Síntese e caracterização de nanotubos de haloisita a partir de argilominerais presente em rejeitos de mineração de ferro.

Abstract

A crescente demanda mundial por minério de ferro e a viabilização da lavra de minérios de mais baixa qualidade tem motivado estudos que visam o reaproveitamento dos materiais contidos nos rejeitos de mineração de ferro (RMF). Em geral, a composição mineralógica dos RMF é: hematita, goethita, gibbsita, muscovita, quartzo e caulinita. A caulinita é um argilomineral pertencente ao grupo do caulim e ocorre em forma de placas planas. A caulinita pode ser submetida ao processo de intercalação que é usado como estratégia para expandir o espaço intercamadas de argilominerais. Os métodos de intercalação e delaminação da caulinita são amplamente utilizados para obtenção de nanotubos de aluminossilicatos com estrutura semelhante à haloisita. A intercalação, delaminação e enrolamento das camadas planas de caulinita podem ser realizadas por métodos em uma etapa, onde a intercalação e inchamento ocorrem ao mesmo tempo, ou duas etapas, onde a intercalação e inchamento ocorrem separadamente. Haloisita nanotubular (HNT) é a morfologia mais comum de ocorrência do argilomineral haloisita que pertence ao grupo do caulim e, semelhante à caulinita trata-se de um filossilicato onde cada camada é formada por uma folha octaédrica de alumina e uma folha tetraédrica de sílica, em uma razão estequiométrica 1:1. O objetivo principal deste trabalho foi avaliar o uso da caulinita presente no RMF na síntese de estruturas nanotubulares semelhantes à HNT. Amostras de caulim (Standard Amazon), caulinita e haloisita de elevada pureza obtidas comercialmente foram usadas como materiais de referência. Neste estudo, a segregação da caulinita foi realizada por meio da lixiviação ácida do RMF. Três etapas foram rigorosamente controladas para que o procedimento sintético ocorresse de maneira efetiva: pré-intercalação da caulinita utilizando dimetilsulfóxido; obtenção da caulinita metóxi-modificada; intercalação da metóxi-caulinita com moléculas orgânicas adequadas. Cloreto de cetiltrimetilamônio e Brometo de cetiltrimetilamônio foram utilizados para sintetizar nanotubos de aluminossilicato pelo método de uma etapa. Hexilamina foi utilizada para o procedimento em duas etapas. Resultados de difração de raios-X mostraram que as amostra de referência e a amostra da fração insolúvel em ácido do RMF eram compostas essencialmente por caulinita. A lixiviação mostrou-se eficiente para concentrar a caulinita, variando de 9,7% de caulinita no RMF para 56% no produto segregado. Os procedimentos de pré-intercalação se mostraram muito promissores em intervir na estrutura da caulinita, em que o valor de 𝑑001 aumentou de 7,09Å para 11,40Å no produto pré-intercalado, sem evidência de perda de cristalinidade. Os resultados da espectroscopia Mössbauer indicaram a ocorrência de Fe3+ estrutural na caulinita em todas as amostras utilizadas como matéria prima. Aparentemente a presença desses íons não interferiu no processo sintético. Por outro lado, o Fe2+ identificado na caulinita da Amazônia afeta diretamente os processos de intercalação e alteração morfológica. Imagens de MEV FEG indicaram a transformação morfológica da caulinita planar para nanotubos de caulinita semelhantes a haloisita padrão. Entretanto, a formação de estruturas nanotubulares se mostrou dependente não apenas dos procedimentos de modificação intercamadas da caulinita, mas também do tipo de espécie convidada e do tamanho de partícula do argilomineral utilizado como matéria prima.