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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO INSTITUTO DE QUÍMICA
CURSO DE QUÍMICA COM ATRIBUIÇÕES TECNOLÓGICAS
DESENVOLVIMENTO DE NOVO ENSAIO DE AVALIAÇÃO E INIBIDORES DO
ENCERAMENTO DE BROCA DE PERFURAÇÃO DE POÇOS DE PETRÓLEO
ALEXSANDRO DE AZEVEDO DA SILVA
Profª Orientadora: REGINA SANDRA VEIGA NASCIMENTO
RIO DE JANEIRO 2007
ii
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE QUÍMICA CURSO DE QUÍMICA COM ATRIBUIÇÕES TECNOLÓGICAS
DESENVOLVIMENTO DE NOVO ENSAIO DE AVALIAÇÃO DE INIBIDORES DO
ENCERAMENTO DE BROCA DE PERFURAÇÃO DE POÇOS DE PETRÓLEO
ALEXSANDRO DE AZEVEDO DA SILVA
Monografia submetida ao Curso de Química com Atribuições Tecnológicas da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos para obtenção do Título de Químico com Atribuições Tecnológicas.
Esse Trabalho de Conclusão de Curso foi realizado com o apoio financeiro da
ANP - Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis.
RIO DE JANEIRO 2007
iii
DESENVOLVIMENTO DE NOVO ENSAIO DE AVALIAÇÃO DE INIBIDORES DO
ENCERAMENTO DE BROCA DE PERFURAÇÃO DE POÇOS DE PETRÓLEO
ALEXSANDRO DE AZEVEDO DA SILVA
Banca Examinadora composta para a defesa de Monografia para obtenção do grau de Químico com Atribuições Tecnológicas
APROVADO em: _______ de _____________________ de 2007
___________________________________________
Profª Regina Sandra Veiga Nascimento (UFRJ)
___________________________________________
Profª Rosane San Gil (UFRJ)
___________________________________________
Prof Rodrigo José Correia
RIO DE JANEIRO 2007
iv
RESUMO
Silva, Alexsandro de Azevedo. Desenvolvimento de Novo Ensaio de
Avaliação de Inibidores do Enceramento de Broca de Perfuração de Poços de
Petróleo. Orientadora professora Regina Sandra Veiga Nascimento. Rio de Janeiro:
UFRJ/IQ, 2007. Monografia submetida ao Curso de Química com Atribuições
Tecnológicas da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos
para obtenção do Titulo de Químico com Atribuições Tecnológicas.
Um grande problema que pode ocorrer durante a perfuração de poços de petróleo é o enceramento da broca (bit balling). Esse fenômeno é proveniente da grande afinidade que certas argilas, quando hidratadas, apresentam pelo metal da broca. Alguns folhelhos, na presença de água, aderem à superfície do metal formando uma camada espessa (enceramento) que interfere no desempenho da broca. Os folhelhos constituem, em média, 75% das formações perfuradas, sendo importante notar que não são todos os tipos de folhelhos que provocam o fenômeno mencionado acima. A indústria de petróleo tem feito investimentos pesados em formulações de novos fluidos de perfuração que contornem os problemas relacionados à perfuração de folhelhos. Dentre os inúmeros problemas, está o enceramento de broca (bit balling). Entretanto, o enceramento de broca ainda é pouco estudado e consequentemente, existem poucos trabalhos disponíveis na literatura sobre o assunto. Não existe ainda um modelo que contribua para uma melhor compreensão dos mecanismos relacionados com este fenômeno. Nesse trabalho desenvolveu-se um novo ensaio mecânico para a avaliação da afinidade das argilas (quando hidratadas) pelo metal. Para isso usou-se uma máquina de ensaio universal EMIC modelo DL-10.000 acoplada a um computador. Foram confeccionados uma cuba cilíndrica e um êmbolo, ambos de aço inox, aonde eram introduzidos os sistemas argila-solução aquosa contendo aditivos inibidores. O método foi testado usando-se 7 diferentes argilas e a máquina media a força necessária para deslocar o êmbolo do cilindro. O ensaio mostrou-se muito útil para estudos de interação argila hidratada e metal. Usando-se essa metodologia foi possível avaliar se uma certa argila possui ou não tendência ao enceramento de broca. Quatro tipos diferentes de inibidores foram estudados, sendo que os que apresentaram os melhores resultados foram o poli (cloreto de dialildimetilamônio) de baixo peso molecular e o polissacarídeo catiônico N, N, N - trimetilquitosana (TMQ). Os mesmos inibidores foram usados nos ensaios de reatividade natural das argilas, e novamente os dois inibidores mencionados foram os mais eficientes. Observou-se que um bom inibidor químico da reatividade natural das argilas também será um bom inibidor da afinidade das argilas (quando hidratadas) pelo metal.
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ÍNDICE
I- INTRODUÇÃO.................................................................................................
II- REVISÃO DA LITERATURA..........................................................................
II.1- INTRODUÇÃO.............................................................................................
II.2- FLUIDOS DE PERFURAÇÃO PARA POÇOS DE PETRÓLEO...................
II.2.1- Aspectos Gerais .............................................................................
II.2.2- Classificação...................................................................................
II.2.3 - Meio ambiente...............................................................................
II.3 – ENCERAMENTO DE BROCA....................................................................
II.4- ARGILOMINERAIS.......................................................................................
II.4.1- Conceitos........................................................................................
II.4.2- Classificação e propriedades de argilas.........................................
II.4.3- Identificação dos argilominerais......................................................
II.4.4- Estrutura dos argilominerais...........................................................
II.4.4.1- Montmorilonita ou Esmectita.............................................
II.4.4.2- Caulinita............................................................................
II.5- SISTEMA ARGILA + ÁGUA ........................................................................
II.6- CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS ...................................................
II.7 - SISTEMA POLÍMERO-ARGILA .................................................................
III- MATERIAIS E MÉTODOS.............................................................................
III.1 – INTRODUÇÃO...........................................................................................
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III.2 - EQUIPAMENTO PARA IDENTIFICAÇÃO DE SISTEMAS (ARGILA-
ADITIVO) COM POTENCIAL PARA PROMOVER O ENCERAMENTO DE
BROCA................................................................................................................
III.3 - ARGILA.....................................................................................................
III.3.1 – Procedência.................................................................................
III.3.2 – Caracterização.............................................................................
III.3.2.1 – Composição Química.....................................................
III.3.2.2 – Difração de Raio X.........................................................
III.3.2.3 – Capacidade de Troca de Cátions ..................................
III.4 - POLÍMEROS ............................................................................................
III.4.1 - Procedência .................................................................................
III.5 - ENSAIO DE ROLAMENTO.......................................................................
III.6 - DETERMINAÇÃO DO TEOR DE UMIDADE DAS ARGILAS....................
III.7 – ANÁLISE QUÍMICA DO AÇO DO ÊMBOLO.............................................
IV – RESULTADOS.............................................................................................
IV.1 – CARACTERIZAÇÃO DAS ARGILAS........................................................
IV.1.1 – Análise Química...........................................................................
IV.1.2 – Análise Mineralógica....................................................................
IV.2 – CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS................................................
IV.3 - DETERMINAÇÃO DO TEOR DE UMIDADE DAS ARGILAS....................
IV.4 – ENSAIO DE ROLAMENTO.......................................................................
IV.5 – ENSAIO DE ADERÊNCIA DAS ARGILAS AO METAL............................
IV.5.1 – Análise da Argila A1....................................................................
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IV.5.2 – Análise da Argila A2....................................................................
IV.5.3 – Análise da Argila A3....................................................................
IV.5.4 – Análise da Argila A4....................................................................
IV.5.5 – Análise da Argila A5....................................................................
IV.5.6 – Análise da Argila A6....................................................................
IV.5.7 – Análise da Argila A7....................................................................
I.6 – ANÁLISE QUÍMICA DO AÇO DO ÊNBOLO................................................
V – DISCUSSÃO.................................................................................................
V.1 – INTRODUÇÃO...........................................................................................
V.2 – CARACTERIZAÇÃO DAS ARGILAS.........................................................
V.2.1 – Composição química....................................................................
V.2.1.1 – Argila A1..........................................................................
V.2.1.2 – Argila A2..........................................................................
V.2.1.3 – Argila A3..........................................................................
V.2.1.4 – Argila A4..........................................................................
V.2.1.5 – Argila A5..........................................................................
V.2.1.6 – Argila A6..........................................................................
V.2.1.7 – Argila A7..........................................................................
V.2.2 – Composição mineralógica............................................................
V.2.3 – Capacidade de troca de cátions...................................................
V.3 – ENSAIO DE INIBÇÃO................................................................................
V.3.1 – Análise da reatividade natural das argilas usando-se água
destilada....................................................................................................
V.3.2 – Ensaio de rolamento com poli cloreto de dialildimetilamônio.......
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V.3.3 – Ensaio de rolamento com N,N,N-trimetilquitosana (TMQ)...........
V.3.4 – Ensaio de rolamento com monoestearato de poli (glicol
etilênico) 350.............................................................................................
V.3.5 – Ensaio de rolamento com cloreto de potássio.............................
V.4 – ENSAIO DE ADERÊNCIA DA ARGILA AO METAL................................
V.4.1 – Ensaio de aderência das argilas ao metal utilizando o
parâmetro força.........................................................................................
V.4.2 – Ensaio de aderência das argilas ao metal utilizando o
parâmetro massa presa no êmbolo..........................................................
V.5 – DISCUSSÃO GERAL.................................................................................
VI – CONCLUSÕES E OBSERVAÇÕES IMPORTANTES................................
VII - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...........................................................
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Capítulo I – Introdução
1
CAPÍTULO I
INTRODUÇÃO
Capítulo I – Introdução
2
Um grande problema que pode ocorrer durante a perfuração de poços de
petróleo é o enceramento da broca (bit balling). Esse fenômeno é proveniente da
grande afinidade que certas argilas, quando hidratadas, apresentam pelo metal da
broca. Alguns folhelhos, na presença de água, aderem à superfície do metal
formando uma camada espessa (enceramento) que interfere no desempenho da
broca. Os folhelhos constituem, em média, 75% das formações perfuradas
(OSISANYA, 1996), sendo importante notar que não são todos os tipos de folhelhos
que provocam o fenômeno mencionado acima.
A indústria de petróleo tem feito investimentos pesados em formulações de
novos fluidos de perfuração que contornem os problemas relacionados à perfuração
de folhelhos. Dentre os inúmeros problemas, está o enceramento de broca (bit
balling).
Os fluidos de perfuração são misturas complexas de sólidos, líquidos,
produtos químicos e, por vezes até gases (THOMAS, 2001). Tais fluidos atuam no
auxílio à penetração e no resfriamento da broca, e na remoção dos cascalhos
gerados durante a perfuração, entre outras atuações.
Os fluidos de perfuração são tradicionalmente classificados, de acordo com o
seu constituinte principal, em fluidos à base de gás, fluidos de base orgânica e
fluidos de base aquosa. Inicialmente, os fluidos de base orgânica eram constituídos
de óleos minerais, mas devido à pressões ambientais estes óleos vem sendo
substituídos por compostos orgânicos sintéticos. Esse tipo de fluido é aplicado em
situações mais severas de perfuração. Os fluidos à base de água são os utilizados
na maioria das perfurações em todo o mundo, sendo considerados ecologicamente
mais seguros (AMORIM, 2005).
Capítulo I – Introdução
3
Nas décadas de 70 e 80, eram usados, predominantemente, os fluidos a base
de óleo, já que este sistema apresentava melhor desempenho a temperaturas mais
elevadas e uma excelente lubricidade. No entanto, a alta toxidade, e a não
biodegradabilidade em conjunto com as crescentes novas leis ambientais, têm
tornado o uso destes fluidos restrito à situações especiais (CAENN, 1996).
O início da década de 90 foi marcado pelo grande interesse em se
desenvolver fluidos a base de água, que fossem menos agressivos ao meio
ambiente. Daí surgiu a necessidade de se desenvolver inibidores da reatividade
natural dos folhelhos, emulsificantes, lubrificantes e inibidores para o enceramento
de broca (bit balling).
Entretanto, o enceramento de broca ainda é pouco estudado e
consequentemente, existem poucos trabalhos disponíveis na literatura sobre o
assunto. Não existe ainda um modelo que contribua para uma melhor compreensão
dos mecanismos relacionados com este fenômeno.
O objetivo deste trabalho foi desenvolver um ensaio capaz de identificar e
caracterizar a ocorrência desse fenômeno. Objetivou-se também estabelecer
correlações entre as propriedades químicas e mineralógicas das argilas, e a
capacidade destas de promoverem o enceramento de broca. Também foi estudado
o efeito de diversos inibidores de reatividade de folhelhos que apresentam afinidade
pelo metal.
Capítulo II – Revisão da literatura
4
CAPÍTULO II
REVISÃO DA LITERATURA
Capítulo II – Revisão da literatura
5
II.1- INTRODUÇÃO
Neste capítulo é apresentada uma revisão da literatura sobre o
desenvolvimento de novos fluidos de perfuração para poços de petróleo. É
apresentada também uma revisão que descreve as estruturas e propriedades dos
argilominerais e suas interações com diferentes polímeros. Também são descritos
os mecanismos de inibição de folhelhos propostos pela literatura para diferentes
sistemas poliméricos.
II.2- FLUIDOS DE PERFURAÇÃO PARA POÇOS DE PETRÓLEO
II.2.1- Aspectos Gerais
A lama para perfuração de poços de petróleo foi usada pela primeira vez nos
Estados Unidos em 1883, porém, só a partir do sucesso alcançado por Lucas, em
1901, no Texas, é que os técnicos em perfuração dirigiram suas atenções para as
vantagens do uso da lama nas sondas do tipo rotativo (SANTOS, 1992).
Os fluidos de perfuração são misturas complexas de sólidos, líquidos,
produtos químicos e, por vezes, até gases. Do ponto de vista químico, eles podem
assumir aspectos de suspensão, dispersão coloidal ou emulsão, dependendo do
estado físico dos componentes (THOMAS, 2001).
Os fluidos de perfuração devem ser especificados de forma a garantir uma
perfuração rápida e segura. Assim é desejável que o fluido apresente as seguintes
características:
Capítulo II – Revisão da literatura
6
ser estável quimicamente;
estabilizar as paredes do poço, mecânica e quimicamente;
facilitar a separação dos cascalhos na superfície;
manter os sólidos em suspensão durante a interrupção da perfuração;
não provocar danos às rochas produtoras;
aceitar qualquer tratamento, físico e químico;
ser bombeável;
apresentar baixo grau de corrosão e de abrasão em relação à coluna
de perfuração e demais sistemas de circulação;
facilitar as interpretações geológicas do material retirado do poço;
apresentar custo compatível com a operação.
Os fluidos de perfuração possuem, basicamente, as seguintes funções
(também representadas na figura II.1):
limpar o fundo do poço dos cascalhos gerados pela broca e transporta-
los até a superfície;
exercer pressão hidrostática sobre as formações, de modo a evitar o
influxo de fluidos indesejáveis como água e gás (kick) e estabilizar as
paredes do poço;
resfriar e lubrificar a coluna de perfuração e a broca.
Capítulo II – Revisão da literatura
7
Sustentaç ão das
paredes do poço
Sustentaç ão das
paredes do poço
Lubrificaç ão
Carreamento de
Casc alho
Estabilidade da
Formação
+ -
+ -+ -
Perda de Fluido
Casc alho sendo
c arreado para superfíc ie
Figura II.1 – Esquema das cinco principais funções dos fluidos de perfuração.
O fluido circula num sistema fechado durante o processo, onde é bombeado
pelo interior da coluna de perfuração, passando pela broca e retornando à superfície
pelas laterais do poço. O condicionamento ou tratamento do fluido de perfuração
(Figura II.2) consiste na eliminação de sólidos ou gás que se incorporam a ele
durante a perfuração e, quando necessário, na adição de produtos químicos para
ajustes de suas propriedades.
O primeiro equipamento é a peneira vibratória, que tem a função de separar
os sólidos mais grosseiros do fluido de perfuração, tais como cascalhos e grãos
maiores que areia. Em seguida, o fluido passa por um conjunto de dois a quatro
hidrociclones de 8” a 20” conhecidos como desareiadores, que são responsáveis por
retirar a areia do fluido.
Capítulo II – Revisão da literatura
8
Saído do desareiador, o fluido passa pelo dessiltador, um conjunto de 8 a 12
hidrociclones de 4’ a 5”, cuja função é descartar partículas de dimensões
equivalentes ao silte (Chama-se Silte todo e qualquer fragmento de mineral ou rocha
menor do que areia fina e maior do que argila e que na escala de Wentworth, de
amplo uso em geologia, corresponde a diâmetro > 4 µm e <64 µm (1/256 = 0,004 a
1/16 = 0,064 mm). O equipamento seguinte, o mud clear, nada mais é que um
dessiltador (Este nome vem do inglês silt, que caracteriza uma partícula de tamanho.
maior que a argila e menor que a areia) com uma peneira que permite recuperar
partículas. Parte deste material é descartado e parte retorna ao fluido, reduzindo os
gastos com aditivos. Algumas sondas utilizam ainda uma centrífuga, que retira
partículas ainda menores que não tenham sido descartadas pelos hidrociclones. Um
outro equipamento simples é o desgaseificador (mud cleaner), que elimina o gás do
fluido de perfuração (THOMAS, 2001).
O fluido retorna então para os tanques de armazenamento onde, em geral, é
feita uma correção em sua formulação, principalmente quando tiver ocorrido perda
de componentes para a formação. A seguir, é novamente bombeado para o poço e o
ciclo recomeça (JUNIOR, 2005). A Figura II.3 ilustra o processo.
Capítulo II – Revisão da literatura
9
Figura II.2 – Sistema típico de controle de sólidos (THOMAS, 2001).
Figura II.3 – Esquema simplificado do percurso realizado pelo fluido de perfuração. Fonte www.seed.slb.com/pt/scictr/watch/mud/cycle.htm
Capítulo II – Revisão da literatura
10
II.2.2- Classificação
A classificação de um fluido de perfuração é feita em função de sua
composição. Embora ocorram divergências, o principal critério se baseia no
constituinte principal da fase contínua ou dispersante. Neste critério, os fluidos são
classificados em fluidos à base de água, fluidos à base de óleo e fluidos a base de
ar ou de gás.
A natureza das fases dispersantes e dispersa, bem como os componentes
básicos e as suas quantidades definem não apenas o tipo de fluido, mas também as
suas características e propriedades.
a) Fluidos à base de água
A definição de um fluido à base de água considera principalmente a natureza
da água e os aditivos químicos empregados no preparo do fluido. A proporção entre
os componentes básicos e as interações entre eles provoca sensíveis modificações
nas propriedades físicas e químicas do fluido. Consequentemente, a composição é o
principal fator a se considerar para o controle das suas propriedades.
A água é a fase contínua e o principal componente de qualquer fluido à base
de água, podendo ser doce, dura ou salgada. A água doce, por definição, apresenta
salinidade inferior a 1,000 ppm de NaCl equivalente. Do ponto de vista industrial
para aplicação em fluidos de perfuração, a água doce não necessita de pré-
tratamento químico porque praticamente não afeta o desempenho dos aditivos
empregados no preparo do fluido. A água dura tem como características principais a
presença de sais de cálcio e de magnésio dissolvidos, em concentrações
suficientemente altas para alterar o desempenho dos aditivos químicos. A água
salgada é aquela com salinidade superior a 1.000 ppm de NaCl equivalente e pode
Capítulo II – Revisão da literatura
11
ser natural, como a água do mar, ou pode ser salgada com a adição de sais como
NaCl, KCl ou CaCl2.
A principal função da água é prover o meio de dispersão para os materiais
coloidais. Estes, principalmente argilas e polímeros, controlam a viscosidade, limite
de escoamento, forças géis e filtrado em valores adequados para conferir ao fluido
uma capacidade de remoção dos sólidos perfurados a uma boa taxa e capacidade
de estabilização das paredes do poço. Produtos químicos mais específicos, como
anticorrosivos, traçadores químicos, antiespumantes, entre outros, também podem
estar presentes.
Os fluidos não-inibidos são empregados na perfuração das camadas
rochosas superficiais, compostas na maioria das vezes de sedimentos não-
consolidados. Esta etapa termina com a descida do revestimento de superfície.
Como essas rochas superficiais são praticamente inertes ao contato com a água
doce, o tratamento químico dispensado ao fluido durante esta fase, não é muito
intenso.
Os fluidos inibidos são programados para perfurar rochas de elevado grau de
reatividade na presença de água doce. Uma rocha é dita ativa quando interage
quimicamente com a água, tornando-se plástica, expansível, dispersível ou até
mesmo solúvel. Nos fluidos inibidos são adicionados produtos químicos, tais como
eletrólitos e/ou polímeros, que tem a propriedade de retardar ou diminuir estes
efeitos. Esses aditivos são conhecidos como inibidores. Os inibidores físicos são
adsorvidos sobre a superfície dos materiais das rochas e impedem o contato direto
com a água. Outros produtos como a cal, os cloretos de potássio, de sódio e de
cálcio, conferem uma inibição química, porque reduzem a atividade química da água
e podem reagir com a rocha, alterando-lhe a composição. Um exemplo típico de
Capítulo II – Revisão da literatura
12
inibição é usado quando se perfura uma rocha salina. A rocha salina tem elevado
grau de solubilidade em água doce, entretanto quando se emprega um fluido
salgado saturado com NaCl como meio dispersante, a solubilidade fica reduzida.
Os fluidos à base de água com baixo teor de sólidos são usados para
aumentar a taxa de penetração da broca, reduzindo o custo total da perfuração. Já
os emulsionados com óleo têm o objetivo principal de reduzir a densidade do
sistema para evitar que ocorram perdas de circulação em zonas de baixa pressão de
poros ou baixa pressão de fratura.
b) Fluidos à base de óleo
Os fluidos de perfuração são à base de óleo quando a fase contínua ou
dispersante é constituída por uma fase orgânica, podendo ser composta de
hidrocarbonetos líquidos ou compostos orgânicos sintéticos como os ésteres.
Pequenas gotículas de água o de solução aquosa constituem a fase descontínua
desses fluidos. Estes fluidos podem ser emulsões água/óleo propriamente dita (teor
de água < 10%) ou emulsão inversa (teor de água de 10 a 45%). Devido ao alto
custo e grau de poluição, os fluidos à base de óleo são empregados com menor
freqüência do que os fluidos a base de água.
c) Fluidos à base de ar
Perfuração a ar ou a gás é um termo genérico aplicado quando o ar ou gás,
como todo ou parte, é usado como fluido circulante na perfuração rotativa.
Algumas situações recomendam a utilização desses fluidos de baixa
densidade, tais como em zonas com perdas de circulação severas e formações
produtoras com pressão muito baixa ou com grande susceptibilidade a danos.
Também em formações muito duras como o basalto ou diabásio e em regiões com
escassez de água ou regiões glaciais com camadas espessas de gelo.
Capítulo II – Revisão da literatura
13
A perfuração com ar puro utiliza apenas ar comprimido ou nitrogênio como
fluido, tendo aplicação limitada a formações que não produzem elevadas
quantidades de água, nem contenham hidrocarbonetos. Esta técnica pode ser
aplicada em formações duras, estáveis ou fissuradas, onde o objetivo é aumentar a
taxa de penetração (THOMAS, 2001).
II.2.3 – Meio ambiente
O fluido de perfuração que sai do poço chega à superfície com sólidos
(cascalhos) agregados. O fluido é então imediatamente direcionado a um sistema de
controle de sólidos (Figura II.3). Este sistema extrai os sólidos do fluido de
perfuração, e naturalmente restará sempre um percentual de fluido agregado ao
cascalho. O IBAMA considera como “boa prática” em águas brasileiras o descarte de
cascalho com até 10% de fluido aderido. O tipo (base) do fluido de perfuração
utilizado para a perfuração marítima influencia diretamente no comportamento do
cascalho após seu descarte para o mar. Ao ser descartado no mar, o cascalho
proveniente de uma perfuração realizada com fluidos à base de água se dispersa
pela coluna d’água e vai sendo “lavado” em seu percurso de descida até assentar no
fundo do mar. O termo hidrodinâmico que caracteriza o deslocamento da massa de
cascalhos dentro da água é “pluma de dispersão”, que neste caso será “aberta”,
conforme observado no descarte da esquerda da Figura II.4. Como se observa na
figura, neste caso não há tendência para formação de acumulações submarinas sob
a forma de pilhas de cascalho. Quando se perfura com fluidos de base não aquosa
(NAFs), o cascalho tende a se agregar em “blocos” ou “placas” que não se
dispersam na coluna d’água e afundam rapidamente até assentarem no fundo do
Capítulo II – Revisão da literatura
14
mar, permanecendo pouco tempo na coluna d’água. Desta vez a pluma de dispersão
é “fechada”, como observado no descarte da direita na Figura II.4. O Quadro II.1
resume o acima exposto comparando as peculiaridades dos descartes de cascalho
provenientes de poços perfurados com fluidos de base aquosa com não aquosa
(SCHAFFEL, 2002).
Figura II.4 – Comparação entre o descarte de cascalho com fluido aquoso x não aquoso (SCHAFFEL, 2002).
O impacto ambiental dos cascalhos contaminados com lamas à base de
petróleo tem resultado em severas restrições à sua utilização em muitas partes do
mundo, e também levado ao desenvolvimento de fluidos de perfuração sintéticos,
mais compatíveis com o meio ambiente, os quais não somente apresentam um bom
desempenho como também são menos tóxicos e, em muitos casos, mais
biodegradáveis.
Capítulo II – Revisão da literatura
15
Quadro II.1 - Descarte de cascalho com fluido aquoso x não aquoso.
FLUIDO AQUOSO FLUIDO NÃO AQUOSO
- Pluma de descarte aberta
- Não há tendência ao acúmulo
de cascalho
- Ecotoxicidade para
organismos da coluna d’água
- Pluma de descarte estreita
- Tendência ao acúmulo de cascalho
(dependendo da situação podem se
formar pilhas submarinas)
- Ecotoxicidade para o bentos*
- Biodegradabilidade
- Bioacumulação
*Em biologia marinha e limnologia, chama-se bentos aos organismos que vivem no
substrato, fixos ou não, em contraposição com os pelágicos, que vivem livremente
na coluna de água. Os bentos ou organismos bentônicos são aqueles animais que
vivem associados ao solo marinho, como por exemplo os corais (Wikipédia).
II.3 – ENCERAMENTO DE BROCA
O enceramento de broca ocorre durante a perfuração de determinadas
formações argilosas, que quando hidratadas possuem uma grande afinidade pelo
metal. Os efeitos indesejáveis deste fenômeno compreendem a obstrução dos
espaços entre os dentes das brocas, reduzindo a taxa de penetração do
equipamento de perfuração e o bloqueio das saídas de fluido das brocas, diminuindo
o seu resfriamento. O fenômeno ainda é mal entendido e a adição de inibidores
ainda é uma prática muito empírica. Tem-se tentado entender o mecanismo da
ocorrência do fenômeno para o desenvolvimento de aditivos que o inibam.
Minimizando-se o enceramento de broca pode-se maximizar a taxa de penetração
Capítulo II – Revisão da literatura
16
da mesma (OORT, 1997). A Figura II.3 mostra um exemplo de broca tricônica. A
Figura II.4 mostra um exemplo de broca PDC, onde é possível notar oito orifícios por
onde saem o fluido de perfuração. A Figura II.5 mostra um exemplo do enceramento
de broca, aonde a broca encontra-se totalmente recoberta com argila.
Figura II.3 – Exemplo de broca de perfuração tricônica (SCHAFFEL, 2002).
Figura II.4 – Exemplo de broca de perfuração PDC (SCHAFFEL, 2002).
Capítulo II – Revisão da literatura
17
Figura II.5 – Broca recoberta com argila (enceramento de broca). Fonte: Baker Hughes Drilling Fluids.
II.4- ARGILOMINERAIS
Os argilominerais são os mais abundantes minerais das rochas sedimentares,
compreendendo cerca de 40 % dos minerais das mesmas. A metade ou mais dos
minerais que compõem a crosta terrestre são ilitas, seguidas pela montmorilonita,
em ordem de abundância relativa e pela mistura ilita-montmorilonita (WEAVER,
1973).
II.4.1- Conceitos
A argila é um material natural, terroso, de granulação fina, que geralmente
adquire, quando umedecido com água, certa plasticidade. Quimicamente, as argilas
são formadas essencialmente por silicatos hidratados de alumínio, ferro e magnésio.
Designa-se ainda o nome “argila” a um grupo de partículas cujas dimensões se
Capítulo II – Revisão da literatura
18
encontram em uma faixa especifica de valores. O termo folhelho é usado para
argilas laminadas ou estratificadas naturalmente; pode o folhelho ter a mesma
consistência ou textura das argilas usuais ou ser completamente adensado e duro,
chamando-se então “argilito” (SANTOS, 1989).
O termo argila é usado como termo petrográfico para designar uma rocha ou
ainda uma faixa de dimensões de partículas na análise granulométrica de rochas
sedimentares. De um modo geral, significa um material de textura terrosa e de baixa
granulometria, que desenvolve plasticidade quando misturado com uma certa
quantidade de água. Por plasticidade entende-se a capacidade do material ser
deformado quando é aplicada uma certa tensão sobre a sua superfície, não sendo a
forma original restabelecida quando a tensão é retirada. Análises químicas mostram
que as argilas são constituídas essencialmente por silício, alumínio e água, e,
freqüentemente, por quantidades apreciáveis de ferro e de metais alcalinos e
alcalinoterrosos (MACHADO, 1986).
O termo argila não tem significado único: é usado para os materiais que
resultaram do intemperismo, da ação hidrotermal ou que se depositaram como
sedimentos fluviais, marinhos, lacustres ou eólicos (PIMENTA, 1995).
Argilominerais (Comitê Internacional para o Estudo de Argilas, Mackenzie,
1959) são os minerais constituintes característicos das argilas, geralmente cristalinos;
quimicamente são silicatos de alumínio hidratado, contendo em certo tipo outros
elementos, como magnésio, ferro, cálcio, potássio, lítio e outros; após moagem,
formam com água uma pasta mais ou menos plástica que endurece após a secagem
ou após a queima.
Desde 1925, muitos estudos têm sido realizados sobre a composição, a
estrutura e as propriedades fundamentais dos constituintes das argilas e solo; têm
Capítulo II – Revisão da literatura
19
sido estudadas as formas de ocorrência e a gênese das várias formas de argilas,
dos solos e dos depósitos de interesse industrial, e em especial, a relação do
argilomineral ou argilominerais presentes nas argilas com suas propriedades
tecnológicas.
As argilas são constituídas essencialmente por partículas cristalinas
extremamente pequenas de um número restrito de minerais conhecidos como
“argilominerais”. Uma argila qualquer pode ser composta por partículas de um
argilomineral ou por uma mistura de diversos argilominerais. Quimicamente, os
argilominerais, como foi assinalado acima, são compostos por silicatos hidratados de
alumínio e ferro, contendo ainda, geralmente, certo teor de elemento alcalino e
alcalino terroso. Além dos argilominerais, as argilas contêm geralmente, outros
materiais e minerais, tais como matéria orgânica, sais solúveis e partículas de
quartzo, pirita, mica, calcita, dolomita e outros minerais residuais, e podem conter
também minerais não-cristalinos ou amorfos.
Um ponto importante a ser enfatizado é a grande área específica das argilas
resultante das pequenas dimensões das partículas constituintes. Área específica é
definida como a área da superfície externa das partículas, referida à unidade de
massa. A cinética de todos os processos de interação heterogênea “sólido-fluido”
depende diretamente da área específica do reagente ou componentes sólido. Estas
interações, podem, por exemplo ocorrer na catálise, na cerâmica ou no
descoramento de óleos. Para uma partícula de forma cúbica, de densidade d e lado l,
a área específica AE é dada pela relação: AE= 6/dl. Se a partícula for de um
argilomineral, com d= 2,60g/cm3 e l= 1μm, a área específica será AE=
(6.104)/(2,60.1), cm2/g= 2,3m2/g (Santos, 1989). Um exemplo mais simplificado
encontra-se no quadro II.1.
Capítulo II – Revisão da literatura
20
Quadro II.1- Área específica (AE) do cubo.
O cubo ao lado possui 1cm de aresta, sua densidade é de 2g/cm3,
logo sua área específica (AE) é:
AE= 6/dl → AE= 6/2.1→ AE= 3cm2/g
II.4.2- Classificação e propriedades das argilas
As argilas, com raríssimas exceções, são sistemas complexos devido às
variadas condições geológicas de formação das mesmas; podem variar na
composição mineralógica qualitativa ou quantitativa dentro dos argilominerais,
cristalinos ou amorfos, diferenças relativas dos vários minerais e no grau de
substituição isomórfica nos reticulados cristalinos; os componentes não-argilos
minerais, cristalinos (silicatos, hidróxidos, óxidos, carbonatos, nitratos, sulfatos,
sulfetos) ou amorfos (ácidos silícicos, hidróxidos, ácido húmico e humatos) também
podem variar qualitativa e quantitativamente. Sendo as argilas, na natureza, de
dimensões coloidais, existem diferenças apreciáveis nas suas propriedades físico-
químicas, tais como na capacidade de troca de cátions, natureza dos cátions
trocáveis, distribuição granulométrica das partículas, área específica, potencial
eletrocinético, viscosidade de suspensões, plasticidades e outras.
Desta forma, não é possível descrever uma argila através de um número
pequeno de propriedades. Geralmente são os seguintes os fatores que controlam as
propriedades que uma determinada argila possui:
1. A composição mineralógica dos argilominerais, tanto qualitativa quanto
quantitativa, e a distribuição granulométrica das partículas.
2. A composição mineralógica dos não-argilominerais, qualitativa e quantitativa,
e a distribuição granulométrica das partículas.
Capítulo II – Revisão da literatura
21
3. Teor em eletrólitos, quer dos cátions trocáveis, quer de sais solúveis,
qualitativa e quantitativamente.
4. Natureza e teor de componentes orgânicos.
5. Características estruturais das argilas, tais como forma dos grãos de
quartzo, grau de orientação ou paralelismo das partículas dos argilominerais,
silicificação e outros.
Essa complexidade das argilas leva a dificuldade na classificação das
mesmas, levando especialmente ao conceito de que não existem duas argilas iguais.
Este último conceito deu origem a uma nomenclatura geográfica, identificando as
argilas pela localidade de onde foram extraídas, usando-se também nomes dos
países de origem; são comuns, para argilas ou caulins ingleses nomes como os de
argilas de Dorset, de Devonshire, de Klingenburg (SANTOS, 1989).
II.4.3- Identificação dos argilominerais.
O problema da identificação dos argilominerais presentes numa argila é
relativamente simples quando a amostra é pura, isto é, contém apenas um
argilomineral. Misturas de argilominerais de vários grupos geralmente apresentam
dificuldades, quer pela possibilidade de interferência nos diversos métodos de
identificação, quer pelo fato de determinados argilominerais não serem detectáveis
abaixo de determinado teor na amostra, teor este que varia com o argilomineral e
com o método de ensaio. Geralmente são utilizados como métodos de estudo a
análise química, a determinação da capacidade de troca de cátions, a análise
térmica diferencial, a microscopia eletrônica, a difração de raio X e a espectroscopia
no infravermelho. No caso de argilominerais bastante puros, um único método pode
Capítulo II – Revisão da literatura
22
ser suficiente para a identificação unívoca do argilomineral presente, como por
exemplo, a difração de raio X. No caso de mistura, o emprego de todos os métodos
é recomendável, pois cada um pode fornecer um conjunto de dado, e a composição
mineralógica pode ser determinada com maior precisão (SANTOS, 1989).
II.4.4- Estrutura dos argilominerais
_
Duas principais unidades estruturais são responsáveis pela formação da
maioria dos argilominerais encontrados. Uma unidade consiste de duas folhas de um
aglomerado de oxigênios ou hidroxilas junto com alumínio, ferro, ou magnésio
formando uma estrutura octaédrica (Figura III.2a). Quando o alumínio está presente,
a estrutura se chama gibsita e tem a fórmula Al2(OH)6; quando o magnésio está
presente, chama-se brucita, cuja estrutura é Mg3(OH)6.
A segunda unidade estrutural é constituída de tetraedros de sílica, onde em
cada tetraedro o átomo de silício está eqüidistante de quatro oxigênios, ou
hidroxilas, se forem necessárias para balancear a estrutura, arranjados com o átomo
de silício no centro. Os grupos de silícios tetraédricos estão arranjados em uma rede
hexagonal, que se repete indefinidamente para formar uma folha de composição
Si4O6(OH)4 (Figura II.2b). Os tetraedros estão arranjados de forma que as pontas
apontem na mesma direção, e as bases estejam no mesmo plano, como mostra a
Figura II.2 (GRIM,1968).
Capítulo II – Revisão da literatura
23
Figura II.2 – Diagrama esquemático (a) unidade octaédrica de alumina e tetraédrica de silício e (b) folhas octaédricas e tetraédricas (GRIM,1968).
Os grupos tetraédricos estão ligados entre si para formar folhas hexagonais
contínuas; os grupos octaédricos também estão ligados hexagonalmente em folhas
octaédricas; essas folhas são usualmente chamadas tetraédricas e folhas
octaédricas, respectivamente. O empilhamento de uma folha tetraédrica com uma
folha octaédrica forma uma camada. Essas folhas são representadas
esquematicamente na Figura II.3.
Capítulo II – Revisão da literatura
24
Figura II.3 – Estrutura Química da Montmorilonita. Fonte: www.uclm.es/users/higueras/MGA/Tema03/Tema_03_Suelos_5.htm
As dimensões das folhas tetraédricas e octaédricas são tais que podem se
reajustar ou se encaixar entre si para formar camadas compostas por duas ou mais
folhas, numa variedade de maneiras, as quais dão origem à maioria das estruturas
fundamentais dos argilominerais conhecidos.
Para a construção de uma camada composta, é necessário que ocorra um
pequeno rearranjo das várias dimensões, de modo a produzir uma tração em uma
folha e uma compressão na outra. As dimensões das folhas dependem também da
composição atômica delas. Muito embora os íons dentro das folhas estejam ligados
entre si por ligações fortes, geralmente consideradas parcialmente iônicas,
parcialmente covalentes em caráter, as folhas entre si estão ligadas por ligações
Capítulo II – Revisão da literatura
25
mais fracas. A maneira como as folhas estão empilhadas difere para os vários tipos
de argilominerais e vários tipos de seqüências regulares podem existir; as ligações
fracas entre as camadas são responsáveis pela clivagem paralela às direções
perpendiculares ao eixo c, isto é, paralelas aos planos basais, de onde resulta a
forma, morfologia ou hábito lamelar da maioria das partículas (SANTOS, 1989).
II.4.4.1- Montmorilonita ou Esmectita
Os argilominerais do grupo da esmectita são constituídos por duas folhas de
silicato tetraédricas, com uma folha central octaédrica, unidas entre si por oxigênio
comuns às folhas. As folhas são contínuas e estão empilhadas umas sobre as
outras ao acaso, em alguns tipos, e com alguma ordem, em outros. Podem haver
substituições isomórficas, em porcentagens ponderadas (até cerca de 15%), do
alumínio por silício, nas posições tetraédricas e a população das posições
octaédricas pode ser alumínio, ferro, magnésio e outros, isoladamente ou em
combinação. Todas as posições octaédricas podem ser preenchidas ou somente
dois terços delas podem estar preenchidas. A população das posições catiônicas é
tal que as camadas estão desequilibradas eletricamente com uma deficiência de
cargas positivas de cerca de 0,66 cátion monovalente por célula unitária, deficiência
essa que é equilibrada principalmente por cátions hidratados entre as camadas
estruturais. Os cátions neutralizantes não estão fixados irreversivelmente e podem
ser trocados por outros cátions. As camadas sucessivas estão ligadas frouxamente
entre si e camadas de água ou de moléculas polares, de espessuras variáveis,
podem penetrar entre elas, chegando a separá-las totalmente, deixando-as livres,
quando as distâncias interplanares ficam superiores a 40 Å. Quando a esmectita
Capítulo II – Revisão da literatura
26
anidra é colocada em água ou ambientes úmidos, os cátions trocáveis se hidratam,
entra água no espaçamento basal, e este aumenta. Nessas condições, os cátions
interlamelares são suscetíveis de serem trocados por outros cátions por uma reação
química estequiométrica. A espessura entre camadas ou interlamelar varia com a
natureza do cátion interlamelar, da quantidade de água disponível ou de outras
moléculas polares, sem alterar os valores das reflexões cristalinas hk. Assim, o
argilomineral natural não tem distância interplanar basal fixa, como o tem a caulinita.
A fórmula teórica do grupo da esmectita é Al4Si87O20(OH)4.nH2O (n= água
interlamelar), mas os argilo minerais naturais sempre diferem dessa composição
devido a substituições isomórficas no retículo cristalino e nos cátions trocáveis.
A ligação frouxa entre as camadas e o elevado grau de substituição
isomórfica torna fácil a clivagem, em meio líquido, das partículas de argilominerais
esmectíticas; há uma tendência muito grande (especialmente quando os cátions
saturantes são Na+, K+, Li+, NH4+) à separação das camadas estruturais em meio
aquoso, podendo ir até a monocamada estrutural de 10 Å, observável por
microscopia eletrônica de transmissão.
Desses fatos, resulta que as partículas de esmectitas, em geral, são de
pequeno diâmetro e extremamente finas; por isso não tem sentido medir a
distribuição granulométrica de uma montmorilonita sódica, uma vez que variações
de concentração da fase dispersa e do eletrólito dispersante provocam uma
separação ou agregação das camadas estruturais (SANTOS, 1989).
Capítulo II – Revisão da literatura
27
II.4.4.2- Caulinita
O argilomineral caulinita (Figura II.4) é formado pelo empilhamento regular de
camadas 1:1, onde cada camada consiste de uma folha de tetraedros SiO4 e uma
folha de octaedros Al2(OH)6, também chamada folha de gibsita, ligadas entre si em
uma única camada, através de oxigênio em comum, dando uma estrutura fortemente
polar. A fórmula da cela unitária é Al4Si4O10(OH)8 e a composição percentual : SiO2 -
46,54%; Al2O3 – 39,50%; H2O – 13,96%. Praticamente não ocorrem substituições
por cátions dentro da sua estrutura cristalina, a qual é eletricamente neutra; os íons
alumínio ocupam dois terços das posições octaédricas (dioctaédricas) para
neutralizar as cargas residuais dos silicatos. As folhas tetraédricas e octaédricas são
contínuas nas direções residuais dos silicatos. As folhas tetraédricas e octaédricas
são contínuas nas direções dos eixos cristalográficos e estão empilhadas umas
sobre as outras na direção do eixo cristalográfico c.
Figura II.4- Caulinita. Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Caulinita
Capítulo II – Revisão da literatura
28
Numa caulinita bem cristalizada existe um empilhamento regular das folhas
unitárias; os planos entre as camadas 1:1 são um plano de clivagem, mas essa
clivagem não é fácil devido às ligações hidrogênio entre as camadas. Existe um
plano de íons numa das faces da camada e um plano de íons oxigênio na outra
camada imediatamente abaixo, sem haver interações iônicas. Em todos os argilos
minerais, as camadas sucessivas estão de tal maneira que os íons O e OH estão em
pares opostos uns aos outros, de modo a formar uma ligação hidrogênio. Na
caulinita do tipo “bem cristalizada”, os ângulos da cela unitária permitem uma
seqüência de empilhamento em que as unidades de caulinita se acham
imediatamente umas sobre as outras, isto é, regularmente, mas estão deslocados,
este tipo de caulinita, bem ordenado e bem cristalizado, não é comum. Micrografias
eletrônicas mostram que caulinita bem cristalizada é constituída por lamelas ou
placas de perfil hexagonal, que refletem o caráter pseudo-hexagonal da estrutura da
caulinita, devido ao arranjo hexagonal das unidades constituintes das folhas de
silicato e de hidróxido de alumínio (SANTOS, 1989).
II.5- SISTEMA ARGILA + ÁGUA
Foi demonstrado por Grim (1965) que a água adsorvida nas superfícies das
partículas dos argilominerais tem propriedades diferentes da água líquida. Essa
água tem moléculas organizadas em uma espécie de estrutura “rígida”, a partir das
superfícies dos argilominerais, a qual depende da natureza do argilomineral e da
natureza dos ânions e cátions adsorvidos na superfície do argilomineral. Esse
Capítulo II – Revisão da literatura
29
conceito levou a uma melhor compreensão das propriedades do sistema argila +
água.
Existe uma evidência experimental consistente indicando que a água
adsorvida e imediatamente adjacente à superfície externa das partículas dos
argilominerais, em particular nas superfícies paralelas aos planos basais dos cristais,
é constituída por moléculas “orientadas” de água, água essa que não tem as
mesmas propriedades da água líquida, tendo propriedades mais próximas às do
gelo. Não foi possível ainda estabelecer experimentalmente, de uma maneira clara,
a distribuição estrutural dessa água orientada; a espessura da camada de água não
líquida ou rígida, pode ser de três ou mais moléculas e a transição entre a água não-
líquida e a água líquida pode ser brusca ou gradual; a espessura e a estabilidade
dessa camada de água, rígida e orientada, depende da natureza da superfície e,
portanto da estrutura cristalina do argilomineral, da natureza dos cátions e dos
ânions adsorvidos e, provavelmente, de outros fatores específicos.
A natureza da água adsorvida e os fatores que influem na formação da
camada de água adsorvida à superfície dos argilominerais são os fatores
fundamentais que determinam certas propriedades dos sistemas argila + água, tais
como a plasticidade, a tixotropia, o poder ligante e a resistência mecânica no estado
úmido. Essa água é a que fica retida nos argilominerais em temperaturas
relativamente baixas e que podem ser eliminada pelo aquecimento entre 100ºC e
150ºC; a água vinda da perda de hidroxilas é eliminada a temperaturas superiores a
300ºC (SANTOS 1989).
Capítulo II – Revisão da literatura
30
II.6- CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS
Os argilominerais têm capacidade de trocar íons, isto é, têm íons fixados na
superfície, entre as camadas e dentro dos canais da estrutura cristalina, que podem
ser trocados, através de reações químicas, por outros íons em solução aquosa, sem
que isso venha trazer quaisquer modificação da sua estrutura cristalina. A
capacidade de troca iônica representa uma propriedade importante dos
argilominerais, visto que os íons permutáveis influem poderosamente nas suas
propriedades físico-química e tecnológicas. Podem-se modificar as propriedades
plásticas e outras propriedades de uma argila pela permuta do íon adsorvido.
A capacidade de troca de cátions varia de 80 a 150 meq por 100g de
esmectita, de 3 a 15 meq por 100g de caulinita, de 5 a 10 meq de haloisita-2H2O, de
10 a 40 meq por 100g de haloisita-4H2O, de 10 a 40 meq por 100g de ilita ou clorita
e de 100 a 150 meq por 100g de vermiculita.
A capacidade de troca de cátions de um argilomineral pode ser o resultado do
desequilíbrio de carga resultante da substituição isomórfica na própria estrutura
cristalina, das ligações químicas quebradas nas arestas das partículas e da
substituição de hidrogênios. Os íons trocáveis são mantidos, geralmente, em torno
das arestas laterais das partículas de argilominerais; em alguns casos,
particularmente na montmorilonita e vermiculita, nos próprios planos basais; 80%
dos cátions estão nos planos basais e 20%, nas superfícies laterais das partículas.
Os cátions trocáveis estão fixos eletrostaticamente ao longo das faces e entre
as camadas estruturais devido ao desbalanceamento estrutural pelas substituições
isomórficas e por ligações químicas partidas ao longo das arestas das partículas; os
cátions estão rigidamente fixos na superfície do argilomineral. Os íons permutáveis
Capítulo II – Revisão da literatura
31
estão fixos eletrostaticamente por ligações partidas e por uma substituição no
retículo cristalino devido às dimensões e à configuração geométrica; assim, os
ânions SO42-, PO4
3-, SiO42- estão fixados nas arestas das camadas SiO4 que existem
no argilomineral ou então substituem íons-hidroxila adsorvidos que dão carga
negativa à partícula. Nas esmectitas, a capacidade de troca de cátions é devida,
principalmente, à substituição isomórfica da camada tetraédrica; na caulinita é
devida principalmente à ligações quebradas; a menor cristalinidade da caulinita
aumenta também a capacidade de troca de cátions; no caso das ilitas e cloritas, a
capacidade de troca de cátions é devida a ligação partida e à troca de íons K+ nas
arestas das ilitas ou de íons Mg2+ na superfície das cloritas; essas trocas podem
ocorrer na natureza. A precisão com que a capacidade de troca de cátions pode ser
medida não é boa, uma vez que para uma capacidade de troca de 70meq/100g a
precisão é de 5 meq/100g; os cátions utilizados para medir essa capacidade de
troca podem reagir com o argilomineral. A capacidade de ânions dos argilominerais
é da mesma ordem de grandeza que a capacidade de troca de cátions nas ilitas e
cloritas.
Capítulo II – Revisão da literatura
32
Tabela II.6.1 - Capacidade de troca de ânions dos argilominerais em miliequivalentes por 100g de argila (Hofmann e colaboradores, 1956)
Montmorilonita, Geisenheim 31 meq/100g
Montimorilonita, Wyoming 23 meq/100g
Beidelita, Unterrupsroth 21 meq/100g
Nontronita, Untergriesbach 20 meq/100g
Nontronita, Pfreimmdtal 12 meq/100g
Saponita, Groschlattengrun 21 meq/100g
Vermiculita, África do Sul 4 meq/100g
Caulinita (coloidal) 20,2 meq/100g
Caulinita, Melos 13,3 meq/100g
Caulinita, Schnaittenbach 6,6 meq/100g
II.7 - SISTEMA POLÍMERO-ARGILA
O sistema polímero-argila está relacionado ao processo de adsorção do
polímero na superfície da argila. A adsorção de macromoléculas é diferente em
muitos aspectos da adsorção de moléculas pequenas. A diferença está no tamanho
e na flexibilidade das grandes cadeias poliméricas (Figura II.5). Muitos polímeros
são polifuncionais, ou seja, possuem um grande número de grupos funcionais ao
longo de sua cadeia, os quais podem interagir com a superfície do adsorvente,
enquanto as moléculas pequenas são freqüentemente monofuncionais (SATO,
1980).
O fenômeno de adsorção está diretamente relacionado à variação da entropia
do sistema, já que uma grande quantidade de moléculas de água deve ser
Capítulo II – Revisão da literatura
33
deslocada de modo a acomodar uma única macromolécua, o que aumenta a
entropia do sistema (THENG, 1979).
A elaboração de isotermas de adsorção é o procedimento mais usual para se
caracterizar as propriedades dos polímeros em solução e na presença de um
adsorvente. O coeficiente angular inicial das isotermas pode ser um indicativo da
facilidade das moléculas do soluto em interagir com sítios vazios na superfície do
adsorvente (THENG, 1979). O processo de adsorção de polímeros é dependente do
peso molecular, da temperatura, da natureza do solvente e do tipo de adsorvente.
De um modo geral, o comportamento é bem diferente quando o adsorvente é poroso.
Neste caso, a entrada do polímero nos domínios intercristalinos e intracristalinos da
argila pode se tornar fisicamente impossível para os polímeros de cadeias muito
longas.
A adsorção de polímeros também é dependente da força iônica do meio.
Dessa forma, os polieletrólitos são os mais influenciados, pois possuem grupos
funcionais eletricamente carregados na molécula. A adição de eletrólitos reduz a
repulsão intramolecular existente entre esses grupos. Tal repulsão mantém, de certa
forma, a molécula estendida e, portanto, a redução da repulsão leva à uma
conformação mais enovelada, interferindo, dessa forma, na adsorção. Para os
poliânions, a redução da repulsão eletrostática entre o polímero e a superfície
negativamente carregada da argila pode levar a uma maior adsorção (LIMA, 2004).
Capítulo II – Revisão da literatura
34
Figura II.5 – Adsorção polímero-argila – (adaptada de THENG, 1979)
Camada de silicato
polímero adsorvido
Água dessorvida
(desordenada)
Camada de silicato
Polímero em solução
Água na superfície (ordenada)
Cátions trocáveis
Capítulo III – Materiais e métodos
35
CAPÍTULO III
MATERIAIS E MÉTODOS
Capítulo III – Materiais e métodos
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III.1 - INTRODUÇÃO
Neste capítulo estão descritos todos os materiais, como argilas e inibidores,
utilizados no trabalho. Há também uma descrição detalhada dos métodos usados na
caracterização das argilas, do procedimento para a identificação das argilas que
possuem afinidade por metal quando hidratadas e do procedimento para a
identificação dos aditivos com potencial para atuar como inibidores do enceramento
de broca.
III.2 – EQUIPAMENTO PARA IDENTIFICAÇÃO DE SISTEMAS (ARGILA-ADITIVO)
COM POTENCIAL PARA PROMOVER O ENCERAMENTO DE BROCA
Foi utilizada uma máquina de ensaio universal EMIC modelo DL-10.000
(Figura III.1), do Pólo de Xistoquímica/IQ – UFRJ, à qual foi acoplada um acessório
que possibilitou a compressão dos sistemas solução-argila sob condições de tensão
e tempo controlados. Usou-se uma célula de carga modelo Z da EMIC (Figura III.2),
com capacidade de 20.000N (2.000 kg).
Figura III.1 – Máquina de ensaio universal EMIC modelo DL-10.000.
Capítulo III – Materiais e métodos
37
Figura III.2 - Célula de Carga modelo Z da EMIC (20.000N).
O acessório que foi acoplado à máquina de ensaio universal, foi projetado por
nós e confeccionado pela oficina mecânica do CCMN/UFRJ, e se constitui de uma
cuba cilíndrica e um êmbolo, ambos confeccionados em aço inox, (Figura III.3). A
máquina de ensaio universal, permite a variação da tensão aplicada pelo êmbolo
sobre o sistema argila-solução aquosa que se encontra dentro do recipiente. Ao se
aliviar essa tensão, o êmbolo é suspenso e o instrumento mede o valor da força
máxima necessária para desprendê-lo da massa de argila contida no recipiente.
Capítulo III – Materiais e métodos
38
5
Figura III.3 – Acessório acoplado a à máquina de ensaio universal EMIC.
Capítulo III – Materiais e métodos
39
A máquina de ensaio universal EMIC é acoplada a um computador, o qual
fornece um gráfico (Figura III.4), que descreve a variação da força em função do
tempo, no processo para desprender a argila do metal.
Figura III.4 – Variação de força (N) aplicada pela máquina de ensaio universal EMIC, com o tempo (min).
Foi elaborado um script para o software da EMIC. Esse script teve como
variáveis de entrada a velocidade de aproximação do êmbolo (mm/min), velocidade
do êmbolo ao tocar na argila (mm/min), força aplicada (N), e tempo de aplicação da
força. Após o experimento são obtidos como já mencionado uma curva de variação
da força (N) em função do tempo (min) (Figura III.3) e a força máxima necessária
para desprender o êmbolo do sistema solução de aditivos-argila. A curva apresenta
um primeiro pico correspondente à força aplicada sobre a argila (compressão), e o
segundo pico corresponde à força necessária para se desprender o êmbolo do
sistema solução aquosa-argila (tração).
O fato das argilas serem muito diferentes umas das outras, e das argilas, em
geral, serem sistemas complexos, exige uma variação nos dados de entrada do
software da EMIC, e também do volume da solução a ser adicionada. Para a análise
das argilas estudadas, seguiu-se o seguinte procedimento; secou-se as argilas em
Capítulo III – Materiais e métodos
40
uma estufa a 80ºC durante 18 horas, e após terem sido retiradas da estufa, foram
moídas em um moinho de bolas durante 18 horas. Finalmente, as argilas foram
peneiradas, usando-se a peneira nº 30-ABNT (tamanho de malha). As argilas foram
guardadas em local protegido da umidade.
Para a realização do ensaio com o sistema argila-água, estabeleceu-se a
quantidade exata de água necessária para que cada argila apresentasse
plasticidade (Tabela III.3). Realizou-se então o teste variando-se os dados de
entrada (Tabela III.1) do software da EMIC, até que se encontrou o melhor valor
(mais alto) da força máxima para desprender o êmbolo.
O procedimento descrito acima foi realizado para cada uma das argilas
estudadas, usando-se primeiramente uma solução de hidróxido de sódio pH=10 e
posteriormente soluções de KCl e de polímeros (as soluções usadas estão descritas
na Tabela III.1). Foram então comparados os dados obtidos para cada argila. A
figura III.5 mostra o fluxograma da análise.
O valor médio foi determinado utilizando-se a Equação III.1, para o desvio
padrão (s) utilizou-se a Equação III.2 e para o erro padrão (ε) a Equação III.3.
(Σ de i=1 até n) / n
Equação III.1 – Valor médio
Equação III.2 – Desvio padrão (s)
ε = s/n1/2
Equação III.3 – Erro padrão (ε)
Capítulo III – Materiais e métodos
41
Tabela III.1- Soluções utilizadas para o ensaio de aderência da argila ao metal.
Concentração pH
S1 Água destilada - 10
S2 poli (cloreto de dialildimetilamônio) 3% p/p 10
S3 N,N,N-trimetilquitosana (TMQ) 3% p/p 10
S4 Estearato de poli (glicol etilênico) 350 3% p/p 10
S5 Cloreto de potássio 3% p/p 10
Tabela III.2- Variáveis utilizadas para análise da argila A1.
Volume de solução adicionada X mL
Massa da amostra 40g
Velocidade de aproximação do êmbolo 30mm/min
Velocidade de descida após contato com a amostra 10mm/min
Força aplicada (carga) 800N
Tempo de aplicação da força 0,02min
Granulometria da amostra < 30 ABNT
Temperatura Ambiente
Raio do êmbolo 80mm
Massa do êmbolo 182,25g
Capítulo III – Materiais e métodos
42
Tabela III.3- Volume de solução usada para a obtenção de uma massa plástica com as diferentes argilas.
Argila Volume de solução
A1 35,0 mL
A2 32,5mL
A3 37,0mL
A4 19,5mL
A5 16,00mL
A6 22,00mL
A7 17,50mL
Capítulo III – Materiais e métodos
43
Figura III.5 – Fluxograma do teste de afinidade da argila ao metal, e inibição da afinidade.
Argila
Estufa
(16h a 80ºC)
Moinho de
bolas (16h)
Peneira
#30
Cuba acoplada à
máquina de ensaio
universal EMIC
Solução
(NaOH pH = 10)
Solução (inibidor
+ NaOH pH = 10)
Dados (EMIC)
Análise dos dados
Capítulo III – Materiais e métodos
44
III.3 - ARGILA
III.3.1 – Procedência
As argilas A1, A2 e A3 foram doadas pela empresa BENTONORTE Ltda,
sediada em Campina Grande - PB. Essas argilas foram utilizadas por Carlos
Eduardo Carvalhido de Souza em sua dissertação de mestrado (SOUSA, 2002). As
argilas A5, A6 e A7 foram doadas pela Mineração Campos Novos Paraíba. Essas
argilas foram utilizadas por Carlos Eduardo Carvalhido de Souza em sua dissertação
de doutorado (SOUSA, 2007). A argila A4 foi obtida de um afloramento natural em
Calumbí (SE). Essa argila foi utilizada por Cleysson Castro Corrêa em sua tese de
mestrado (CORRÊA, 2004). As sete argilas foram classificadas segundo o catálogo
de cores Munsel, (1975) (Tabela III.4).
Tabela III.4 – Classificação das cores das asrgilas segundo catálogo Munsel.
Argila Aspecto Visual Cor –Catálogo Munsel
A1 Branca 5YR 8/1
A2 Marrom 5Y 4/2
A3 Verde 10YR 4/3
A4 Verde 10YR 4/3
A5 Bege 2,5Y 8/4
A6 Cinza 2,5Y 8/2
A7 Verde 5Y 7/4
Capítulo III – Materiais e métodos
45
III.3.2 – Caracterização
III.3.2.1 – Composição Química
A determinação da composição química das argilas foi realizada pela
empresa Lakefield Geosol Ltda (Belo Horizonte – MG). Foi usado um espectrômetro
de Fluorescência de raio X, modelo PW 1480, com um tubo de Rh e potência 3KW.
A amostra seca e pulverizada foi fundida com tetraborato de lítio em forno à 1000ºC
por 30 minutos, formando uma pastilha, sobre a qual incidiu o feixe de raio X. Foram
analisados os seguintes elementos, sob a forma de seus respectivos óxidos: ferro,
alumínio, silício, cálcio, titânio, fósforo, potássio, manganês, magnésio, sódio e
fósforo. O limite de detecção para os dois últimos foi de 0,1% e para os demais foi
de 0,01%.
III.3.2.2 – Difração de Raio X
A análise mineralógica total e da fração argila foram realizadas no laboratório
de difratometria de raio X, do setor de Tecnologia de Rocha do Centro de Pesquisas
e Desenvolvimento Leopoldo A. Miguez de Mello - CENPES. A amostra foi
pulverizada e prensada sobre porta-amostra de modo que suas partículas
estivessem isentas de orientação. Para a caracterização da fração argila, uma
suspensão estável da amostra foi submetida a centrifulgação, recolhendo-se o
material contido na fração granulométrica inferior a 2µm. Foram então preparadas
lâminas orientadas pelo método do esfregaço, sendo, em seguida, tratadas com
etilenoglicol e aquecidas à 250ºC. O aparelho utilizado foi um difratômetro SIEMENS
Capítulo III – Materiais e métodos
46
D5000, usando-se radiação CuKα nas condições de 40kV e 30mA de filamento. A
velocidade de varredura do goniômetro foi de 6º por minuto.
III.3.2.3 – Capacidade de Troca de Cátions
A capacidade de troca de cátions das argilas foi feita no Laboratório de
Análise Mineralógica –LAM / IQ-UFRJ. O método usado foi o da saturação com azul
de metileno (Figura III.6). Este método baseia-se no fato que o azul de metileno
[C16H18N3SCl(3H2O)], quando em solução aquosa ou etanólica e em contato com
materiais superficialmente carregados negativamente, tem suas moléculas
rapidamente absorvidas mediante um mecanismo de troca iônica irreversível. Devido
ao tamanho do cátion, a velocidade de absorção decresce à medida que as
posições de troca vão sendo preenchidas.
N
S N+
CH3
CH3N
CH3
CH3
Figura III.6 – Azul de Metileno
Adicionou-se 2,5g de argila em 100mL da solução de azul de metileno 5g/L. A
mistura ficou em constante agitação por 18h (Figura III.7). A mistura foi centrifugada
durante 10 minutos a 2300rpm, e analisou-se a concentração do azul de metileno na
solução isenta de argila. Essa análise foi realizada em um espectrofotômetro modelo
Capítulo III – Materiais e métodos
47
M350 Double Beam UV-Visivel Spectrophotometer (Figura III.8) do Laboratório de
Análise Ambiental e Mineral – LAM / IQ-UFRJ. A Figura III.9 mostra o fluxograma da
análise da capacidade de troca de cátions.
Figura III.7 – Mistura de argila e solução de azul de metileno 5g/L em agitação.
Figura III.8 - Espectrofotômetro modelo M350 Double Beam UV-Visivel.
Capítulo III – Materiais e métodos
48
Figura III.9 – Fluxograma da análise da capacidade de troca de cátions.
2,5g de argila erlenmeyer 100mL Solução 5g/L de azul de
metileno (NaOH, pH= 10)
Agitação (16h)
Centrifugação
Diluição
Obtenção da solução de
azul de metileno (cátions
que não trocaram)
Leitura no Espectrofotômetro
Preparo de soluções padrão para a curva de
calibração
Cálculos
CTC
Capítulo III – Materiais e métodos
49
III.4 - POLÍMEROS
Nesse trabalho foram usados três diferentes polímeros e cloreto de potássio
comercial. Sendo o poli (cloreto de dialildimetilamônio) e o mono estearato de poli
(glicol etilênico) 350 comerciais. A N,N,N-trimetilquitosana foi obtido por Correia,
2004.
III.4.1 - Procedência
O poli (cloreto de dialildimetilamônio), de baixo peso, usado neste trabalho foi
do mesmo lote que o utilizado por Carlos Eduardo Carvalhido de Souza, em sua
Tese de Mestrado (SOUSA, 2002) onde foi caracterizado por ressonância magnética
nuclear e espectrometria na região do infravermelho. Os resultados obtidos por
Sousa (2002) comprovaram que o polímero apresentava a estrutura química
esperada. O polímero mencionado acima está disponível comercialmente, e
proveniente da Singma-Aldrich Company (EUA). Suas características, como
descritas pelo fabricante, são mostradas na Tabela III.5.
Tabela III.5 – Descrição do poli (cloreto de dialildimetilamônio) de baixo peso molecular, segundo fabricante.
Nome em Português poli (cloreto de dialildimetilamônio) de baixo peso
Nome em Inglês Poly (diallyldimethylammonium chloride), very low
molecular wlight
Sigla PDADMAC-LMw
Peso Molecular (Daltons) 100.000-2000.000
Código do Produto 40901-4
Aspecto Físico Solução aquosa 20%(p/v)
Capítulo III – Materiais e métodos
50
A N,N,N-trimetilquitosana utilizada neste trabalho foi a mesma usada por
Cleysson Castro Corrêa em sua Tese de Mestrado (CORRÊA, 2004), onde foi
caracterizado por ressonância magnética nuclear e espectrometria na região do
infravermelho. Os resultados obtidos por Corrêa (2004), comprovaram que o
polímero apresentava a estrutura química esperada. O procedimento experimental
da síntese da N,N,N-trimetilquitosana (TMQ) foi descrito com detalhes por Corrêa
(2004).
O mono estearato de poli (glicol etilênico) 350, usado neste trabalho foi do
mesmo lote que o utilizado por Jorge de Almeida Rodrigues Junior em sua
monografia (JUNIOR, 2005). O polímero foi adquirido da Oxiteno, e foi cabalmente
caracterizado por Junior.
III.5 - ENSAIO DE ROLAMENTO
Adicionou-se 50g de argila com a granulometria entre 4-8 #
(23,62>ø<4,76mm) em uma célula Baroid. Adicionou-se, na mesma célula 350mL
de solução. As células foram hermeticamente fechadas e transferidas para o forno
rotatório (Figura III.10) onde permaneceram por 16 horas a temperatura de 66ºC. Ao
término deste período, as células foram resfriadas e abertas. Seu conteúdo foi
cuidadosamente lavado em uma peneira 30 (abertura 0,12mm), o material foi seco
em estufa a 80ºC durante 16h, o material foi peneirado usando-se as malhas 8 e 30
(4,76mm e 0,12mm) e finalmente pesado. A percentual de argila recuperada foi
calculado usando-se a Equação III.4. A Figura III.11 mostra o fluxograma do ensaio.
Capítulo III – Materiais e métodos
51
%R = (M1 / M2) x 100%R = Percentual da massa de argila recuperada.
M1 = Massa de argila seca e peneirada.
M2 = Massa de argila inicial – massa de água
Equação III.4 – Porcentagem de argila recuperada.
Realizou-se o ensaio de rolamento com as sete argilas, utilizando-se as
quatro solução inibidoras listadas na Tabela III.6 para cada uma das sete argilas
estudadas.
Tabela III.6- Soluções utilizadas para o ensaio de rolamento.
Inibidores Concentração pH (NaOH)
poli cloreto de dialildimetilamônio de baixo 3% p/p 10
N,N,N-trimetilquitosana (TMQ) 3% p/p 10
Mono estearato de poli (glicol etilênico) 350 3% p/p 10
Cloreto de potássio 3% p/p 10
Figura III.10 - Forno rotatório fann, no interior observa-se as 7 células Baroid.
Capítulo III – Materiais e métodos
52
Figura III.10 – Fluxograma dos Ensaios de Rolamento
350mL de solução a 3% de poli (cloreto de
dialildimetilamônio) (NaOH, pH10)
Célula de
Baroid
350mL de
Solução +
50g de
Argila
50g de argila 8 < Ø < 4
(4,76 < Ø < 23,62mm)
350mL de solução a 3% de KCl (NaOH, pH 10)
350mL de solução a 3% de trimetilquitosana
(NaOH, pH 10)
350mL de solução a 3% de Estearato de MPEG
350 (NaOH, pH 10)
Forno Rotatório
16h a 66ºC
Lavagem na malha 30
(0,12mm)
Secagem (16h a 80ºC)
Peneiração Malha 8
Pesagem
Pesagem
Cálculo da massa
recuperada
Peneiração Malha 4
Capítulo III – Materiais e métodos
53
III.6 - DETERMINAÇÃO DO TEOR DE UMIDADE DAS ARGILAS
O procedimento usado foi o mesmo utilizado por Souza (2002). Secou-se
cerca de 50g de argila em condições similares as do ensaio de rolamento. Uma
massa de 50 gramas de argila foi colocada em uma placa de petri e colocada no
forno a 80ºC, onde permaneceu durante 16h. Após esse período a argila foi pesada
e o percentual de hidratação foi calculado utilizando-se a equação III.5
%W = (M1 / M2) x 100
%W = Percentual de água na argila (umidade).
M1 = Massa de argila inicial – Massa de argila final
M2 = Massa de argila inicial.
Equação III.5 – Cálculo do percentual de água na argila (umidade).
III.7 – ANÁLISE QUÍMICA DO AÇO DO ÊMBOLO
Analisou-se a concentração dos principais metais constituintes do aço inox, o
ferro, níquel e cromo. Foi retirada amostra do aço do êmbolo (Figura III.11) na
oficina mecânica do CCMN/UFRJ. A amostra do aço foi levada para o Laboratório de
Análise Ambiental e Mineral – LAM / IQ-UFRJ, onde foi determinada os teores dos
três principais metais que compõem o aço do êmbolo.
Capítulo III – Materiais e métodos
54
Figura III.11- Amostra do aço do êmbolo.
A amostra (0,2000 g) foi aberta com água régia (mistura de ácidos nítrico e
clorídrico ambos concentrados a razão de 1:3), a solução resultante foi
quantitativamente transferida para um balão volumétrico de 0,50 L. O balão com a
amostra foi aferido. Essa solução foi chamada solução mãe. Da solução mãe retirou-
se alíquota de 10,0 mL, a qual foi adicionada em um balão volumétrico de 100 mL. O
balão foi aferido, obtendo-se assim uma solução diluída 10x. Da solução diluída 10x,
foi retirada alíquota de 10 mL e adicionada em um balão volumétrico de 100 mL,
obtendo-se uma terceira solução diluída 100x.
Preparou-se três padrões para cada elemento analisado. Os padrões tinham
as seguintes concentrações 1, 5 e 10 ppm.
Capítulo III – Materiais e métodos
55
A amostra e os padrões foram analisados por absorção atômica. O modelo do
aparelho usado foi PERKIN ELMER ATOMIC ABSORPTION SPECTROMETER
3100 (Figura III.12).
Figura III.12 – Absorção atômica do LAM IQ\UFRJ.
Capítulo IV – Resultados
56
CAPÍTULO IV
RESULTADOS
Capítulo IV – Resultados
57
IV.1 – CARACTERIZAÇÃO DAS ARGILAS
IV.1.1 – Análise Química
A composição química das sete argilas estudadas, sob a forma de seus
respectivos óxidos, está nas Tabelas IV.1 e IV.2.
Tabela IV.1 – Composição química das argilas.
Óxido
Teor nas respectivas argilas (% p/p)
Argila A1 Argila A2 Argila A3 Argila A4
Al2O3 26,8 16,3 19,9 16,6
SiO2 53,1 56,4 53,0 57,0
Fe2O3 4,0 11,6 11,1 7,1
CaO 1,1 0,6 0,4 1,2
TiO2 1,0 0,8 1,2 0,78
P2O5 0,0 0,4 0,3 0,12
K2O 0,4 0,6 1,2 3,4
MnO 0,0 0,0 0,2 0,06
MgO 1,4 2,70 2,30 3,2
Na2O 0,5 0,72 0,84 0,64
H2O* 9,85 - - -
Fósforo final - - - 9,88
Total 98,15 90,15 90,41 99,98
Capítulo IV – Resultados
58
Tabela IV.2 – Composição química das argilas.
Óxido
Teor nas respectivas argilas (% p/p)
Argila A5 Argila A6 Argila A7
Al2O3 14,3 14,7 13,6
SiO2 66,4 63,7 59,4
Fe2O3 5,4 4,5 11,4
CaO 0,56 1,7 1,1
TiO2 0,44 0,45 0,48
P2O5 0,056 0,062 0,052
K2O 1,3 0,58 1,7
MnO 0,04 0,03 0,03
MgO 2,7 3,0 2,7
Na2O <0,1 <0,1 <0,1
H2O* - - -
Fósforo final - - -
Total 91,29 88,82 90,56
IV.1.2 – Análise Mineralógica
A composição mineralógica total das argilas está na Tabela IV.3. A
composição dos argilominerais é encontrada na Tabela IV.4.
Capítulo IV – Resultados
59
Tabela IV.3 – Composição mineralógica total das argilas.
Argilas
Composição percentual
Argilom. Quartzo Calcita Plagioclásio Apatita k-Feldsparto
A1 75 20 5 - - -
A2 90 10 - - - -
A3 80 15 - 5 - -
A4 45 35 - 5 10 5
A5 45 55 - - - -
A6 90 10 - - - -
A7 65 25 - - - 10
Tabela IV.4 – Composição dos argilominerais das argilas.
Argilas
Composição percentual
Esmectita Caulinita Ilita Clorita Ilita/Esmectita
A1 65 30 05 - -
A2 100 traços traços - -
A3 80 15 05 - -
A4 - 5 35 10 50
A5 - 5 traços - 95
A6 100 traços traços - -
A7 - 5 - - 95
IV.2 – CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS
Os cálculos para a determinação da capacidade de troca de cátions foram
baseados na relação estequiométrica de 1:1 do azul de metileno e cátions trocáveis
Capítulo IV – Resultados
60
das argilas. Fotos das soluções de azul de metileno obtidas após a troca de cátions,
estão na Figura IV.1.
Figura IV.1 – Solução de azul de metileno, após a troca de cátions.
As soluções preparadas para a curva de calibração estão listadas na Tabela
IV.5. Obteve-se uma curva de calibração (Figura IV.2) para o azul de metileno com
R2 = 0,9997, a equação da reta obtida foi: y=70076x-0,0061.
Capítulo IV – Resultados
61
Tabela IV.5 – Dados para a curva de calibração do azul de metileno.
Solução (padrão) Concentração (mol/L) Abs
1 2.10-5 1,392
2 1.10-5 0,707
3 4.10-6 0,260
4 2.10-6 0,135
5 1.10-6 0,061
6 2.10-7 0,015
Curva de Calibração do Azul de Metileno
y = 70076x - 0,0061
R2 = 0,9997
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
1,400
1,600
0 5E-06 0,00001 1,5E-05 0,00002 2,5E-05
Concentração mol/L
Ab
s
Figura IV.2 - Curva de calibração para o azul de metileno.
As diferentes soluções de azul de metileno usadas no processo de troca de
cátions das sete argilas, foram analisadas no mesmo espectrofotômetro onde foram
analisadas as soluções para o preparo da curva de calibração. Fez-se também a
leitura de um branco (Solução de azul de metileno que tinha a mesma concentração
Capítulo IV – Resultados
62
das demais, sendo que nesta não foi adicionado argila, embora tenha passado pelo
mesmo processo que as demais). As diluições, leituras e cálculos estão na Tabela
IV.6. O Quadro IV.1 mostra as siglas usadas na Tabela IV.6.
Tabela IV.6 - Diluições, leituras e cálculos.
Amostra Argila A B C D E
1 A1 200x 0,717 2,06.10-4 1,104.10-3 44,16
2 A2 - 0,035 5,87.10-8 1,399.10-3 55,96
3 A3 - 0,053 8,43.10-8 1,310.10-3 52,40
4 A4 1000x 0,398 5,77.10-4 0,733.10-3 29,32
5 A5 100x 0,60 8,65.10-5 1,224.10-3 48,96
8 A6 100x 0,614 8,85.10-5 1,222.10-3 48,88
9 A7 12,5x 0,895 1,61.10-5 1,294.10-3 51,76
branco 1000x 0,912 1,31.10-3 - -
OBS.: As amostras 6, 7 e 10 foram descartadas.
Quadro IV.1 – Siglas da Tabela IV.6.
A = Diluição das amostras.
B = Absorbância
C = Concentração (mol/100mL) da solução não diluída = [(A+0,0061)/70076]xB
D = nº de mol trocado = 1,31.10-3 mol/L (branco) – C.
E = Capacidade de troca de cátions (meq/100g) = (D x 40)*1000
Capítulo IV – Resultados
63
IV.3 - DETERMINAÇÃO DO TEOR DE UMIDADE DAS ARGILAS
O procedimento usado para a determinação do teor de umidade está descrito
no Item III.5. A Equação III.2 foi usada para o cálculo do percentual de umidade. Os
resultados estão na Tabela IV.7. Os dados aqui obtidos foram usados nos cálculos
do percentual de massa recuperada no ensaio de rolamento.
Tabela IV.7 – Determinação do teor de água nas argilas (umidade).
Argilas
Massa de
argila inicial
Massa de
argila final
Massa de
água
% de água na
argila
A1 50g 47,48g 2,52g 5,04
A2 50g 45,64g 4,36g 8,72
A3 50g 46,26g 3,74g 7,48
A4 50g 47,86g 2,14g 4,28
A5 50g 43,83g 6,17g 12,34
A6 50g 45,47g 4,53g 9,06
A7 50g 45,69g 4,31g 8,62
IV.4 – ENSAIO DE ROLAMENTO
Realizou-se o ensaio de rolamento com as sete argilas estudadas (Figura
IV.3), utilizando-se diferentes tipos de soluções inibidoras. As soluções utilizadas
nesse item estão listadas na Tabela III.3. As soluções foram preparadas usando-se
hidróxido de sódio para elevar o pH para 10. Os resultados do ensaio se encontram
nas Tabelas IV.8, IV.9, IV.10 e IV.11. A Figura IV.3 mostra fotos das argilas
Capítulo IV – Resultados
64
estudadas neste trabalho, na granulometria entre 4-8 (23,62>ø<4,76mm), usadas
para o ensaio de rolamento .
Figura IV.3 – Argilas A1, A2, A3, A4, A5, A6 e A7, # 4-8 (23,62>ø>4,76mm).
Tabela IV.8 – Resultados obtidos nos ensaios de inibição utilizando-se poli (cloreto de dialildimetilamônio) (3%p/p) (S2).
Argila
Massa
recuperada
em # 8
% Recuperado
Massa
recuperada
em # 30
% Recuperado
A1 40,71g 85,74 5,41g 11,39
A2 37,36g 81,86 4,21g 9,22
A3 40,18g 86,86 4,44g 9,60
A4 41,85g 87,44 3,34g 6,98
A5 34,09g 77,78 6,96g 15,88
A6 18,74g 41,21 19,03g 41,85
A7 24,97g 54,65 17,09g 37,40
Capítulo IV – Resultados
65
Tabela IV.9 – Resultados obtidos nos ensaios de rolamento utilizando-se N,N,N-trimetilquitosana (3%p/p) (S3).
Argila
Massa
recuperada
em # 8
% Recuperado
Massa
recuperada
em # 30
% Recuperado
A1 32,80g 69,08 12,78g 26,92
A2 25,87g 56,68 12,16g 26,64
A3 33,80g 73,07 8,25g 17,83
A4 33,90g 70,83 2,98g 6,23
A5 18,04g 41,16 17,42g 39,74
A6 12,93g 28,44 19,96g 43,90
A7 9,36g 20,49 28,81g 63,06
Tabela IV.10 – Resultados obtidos nos ensaios de rolamento utilizando-se mono estearato de poli (glicol etilênico) 350 (3%p/p) (S4).
Argila
Massa
recuperada
em # 8
% Recuperado
Massa
recuperada
em # 30
% Recuperado
A1 15,87g 33,42 14,63g 30,81
A2 9,58g 20,99 17,09g 37,45
A3 1,74g 3,76 0,72g 1,56
A4 0 0 0,46g 0,96
A5 3,49g 7,96 20,37g 46,48
A6 8,70g 19,13 18,31g 40,27
A7 2,01g 4,40 10,69g 23,40
Capítulo IV – Resultados
66
Tabela IV.11 – Resultados obtidos nos ensaios de rolamento utilizando cloreto de potássio (3%p/p) (S5).
Argila
Massa
recuperada
em # 8
% Recuperado
Massa
recuperada
em # 30
% Recuperado
A1 21,43g 45,13 18,60g 39,17
A2 21,59g 47,30 4,53g 9,93
A3 20,36g 44,01 8,43g 18,22
A4 0 0 0 0
A5 4,40g 10,04 17,17g 39,17
A6 5,17g 11,37 12,13g 26,68
A7 0,81g 1,77 7,62g 16,68
IV.5 – ENSAIO DE ADERÊNCIA DAS ARGILAS AO METAL
Nesse item, estão listados os resultados dos ensaios de aderência das argilas
ao metal. Foram usadas as 7 argilas, tratadas com diferentes tipos de soluções. As
soluções utilizadas nesse item estão descritas na Tabela III.1. Essas 5 soluções
foram preparadas utilizando-se hidróxido de sódio para elevar o pH para 10.
As soluções S1, S2, S3, S4 e S5, usadas nas análises de aderência da argila
no aço, estão descritas na Tabela III.1.
IV.5.1 – Análise da Argila A1
Analisou-se a afinidade da argila A1 pelo aço, utilizando-se solução de NaOH
pH= 10 (S1), as variáveis de entrada estão descritas na Tabela III.2 e III.3. Em
Capítulo IV – Resultados
67
seguida, utilizando-se o mesmo procedimento e as mesmas variáveis, analisou-se a
inibição da afinidade da argila pelo aço. As soluções inibidoras usadas estão listadas
na Tabela III.1.
Os resultados das análises estão na Tabela IV.12, onde F é a força (N)
aplicada ao êmbolo para desprendê-lo da argila. Os cálculos dos valores médios,
desvio padrão e erros padrões estão na Tabela IV.13.
Tabela IV.12- Força máxima (F) para desprender o êmbolo da argila A1
S1
Exp. 1 Exp. 2 Exp. 3 Exp. 4 Exp. 5
F 115,83 120,63 151,47 94,58 108,29
S2
Exp. 6 Exp. 7 Exp. 8 Exp. 9 Exp. 10
F 34,95 35,64 31,53 36,32 25,36
S3
Exp. 11 Exp. 12 Exp. 13 Exp. 14 Exp. 15
F 21,93 26,73 20,56 24,67 19,19
S4
Exp. 16 Exp. 17 Exp. 18 Exp. 19 Exp. 20
F 35,61 45,92 61,00 56,89 54,14
S5
Exp. 21 Exp. 22 Exp. 23 Exp. 24 Exp. 25
F 93,21 71,00 72,65 112,40 106,23
Capítulo IV – Resultados
68
Tabela IV.13- Cálculo do valor médio, desvio padrão e erro padrão para os valores de força.
Valor médio Desvio padrão Erro padrão
S1 118,16 21,06 9,42
S2 32,76 4,53 2,03
S3 22,62 3,07 1,37
S4 50,71 9,98 4,46
S5 91,10 18,92 8,46
Obs.: S1, S2, S3, S4 e S5 estão descritos na Tabela III.1.
IV.5.2 – Análise da Argila A2
Analisou-se a afinidade da argila A2 pelo aço, utilizando-se solução de NaOH
pH= 10 (S1) as variáveis de entrada estão descritas na Tabela III.2 e III.3. Em
seguida, utilizando-se o mesmo procedimento e as mesmas variáveis, analisou-se a
inibição da afinidade da argila pelo aço. As soluções inibidoras usadas estão listadas
na Tabela III.1.
Os resultados das análises estão na Tabela IV.14. Onde F é a força (N)
aplicada ao êmbolo para desprendê-lo da argila. Os cálculos dos valores médios,
desvio padrão e erros padrões estão na Tabela IV.15.
Capítulo IV – Resultados
69
Tabela IV.14- Força máxima (F) para desprender o êmbolo da argila A2
S1
Exp. 26 Exp. 27 Exp. 28 Exp.29 Exp. 30
F 220,69 196,70 250,85 226,86 273,46
S2
Exp.31 Exp. 32
F 50,72 52,77
S3
Exp. 33 Exp. 34
F 41,81 37,01
S4
Exp. 35 Exp. 36
F 45,92 46,61
S5
Exp. 37 Exp. 38
F 177,51 225,49
Tabela IV.15- Cálculo do valor médio, desvio padrão e erro padrão para os valores de força.
Valor médio Desvio padrão Erro padrão
S1 233,71 29,54 13,31
S2 51,75 1,45 1,03
S3 38,41 3,68 2,60
S4 46,27 0,49 0,35
S5 201,5 29,17 20,63
IV.5.3 – Análise da Argila A3
Analisou-se a afinidade da argila A3 pelo aço, utilizando-se solução de NaOH
pH= 10 (S1) as variáveis de entrada estão descritas na Tabela III.2 e III.3. Em
seguida, utilizando-se o mesmo procedimento e as mesmas variáveis, analisou-se a
Capítulo IV – Resultados
70
inibição da afinidade da argila pelo aço. As soluções inibidoras usadas estão listadas
na Tabela III.1.
Os resultados das análises estão na Tabela IV.16. Onde F é a força (N)
aplicada ao êmbolo para desprendê-lo da argila. Os cálculos dos valores médios,
desvio padrão e erros padrões estão na Tabela IV.17.
Tabela IV.16 - Força máxima (F) para desprender o êmbolo da argila A3
S1
Exp. 39 Exp. 40 Exp. 41 Exp.42 Exp. 43
F 282,00 259,07 294,03 286,49 278,95
S2
Exp.44 Exp. 45
F 34,27 30,16
S3
Exp. 46 Exp. 47
F 63,74 52,77
S4
Exp. 48 Exp. 49
F 99,38 111,03
S5
Exp. 50 Exp. 51
F 210,41 226,86
Tabela IV.17 - Cálculo do valor médio, desvio padrão e erro padrão para os valores de força.
Valor médio Desvio padrão Erro padrão
S1 280,11 13,06 5,84
S2 32,22 2,90 2,06
S3 58,26 7,76 5,48
S4 105,21 8,24 5,83
S5 218,64 11,63 8,22
Capítulo IV – Resultados
71
IV.5.4 – Análise da Argila A4
Analisou-se a afinidade da argila A4 pelo aço, utilizando-se solução de NaOH
pH= 10 (S1) as variáveis de entrada estão descritas na Tabela III.2 e III.3. Em
seguida, utilizando-se o mesmo procedimento e as mesmas variáveis, analisou-se a
inibição da afinidade da argila pelo aço. As soluções inibidoras usadas estão listadas
na Tabela III.1.
Os resultados das análises estão na Tabela IV.18. Onde F é a força (N)
aplicada ao êmbolo para desprendê-lo da argila. Os cálculos dos valores médios,
desvio padrão e erros padrões estão na Tabela IV.19.
Tabela IV.18 - Força máxima (F) para desprender o êmbolo da argila A4
S1
Exp. 52 Exp. 53 Exp. 54 Exp.55 Exp. 56
F 374,21 451,66 424,93 422,19 346,80
S2
Exp.57 Exp. 58
F 80,87 68,54
S3
Exp. 59 Exp. 60
F 82,93 135,70
S4
Exp. 61 Exp. 62
F 181,62 210,41
S5
Exp. 63 Exp. 64
F 409,85 439,33
Capítulo IV – Resultados
72
Tabela IV.19 - Cálculo do valor médio, desvio padrão e erro padrão para os valores de força.
Valor médio Desvio padrão Erro padrão
S1 403,96 42,43 19,00
S2 74,71 8,72 6,16
S3 109,32 37,31 26,38
S4 196,02 20,36 14,40
S5 424,59 20,85 14,74
IV.5.5 – Análise da Argila A5
Analisou-se a afinidade da argila A5 pelo aço, utilizando-se solução de NaOH
pH= 10 (S1) as variáveis de entrada estão descritas na Tabela III.2 e III.3. Em
seguida, utilizando-se o mesmo procedimento e as mesmas variáveis, analisou-se a
inibição da afinidade da argila pelo aço. As soluções inibidoras usadas estão listadas
na Tabela III.1.
Os resultados das análises estão na Tabela IV.20. Onde F é a força (N)
aplicada ao êmbolo para desprendê-lo da argila. Os cálculos dos valores médios,
desvio padrão e erros padrões estão na Tabela IV.21.
Capítulo IV – Resultados
73
Tabela IV.20- Força máxima (F) para desprender o êmbolo da argila A5
S1
Exp. 65 Exp. 66 Exp. 67 Exp. 68 Exp. 69
F 22,62 20,56 32,21 19,88 38,38
S2
Exp. 70 Exp. 71
F 2,06 3,44
S3
Exp. 72 Exp. 73
F 2,06 3,44
S4
Exp. 74 Exp. 75
F 33,58 34,27
S5
Exp. 76 Exp. 77
F 11,65 13,02
Tabela IV.21- Cálculo do valor médio, desvio padrão e erro padrão para os valores de força.
Valor médio Desvio padrão Erro padrão
S1 26,73 8,18 3,66
S2 2,75 0,98 0,69
S3 2,75 0,98 0,69
S4 33,93 0,49 0,35
S5 12,34 0,97 0,69
IV.5.6 – Análise da Argila A6
Analisou-se a afinidade da argila A6 pelo aço, utilizando-se solução de NaOH
pH= 10 (S1) as variáveis de entrada estão descritas na Tabela III.2 e III.3. Em
seguida, utilizando-se o mesmo procedimento e as mesmas variáveis, analisou-se a
Capítulo IV – Resultados
74
inibição da afinidade da argila pelo aço. As soluções inibidoras usadas estão listadas
na Tabela III.1.
Os resultados das análises estão na Tabela IV.22. Onde F é a força (N)
aplicada ao êmbolo para desprendê-lo da argila. Os cálculos dos valores médios,
desvio padrão e erros padrões estão na Tabela IV.23.
Tabela IV.22- Força máxima (F) para desprender o êmbolo da argila A6
S1
Exp. 78 Exp. 79 Exp. 80 Exp. 81 Exp. 82
F 31,53 25,36 34,95 39,07 37,70
S2
Exp. 83 Exp. 84
F 6,85 8,91
S3
Exp. 85 Exp. 56
F 2,75 1,38
S4
Exp. 87 Exp. 88
F 8,22 9,60
S5
Exp. 89 Exp. 90
F 9,60 9,60
Tabela IV.23- Cálculo do valor médio, desvio padrão e erro padrão para os valores de força.
Valor médio Desvio padrão Erro padrão
S1 33,72 5,49 2,46
S2 7,88 1,46 1,03
S3 2,07 0,97 0,69
S4 8,91 0,98 0,69
S5 9,6 0 0
Capítulo IV – Resultados
75
IV.5.7 – Análise da Argila A7
Analisou-se a afinidade da argila A7 pelo aço, utilizando-se solução de NaOH
pH= 10 (S1) as variáveis de entrada estão descritas na Tabela III.2 e III.3. Em
seguida, utilizando-se o mesmo procedimento e as mesmas variáveis, analisou-se a
inibição da afinidade da argila pelo aço. As soluções inibidoras usadas estão listadas
na Tabela III.1.
Os resultados das análises estão na Tabela IV.24. Onde F é a força (N)
aplicada ao êmbolo para desprendê-lo da argila. Os cálculos dos valores médios,
desvio padrão e erros padrões estão na Tabela IV.25.
Tabela IV.24- Força máxima (F) para desprender o êmbolo da argila A7
S1
Exp. 91 Exp. 92 Exp. 93 Exp. 94 Exp. 95
F 42,49 41,12 47,29 41,12 53,46
S2
Exp. 96 Exp. 97
F 2,74 5,48
S3
Exp. 98 Exp. 99
F 9,60 6,85
S4
Exp. 100 Exp. 101
F 14,39 11,65
S5
Exp. 102 Exp. 103
F 18,51 21,93
Capítulo IV – Resultados
76
Tabela IV.25- Cálculo do valor médio, desvio padrão e erro padrão.
Valor médio Desvio padrão Erro padrão
S1 45,10 5,32 2,38
S2 4,11 1,94 1,37
S3 8,23 1,94 1,38
S4 13,02 1,94 1,37
S5 20,22 2,42 1,71
IV.6 – ANÁLISE QUÍMICA DO AÇO DO ÊMBOLO
Analisou-se a concentração dos principais metais constituintes do aço inox, o
ferro, níquel e cromo. A leitura dos padrões dos metais analisados encontram-se na
Tabela IV.26. As curvas de calibração encontram-se respectivamente nas Figuras
IV.4, IV.5 e IV.6. Os resultados dos teores dos metais analisados estão na Tabela
IV.27.
Capítulo IV – Resultados
77
Tabela IV.26 – Leitura das soluções padrões dos metais analisados.
Metal Concentração (ppm) Leitura (Abs)
Ferro
0 0,000
1 0,021
5 0,110
10 0,204
Níquel
0 0,000
1 0,020
5 0,085
10 0,144
Cromo
0 0,000
1 0,012
5 0,066
10 0,129
y = 0,0207x
R2 = 0,998
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0 2 4 6 8 10 12
Concentração (ppm)
Ab
s
Figura IV.4 – Curva de calibração para ferro.
Capítulo IV – Resultados
78
y = 0,015x
R2 = 0,9875
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
0 2 4 6 8 10 12
Concentração (ppm)
Ab
s
Figura IV.5 – Curva de calibração para níquel.
y = 0,013x
R2 = 0,9997
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0 2 4 6 8 10 12
Concentração (ppm)
Ab
s
Figura IV.6 – Curva de calibração para cromo.
Capítulo IV – Resultados
79
Tabela IV.27 – Resultados da análise do aço do êmbolo.
Metal Diluição Abs Concent. na solução
mãe (0,2g/L de aço)
Percentual no Aço
Ferro 100x 0,062 299,5 ppm 74,8 %
Níquel 10x 0,076 50,66 ppm 12,6 %
Cromo 10x 0,085 65,38 ppm 16,3 %
Capítulo V – Discussão
80
CAPÍTULO V
DISCUSSÃO
Capítulo V – Discussão
81
V.1 – INTRODUÇÃO
Nesse capítulo são apresentas as discussões referentes à caracterização das
argilas utilizadas, e as análises de rolamento com os diferentes tipos de inibidores
da reatividade das argilas. São apresentadas também, as discussões sobre os
resultados da capacidade de troca de cátions e os testes de aderência das argilas
ao metal.
V.2 – CARACTERIZAÇÃO DAS ARGILAS
V.2.1 – Composição química
A análise química propriamente dita, fornece resultados expressando a
composição das argilas na forma de óxidos (que compõem os argilo-minerais).
A análise química mostrou que as argilas possuem um alto teor de óxido de
silício (SiO2) ver Tabelas IV.1 e IV.2, o que é devido à presença de silicato e sílica
livre (SANTOS, 1992). Esses resultados são devido ao fato dos argilosminerais
possuírem, em sua estrutura, grandes quantidades de silício, que compõem as
folhas tetraédricas de SiO4-2 (Figura II.2) e, também, em razão da presença do
mineral quartzo. A análise química mostrou que a segunda maior concentração nas
argilas estudas foi de óxido de alumínio (Al2O3), que advém do fato de os
argilominerais possuírem em sua estrutura grandes quantidades de alumínio, que
compõe as folhas actaédricas de sua estrutura ver Figura II.2.
Capítulo V – Discussão
82
V.2.1.1 – Argila A1
A argila A1 possui maior concentração de óxido de silício (SiO2, 53,1 %p/p),
seguida por óxido de alumínio (Al2O3, 26,8 %p/p). Observando-se a Tabela IV.1, é
possível notar que a argila apresenta 1,1 %p/p de óxido de cálcio (CaO). Esse
resultado está de acordo com a composição mineralógica descrita na Tabela IV.3,
que mostra a presença de calcita na argila A1. A calcita é a principal fonte de cálcio
nas argilas (SANTOS, 1992). A presença de ferro e titânio sugere a substituição
isomórfica do alumínio octaédrico por esses íons. O magnésio pode, além da
substituição isomórfica, estar presente juntamente com o sódio na forma de cátions
hidratados nas entrecamadas (SANTOS, 1992). A Figura V.1 mostra a argila A1
com granulometria entre 4 e 8 (usada no ensaio de rolamento) e menor que 30
(usada para ensaio de aderência ao metal).
Figura V.1 – Argila A1, a esquerda 4>Ø<8, a direita Ø<30.
Capítulo V – Discussão
83
V.2.1.2 – Argila A2
A argila A2, assim como as demais, possui uma maior concentração de óxido
de silício (SiO2, 56,4 %p/p ) , seguida por óxido de alumínio (Al2O3, 16,3 %p/p).
Possui também alta concentração de ferro (Fe2O3, 11,6%p/p), o que sugere a
substituição isomórfica do alumínio octaédrico por esse íons. A argila também possui
razoável concentração de magnésio (MgO 1,4 %p/p), sendo que este pode ser
atribuído a substituição isomórfica, bem como estar presente juntamente com o
sódio na forma de cátions hidratados nas entrecamadas. (SANTOS, 1992). A Figura
V.2 mostra a argila A2 com granulometria entre 4 e 8 (usada no ensaio de rolamento)
e menor que 30 (usada para ensaio de aderência ao metal).
Figura V.2 – Argila A2, a esquerda 4>Ø<8, a direita Ø<30.
V.2.1.3 – Argila A3
A argila A3 possui maior concentração de óxido de silício (SiO2, 53,0 %p/p),
seguida por óxido de alumínio (Al2O3, 19,9 %p/p). Assim como a argila A2, a argila
Capítulo V – Discussão
84
A3 possui alta concentração de ferro (Fe2O3, 11,1%p/p), o que sugere a substituição
isomórfica do alumínio octaédrico por esse íon. A argila A3 possui também, razoável
concentração de magnésio (MgO 2,7 %p/p), este pode ser atribuído à substituição
isomórfica, bem como estar presente juntamente com o sódio na forma de cátions
hidratados nas entrecamadas. (SANTOS, 1992). A concentração de potássio é
maior que a concentração de sódio, o que sugere, que a argila A3 seja uma argila
potássica. A Figura V.3 mostra a argila A3 com granulometria entre 4 e 8 (usada no
ensaio de rolamento) e menor que 30 (usada para ensaio de aderência ao metal).
Figura V.3 – Argila A3, a esquerda 4>Ø<8, a direita Ø<30.
V.2.1.4 – Argila A4
A argila A4 possui maior concentração de óxido de silício (SiO2, 57,0 %p/p),
seguida por óxido de alumínio (Al2O3, 16,6 %p/p). A argila também apresentou um
certo percentual em peso de óxido de potássio (3,40% p/p), provavelmente devido à
presença do argilomineral ilita, o qual é também um argilominaral do grupo da
esmectita e que apresenta íons potássio na intercamada planar basal. Foi
Capítulo V – Discussão
85
encontrado também um alto teor de óxido de magnésio (3,20 %p/p), provavelmente,
devido à presença do argilomineral clorita. O teor de óxido de cálcio (1,20 %p/p),
provavelmente, é devido à presença de calcita ou outro mineral e íons cálcio que
podem estar presentes na forma de cátions hidratados nas intercamadas, assim
como os íons sódio (SANTOS, 1989). Os resultados de análise química mostraram
também a presença de óxido de ferro e titânio em teores de 7,10 e 0,78%
respequitivamente. A presença de ferro e titanio pode ter tido origem na substituição
isomórfica do alumínio octaédrico por esses íons. A Figura V.4 mostra a argila A4
com granulometria entre 4 e 8 (usada no ensaio de rolamento) e menor que 30
(usada para ensaio de aderência ao metal).
Figura V.4 – Argila A4, a esquerda 4>Ø>8, a direita Ø<30.
V.2.1.5 – Argila A5
A argila A5 possui, maior concentração de óxido de silício (SiO2, 66,4 %p/p), seguida
por óxido de alumínio (Al2O3, 14,3 %p/p). Possui uma razoável concentração de
ferro (Fe2O3, 5,5%p/p), o que sugere a substituição isomórfica do alumínio
Capítulo V – Discussão
86
octaédrico por esse íons. Possui também, razoável concentração de magnésio (MgO
2,7 %p/p), este pode ser atribuído à substituição isomórfica, bem como estar
presente juntamente com o sódio na forma de cátions hidratados nas entrecamadas.
(SANTOS, 1992). A análise da argila A5 apresentou baixa concentração de oxido de
sódio (< 0,1 %p/p), e uma razoável concentração de óxido de potássio (1,3 %p/p). A
Figura V.5 mostra a argila A5 com granulometria entre 4 e 8 (usada no ensaio de
rolamento) e menor que 30 (usada para ensaio de aderência ao metal).
Figura V.5 – Argila A5, a esquerda 4>Ø>8, a direita Ø<30.
V.2.1.6 – Argila A6
A argila A6, assim como as demais, possui maior concentração de óxido de silício
(SiO2, 63,7 %p/p ) , seguida por óxido de alumínio (Al2O3, 14,7 %p/p). Possui
também razoável concentração de ferro (Fe2O3, 4,5%p/p), o que sugere que tenha
ocorrido a substituição isomórfica do alumínio octaédrico por esse íons. A argila
possui também razoável concentração de magnésio (MgO 3,0 %p/p), este pode ser
Capítulo V – Discussão
87
atribuído à substituição isomórfica, bem como estar presente juntamente com o
sódio na forma de cátions hidratados nas entrecamadas. (SANTOS, 1992). A análise
da argila A6 apresentou também, baixa concentração de óxido de sódio (< 0,1 %p/p),
e uma razoável concentração de óxido de potássio (0,58 %p/p). A Figura V.6 mostra
a argila A6 com granulometria entre 4 e 8 (usada no ensaio de rolamento) e menor
que 30 (usada para ensaio de aderência ao metal).
Figura V.6 – Argila A6, a esquerda 4>Ø>8, a direita Ø<30.
V.2.1.7 – Argila A7
A argila A7 possui maior concentração de óxido de silício (SiO2, 59,4 %p/p),
seguida por óxido de alumínio (Al2O3, 13,6 %p/p). Possui também elevada
concentração de ferro (Fe2O3, 11,4%p/p), o que sugere a substituição isomórfica do
alumínio octaédrico por esse íons. A argila A7 possui também, razoável
concentração de magnésio (MgO 2,7 %p/p), e este fato pode ser atribuído à
substituição isomórfica, bem como estar presente juntamente com o sódio na forma
Capítulo V – Discussão
88
de cátions hidratados nas entrecamadas. (SANTOS, 1992). A análise da argila A7
apresentou também, baixa concentração de oxido de sódio (< 0,1 %p/p), e uma
razoável concentração de óxido de potássio (1,7 %p/p). A Figura V.7 mostra a argila
A7 com granulometria entre 4 e 8 (usada no ensaio de rolamento) e menor que 30
(usada para ensaio de aderência ao metal).
Figura V.7 – Argila A7, a esquerda 4>Ø<8, a direita Ø<30.
V.2.2 – Composição mineralógica
A análise mineralógica mostrou que a argila A1 possui 75 %p/p de
argilominerais, 20 %p/p de quartzo e 5 %p/p de calcita. A presença de calcita
justifica o teor de cálcio encontrado na analise química, a calcita é principal fonte de
cálcio nas argilas (SANTOS, 1992) Os 75 %p/p dos argilominerais são compostos
por 65 %p/p de esmectita, 30 %p/p de caiulinita e 5 %p/p de ilita.
A análise da argila A2 revelou que esta possui 90% de sua composição de
apenas um argilomineral (esmectita) e 10% de quartzo. A análise mostrou que essa
Capítulo V – Discussão
89
argila é mais homogênea, com exceção da argila A6, que possui composição
mineralógica similar.
A análise da argila A3 revelou que esta possui 80% de sua composição de
argilominerais, os quais estão divididos em 80% de esmectita, 15% de caulinita e 5%
de ilita. A argila A3 possui 15% de quartzo e 5% de plagioclásio de sua composição
total.
A análise da argila A4 revelou que esta possui 45% de sua composição de
argilominerais, 35% de quartzo, 5% de plagioclásio, 10% de apatita e 5% de
feldsparto. Os 45% de argilominerais estão divididos em 5% de caulinita, 35% de ilita,
10% de clorita e 50% de ilita/esmectita. A presença de alta concentração de ilita
justifica a sua alta concentração de potássio (K2O 3,40% p/p), a maior das sete
argilas estudadas. A ilita é um argilomineral do grupo da esmectita e apresenta íons
potássio nos espaçamentos interplanares (GRIM, 1968). A análise mineralógica
deixa claro que a argila A4 é a mais heterogênea das argilas estudadas.
A análise da argila A5 mostrou que 45% de sua composição são de
argilominerais e 55% de quartzo. Os 45% dos argilominerais estão divididos em 95%
de ilita/esmectita e 5% de caulinita. A argila A5 possui o maior percentual de quartzo
das argilas aqui estudadas, isso está de acordo com sua caracterização química,
que indicou a mais alta concentração de óxido de silício (SiO2, 66,4 %p/p).
A análise da argila A6 mostrou que 90% de sua composição é de esmectita e
10% de quartzo. Essa análise mostra que a argila A6 possui composição
mineralógica similar à da argila A2.
A análise da argila A7 mostrou que 65% de sua composição são de
argilominerais, 25 % de quartzo e 10 de k-feldspato. Os 65% de argilominerais estão
dividido em 95% de ilita/esmectita e 5% de caulinita.
Capítulo V – Discussão
90
V.2.3 – Capacidade de troca de cátions
A Tabela V.1 mostra os valores da capacidade de troca de cátions das 7
argilas estudadas. Pode-se observar que as argilas possuem capacidade de troca
de cátions inferior a 56 meq/100g, isto é que as argilas estudadas possuem
capacidade de troca de cátions bem menor que o valor usual encontrado nos
argilominerais do grupo da esmectita conforme a Tabela V.2. No entanto, segundo a
análise mineralógica, as argilas não são compostas de apenas um argilomineral.
Assim sendo os valores de capacidade de troca de cátions está dentro da faixa de
valores esperados.
Tabela V.1 – Capacidade de troca de cátions (CTC) das argilas estudadas
Amostra CTC (meq/100g)
Argila A1 44,16
Argila A2 55,96
Argila A3 52,40
Argila A4 29,32
Argila A5 48,96
Argila A6 48,88
Argila A7 51,76
Capítulo V – Discussão
91
Tabela V.2 – Capacidade de troca de cátions (CTC) dos argilominerais (SANTOS, 1992)
Mineral CTC (meq/100g)
Caulinita 3-15
Halosita 5-10
Montmorilonita 80-150
Ilita 10-40
Clorita 10-40
Sepiolita 20-30
V.3 – ENSAIO DE INIBIÇÃO
V.3.1 – Análise da reatividade natural das argilas com água destilada.
Analisou-se a reatividade natural das sete argilas com água. Não foi
necessário o ensaio de rolamento para está análise, visto as argilas possuírem
grande reatividade. O teste foi bem simples. Em um bécher com água destilada
colocou-se um pequeno pedaço de argila. Observou-se, em todas as sete argilas,
rápido inchamento e em poucos minutos a total fragmentação no meio aquoso,
evidenciado a significativa expansão das camadas interplanares basais. A Figura
V.8 mostra o mecanismo de inchamento por adsorção de água.
Capítulo V – Discussão
92
Figura V.8 – Mecanismo de inchamento por adsorção de água causando o aumento do espaçamento das entrecamadas da argila.
Usou-se a argila A4 para demonstrar o processo de inchamento e
fragmentação (desfolhamento) das argilas quando hidratadas. A princípio a argila A4
foi posta dentro de um recipiente cheio de água, onde pode-se observar sua total
fragmentação. Pode-se observar a fragmentação da argila A4 na seqüência de fotos
na Figura V.9.
Capítulo V – Discussão
93
Figura V.9 – Hidratação da argila A4.
Capítulo V – Discussão
94
Adicionou-se água lentamente (gota a gota) a A4. Observou-se que a Argila
A4 quando hidratada desfolha. A seqüência de fotos da Figura V.10 mostra o
desfolhamento da argila.
Figura V.10 – Adição de água a argila A4.
Capítulo V – Discussão
95
V.3.2 – Ensaio de rolamento com poli (cloreto de dialildimetilamônio).
O ensaio de inibição foi realizado com as sete argilas, utilizou-se solução a
3 %p/p de poli (cloreto de dialildimetilamônio) em pH 10. O poli (cloreto de
dialildimetilamônio) de baixo peso molecular, é um polímero catiônico muito eficiente
na inibição da reatividade natural das argilas (SOUSA, 2002).
Observou-se que o poli (cloreto de dialildimetilamônio), inibiu a reatividade
natural das argilas, mas em diferentes percentuais. Notou-se durante as análises
que a qualidade dos cascalhos inibidos era maior, ou seja, os cascalhos pareciam
mais rígidos que os inibidos com estearato de MPEG 350 e KCl. A Tabela V.3
mostra, os percentuais de argila recuperados usando-se o polímero. A Figura V.11
mostra as sete argilas recuperadas em malha 8 após o ensaio.
Comparando-se os resultados obtidos com todos os inibidores nota-se que o
poli (cloreto de dialildimetilamônio) é o mais eficiente em inibir a reatividade natural
das argilas. Além disso, observando-se os resultados descritos na Tabela V.3, nota-
se que a argila que teve a maior recuperação usando-se o poli (cloreto de
dialildimetilamônio) como inibidor, foi a argila A4. A argila A4 curiosamente é a mais
reativa de todas as argilas estudadas.
Capítulo V – Discussão
96
Tabela V.3 – Percentuais das argilas recuperados nos ensaios de inibição usando-se o poli (cloreto de dialildimetilamônio).
Argilas % Recuperado em #8 % Recuperado em #30
A1 85,74 11,39
A2 81,86 9,22
A3 86,86 9,60
A4 87,44 6,98
A5 77,78 15,88
A6 41,21 41,85
A7 54,65 37,40
Figura V.11 – Argilas A1, A2, A3, A4, A5, A6 e A7, recuperadas em # 8 após ensaio de rolamento com poli (cloreto de dialildimetilamônio).
Capítulo V – Discussão
97
V.3.3 – Ensaio de rolamento com N,N,N-trimetilquitosana (TMQ).
O ensaio de rolamento foi realizado com as sete argilas usando-se solução
3 %p/p trimetilquitosana (TMQ) em pH 10. Observou-se que a
N,N,N-trimetilquitosana (TMQ) inibiu a reatividade natural das argilas, mas em
diferentes percentuais. A Tabela V.4 mostra o percentual de argila recuperado
usando-se o polímero. A Figura V.12 mostra as sete argilas recuperadas em malha 8
após o ensaio.
A trimetilquitosana se mostrou muito eficiente na inibição de reatividade
natural das argilas, sendo mais eficiente na inibição da argila A3 (73,07% de
recuperação) seguida pela argila A4 (70,83% de recuperação), sendo que a argila
A4 é a mais reativa.
Tabela V.4 – Percentuais das argilas recuperado nos ensaios de rolamento com N,N,N-trimetilquitosana (TMQ).
Argilas % Recuperado em #8 % Recuperado em #30
A1 69,08 26,92
A2 56,68 26,64
A3 73,07 17,83
A4 70,83 6,23
A5 41,16 39,74
A6 28,44 43,90
A7 20,49 63,06
Capítulo V – Discussão
98
Figura V.12 – Argilas A1, A2, A3, A4, A5, A6 e A7, recuperadas em # 8 após ensaio de inibição com N,N,N-trimetilquitosana (TMQ).
V.3.4 – Ensaio de rolamento com monoestearato de poli (glicol etilênico) 350.
O ensaio de rolamento foi realizado com as sete argilas usando-se solução
3%p/p de estearato de poli (glicol etilênico) 350 em pH 10. Observou-se que o
mesmo não foi eficiente em inibir a reatividade natural das argilas. A Tabela V.5
mostra, o percentual de argila recuperado usando-se o polímero. A Figura V.13
mostra as sete argilas recuperadas em malha 8 após ensaio.
Capítulo V – Discussão
99
Tabela V.5 – Percentua das argilas recuperado nos ensaios de rolamento com estearato de poli (glicol etilênico) 350.
Argilas % Recuperado em #8 % Recuperado em #30
A1 33,42 30,81
A2 20,99 37,45
A3 3,76 1,56
A4 0 0,96
A5 7,96 46,48
A6 19,13 40,27
A7 4,40 23,40
Figura V.13 – Argilas A1, A2, A3, A4, A5, A6 e A7, recuperadas em # 8 após ensaio de rolamento com estearato de poli (glicol etilênico) 350.
Capítulo V – Discussão
100
V.3.5 – Ensaio de rolamento com cloreto de potássio.
O ensaio de rolamento foi realizado com as sete argilas usando-se solução
3%p/p de cloreto de potássio em pH 10 (pH ajustado com NaOH). Observou-se que
a solução, não foi muito eficiente em inibir a reatividade natural das argilas. A Tabela
V.6 mostra o percentual de argila recuperado. A Figura V.14 mostra as sete argilas
recuperadas em malha 8 após ensaio.
Tabela V.6 – Percentual das argilas recuperado nos ensaios de rolamento usando-se cloreto de potássio.
Argilas % Recuperado em #8 % Recuperado em #30
A1 45,13 39,17
A2 47,30 9,93
A3 44,01 18,22
A4 0 0
A5 10,04 39,17
A6 11,37 26,68
A7 1,77 16,68
Capítulo V – Discussão
101
Figura V.14 – Argilas A1, A2, A3, A4, A5, A6 e A7, recuperadas em # 8 após ensaio de rolamento com cloreto de potássio.
V.4 – ENSAIO DE ADERÊNCIA DA ARGILA AO METAL
V.4.1 – Ensaio de aderência das argilas ao metal utilizando o parâmetro força
Para comprovação da eficiência do teste, usou-se areia e a solução de
hidróxido de sódio pH= 10. Esse foi o ensaio em branco para o teste, pois a areia
usada não possui nenhuma tendência a colar no metal. A areia foi recolhida em uma
praia do Rio de Janeiro. A força máxima para desprender o êmbolo da areia foi 0N.
O gráfico A da Figura V.15 foi gerado durante o teste com areia, o gráfico B com
argila. O segundo pico no gráfico B é a força necessária para desprender a argila do
êmbolo. Nota-se que o gráfico A não possui esse segundo pico, pois essa força foi
nula.
Capítulo V – Discussão
102
(A)
(B)
Figura V.15 – Gráfico gerado pala máquina de ensaio universal EMIC.
O ensaio de aderência da argila ao metal realizado na máquina de ensaio
universal EMIC, usando-se solução de NaOH pH= 10, nos permitiu observar que as
argilas A5, A6 e A7, não possuem grande tendência a aderir ao metal. A força
necessária para desprender o êmbolo dessas argilas foi inferior às necessárias para
desprender as demais, sendo a argila A5 a que necessitou da menor força para
desprender-se do êmbolo (26,73N), e a argila A4 a que necessitou a maior força
(403,96N).
Dentre as soluções inibidoras usadas, as que apresentaram os melhores
resultados foram a de poli (cloreto de dialildimetilamônio) e a de N,N,N-
trimetilquitosana. Podemos confirmar isso observando a Tabela V.7 (as abreviaturas
dessa tabelas estão no Quadro V.1) .
O erro padrão variou de 0 até 26,38, sendo que na maioria das análises ele
ficou abaixo de 10, como pode-se observar na Tabela V.8. O valor médio do erro
padrão foi de 5,46.
Capítulo V – Discussão
103
Tabela V.7- Ensaio de aderência da argila ao metal.
Argila
Força (N)
S1 S2 S3 S4 S5
A1 118,16 32,76 22,62 50,71 91,10
A2 233,71 51,75 38,41 46,27 201,5
A3 280,11 32,22 58,26 105,21 218,64
A4 403,96 74,71 109,32 196,02 424,59
A5 26,73 2,75 2,75 33,93 12,34
A6 33,72 7,88 2,07 8,91 9,60
A7 45,10 4,11 8,23 13,02 20,22
Tabela V.8 - Erro padrão do ensaio de aderência da argila ao metal.
Argila
Erro Padrão
S1 S2 S3 S4 S5
A1 9,42 2,03 1,37 4,46 8,46
A2 13,31 1,03 2,60 0,35 20,63
A3 5,84 2,06 5,48 5,83 8,22
A4 19,00 6,16 26,38 14,40 14,74
A5 3,66 0,69 0,69 0,35 0,69
A6 2,46 1,03 0,69 0,69 0
A7 2,38 1,37 1,38 1,37 1,71
Capítulo V – Discussão
104
Quadro V.1- Abreviaturas das Tabelas V.7 e V.8 .
S1 Água destilada
S2 Poli (cloreto de dialildimetilamônio), 3% p/p
S3 Trimetilquitosana (TMQ), 3% p/p
S4 Estearato de MPEG 350, 3% p/p
S5 Cloreto de potássio, 3% p/p
V.4.2 – Ensaio de aderência das argilas ao metal utilizando o parâmetro massa
presa no êmbolo
Tentou-se quantificar a massa que se prendia ao êmbolo durante o ensaio.
No entanto, observou-se que os resultados para esse parâmetro eram muito
irregulares. Os valores de massa presa ao êmbolo durante a análise de uma mesma
argila foram totalmente incoerentes, comprovando assim sua irreprodutibilidade.
Durante a análise de uma mesma argila, por exemplo, em alguns experimentos o
êmbolo desprendia-se com praticamente toda argila presa a este, e em outros, nas
mesmas condições de análise, desprendia-se sem argila alguma presa. Pode-se
observar na Figura V.15, a análise de uma mesma argila, sob as mesmas condições.
Essa figura ilustra bem o que foi descrito acima.
Devido à irreprodutibilidade dos valores de massa de argila aderida ao
êmbolo, foi descartada a proposta dessa etapa na metodologia de análise.
Capítulo V – Discussão
105
Figura V.15 – Argila presa no êmbolo após análise.
V.5 – DISCUSSÃO GERAL
A princípio, trabalhou-se com a hipótese de que, quanto maior o percentual de
esmectita de uma argila, maior seria sua afinidade pelo metal. Isso parecia bem
lógico, visto que a argila só apresenta essa afinidade quando hidratada. Como já
mencionado (II.4.4.1), a ligação frouxa entre as camadas e o elevado grau de
substituição isomórfica torna fácil a clivagem em meio líquido das partículas de
argilominerais esmectíticas; há uma tendência muito grande à separação das
camadas estruturais em meio aquoso, podendo ir até à monocamada estrutural de
10 Å, observável por microscopia eletrônica.
Capítulo V – Discussão
106
No entanto, os experimentos mostraram que não é tão simples assim, e que a
afinidade das argilas pelo aço, quando hidratadas, não aumenta com o aumento do
teor de esmectita. Foi possível verificar este fato através do gráfico da Figura V.16.
O gráfico da Figura V.16, nos mostra a variação da força aplicada no êmbolo para o
desprender do sistema argila-solução de NaOH pH 10 (sistema sem aditivo inidor)
com o percentual do argilomineral esmectita presente na argila. É importante
ressaltar que as argilas A4, A5 e A7 possuem esmectita interestratificada com ilita. A
análise mineralógica mostrou que as argilas que possuem maior percentual de
esmectita são as A2 e A6, sendo que a argila A6 necessitou da segunda menor
força (33,72N) para se desprender do êmbolo, a argila A2 já necessitou de força
bem maior (233,71N). A argila A4 foi a que mais se prendeu ao metal, e para
desprendê-la foi necessário aplicar a maior força (403,96N), no entanto é a que
possui menor percentual de esmectita.
A capacidade de troca de cátions das argilas também não tem correlação com
a afinidade das argilas ao metal, quando hidratadas. A Figura V.17 motra a variação
da força necessária para desprender o êmbolo da argila com a capacidade de troca
de cátions de cada argila, onde é possível perceber que não existe muita correlação
entre as variáveis.
Capítulo V – Discussão
107
Tabela V.9 – Dados correspondentes ao gráfico da Figura V.16.
Argilas Força (N) % de esmectita
A1 118,16 48,75
A2 233,71 90
A3 280,11 64
A4 403,96 22,5
A5 26,73 42,75
A6 33,72 90
A7 45,1 61,75
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 100 200 300 400 500
Força (N)
% d
e E
sm
ecti
ta
Figura V.16 – Força necessária para desprender o êmbolo da argila x % de esmectita da mesma.
Capítulo V – Discussão
108
Tabela V.10 – Dados do gráfico que se encontra na Figura V.17.
Argilas Força (N) CTC (meq/100g)
A1 118,16 44,16
A2 233,71 55,96
A3 280,11 52,4
A4 403,96 29,32
A5 26,73 48,96
A6 33,72 48,88
A7 45,1 51,76
0
10
20
30
40
50
60
0 100 200 300 400 500
Força (N)
CT
C
Figura V.17 – Força para desprende o êmbolo da argila x capacidade de troca de cátions das mesmas.
Correlacionou-se os dados dos ensaios de aderência da argila ao metal com
os de inibição da reatividade natural das argilas. Como já mencionado, usou-se as
mesmas soluções para os dois ensaios. As soluções estão descritas no Quadro V.2.
As Figuras V.18, V.19, V.20, V.21, V.22, V.23, V.24, mostram os gráficos da
variação da força aplicada no ensaio de aderência da argila ao metal, com a
Capítulo V – Discussão
109
porcentagem de argila recuperada nos ensaios de rolamento, aonde é possível se
observar uma tendência, observa-se que para algumas argilas as soluções mais
eficientes na inibição da aderência da argila ao metal (menor força para desprender
o êmbolo), possuem, em geral, uma maior eficiência na inibição da reatividade
natural das argilas. Isso indica que, dependendo da argila, esses fatores podem
estar ligados, e que inibindo-se a reatividade das argilas, pode-se inibir a afinidade
natural das argilas pelo metal. Este efeito ficou mais claro para as argilas A4, A5 e
A7, coincidentemente as que apresentaram esmectita interestratificada com ilita.
Quadro V.2 – Soluções usadas nos ensaios
1 Poli cloreto de dialildimetilamônio de baixo peso molecular, 3% p/p
2 N,N,N-trimetilquitosana (TMQ), 3% p/p
3 Mono estearato de polietilenoglicol 350, 3% p/p
4 Cloreto de potássio, 3% p/p
0
20
40
60
80
100
20 30 40 50 60 70 80 90 100
Força (N)
% A
rgila R
ecu
pera
da
Figura V.18 – Força (N) x % Argila Recuperada. Referente a argila A1.
Capítulo V – Discussão
110
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
20 70 120 170 220
Força (N)
% A
rgila R
ecu
pera
da
Figura V.19 – Força (N) x % Argila Recuperada. Referente a argila A2.
0
20
40
60
80
100
20 70 120 170 220 270
Força (N)
% A
rgila R
ecu
pera
da
Figura V.20 – Força (N) x % Argila Recuperada. Referente a argila A3.
0
20
40
60
80
100
20 70 120 170 220 270 320 370 420 470
Força (N)
% A
rgila R
ecu
pera
da
Figura V.21 – Força (N) x % Argila Recuperada. Referente a argila A4.
Capítulo V – Discussão
111
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Força (N)
% A
rgila R
ecu
pera
da
Figura V.22 – Força (N) x % Argila Recuperada. Referente a argila A5.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 2 4 6 8 10 12
Força (N)
% A
rgila R
ecu
pera
da
Figura V.23 – Força (N) x % Argila Recuperada. Referente a argila A6.
0
10
20
30
40
50
60
0 5 10 15 20 25
Força (N)
% A
rgila R
ecu
pera
da
Figura V.24 – Força (N) x % Argila Recuperada. Referente a argila A7.
Capítulo V – Discussão
112
Foi observado também que o poli (cloreto de dialildimetilamônio) de baixo
peso molecular e a N,N,N-trimetilquitosana foram os inibidores mais eficientes, tanto
da reatividade natural das argilas, como da tendência da argila a aderir ao metal.
Capítulo VI – Conclusões
113
CAPÍTULO VI
CONCLUSÕES E OBSERVAÇÕES IMPORTANTES
Capítulo VI – Conclusões
114
VI.1 – CONCLUSÃO
O novo ensaio proposto neste trabalho mostrou-se eficiente na identificação das
argilas (hidratadas) que possuem afinidade pelo metal. O ensaio também foi de
utilidade na comparação da eficiência dos inibidores. Usando-se a metodologia
proposta para o ensaio é possível caracterizar a tendência das argilas ao
enceramento de broca.
Dos inibidores estudados, os mais eficientes foram o poli (cloreto de
dialildimetilamônio) de baixo peso molecular e o polissacarídeo catiônico, N,N,N-
trimetilquitosana (TMQ). Esse último parece ser o mais indicado, devido ao fato
de ser biodegradável, não tóxico e bactericida. Uma outra vantagem que a TMQ
possui é de ser derivada da quitosana, que é um biopolímero derivado da quitina,
que é encontrada na carapaça e exoesqueleto de crustáceos e outras fontes.
Observou-se que há uma certa relação entre a reatividade natural das argilas e a
afinidade das mesmas (quando hidratadas) pelo metal. Pode-se observar que as
argilas hidratadas que apresentam afinidade pelo metal são, em geral reativas.
No entanto, o fato de serem reativas não significa que terão, necessariamente,
afinidade pelo metal. As argilas A6 e A7, por exemplo, são muito reativas, mas,
no entanto, possuem pouca afinidade pelo metal.
Observou-se que um bom inibidor para a reatividade natural das argilas poderá
ser também um bom inibidor da afinidade das argilas pelo metal.
Capítulo VII – Referências bibliográficas
115
CAPÍTULO VII
REFERÊNCIAS BIBLIOGÁFICAS
Capítulo VII – Referências bibliográficas
116
VII - REFERÊNCIAS BIBLIOGÁFICAS
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Capítulo VII – Referências bibliográficas
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