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Bentonita

O principal constituinte do minério bentonita é argilomineral montmorilonita, que possui a estrutura cristalina, representada na figura 1, constituída por duas camadas tetraédricas de silicato, com uma camada central octaédrica de hidróxido de alumínio, unidas entre si por oxigênios comuns às camadas. A figura abaixo é uma estrutura idealizada, já que o alumínio da camada octaédrica pode ser substituído isomórficamente por magnésio, ferro e outros, bem como, o silício das camadas tetraédricas podem sofrer substituição pelo alumínio, estas substituições resultam na formação de uma serie continua de argilominerais, que sendo denominado de “esmectita”.

As substituições isomórficas produzem desbalanceamento de cargas na estrutura cristalina, que são compensadas pela presença de cátions externos a camada de silicato. Ca++ , Mg++ , K+ , Na+ são os cátions comumente encontrados.
 

Estrutura argilomineral montmorilonita

A aglomeração dos grãos de areia por bentonita, estende-se como resultante de dois componentes: a adesão (da bentonita ao grão de areia), e a coesão (da bentonita). Enquanto a adesão reflete-se na interface areia/bentonita permitindo a aderência da bentonita aos grãos de areia, a coesão afeta a resistência interna do filme de bentonita que envolve os grãos.

O teor de umidade da mistura, influencia tanto a adesão com a coesão, acima de 15% de umidade (em relação a argila), a coesão decresce, enquanto a adesão aumenta; verificando-se que para cada tipo de bentonita, existe um teor de umidade em que a adesão é igual a coesão (ponto de aderência). Nas areias aglomeradas com bentonita, o teor de umidade é superior ao ponto de aderência, para assim, permitir a formação do filme de bentonita em torno dos grãos de areia.


grãos de areia + massa de bentonita

A alteração das propriedades adesivas e coesivas em uma areia aglomerada com bentonita, provoca uma variação da resistência a verde, a que é principalmente afetada pela resistência coesiva do filme de bentonita, sendo, portanto, o fator determina a resistência a verde das areias aglomeradas com bentonita.

A resistência coesiva da bentonita depende do numero de camadas monoleculares de água que envolvem as lamelas; a resistência aumenta até a relação água/argila 0,3:1 que responde a existência de duas camadas monoleculares de água, cobrindo as lamelas de bentonita.

A condição de 45% de compactabilidade, utilizada nas misturas areia + bentonita + água sobre a que é medida a capacidade aglomerante da bentonita, que é também, a condição ótima para moldagem, corresponde a uma relação água/argila de 0,35, de água cobrindo as lamelas de bentonita.

A resistência coesiva é resultante da interação entre as partículas de bentonita, os cátions trocáveis e as moléculas de água, esta resistência resulta em dois tipos de ligações:

1) ligação superficial – ocorre entre as lamelas de bentonita e moléculas de água, como resultante do desbalanceamento de cargas provocado pelas substituições isomórficas no reticulado das esmectita.

2) ligação de solvatação – ocorre entre os cátions trocáveis e as moléculas de água.

Ensaios
Os ensaios para controle da bentonita para fundição, são:

• Umidade
• Teor de partículas grossas
• Inchamento
• Resistência a compressão a verde
• Adsorção de azul de metileno
• Resistência a tração a úmido
• Índice de estabilidade térmica
• Resistência a compressão a quente.

A bentonita é uma argila, que representa aproximadamente 6 a 9% da areia preparada (faixa mais comum de emprego) que desenvolve suas principais características na presença de água.

No Brasil a bentonita é encontra e extraídas nas grandes jazidas no Estado da Paraíba, e são encontradas naturais na forma cálcica (cátion Ca ++) conhecidas como bentonita cálcica natural, que são ativada quimicamente com carbonato de sódio através de um processo industrial, transformado por meio de substituição de cátions Ca ++ por cátions Na +

Bentonita Ca + Na2 CO3 = Bentonita Na CaCO

Após este processo a bentonita passa de cálcica para sódica, mas conhecida com bentonita sódica ativada ou artificial.

Sabe-se que as bentonitas sódicas apresentam melhores propriedades para fundição que as cálcicas naturais, por este motivo, realiza-se este tratamento químico, que neste caso atendem melhor a certas exigências para o uso como aglomerante.

Existem também as bentonita sódicas naturais, não encontradas em jazidas brasileiras, apenas em alguns países como a Argentina e Estados Unidos.

As bentonita sódicas naturais apresentam melhores propriedades mecânicas que as ativadas, devido ao maior grau de pureza, isto é, não contém carbonato de sódio, utilizado na ativação da bentonita nacional.

Comportamento da bentonita na presença da água
Quando se adiciona água na bentonita, esta água se aloja entre as lamelas, aumentando a distância entre as mesmas, o que provoca o inchamento.

A água não se aloja entre todas as lamelas de argila (pelo trabalho do misturador não se são separadas todas as lamelas) e varias lamelas de argila permanecem juntas. O que ocorre é que a água fica entre grupos de lamelas (como se fossem grãos de argila).

As bentonitas sódicas podem se dispersar mais, dividir-se em agrupamentos menores e mais numerosos que as cálcicas. A entrada de água entre as lamelas é possível por ser a força entre as lamelas fraca. Esta penetração da água é que permite às bentonitas desenvolver suas características (a água lubrifica a bentonita e lhe confere coesão e plasticidade).

Na bentonita encontramos dois tipos de água:

1) água de adição,
2) água de constituição ou água rígida.

A água de adição: é aquela adicionada a massa de areia no momento da mistura no misturador, que ira se alojar entre as lamelas de bentonita, distanciando as mesmas e provocando o inchamento da bentonita (lubrificando as lamelas, facilitando os deslizamento entre as mesmas). Ao aquecermos uma argila a uma temperatura de aproximadamente 250º C, esta água de adição é eliminada. Esta perda de água não corresponde a uma perde das suas propriedades da bentonita, pois esta perda é reversível (ao umedecermos novamente a argila, esta reassume as suas propriedades).

A água de constituição: é aquela que é encontrada dentro, no interior das lamelas da bentonita sob a forma de hidroxilas (OH). Sua perda ocasiona a “morte” da argila, pois a mesma perde as suas propriedades de plasticidade e coesão. Esta perda ocorre quando aquecemos uma argila a uma temperatura superior a 380º C até aproximadamente a 580º C. Esta água perdida não pode ser recuperada, a perda é irreversível. Esta água de constituição acontece coma presença de água no interior das lamelas, sendo que a moléculas de água tende a hidratar os cátions da argila combinando com estes e ficando unida por uma força de ligação.Ao aquecermos a bentonita a uma temperatura superior a 1000º C, a mesma começa a sinterizar-se, transformando-se em uma estrutura cerâmica, amorfa. Pode ocorrer então a oolitização (adesão de uma camada de argila sinterizada em torno do grão de areia base).

Ocorrendo isto, o grão perde as suas propriedades.

Algumas especificações
A escolha de uma bentonita para areia de moldagem, deve ser exigida as seguintes especificações:

umidade de recebimento: 8 a 14 %
adsorção de azul de metileno: 50 ml min.
teor de inchamento: 30 ml

resistência à tração a úmido (R.T.U.): 0,30 N/cm2
resistência a compressão a verde (R.C.V.): 12,0 N/cm2