Transformação de rejeitos da mineração de ferro e serpentinito em silicatos e outros produtos de valor agregado
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFMG |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/1843/53032 |
Resumo: | Neste trabalho foram utilizados rejeitos da mineração de ferro e serpentinito para produção de materiais com valor agregado: silicato de sódio, óxido/hidróxido de magnésio e geopolímeros. O serpentino é uma rocha rica nos minerais da família das serpentinas, Mg3Si2O5(OH)4. Na primeira parte do trabalho, foram utilizadas duas diferentes rotas para a obtenção de óxido/hidróxido de magnésio e silicato de sódio a partir de serpentinito. A primeira rota tratou-se de um processo hidrotérmico no qual o serpentinito foi misturado com soluções de NaOH 1 a 10 mol L-1 e a mistura foi mantida em autoclave a 200 °C por 24 horas. Nessa rota, o melhor resultado foi obtido na reação que utilizou solução de NaOH 10 mol L-1, levando à obtenção de um sólido composto majoritariamente por hidróxido de magnésio. Na segunda rota, denominada sólida, foram realizadas impregnações do serpentinito com soluções de NaOH usando quantidades de 30 a 140% de NaOH em relação a massa do serpentinito, e os sólidos obtidos foram calcinados a temperaturas de 500 a 800 °C. Para essa rota, o melhor resultado foi obtido com a utilização de 140% de NaOH e temperatura de calcinação de 700 °C, que levou a obtenção de um sólido composto majoritariamente por óxido de magnésio. Em ambas as rotas, obteve-se uma fração líquida de solução de silicato de sódio. Na segunda parte deste trabalho, foram realizadas reações de rejeito de ferro com NaOH. O rejeito de ferro utilizado é constituído majoritariamente por SiO2 (70,57%) e Fe2O3 (23,29%), de acordo com análise por fluorescência de raios X. As reações foram realizadas em autoclave a 200 °C, foram utilizadas quantidades em massa de 1:1,5 e 1:2,5 de rejeito de ferro para NaOH e tempos de reação de 4 e 8 horas. Utilizando-se proporções de 1:2,5 de rejeito para NaOH e tempo de reação de 8 horas, foi possível diluir totalmente a sílica do sólido, obtendo-se uma fração sólida constituída majoritariamente por hematita e uma solução de silicato de sódio. Na terceira parte deste trabalho, foram produzidos geopolímeros com diferentes composições utilizando-se rejeito de mineração e serpentinito como cargas (proporções de 25 e 50%), e a solução de silicato de sódio produzida a partir do rejeito de ferro como solução ativadora. Os geopolímeros produzidos apresentaram rápido tempo de cura e resultados de resistência mecânica à compressão muito bons, que variaram de 32,13 a 58,28 MPa. |
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Nessa rota, o melhor resultado foi obtido na reação que utilizou solução de NaOH 10 mol L-1, levando à obtenção de um sólido composto majoritariamente por hidróxido de magnésio. Na segunda rota, denominada sólida, foram realizadas impregnações do serpentinito com soluções de NaOH usando quantidades de 30 a 140% de NaOH em relação a massa do serpentinito, e os sólidos obtidos foram calcinados a temperaturas de 500 a 800 °C. Para essa rota, o melhor resultado foi obtido com a utilização de 140% de NaOH e temperatura de calcinação de 700 °C, que levou a obtenção de um sólido composto majoritariamente por óxido de magnésio. Em ambas as rotas, obteve-se uma fração líquida de solução de silicato de sódio. Na segunda parte deste trabalho, foram realizadas reações de rejeito de ferro com NaOH. O rejeito de ferro utilizado é constituído majoritariamente por SiO2 (70,57%) e Fe2O3 (23,29%), de acordo com análise por fluorescência de raios X. As reações foram realizadas em autoclave a 200 °C, foram utilizadas quantidades em massa de 1:1,5 e 1:2,5 de rejeito de ferro para NaOH e tempos de reação de 4 e 8 horas. Utilizando-se proporções de 1:2,5 de rejeito para NaOH e tempo de reação de 8 horas, foi possível diluir totalmente a sílica do sólido, obtendo-se uma fração sólida constituída majoritariamente por hematita e uma solução de silicato de sódio. Na terceira parte deste trabalho, foram produzidos geopolímeros com diferentes composições utilizando-se rejeito de mineração e serpentinito como cargas (proporções de 25 e 50%), e a solução de silicato de sódio produzida a partir do rejeito de ferro como solução ativadora. Os geopolímeros produzidos apresentaram rápido tempo de cura e resultados de resistência mecânica à compressão muito bons, que variaram de 32,13 a 58,28 MPa.In this work, iron and serpentinite mining tailings were used to produce value-added materials: sodium silicate, magnesium oxide/hydroxide and geopolymers. Serpentine is a rock rich in the serpentine family of minerals, Mg3Si2O5(OH)4. In the first part of the work, two different routes were used to obtain magnesium oxide/hydroxide and sodium silicate from serpentinite. The first route was a hydrothermal process in which the serpentinite was mixed with 1 to 10 mol L-1 NaOH solutions and the mixture was kept in an autoclave at 200 °C for 24 hours. In this route, the best result was obtained in the reaction that used 10 mol L-1 NaOH solution, leading to a solid composed mainly of magnesium hydroxide. In the second route, named solid route, serpentinite impregnations were carried out with NaOH solutions using amounts of 30 to 140% of NaOH in relation to the serpentinite mass, and the solids obtained were calcined at temperatures from 500 to 800 °C. For this route, the best result was obtained with the use of 140% NaOH and a calcination temperature of 700 °C, which resulted in a solid composed mainly of magnesium oxide. In both routes, a liquid fraction of sodium silicate solution was obtained. In the second part of this work, iron tailings reactions with NaOH were carried out. The iron waste used consists mainly of SiO2 (70.57%) and Fe2O3 (23.29%), according to X-ray fluorescence analysis. The reactions were carried out in an autoclave at 200 °C, quantities in mass of 1:1.5 and 1:2.5 of iron waste to NaOH and reaction times of 4 and 8 hours. Using proportions of 1:2.5 of waste to NaOH and a reaction time of 8 hours, it was possible to completely dilute the silica from the solid, obtaining a solid fraction consisting mainly of hematite and a solution of sodium silicate. In the third part of this work, geopolymers with different compositions were produced using mining tailings and serpentinite as fillers (proportions of 25 and 50%), and sodium silicate solution produced from iron tailings as activating solution. The geopolymers produced showed fast curing time and very good results in mechanical compressive strength, which ranged from 32.13 to 58.28 MPa.CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas GeraisCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorporUniversidade Federal de Minas GeraisPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUFMGBrasilICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICAhttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/pt/info:eu-repo/semantics/openAccessQuímica inorgânicaFerro – Minas e mineraçãoResíduosCompostos de sódioSerpentina (Mineralogia)Polímeros inorgânicosTermogravimetriaMössbauer, Espectroscopia de.Fluorescência de raio XRaios X – DifraçãoMicroscopia eletrônica de varreduraEspectroscopia de infravermelhoSerpentinitoRejeito de mineração de ferroSilicato de sódioÓxidos de magnésioGeopolímerosTransformação de rejeitos da mineração de ferro e serpentinito em silicatos e outros produtos de valor agregadoTransformation of iron and serpentinite mining tailings into silicates and other value-added productsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINALTese Caroline Duarte Prates PDFA.pdfTese Caroline Duarte Prates PDFA.pdfTransformação de rejeitos da mineração de ferro e serpentinito em silicatos e outros produtos de valor agregado Tese Carolineapplication/pdf21345809https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/53032/1/Tese%20Caroline%20Duarte%20Prates%20PDFA.pdf9cecd816ac57910a3dd6a1e5f3443111MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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Neste trabalho foram utilizados rejeitos da mineração de ferro e serpentinito para produção de materiais com valor agregado: silicato de sódio, óxido/hidróxido de magnésio e geopolímeros. O serpentino é uma rocha rica nos minerais da família das serpentinas, Mg3Si2O5(OH)4. Na primeira parte do trabalho, foram utilizadas duas diferentes rotas para a obtenção de óxido/hidróxido de magnésio e silicato de sódio a partir de serpentinito. A primeira rota tratou-se de um processo hidrotérmico no qual o serpentinito foi misturado com soluções de NaOH 1 a 10 mol L-1 e a mistura foi mantida em autoclave a 200 °C por 24 horas. Nessa rota, o melhor resultado foi obtido na reação que utilizou solução de NaOH 10 mol L-1, levando à obtenção de um sólido composto majoritariamente por hidróxido de magnésio. Na segunda rota, denominada sólida, foram realizadas impregnações do serpentinito com soluções de NaOH usando quantidades de 30 a 140% de NaOH em relação a massa do serpentinito, e os sólidos obtidos foram calcinados a temperaturas de 500 a 800 °C. Para essa rota, o melhor resultado foi obtido com a utilização de 140% de NaOH e temperatura de calcinação de 700 °C, que levou a obtenção de um sólido composto majoritariamente por óxido de magnésio. Em ambas as rotas, obteve-se uma fração líquida de solução de silicato de sódio. Na segunda parte deste trabalho, foram realizadas reações de rejeito de ferro com NaOH. O rejeito de ferro utilizado é constituído majoritariamente por SiO2 (70,57%) e Fe2O3 (23,29%), de acordo com análise por fluorescência de raios X. As reações foram realizadas em autoclave a 200 °C, foram utilizadas quantidades em massa de 1:1,5 e 1:2,5 de rejeito de ferro para NaOH e tempos de reação de 4 e 8 horas. Utilizando-se proporções de 1:2,5 de rejeito para NaOH e tempo de reação de 8 horas, foi possível diluir totalmente a sílica do sólido, obtendo-se uma fração sólida constituída majoritariamente por hematita e uma solução de silicato de sódio. Na terceira parte deste trabalho, foram produzidos geopolímeros com diferentes composições utilizando-se rejeito de mineração e serpentinito como cargas (proporções de 25 e 50%), e a solução de silicato de sódio produzida a partir do rejeito de ferro como solução ativadora. Os geopolímeros produzidos apresentaram rápido tempo de cura e resultados de resistência mecânica à compressão muito bons, que variaram de 32,13 a 58,28 MPa. |
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