Aplicação das cinzas da indústria sucroalcooleira como biopozolanas e K-fertilizante: cana-de-açúcar e cana-energia

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Lyra, Gabriela Pitolli
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Adições minerais pozolânicas; Avaliação de ciclo de vida; Cimento Portland; Life cycle assessment; Portland cement; Potássio; Potassium; Pozzolanic mineral additions; Valorização de subprodutos agroindustriais; Valorization of agro-industrial by-products
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/74/74133/tde-07022024-093349/

Uma alternativa para diminuir o consumo de matérias-primas e os impactos ambientais oriundos da produção do cimento Portland é a substituição parcial do clínquer por adições minerais utilizando subprodutos agroindustriais. A presente pesquisa teve como objetivo investigar os efeitos da extração de potássio na reatividade das biopozolanas de cinzas puras de cana-de-açúcar e de cana-energia, e avaliar os potenciais ganhos ambientais do seu uso em compósitos de cimento Portland, buscando produzir cinzas reativas e sustentáveis que possam ser utilizadas como pozolanas e o potássio para aplicação como fertilizante. A cana-energia e a cana-de-açúcar foram caracterizadas morfologicamente utilizando um microscópio eletrônico de varredura e espectroscopia de energia dispersiva de raios-X, e o solo coletado durante a extração de ambas as variedades analisados. Ambas as canas foram calcinadas a uma temperatura de 600 °C com taxa de aquecimento de 4 °C/min e tempo de exposição máximo de 120 min. Após a queima, as cinzas foram lavadas para a extração do potássio, cloro e enxofre e moídas de modo a obter a mesma faixa granulométrica, em seguida foi realizada a análise da solução extraída da lavagem, e nas cinzas as análises de massa específica real, granulometria a laser, fluorescência de raios-X, perda ao fogo, difração de raios-X, termogravimetria, microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia de energia dispersiva e determinação de sílica amorfa e cristalina. Em pastas de hidróxido de cálcio e cinzas, foram realizadas análise de fixação de cal por termogravimetria, microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia de energia dispersiva, avaliação de reatividade pozolânica por condutividade e pH e método de Frattini. Em pastas de cimento e cinzas foi realizado o ensaio de porosidade por intrusão de mercúrio. Foi avaliada a influência das cinzas da cana-energia, da cana-de-açúcar e da sílica ativa no desempenho de argamassas de cimento Portland, com os ensaios de massa específica, absorção de água, porosidade aparente, resistência à compressão e carbonatação acelerada. Utilizou-se a técnica de avaliação de ciclo de vida para avaliação dos impactos ambientais potenciais das argamassas com substituição parcial de cinza da cana-energia, cinza da cana-de-açúcar e a sílica ativa em comparação com a argamassa referência (sem substituições). A queima da cana-energia gera 78% a mais de cinzas por hectare em relação a cana convencional, as cinzas da folha da cana-energia apresentaram maior quantidade de sílica do que as de cana-de-açúcar, já os talos apresentaram um alto teor de potássio. A análise da solução da lavagem das cinzas indicou a possibilidade da utilização dessa solução na fertirrigação devido aos altos valores de potássio e enxofre que foram solubilizados na água. A sílica ativa, a folha da cana-de-açúcar, a folha da cana-energia, e a mescla da cana-energia (colmo e folha) foram as cinzas que apresentaram alta pozolanicidade. Sendo as argamassas referência, com substituição de 10 % de cinza-de-açúcar, e 10 % de cana-energia as que apresentaram os melhores resultados de resistência mecânica. No geral a substituição de teores acima de 10 % de cinzas de cana-de-açúcar e cana-energia melhoram o desempenho ambiental das argamassas consideravelmente, devido ao menor consumo de cimento, aos coprodutos gerados na extração da sacarose, como por exemplo torta de filtro e vinhaça, e ao potássio extraído da lavagem da cinza, que evitam a produção de agroquímicos para a agricultura. Levando em conta o desempenho ambiental e a resistência a compressão as argamassas com os melhores resultados são as com 10 % de cana-energia, pois atingem a maior resistência a compressão e bons valores de desempenhos ambiental. Assim as cinzas provenientes da cana-de-açúcar e da cana-energia, podem ser utilizadas para a incorporação em compósitos cimentícios, principalmente a cinza da cana-energia. Porém o potássio e o cloro devem ser extraídos até que esteja dentro de níveis aceitáveis para a utilização em compósitos cimentícios.