Processo laboratorial para formação de silicato de sódio

EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 1 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO PROCESSO LABORATORIAL: SOLUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO Rio de Janeiro, 19 de dezembro de 2012. ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. A REV. B REV. C REV. D REV. E REV. F REV. G REV. H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ, SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE. EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 2 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 2 PRINCIPAIS ROTAS TECNOLÓGICAS 2.1 2.2 2.3 3 4 5 6 7 8 9 Processo utilizando soda cáustica Processo utilizando carbonato de sódio ou sulfato de sódio Processo utilizando cinzas de casca de arroz 3 4 4 5 7 9 12 14 14 20 22 22 PRINCIPAIS APLICAÇÕES DOS PRODUTOS TRATAMENTO DE RESÍDUOS REQUISITOS DE FUNCIONAMENTO E DESEMPENHO MÉTODOS DE ENSAIO PLANEJAMENTO DO PROCESSO CRONOGRAMA DO PROJETO REFERÊNCIAS ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. A REV. B REV. C REV. D REV. E REV. F REV. G REV. H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ, SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE. A REV. Apresenta uma coloração que varia de turvo. G REV. H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ.0 solução 1% 1088 ° C – Vidro de silicato Não inflamável para silicato de sódio Não é inflamável Não é inflamável 1. ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. acinzentado e esverdeado a rósea. acinzentado. F REV.370 g/l a 1. SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE. C REV. As principais propriedades físico-químicas podem ser observadas na Tabela 1. . esverdeado a rósea Inodoro 10. D REV.5 a 12. 2007.EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 3 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO LEVANTAMENTO DO ESTADO DA ARTE 1 INTRODUÇÃO O silicato de sódio consiste em uma solução aquosa constituída por SiO2 (dióxido de silício) e Na2O (óxido de sódio). E REV.600 g/l Miscível em água Fonte: KINDUKERN. Tabela 1 – Caracteristicas físico-químicas do Silicato de Sódio Propriedade Estado físico Forma Cor Odor pH Ponto de fusão Ponto de fulgor Temperatura de autoignição Limites de explosividade superior/inferior Massa Específica Solubilidade Caracterização Líquido Viscoso Líquido turvo. B REV. 2012). . SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE. OXYCHEM.EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 4 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO Através da variação da relação ponderal entre ambos os óxidos constituintes e o teor de sólidos da solução. Também é conhecido como vidro líquido (KINDUKERN. diretamente pelo aquecimento em autoclaves de minerais siliciosos (areia.Em soluções de hidróxido de sódio (NaOH). . Os vários graus de silicato de sódio líquido são produzidos através da variação da proporção álcali / sílica e o teor de sólidos (OXYCHEM. opala.Fusão de sílica com carbonato de sódio (Na2CO3) a 1300 ºC. A REV. A reação pode ser observada abaixo: nSiO2 + 2NaOH  nSiO2Na2O + H2O ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. . diatomita. H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ. fraturado e carregado para dentro dos vasos em que é dissolvido sob pressão de água quente e vapor. C REV. B REV. 2005): . também a 1300 ºC. 2. F REV. 2012). etc). E REV. 2 PRINCIPAIS ROTAS TECNOLÓGICAS Industrialmente. O vidro fundido é arrefecido. com características específicas para cada utilização nos diversos segmentos de mercado. . 2007.1 Processo utilizando soda cáustica O Silicato de sódio é produzido por fusão de areia siliciosa de a alta pureza e hidróxido de sódio em fornos a 1300ºC. os silicatos de sódio são preparados pelos métodos (FERREIRA. a alta temperatura e pressão.Pela ação do vapor de água em uma mistura fortemente aquecida de areia e cloreto de sódio. D REV. calcedônia.Fusão de sílica com sulfato de sódio (Na2SO4). pode-se obter especificações variadas de silicatos de sódio. G REV. ou sulfato de sódio e areia siliciosa.2 Processo utilizando carbonato de sódio ou sulfato de sódio Consiste em um processo térmico. SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE. pode-se observar uma esquematização da fabricação de silicato de sódio pelo processo utilizado pela Oxychem®. D REV. H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ. F REV. Figura 1– Fabricação Silicato de Sódio – processo em fase líquida Fonte: OXYCHEM. C REV. B REV.EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 5 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO Na Figura 1. E REV. A REV. As proporções dos constituintes (SiO2 e Na2O) no produto final são definidas pelo doseamento realizado no processo ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. onde as matérias-primas são o carbonato de sódio e areia siliciosa. . G REV. 2012 2. pode-se observar uma esquematização da fabricação de silicato de sódio a partir deste processo. O processo baseia-se na fusão alcalina. Figura 2 . A REV. . 2011). D REV. B REV. H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ. F REV. a alta temperatura (SOLVAY. variando continuamente. G REV. C REV. 2011 As etapas do processo são: ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. Na Figura 2. O processo pode ser resumido pela equação global: Na2(CO3) + nSiO2  nSiO2Na2O + CO2 Onde n pode tomar valores não inteiros.EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 6 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO inicial de preparação da mistura. E REV. SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE.Fabricação Silicato de Sódio – processo com carbonato Fonte: SOLVAY. KALAPATHY. SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE. F REV. Dissolução: O produto. 2.3 Processo utilizando cinzas de casca de arroz Caracteriza-se por um processo laboratorial em baixas escalas. A sílica não dissolvida. São utilizadas as seguintes matérias-primas: cinzas de casca de arroz como fonte de sílica e hidróxido de sódio como fonte de álcali (FOLETTO et al. C REV. A conversão da sílica presente na cinza à silicato foi determinada através de balanço de massa. A REV. B REV. que posteriormente foi secada. PROCTOR. Foram analisadas as variáveis razão NaOH/SiO2. presente no resíduo ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. previamente doseados. G REV. que se apresenta sob a forma de um sólido vitroso. Fusão: A fusão é realizada a alta temperatura (1200 a 1400ºC) por queima de óleo combustível. consegue-se uma solução aquosa de silicato de sódio. D REV. 2. acoplado a uma manta de aquecimento. As reações em sistema fechado foram realizadas no interior de autoclaves de aço inoxidável. lavada e pesada. os ensaios foram realizados em balão de fundo redondo adaptado a um condensador de refluxo. para gerar sílica-gel. E REV. 3. razão H2O/SiO2. 2006. H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ. PRASAD. SHULTZ. recobertas internamente com copos de teflon. sob pressão de vapor e em contato com água. são misturados por processo mecânico. FOLETTO et al (2006) utilizou cinzas de casca de arroz como fonte de sílica e hidróxido de sódio como fonte de álcali para a produção do silicato de sódio. A sílica dissolvida em solução foi quantificada neutralizando o silicato com ácido sulfúrico. PANDEY 2011).EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 7 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO 1. é seguidamente introduzido em autoclaves. sistema e tempo de reação e temperatura. Preparação da mistura: O carbonato de sódio e a areia siliciosa. Em sistema aberto. 2000. . B REV. Agitou-se por duas horas e filtrou a mistura com papel de filtro Whatman n° 41. Lavou-se as cinzas de casca de arroz com 100 mL de água. G REV. C REV. SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE. porém o objeto do trabalho era a obtenção de gel de silicato de sódio. respectivamente. constatou-se que a conversão aumenta com o aumento do tempo e temperatura de reação. 3. Além disso. Kalapathy et al (2000) verificou que utilizando uma solução de hidróxido de sódio 1 N. Nos ensaios realizados por Foletto et al (2006) constatou-se que. em hidróxido de sódio aquoso. . permanecendo estáveis os resultados para tempos superiores.EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 8 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO gerado. A solução resultante foi filtrada e os resíduos de carbono foram removidos com 100 mL de água fervente. Kalapathy et al (2000) utilizou uma metodologia distinta. a variação da conversão de silício à silicato é pouco influenciada pelas razões NaOH/SiO2 e H2O/SiO2. H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ. Para todos os ensaios. 60 mL de NaOH 1N foram adicionados às cinzas e fervido em Erlenmeyer coberto durante 1 hora sob agitação constante para dissolver a sílica e produzir uma solução de silicato de sódio. O pH desta mistura foi ajustado para 1. Além dos métodos citados. A patente EP168976 A1 descreve o processo desenvolvido pela Universiti Teknologi Malaysia Handam. um aerogel de sílica. a lavagem das cinzas de casca de arroz com solução ácido ou em pH 7 garantem um rendimento de sílica de 91% comparados a 89% quando não há a lavagem. obtém-se rendimento de sílica de 91% no processo de extração. afim de remover pequenas quantidade de minerais antes da extração de sílica das cinzas de casca de arroz. onde obteve-se conversões máximas de 78 e 92 %. visando elaborar o balanço de massa em termos de sílica. pode-se citar as temperaturas de 100°C e 200°C. Como exemplo. De acordo com este procedimento. 5 ou 7 usando HCl 6 N e 1 N. F REV. foi determinada pelo método gravimétrico por volatilização com ácido fluorídrico. E REV. D REV. A REV. de ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. para o tempo reacional de uma hora. inúmeros processos utilizando cinzas de casca de arroz para obtenção de silicato de sódio foram patenteados. para 1 hora de reação. Até a etapa de produção da solução de silicato de sódio. é produzido por dissolução de cinza de casca de arroz. a metodologia usada por Kalapathy et al (2000) consistiu na pesagem de 10g de cinzas de casca de arroz e adição de 60 mL de água destilada. contendo de 1 a 16% em peso. mais preferencialmente de cerca de 1:3. de SiO2.1:04. F REV.2012. G REV. D REV. ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. a adição de ácido sulfúrico concentrado à solução resultante converte o silicato de sódio produz um hidrogel de sílica. Exemplos de aplicação incluem (OXYCHEM. SOLVAY. A patente EP0301857 A2 desenvolvida por Jesse Roy Corner propõe um método de produção de silicatos solúveis. b. dissolvendo cinzas de casca de arroz numa solução de álcali forte eficaz para produzir o silicato solúvel na presença de um agente de descoloração preventiva dispersas em uma quantidade suficiente para evitar a descoloração da sílica solúvel por metais polivalentes. 2011). C REV. que formam uma película protetora na superfície da área.2012. para produzir uma solução de silicato de sódio. A REV.33. inibindo a corrosão em sistema de água potável e de uso industrial. Tratamento de Água: Para proteger metais e tubulações do ataque corrosivo. . H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ. pois funciona como “sequestrador” de ferro e manganês (OXYCHEM. 2011).EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 9 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO preferência a uma razão Na2O/Si02 de 01:03 . É empregado como fonte de sílica solúvel na produção do dióxido de titânio auxiliando na estabilidade e dispersão da tinta (OXYCHEM. Pigmentos e Tintas O Silicato de Sódio é utilizado na produção de pigmentos. que varia de acordo com a composição deste. O Silicato também previne a coloração da água. SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE.2012. 3 PRINCIPAIS APLICAÇÕES DOS PRODUTOS Silicato de Sódio é um produto químico de amplo espectro de aplicação. SOLVAY. indica-se a utilização dos Silicatos de Sódio. 2011): a. E REV. B REV. SOLVAY. fundações. B REV. pastilhas e porcelanatos (OXYCHEM. agente fluidificante de produtos químicos sólidos e como suporte para matéria ativa em compostos químicos (OXYCHEM. C REV. A REV. SOLVAY.2012.2012. galerias.EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 10 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO c. d. 2011). SOLVAY. e. Esta técnica ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. . mantendo o pH exigido do processo (OXYCHEM. Zeólitas e Catalisadores. revestimentos para parede. que agrega as partículas do Solo que deve suportar cargas pesadas ou que é permeável á água. f. Sílica Gel. Cimentos e refratários O Silicato de Sódio e /ou Metassilicato de Sódio Pentahidratado atua como um agente ligante na produção de cimentos refratários podendo ser exposto a altas temperaturas. Também são utilizados na produção de cimentos antiácidos e na produção de isolantes térmicos. Consolidação de solos O método de Consolidação se baseia na formação de um gel silicioso partindo do Silicato de Sódio e um reagente apropriado. SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE. O Silicato de Sódio é utilizado na fabricação de impermeabilizantes de paredes e lajes. na abertura de túneis. removendo sujeira. devido a sua ação como sequestrante do ferro. H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ. SOLVAY. Por sua alcalinidade. A Sílica Precipitada é largamente empregada como fonte de sílica amorfa e reativa. manganês e cobre. resistência mecânica e química. óleos e graxas do tecido e funciona como um agente de antiredeposição. possui ação de detergência e buffer. apresentando dureza. E REV. 2011).2012. Indústria Química O Silicato de Sódio é utilizado como fonte de sílica hidratada e solúvel na produção de Sílica Precipitada. F REV. D REV. agente antiumectante. O Silicato também auxilia o processo de lavagem como um agente de tamponamento. Sílica Coloidal. Sílicoaluminatos de Sódio. 2011). G REV. São utilizados também como aditivos para acelerar a cura do cimento e na fabricação de portas corta fogos e divisórias de paredes. vedação de infiltração no subsolo e construção de estradas. Também é utilizado na defloculação da argila na produção de pisos. Têxtil Na indústria têxtil o Silicato de Sódio e /ou Metassilicato de Sódio Pentahidratado é utilizado como estabilizador do peróxido de hidrogênio no processo de alvejamento do algodão e na lavagem e estonagem de jeans. Indústria de bebidas. SOLVAY. C REV. papel corrugado. SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE. Adesivos Silicato de Sódio é utilizado na produção de adesivos destinados à indústria de tubetes. etc (OXYCHEM. F REV. cerâmicas.  Detergente em pó para máquina de lavar louças.EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 11 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO permite a execução de projetos que de outra forma parecem ser impraticáveis (OXYCHEM. i. 2011). barricas. o principal agressor ao meio ambiente.  Detergente para uso industrial: Laticínios. g. auxiliando a antiredeposição da sujeira e inibindo a corrosão do processo (OXYCHEM. 2011). O Silicato de Sódio e o Metassilicato de Sódio Pentahidratado são utilizados nas indústrias para fabricação dos mais diversos tipos de detergente devido a seu poder de limpeza e remoção de óleos e graxas e por ser um agente de tamponamento. A REV. calcita. h. fundição. caulim.  Detergente em pó para a linha institucional. D REV. entre outros. É utilizado como um agente dispersante (defloculante) no processo de beneficiamento de minérios como areia. H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ. . ferro. quartzo. G REV. barita. cobre e manganês. assim possibilita o clareamento dos tecidos. Dentre as principais aplicações destacamos:  Detergente em pó para lavar roupas. entre outros. SOLVAY. 2011). potencializando o alvejamento (OXYCHEM. Frigoríficos. SOLVAY. B REV. fluorita. SOLVAY.2012. Durante o processo de desidratação (perda de água) da solução de Silicato de Sódio.2012. Lavanderia Industrial e Hospitalar. ocorre um aumento de sua viscosidade. dolomita. E REV. O Zeólito remove íons de metais pesados. tornando o produto pegajoso até que haja sua ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV.2012. como substituto do tripolifosfato de sódio. fibra de vidros. Detergentes O Zeólito é utilizado na fabricação de detergente em pó ecologicamente correto. Mineração O Silicato de Sódio auxilia na dispersão das partículas de argilas melhorando dessa maneira a eficiência do processo de beneficiamento.2012. 2011). não-ferrosos. SOLVAY. Em relação ao processo de fabricação de silicato de sódio a partir de cinzas de arroz. óxido de alumínio. óxido de potássio. Com o objetivo de eliminar esses efeitos. Os mais ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. quando misturado e moldado reage com o gás carbônico (CO 2) e provoca o endurecimento dos moldes e machos. óxido de manganês e óxido de ferro II. metais e ligas na moldagem e macharia. SOLVAY. baixo custo e facilidade de manuseio. que objetivam determinar a menor quantidade de defloculante necessária para conduzir as suspensões a seus menores valores de viscosidade aparente (OXYCHEM. O Silicato é adicionado à areia. C REV. deixando o mesmo pronto para aplicação do fundido (OXYCHEM. D REV.2012. 2011). a eficiência dos defloculantes é comumente investigada através das curvas de defloculação. F REV. Em laboratório.2012. SOLVAY. óxido de cálcio. óxido de sódio. cinzas de casca de arroz apresentam em sua composição química. SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE.2012. B REV. o Silicato de Sódio é empregado nas fundições de ferrosos. Fundição Devido a sua simplicidade. pela formação de aglomerados. G REV. E REV. j. as forças de Van der Waals atuam no sentido da desestabilização das suspensões. A REV. k. 2011). é utilizado o Silicato de Sódio alcalino que neutraliza essa reatividade entre as partículas. produzindo uma camada vítrea aderente. Cerâmica Em virtude das elevadas energias superficiais que apresentam os pós cerâmicos quando em meio líquido. 2011). óxido de manganês. de acordo com Foletto et al (2006). 4 TRATAMENTO DE RESÍDUOS No levantamento bibliográfico. não foram localizadas referências abordando o tratamento de resíduos industriais provenientes do processo de fabricação do silicato de sódio. .EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 12 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO cura total. com a função de agente aglomerante no processo SILICATO / CO2. H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ. seca e resistente (OXYCHEM. óxido de silício. cálcio. ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. E REV. potássio. G REV. Os resíduos metálicos podem ser removidos através de reações visando a precipitação. SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE. B REV.EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 13 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO comuns oligoelementos em cinzas de casca de arroz são sódio. C REV. . D REV. Numa etapa posterior o precipitado pode ser removido através do processo de decantação. H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ. ferro. magnésio. de acordo com pH do meio. cobre. por exemplo. F REV. manganês e zinco. A REV. GRADE 40 OXYCHEM Propriedade Máximo Mínimo Densidade (Gaus Baumé a 20°C) Massa específica (a 20°C) Monóxido de sódio (% Na2O) Sílica (% SiO2) Água (%H2O) Sólidos totais (%) Razão em massa (SiO2 / Na2O) Viscosidade (Centipoise a 20°C) 41.48 37.74 60. SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE.78 28.0 1.17 165 42.EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 14 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO ENTRADA DO PROJETO 5 REQUISITOS DE FUNCIONAMENTO E DESEMPENHO O Objetivo do presente processo consiste em produzir uma solução de silicato de sódio com propriedades similares ao Grade 40 da Oxychem utilizando como matéria-prima cinzas da casca de arroz. realiza-se alguns ensaios: a) Determinação da densidade A densidade de uma solução líquida de silicato de sódio é geralmente medida a 20°C usando um densímetro de Baumé padronizado.38 29. G REV. C REV. E REV. B REV. A REV.52 3.74 62. O silicato de sódio produzido pela Oxychem possui as propriedades mostradas na Tabela 2. A medição pode ocorrer diretamente ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. F REV.0 1.408 9.394 8. Tabela 2 – Especificação das propriedades do Silicato de Sódio SILICATO DE SÓDIO LÍQUIDO . H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ.27 245 6 MÉTODOS DE ENSAIO A fim de verificar a similaridade do produto obtido com o silicato de sódio grade 40 da Oxychem.12 3.88 39. D REV. . 6 71.5 2.4 0.8 2.0 3. Nesse último caso.9 54.7 0.7 3.7 82. H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ.0 65.0 26.1 76.8 43. SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE.2 37.0 2. A REV. é possível calcular a massa específica da solução: Tabela 3 – Correção da Densidade de Baumé para soluções de silicato de sódio Grade 40 medidos em teperaturas distintas de 20°C Temperatura (°C) 4.2 0. B Ação Subtrair Subtrair Subtrair Somar Somar Somar Somar Somar Somar Somar Somar Somar Somar Somar Somar Somar Somar REV. F REV.8 93.2 0. D REV.6 0.4 60.0 15.3 2.3 48. . Através da densidade de Baumé. G REV.5 0. E REV.1 1.6 1.2 87.4 10.EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 15 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO a 20°C ou em outras temperaturas. C Correlação de Baumé 0.7 32.0 0.6 20.3 100 ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV.9 1.3 1.2 REV. é necessária a realização de uma correlação conforme a Tabela 3. . D REV. F REV. Uma alíquota de 50 ml é então titulado com 0. d) Percentagem dióxido de silício A percentagem de dióxido de silício é calculada através da subtração da % de óxido de sódio da % de sólidos totais: ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ. Deve-se repetir as operações de aquecimento por 30 minutos e resfriamento até peso constante. Posteriormente a cápsula com a amostra deve ser aquecida em estufa a 105°C por cerca de 2 horas. Devese evaporar o excesso de líquido presente em banho-maria. E REV. G REV. c) Percentagem de óxido de sódio O teor de óxido de sódio presente na solução de silicato de sódio é determinado por uma titulação química de uma amostra com um padrão de ácido clorídrico de pH 4.2 N HCI.EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 16 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO b) Sólidos Totais O procedimento para determinação de sólido totais consiste em transferir uma amostra de 10 gramas para uma cápsula de platina ou porcelana previamente aquecida a 105ºC por 2 horas. esfriada em dessecador até a temperatura ambiente e pesada.3 usando um medidor de pH ou um indicador apropriado como o alaranjado de metila. B REV. SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE. C REV. resfriada em dessecador até a temperatura ambiente e pesada. O procedimento usual é exatamente pesar uma amostra de 25 gramas do silicato e diluir para 500 ml com água desionizada. A REV. C REV. ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. E REV. Outro método envolve a correlação entre densidade de Baumé e viscosidade a 20°C através do Gráfico 1. Também é possível a determinação desta razão através da correlação entre a densidade de Baumé e a quantidade de sólidos totais ( Gráfico 2). A REV. Gráfico 1 – Correlação entre densidade de Baumé e viscosidade para várias razões SiO2/Na2O. F REV. SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE.EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 17 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO e) Razão SiO2/Na2O Pode ser calculada através da razão da % SiO2 pela % Na2O. G REV. D REV. H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ. B REV. . f) Viscosidade A viscosidade de soluções de silicato de sódio pode ser determinada por uma viscosímetro de Stormer ou um Viscosímetro de Brookfield. D REV. B REV. Leituras podem ser tomadas em outras temperaturas e extrapoladas para 20°C através do Gráfico 3. G REV. H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ.EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 18 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO Gráfico 2 – Correlação entre % sólidos totais e densidade de Baumé para várias razões SiO2/Na2O.75 = Centipoises).75 (Stormer segundos x 2. A REV. É fundamental a determinação precisa da temperatura da solução de silicato. ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. E REV. C REV. . A temperatura padrão para comunicação de dados de viscosidade é 20°C. além do cuidado com a calibração de instrumento. Os instrumentos devem ser normalizados em relação a óleos Bureau padrão na faixa de viscosidade do material que está sendo medido. SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE. O fator de conversão que usamos para converter segundos de Stormer em Centipoises é 2. Dados podem ser reportados como segundos de Stormer ou Centipoises. F REV. A REV. B REV. SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE. . F REV. C REV. G REV. ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. D REV. H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ.EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 19 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO Gráfico 3 – Variação da viscosidade com a temperatura para soluções de silicato de sódio da OxyChem. E REV. Ajusta-se o pH dessa mistura para 7 com a utilização de solução de HCl 1 N. papel de filtro. A REV. funil. estufa. SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE. B REV. E REV. placa de agitação. Uma determinada quantidade de CCA. deve ser pesada e adicionada a um balão de fundo redondo de 500 mL. adiciona-se essa massa a uma cápsula de porcelana e aquece o conjunto em um mufla até o aparecimento de um pó branco (indicando a queima do material carbônico presente na CCA). agitador magnético. Para tal. termômetro. equipamentos e aparelhagem necessários para o processo são: provetas. pesa-se 10 g da CCA previamente tratadas com HCl. Com base na % m/m de sílica nas CCA. O próximo procedimento a ser realizado consiste na determinação do percentual massa/massa de sílica nas cinzas de casca de arroz (CCA). Admite-se que a massa encontrada equivale à sílica. manta de aquecimento. As CCA devem ser secas à temperatura ambiente e posteriormente mantidas em um dessecador. A fim de remover pequenas quantidades de minerais. até a remoção da umidade presente. condensador de refluxo. 6 mL de água destilada. A mistura deve ser agitada por duas horas e filtrada. pHmetro. Erlenmeyer. solução de HCl 1 N e solução de NaOH 5 N. dessecador e balança. lignina e sílica. Os materiais. cápsula de porcelana. densímetro de Baumé. H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ. D REV. C REV.EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 20 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO PLANEJAMENTO DO PROJETO 7 PLANEJAMENTO DO PROCESSO Para produção de uma solução de silicato de sódio similar ao grade 40 da OxyChem serão necessários: cinzas de casca de arroz. encontra-se o %m/m. posteriormente deve-se lavar as CCA com água destilada. O conjunto é resfriado em dessecador até a temperatura ambiente e pesado. G REV. pipetas graduadas. realiza-se a pesagem da massa de CCA disponível e adiciona-se para cada 1 g de CCA. balão de fundo redondo. x. considera-se um ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. Viscosímetro de Brookfield. água destilada. . Dividindo-se a massa de sílica pela massa de CCA e multiplicando por 100. As cinzas de casca de arroz (CCA) são compostas predominantemente de celulose. F REV. ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ. C REV. serão analisadas as especificações do produto obtido de acordo com os itens a até f do capítulo 6 deste relatório em comparação a meta pretendida (Tabela 2).27. pode-se retornar com o resíduo da filtração para a etapa de extração com NaOH 5N. acoplado a uma manta de aquecimento por uma hora (controle da temperatura a aproximadamente 200 °C) sob agitação. a % em massa de SiO2. B REV. De acordo com o valor obtido. A REV. Ao fim do processo. calcula-se a quantidade em volume da solução de NaOH 5 N que deve ser adicionada para obtenção de uma razão de em massa SiO2/Na2O de 3. . Posteriormente. Esse valor deve ser comparado ao peso da solução de NaOH adicionada ao balão de fundo redonda e por diferença de peso. baseado nos experimentos de Foletto (2006). O balão de fundo redondo contendo as CCA e a solução de NaOH 5 N deve ser adaptado a condensador de refluxo. G REV. calcula-se quanto deve ser adicionado de água destilada para ajuste da % em massa de água. calcula-se a quantidade de NaOH 50% em massa que deve ser adiciona a solução para ajuste da razão em massa SiO2/Na2O entre 3. Com esse valor de sílica que será supostamente convertida. calcula-se a quantidade de SiO2 extraído das CCA. Dessa forma.EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 21 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO fator de conversão de segurança de sílica em silicato de 73%.17 e 3. de Na2O e de H2O. A solução resultante deve ser filtrada. D REV. SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE. A massa da solução de NaOH 5 N a ser adicionada ao balão de fundo redondo deve ser conhecida. Caso seja verificada uma baixa extração de sílica comparada com o resultado esperado de 90 %. as variáveis de processo manipuladas serão as concentrações mássicas de Na2O e H2O.27. F REV. Pesa-se a solução filtrada. E REV. Disponível em: <www. C REV. S. 2012. OLIVEIRA. GRATIERI.sbpcnet. 335 – 338. H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ.org. L. JAHN. G REV. 2006. E. FOLETTO. ajuste razão X SiO2/Na2O Análise das especificações – μeρ Análise das especificações – resíduos totais e %Na2O Análise dos resultados e elaboração relatório final Apresentação Final X X X X 9 REFERÊNCIAS FOLETTO. p. n. 2009. E REV. R. E. L.html>.EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 22 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO 8 CRONOGRAMA DO PROJETO O tempo previsto para execução do procedimento de obtenção da solução de silicato de sódio é de 5 horas e para a análise das especificações: 4 horas.. 3. L. GRATIERI. L. . Anais da 58ª Reunião Anual da SBPC. Na Tabela 4.. ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. B REV. JAHN.. L. D REV. F REV. E.. pode-se observar o cronograma previsto para as atividades. 9. v. Acesso em: 5 dez. Material Research. Produção de Silicatos solúvel a partir de sílica biogênica.br/livro/58ra/SENIOR/ RESUMOS/resumo_514.. Tabela 4 – Cronograma de Execução 07 nov a 18 dez X 02 jan 09 jan X X 16 jan 23 jan 30 jan 06 fev 06 fev a 27 fev 06 mar Levantamento Bibliográfico Lavagem CCA e ajuste pH Determinação %m/m de sílica nas CCA Extração de óxido de silício com álcalis. Conversion of Rice Hull Ash into Soluble Sodium Silicate. H. H... A REV. OLIVEIRA. filtração. SC. HOFFMANN. L. E. S. SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE. Florianópolis. A. SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA LOCALIDADE. 2012. F REV. 257 – 262. 2011.aspx>. 73. G REV. Disponível em: <http://www. Disponível em: <http:// www. D REV.solvay. OXYCHEM. A simple method for production of pure silica from rice hull ash. J. 2000. 2012. Acesso em: 1 dez. B REV. . The OxyChem Sodium Silicates Handbook. v. [2012]. Acesso em 1 dez. SHULTZ. p. E REV... C REV.EMPREENDIMENTO: CURSO: DEPARTAMENTO: DISCIPLINA: PROGRAMA: UNIDADE: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ENGENHARIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS FOLHA: 23 de 23 PROCESSO EM LABORATÓRIO PARA A PRODUÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO LABORATORIAL DE SILICATO DE SÓDIO KALAPATHY.com/ourbusinesses/chemicals/products/pages/alkaliproducts.aspx>. U. PROCTOR. H 19/12/2012 GRUPO GRUPO ORIENTADORES AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA UERJ. A REV.oxy.pt/PT/solvaye portugal/complexoindustrial/produtosaplicacoes/home/silicatosodio. Silicato de Sódio. SOLVAY. ORIGINAL DATA EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. Bioresource Technology.