CARACTERIZAÇÃO DE MATERIAL MINERAL DA REGIÃO DO

PARACURI COMO ADSORVENTE

MIRANDA, Edgar de Souza - FEQ/PPGEQ/UFPA, E-mail: edgar_dsm@hotmail.com

MARTELLI, Marlice Cruz - FEQ/PPGEQ/UFPA.

BRASIL, Davi do Socorro Barros - FEQ/PPGEQ/UFPA.

VIEIRA, Melissa Gurgel Adeodato - FEQ/UNICAMP.

SILVA, Meuris Gurgel Carlos - FEQ/UNICAMP.

CARVALHO, Samira Maria - Leão FEQ/PPGEQ/UFPA.

RESUMO - As argilas estão sendo bastante estudadas nos últimos anos, pois, apesar de

ser um material natural, apresentam disponibilidade abundante em solos brasileiros,

tornando-as viáveis como adsorventes alternativos de baixo custo. Os minerais

constituintes das argilas são os argilominerais, que são alumino-silicatos hidratados que

possuem camadas formadas por folhas tetraédricas de sílica e octaédricas de alumina

alternadas. Diversas áreas do estado do Pará, como na região do Paracuri, distrito de

Icoaraci (PA), empregam as argilas preferencialmente, para artefatos artesanais, na

fabricação cerâmica e para construção civil, por serem abundantes nesta região. O

objetivo deste trabalho é avaliar o potencial desses materiais, como adsorventes para a

remoção de correntes líquidas contaminadas por metais pesados e compostos orgânicos.

Neste trabalho foi realizada a uma caracterização preliminar do argilomineral, conforme

segue: classificação por peneiramento, segundo a norma NBR 7181 da ABNT;

identificação mineralógica por difração de raios-X (DRX) e carga da superfície (ponto

carga zero - PCZ) por técnica de imersão. Os resultados obtidos mostram que a fração

granulométrica ideal de trabalho para o material bruto são as que se encontram na região

de silte e argila, frações que estão abaixo da malha de 270 Tyler, diminuindo bastante a

quantidade de quartzo na amostra. A partir da técnica de DRX é possível comprovar que

a argila da região é caulinitica. O ponto de carga zero (PCZ) mostra que a argila tem

superfície negativa o que possivelmente favorece a adsorção de metais pesados, no

entanto, essa comprovação só vai ser possível após os testes de adsorção em banho

finito.

1. INTRODUÇÃO

O processo de adsorção com argilominerais têm atuado de forma importante na

remoção de substancias tóxica em águas contaminadas, pois, apesar de ser um material

natural, apresentam disponibilidade abundante, tornando-os econômico, versátil e eficaz

como adsorvente alternativo.

Os argilominerais são os minerais característicos dos solos argilosos, constituem-se de

alumino-silicatos microcristalinos, suas estruturas mineralógicas são camadas formadas

por folhas tetraédricas de sílica e octaédricas de alumina alternadas, das quais podem se

reajustar de varias maneiras, dando origem à maioria das estruturas dos argilominerais

conhecidos (SANTOS, 1992).

Segundo Fiol (2008), ao se utilizar materiais naturais, com composição heterogênea, em

estudos de sorção, é difícil de estimar os fatores responsáveis pela adsorção do metal,

devido ao fato das estruturas químicas e dos grupos funcionais da superfície do

argilomineral não serem bem definidas.

O ponto de carga zero (PZC) é o ponto onde o pH das cargas superficiais das argilas se

encontram equilibradas (GUPTA, 2012). Quando o adsorvente está em contado com

soluções de pH acima do ponto de carga zero (PZC), a superfície do sólido adquire

carga negativa devido a desprotonação dos seus grupos funcionais, podendo interagir

com espécies positivas. Quando em contato com soluções de pH abaixo do ponto de

carga zero (PZC), a superfície adquire carga negativa devido à protonação desses

grupos funcionais e poderia interagir com espécies negativas. A estimativa do ponto de

carga zero (pHPZC) determina propriedades importantes para o estudo da adsorção de

íons metálicos em argilas (GUPTA, 2012; FIOL, 2008).

Desta maneira, esse trabalho tem a proposta de caracterizar e avaliar o potencial de um

argilomineral do distrito de Icoarací-PA, como adsorvente de correntes líquidas

contaminadas por metais pesados e compostos orgânicos.

2. METEDOLOGIA EXPERIMENTAL

As argilas foram adquiridas comercialmente na forma bruta, proveniente da

cidade de Icoarací, Belém-PA, em olarias na forma de blocos, onde primeiramente

passam pelo processo de beneficiamento da retirada de folhas, galhos e sementes e em

seguida prensados na maromba.

As argilas coletadas foram secas em estufa, à temperatura de 110ºC, durante 24

horas. Após a secagem, o material foi desagregado e pulverizado manualmente com

ajuda de um gral de ágata e pistilo de porcelana.

2.1 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA

A análise granulométrica foi realizada segundo as normas da ABNT/NBR 7181

utilizando-se peneiras da série Tyler e agitação por 30 minutos. O peneiramento foi

realizado com o objetivo de determinar a fração ideal de trabalho e o diâmetro médio

das partículas do material. Foram utilizadas peneiras da marca BEFTEL de 28, 60, 200,

270, 325, 400 e 500 mesh.

2.1 DIFRAÇÃO DE RAIOS-X (DRX)

Para a identificação mineralógica da argila em estudo, foi utilizado o

equipamento da marca Philips, modelo X’PERT MPD, com radiação Kα do cobre,

comprimento de onda 1,5406 Å, voltagem de 40 kV, corrente de 40mA, monitorando os

ângulos de difração 2ϴ, tamanho do passo de 0,02 graus de 3 a 90º, com tempo por

passo de um segundo. Utilizou-se o método de varredura, que consiste na incidência dos

raios-X sobre uma amostra em forma de pó, compactado sobre um suporte,.

2.1 PONTO DE CARGA ZERO (PCZ)

O pHZPC foi determinado utilizando-se a técnica de imersão segundo Fiol (2008).

As análises de pHZPC foram realizadas colocando em contato 2 g de argila em 50 ml de

solução de NaNO3 0,1N. As soluções foram ajustadas à diferentes valores de pH,

chamados de pH inicial (pH0), utilizando NaOH 0,01N e HNO3 0,01N, em uma faixa de

3 a 10 para evitar o ataque sobre a superfície da argila. As suspensões foram agitadas

durante 24 h em uma mesa agitadora a 120 rpm, até um valor de pH de equilíbrio ser

atingido, chamado de pHf. A alteração do pH (ΔpH) durante o equilíbrio foi calculado e

representada através do gráfico (ΔpH) vs pH0. Onde o pHPZC é identificado como sendo

o ponto de interseção ao eixo de pH0. A análise foi realizada em duplicata.

3. RESULTADOS E DISCUSSÕES

3.1 ANALISE GRANULOMÉTRICA

A argila utilizada neste trabalho apresentou distribuição granulométrica no

intervalo de 60 a 500 mesh e diâmetro médio de Sauter (dDMS) de 0,068 mm.

O material apresentou uma maior porcentagem retida na malha de 200 Tyler, com

diâmetro de abertura de 0,074 mm (Figura 1), indicando que o material tem uma alta

quantidade de areia, segundo a escala granulométrica adotada pela ABNT.

Figura 1 - Porcentagem Retida do Argilomineral

As partículas de argila utilizadas nos ensaios foram às frações que se encontram na

região de silte e argila, na Figura 2, estas frações estão abaixo da malha de 270 Tyler. A

técnica possibilitou determinar o tamanho de partículas ideal de trabalho para material

bruto, com menor quantidade de quartzo segundo a divisão da ABNT.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0,652 0,25 0,074 0,053 0,044 0,037 0,025

% R

eti

da

Diâmetro da malha (mm)

3.2 DIFRAÇÃO DE RAIO X (DRX)

Os picos característicos presentes no argilomineral foram identificados, a partir

dos resultados obtidos com o software X´Pert HighScore, nas análises de DRX. Na

figura 3, se observa que o mineral em maior quantidade é o quartzo (Qz), caracterizado

através dos principais picos 0,425 nm; 0,333nm e 0,182 nm. Sendo possível também

identificar a caulinita (C), com distâncias basais típicas em 0,715 nm (d001), 0447 nm

(d020) e 0,356 nm (d002), entanto, a caulinita, provavelmente, parece ser um mineral do

tipo mal cristalizado, visto que apresenta baixas proporções, comparado ao quartzo.

Notou-se ainda a presença dos minerais illita / muscovita (I/M), havendo

sobreposição de seus picos correspondentes à 0,999 nm (d001) e 1,5 nm. Amostra com

características mineralógicas semelhantes foi estudada por Souto (2009), este

comportamento é característico em alguns solos, de acordo com a sua procedência,

Bortoluzzi (2007) faz um estudo detalhado de um solo interestratificado caulinita-

esmectita.

Silte e Argila Areia Fina Areia Média

Figura 2 - Classificação Granulométrica

Figura 3 - Característica cristalina do Argilomineral

As análises de DRX das amostras comprovam que o mineral de quartzo é

abundante nas argilas estudadas. Sendo observado que a caulinita, apesar de ser em

menos quantidade, é o argilomineral mais abundante na amostra, tendo ainda pequenas

quantidades de illita/muscovita.

Jiang et al. (2010), investigou a remoção de metais pesados como Pb (II), Cd

(II), Ni (II) e Cu (II) em soluções aquosas com argila natural caulinita/ilita, foi avaliada

a adsorção destes íons variando a concentração do metal, a quantidade de adsorvente,

pH e tempo de mistura. Moon et. al. (2007), avaliou a eficácia de caulinita modificada,

na remoção de compostos derivados do petróleo, o mineral foi modificado com

HDTMA e sua eficácia na adsorção foi comparada com betonita organofílica, os

resultados mostram que o argilomineral pode ser usado como contenção secundaria para

o problema ambiental.

3.3 PONTO DE CARGA ZERO

O resultado obtido a partir do estudo do pH de carga zero do argilomineral é

mostrado na Tabela 1 e Figura 4.

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

0 10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

da

de

2Θ

C - caulinita

I/M -Ilita/Muscovita

Q - quartzo

Q

Q

Q Q Q Q C

C C

I/M

I/M

Acredita-se que a maioria das interações superficiais sobre a superfície da argila

envolvem reações de transferência de carga, podendo apresentar carga líquida positiva,

negativa ou neutra, cada mineral de argila tem propriedades específicas que determinam

como, quando e a quantidade de carga que vai ser transferida (GUPTA, 2012). O ponto

de carga zero determina a carga superficial do adsorvente a um dado pH e informa

conhecimento sobre as possíveis interações eletrostáticas entre suas espécies e espécies

químicas do metal (FIOL, 2008).

Tabela 1 - Variação do pH

pH0 pHf ΔpH

3,03 3,49 0,46

4,03 3,78 0,25

4,97 3,81 1,16

6,05 3,81 2,24

7,01 3,83 3,18

8,58 3,84 4,74

10,19 4,07 6,12

O valor do pHZPC desta argila pode ser estimado em torno de quatro, no entanto,

sem exatidão, pois, a curva não toca o eixo x. O material apresentou carga totalmente

negativa, para qualquer valor de pH, ou seja, a carga liquida negativa é independente do

pH da suspensão. Comportamento semelhante foi verificado por Bolland et al. (1980).

Esse resultado explica que possivelmente o pH da superfície da amostra tem importante

influência na adsorção de adsorbatos catiônicos, como metais pesados.

Figura 4 - Ponto de Carga Zero

4. CONCLUSÕES

O resultado da análise granulométrica determinou a fração granulométrica ideal para o

material bruto a ser usado no trabalho, diminuindo consideravelmente a quantidade de

quartzo do solo.

A partir da técnica de DRX é possível comprovar que o argilomineral predominante da

região é a caulinita, de acordo com a literatura, materiais minerais semelhantes,

apresentaram comportamento viável para adsorção de metais pesados, e que mudanças

de superfície provavelmente podem melhorar a capacidade de troca catiônica desses

materiais para a adsorção.

O ponto de carga zero (PCZ) mostra que a argila tem superfície negativa o que

possivelmente favorece a adsorção de metais pesados, no entanto, só será comprovado

após os testes de adsorção de metais pesados e compostos orgânicos em banho finito. Se

comprovada a sua eficiência como adsorvente, podem se tornar alternativas

tecnológicas viáveis na remediação de correntes líquidas contaminadas por metais

pesados e compostos orgânicos.

5. REFERÊNCIAS

BOLLAND, M. A. D.; POSNER, A. M.; QUIRK, J. P. pH-independent and pH-

dependent surface charges on kaolinite. Clays and clays minerals. v. 28, p. 412 – 418,

1980.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

1 2 3 4 5 6 7 8 9

ΔpH

pH0

BORTOLUZZI, E. C.; PERNES, M.; TESSIER, D. Interestratificado caulinita-

esmectita em um argissolo desenvolvido a partir de rocha sedimentar do sul do brasil.

Revista Brasileira de Ciência do Solo. v. 31, p. 1291 – 1300, 2007.

FIOL, N.; VILLAESCUSA. I. Determination of sorbent point zero charge: usefulness in

sorption studies. Environ Chem Lett. nº. 10311, 2008.

GUPTA, Susmita Sen; BHATTACHARYYA, Krishna G. Adsorption of heavy metals

on kaolinite and montmorillonite: a review. Physical Chemistry Chemical Physics. v.

14, p. 6698–6723, 2012.

JIANG, Ming-qin; JIN Xiao-ying; LU Xiao-Qiao; CHEN, Zu-liang. Adsorption of

Pb(II), Cd(II), Ni(II) and Cu(II) onto natural kaolinite clay. Desalination. v. 252, p. 33–

39, 2010.

MOON, Chul-H.; Lee, Jai-Y.; TAEK OH, B.; CHOI, Sang-II. Organically modified

low-grade kaolin as a secondary containment material for underground storage tanks.

Environ Geochem Health. v. 29, p. 271–280, 2007.

SANTOS, P. S. Ciência e Tecnologia das Argilas. São Paulo: Edgard Blucher LTDA,

vol. 01, 1992.