 16, p. 19086– 19090, 2016.
- LIMA, P. E. A. Caulim calcinado: estudo cinético da dissolução do alumínio em meio ácido e aplicação como precursor na produção de sílica porosa. Tese. (Programa de Pós-Graduação em Geologia e Geoquímica). 113 p. Universidade Federal do Pará, 2016.
- AVET, F.; SCRIVENER, K. Investigation of the calcined kaolinite content on the hydration of limestone calcined clay cement (LC3), Cem. Concr. Res. 107, p. 124–135, https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2018.02.016,2018.
- TAM, V.W.Y.; BUTERA, A.; LE, K.N.; LI, W. Utilising CO2 technologies for recycled aggregate concrete A critical review, Constr. Build. Mater. 250, https:// doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118903 118903, 2020.
- OLIVIER, J.G.J.; JANSSENS-MAENHOUT, G.; MUNTEAN, M.; PETERS, J.A.H.W. Trends in Global CO2 Emissions: 2016 Report PBL NEAA and ECJRC IES, 2016.
- PLAZA, M.G.; MARTÍNEZ, S.; RUBIERA, F. CO2 Capture, Use, and Storage in the Cement Industry: State of the Art and Expectations. Energies, 13, 5692, 2020.
- DETLEF, G. In: Füllstoffe (Ed.), 2. Mineralogie, Vincentz Network, pp. 17–40, https://doi.org/10.1515/9783748600169-003, 2019.
- Grand View Research, Kaolin market size, share & trends analysis report by application (paper, ceramics, paint & coatings, Fiber Glass, Plastic, Rubber, Cosmetics), By Region, And Segment Forecasts 2022 – 2030, 1–112, 2018.
- PRASANPHAN, S.; WANNAGON, A.; KOBAYASHI, T.; JIEMSIRILERS, S. Reaction mechanisms of calcined kaolin processing waste-based geopolymers in the presence of low alkali activator solution. Construction and Building Materials. Volume 221, Pages 409-420, 2019.
- AMARAL, L.F.; GIRONDI DELAQUA, G.C.; NICOLITE, M.; MARVILA, M.T.; DE AZEVEDO, A.R.G.; ALEXANDRE, J.; FONTES VIEIRA, C.M.; MONTEIRO, S.N. Eco-friendly mortars with addition of ornamental stone waste - A mathematical model approach for granulometric optimization. J. Clean. Prod. 248, 119283, 2020.
- CREE, D.; PLIYA, P. Effect of elevated temperature on eggshell, eggshell powder and eggshell powder mortars for masonry applications. J. Build. Eng. 26, 100852, 2019.
- RODRIGUES, A.M.; COSTA, F.P.D.; BELTRÃO, S.L.D.; FERNANDES, J.V.; MENEZES, R.R.; NEVES, G.D.A. Development of Eco-Friendly Mortars Produced with Kaolin Processing Waste: Durability Behavior Viewpoint. Sustainability, 13, 11395. https://doi.org/ 10.3390/su132011395, 2021.
-THOMAS, B.S.; DAMARE, A.; GUPTA, R.C. Strength and durability characteristics of copper tailing concrete, Construction and Building Materials. Vol. 48, p. 894-900, 2013.
- SOUZA, M.R.N. Influência do resíduo do caulim tratado termicamente da região Amazônica e o seu potencial uso como material suplementar ao cimento Portland. Tese (Doutorado) - Universidade Federal do Pará, Instituto de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, clxv, 165 f.: il. Color. Belém, 2022.
- BENHELAL, EMAD, et al. Global strategies and potentials to curb CO2 emissions in cement industry. J. Clean. Prod. 51, 142–161. https://doi.org/10.1016/j. jclepro.2012.10.049, 2013.
- SCIENCE & NATURE. Cement Carbon Dioxide Emissions Quietly Double in 20 Years.https://news.wttw.com/2022/06/22/cement-carbon-dioxide-emissions quietly-double-20-years, 2022.
- HANIFA, MOHD, et al. A review on CO2 capture and sequestration in the construction industry: emerging approaches and commercialised technologies. J. CO2 Util. 67, 102292 https://doi.org/10.1016/j.jcou.2022.102292, 2023.
- JOHN, V.M.; QUATTRONE, M.; ABRÃO, P.C.R.A.; CARDOSO, F.A. Repensando os padrões de cimento: oportunidades para um futuro melhor, Cem. Concr. Res. 124,105832, https:// doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.105832, 2019.
- SCRIVENER, K.L.; JOHN, V.M.; GARTNER, E.M. Cimentos ecoeficientes: potenciais soluções economicamente viáveis para um baixo CO2indústria de materiais à base de cimento, Cem. Concr. Res. 114 2–26, https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2018.03.015, 2018.
- SKIBSTED, J.; SNELLINGS, R. Reatividade de materiais cimentícios suplementares (SCMs) em misturas de cimento, Cem. Concr. Res. 124, 105799, https://doi.org/ 10.1016/j.cemconres.2019.105799, 2019.
- CELIK, K.; JACKSON, M.D.; MANCIO, M.; MERAL, C.; EMWAS, A.H.; MEHTA, P.K.; MONTEIRO, P.J.M. Pozolana vulcânica natural de alto volume e pó de calcário como substitutos parciais do cimento Portland em concreto autoadensável e sustentável, Cem. Concr. Compostos. 45, 136–147, https://doi.org/10.1016/j. cemconcomp.2013.09.003, 2014.
- GABRIEL, L.; et al. Valorization of water treatment sludge waste by application as supplementary cementitious material. Construction and building materials, v. 223, p. 939–950, 2019.
- SOURI, A.; et al. Cement and Concrete Research Pozzolanic activity of mechanochemically and thermally activated kaolins in cement. Cement and Concrete Research, v. 77, p. 47–59, 2015.
- DIBIKE, Y.B.; SHAKIBAEINIA, A.; DROPPO, I.G.; CARON, E. Modelling the potential effects of Oil-Sands tailings pond breach on the water and sediment quality of the Lower Athabasca River, Science of the Total Environment 642,1263-1281, 2018.
- KHADEMI, H.; ABBASPOUR, A.; MARTINEZ-MARTINEZ, S.; GABARRON, M.; SHAHROKH, V.; FAZ, A.; ACOSTA, J.A. Provenance and environmental risk of windblown materials from mine tailing ponds, Murcia, Spain, Environmental Pollution 241,432-440, 2018.
