As crescentes preocupações com os resíduos industriais têm encorajado os cientistas a procurar formas de reutilizar materiais que de outra forma seriam descartados. Um resíduo como a lama vermelha, um material residual criado durante a produção de alumínio. Grandes quantidades deste resíduo vermelho acumulam-se todos os anos e são armazenadas em grandes áreas de contenção, muitas vezes representando riscos ambientais. Encontrar novos usos para este material reduz a poluição, ao mesmo tempo que apoia práticas de construção sustentáveis. Portanto, os pesquisadores estão investigando como o solo vermelho pode ser transformado em materiais de construção fortes e ecologicamente corretos.
O professor Bing Bai e o Dr. Fan Bai da Universidade Jiaotong de Pequim trabalharam com Qinghe Nie e Xiangxin Jia do China Hebei Construction and Geotechnical Investigation Group Ltd. A equipe pretendia desenvolver um material de construção duro chamado geopolímero, um tipo de pedra artificial formada quando pós ricos em minerais reagem com líquidos alcalinos para endurecer em uma massa sólida. Sua pesquisa, publicada na revista Powder Technology, revisada por pares, examina como as condições de fabricação – temperatura, composição da mistura e aditivos químicos – afetam a resistência e a estabilidade do produto final.
Os testes realizados pela equipe mostraram que o controle cuidadoso do processo de fabricação pode melhorar significativamente o desempenho do produto. Durante o experimento, a lama vermelha foi misturada com diversos tipos de cinzas e depois tratada com soluções alcalinas, líquidos contendo compostos químicos básicos capazes de induzir reações entre os minerais. Quando a mistura foi mantida em temperaturas moderadamente quentes em vez de condições ambientais, as reações responsáveis pela formação da estrutura sólida ocorreram mais rapidamente. O professor Pai explicou a importância desta etapa, dizendo: “A temperatura relativamente alta irá acelerar o processo de geopolimerização e reduzir o tempo necessário para moldar as amostras”. A geopolimerização é um processo químico no qual os minerais dissolvidos se aglutinam e gradualmente formam um material semelhante a uma rocha. Em termos simples, o calor adicionado ajuda os materiais a reagir e a coalescer mais rapidamente, criando um material sólido adequado para uso em construção.
Notavelmente, o estudo revelou que este hipotético material compósito pode atingir uma resistência muito elevada nas condições certas. Quando os pesquisadores usaram uma combinação de soluções ativadoras e permitiram que a mistura curasse sob calor, o material resultante desenvolveu uma resistência comparável à do cimento de construção de alta qualidade após várias semanas de cura. A resistência à compressão deste material precursor é semelhante à do cimento comercial forte utilizado em muitos projetos de construção. A resistência à compressão refere-se à quantidade de tensão que um material pode suportar antes de rachar ou quebrar, uma propriedade importante para materiais de construção. Esse desempenho faz com que os resíduos industriais reciclados desempenhem um papel significativo no desenvolvimento de materiais de construção ultra-fortes.
Observações adicionais ajudaram a explicar por que a matéria muda tão fortemente. Quando a cinza volante é exposta à solução de ativação, seus principais componentes inorgânicos são dissolvidos e reconstituídos em uma substância semelhante a um gel que atua como agente de ligação. Esse material é denominado gel de polialuminossilicato, que é uma cola de base mineral feita de alumínio, silício e oxigênio, formada quando esses elementos reagem em condições alcalinas. O gel preenche gradualmente os espaços entre as partículas e as une em uma estrutura densa e estável. Em misturas contendo cinzas volantes ricas em cálcio, ocorre outra reação útil, que forma um material de ligação adicional denominado gel de hidrato de silicato de cálcio, o mesmo material de ligação principal encontrado no cimento comum. Isto fortaleceu ainda mais o material e reduziu os espaços vazios dentro dele. Imagens tiradas com microscópios potentes confirmaram que a estrutura interna estava bem compactada e bem conectada, ajudando a explicar o aumento da vida útil.
A atenção cuidadosa às condições de cura também é importante. A cura refere-se ao período durante o qual o material recém-formado endurece lentamente e ganha resistência. A manutenção de um teor de umidade adequado nesta fase evita rachaduras na estrutura do material. Ao mesmo tempo, limitar a quantidade de solução alcalina utilizada na mistura evita a formação de depósitos minerais brancos na superfície chamados eflorescências, um resíduo pulverulento que aparece quando os sais dissolvidos migram para a superfície e cristalizam. Evitar esse efeito ajuda a manter a durabilidade e a aparência do produto. Estas descobertas mostram que mesmo pequenas mudanças nos métodos de produção podem afetar o desempenho final do produto.
Tomados em conjunto, os resultados demonstram como os resíduos da indústria pesada podem ser transformados em recursos valiosos através de um design científico criterioso. Ao combinar lama vermelha e cinzas – dois materiais frequentemente considerados subprodutos indesejados – os pesquisadores criaram um material de construção durável com resistência impressionante. Essas alternativas criativas reduzem a necessidade de cimento tradicional, cuja produção exige muita energia e contribui significativamente para as emissões de carbono.
Olhando para o futuro, descobertas como estas apoiam o desenvolvimento de tecnologias de construção mais ecológicas. A conversão de resíduos industriais em materiais de construção fiáveis não só aborda os desafios de eliminação ambiental, mas também oferece novas oportunidades para infra-estruturas sustentáveis. Este trabalho de pesquisa está na vanguarda da comunidade acadêmica internacional. Através de pesquisas e testes contínuos, os materiais à base de lama vermelha acabarão por se tornar uma opção viável para estradas, fundações e outros projetos de engenharia.
Nota de diário
Bai Bing, Bai Fan, Nie Qinghe, Jia Xiangxin. “Geopolímero de cinza de lama vermelha de alta resistência e efeitos da temperatura de cura.” Tecnologia de pó, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2023.118242
Sobre o autor
menino pingue Nascido em outubro de 1966, é professor na Universidade Jiaotong de Pequim, Pequim, China. Seus interesses de pesquisa incluem engenharia geoambiental, teoria da integração térmica, teoria do transporte de poluentes e métodos de controle. Dedicou-se à poluição do solo, tratamento de resíduos sólidos e meio ambiente geotécnico. Ele desenvolveu uma teoria que descreve a troca de metais pesados e partículas suspensas, considerando a temperatura em meios porosos e propôs um modelo não linear de déficit de acoplamento com histerese adequado para substâncias que variam em tamanho, desde íons até partículas grandes. Ele desenvolveu materiais geopolímeros à base de argila vermelha de alto desempenho que forneceram importantes ideias de pesquisa e tecnologias para utilização de resíduos sólidos.
Publicou mais de 200 artigos acadêmicos em revistas acadêmicas internacionais e editou 10 monografias acadêmicas e livros didáticos. Em 2023, ele recebeu o Prêmio de Ciências Naturais de Pequim e o Prêmio de Ciências Naturais do Ministério da Educação da República Popular da China em 2022 por sua excelente pesquisa científica como o primeiro ganhador completo. Ele foi nomeado para as biografias dos “2% melhores cientistas do mundo” da Universidade de Stanford por vários anos consecutivos. Ele ganhou o “Prêmio Scott Sloan de Melhor Artigo em 2021” nomeado por Fellow da Royal Society. Foi nomeado para o Prémio Eni 2023, um prémio reconhecido internacionalmente na área da energia e ambiente. Ele foi premiado com a 15ª Medalha de Cientista pela Associação Internacional de Materiais Avançados (IAAM) e foi admitido como Fellow da IAAM em 2024. Ele atua como membro da equipe editorial da Rocktech e como membro da equipe de engenharia da Rocktech. China. Ele é membro de vários grupos profissionais, como o Diretor da Seção de Mecânica e Engenharia de Solos da China.
