Calcium aluminate cements (CAC) were prepared using the sonochemical process, followed by heat treatment. A study was made of the action of ultrasonic waves and the influence of thermal treatment conditions on two initial molar compositions of 1:1 and 1:2 of calcia:alumina. The aqueous suspension containing the raw materials (A-50 alumina and CaO) was subjected to an ultrasonic bath, followed by drying and burning at 1000, 1200 and 1300 °C. These cements were characterized by SEM, XRD and the mechanical strength was evaluated by splitting tensile tests, using commercial cement as a reference. Furthermore, the phases were semi-quantified using the Rietveld method. The results show that hydration and sonochemical action increased the reactivity of the raw materials during firing and that phase formation is dependent on the thermal treatment conditions. The CAC cements were obtained at temperatures at least 200 °C lower than those used in conventional methods, indicating the potential of this route of synthesis.
The bauxite residue (BR) is the solid waste of largest generation by the aluminum industry, with a generation estimated in 10 million ton/year in Brazil. Its high alkalinity demands elevated costs to store it safely. Due to the high content of Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 in BR, the present study evaluated its application for the synthesis of iron rich sulfobelite clinkers. Because of its composition, the cement made with this clinker presents environmental (30% to 62% reduction of CO 2 -equivalent emission), economic and even technical advantages over Portland cements. Formulations containing: limestone, gypsum, BR and clay, were fired at 1230°C to synthesize the clinkers. Variations in BR and clay content were studied to obtain three formulations, F-15, F-18 and F-21, of different Al 2 O 3 /Fe 2 O 3 ratio values. Cements containing more than 10.5 wt-% of BR achieved mechanical resistance comparable to Portland cements (CP-II-Z32 and CP-V-ARI) for 7 and 28 days of curing age.
INTRODUÇÃOOs compostos do sistema binário cálcia-alumina (CaOAl 2 O 3 ), além de apresentarem propriedades refratárias e bom desempenho em ambientes corrosivos, possuem fases com excelente capacidade de hidratação. Estas fases quando em contato com a água formam hidratos que possuem estruturas capazes de conferir ao material resistência mecânica considerável em temperatura ambiente. Sendo assim, estes aluminatos de cálcio, são utilizados como agentes ligantes em concretos refratários. Concretos refratários são materiais cerâmicos capazes de resistir aos efeitos térmicos, químicos ResumoForam preparados cimentos do sistema binário CaO-Al 2 O 3 por meio de uma rota que emprega o processo sonoquímico seguido de tratamento térmico. Convencionalmente estes compostos são fabricados a partir da fusão ou da sinterização de uma mistura de calcário com bauxito ou com alumina. O maior inconveniente associado a este tipo de síntese é a necessidade de temperaturas elevadas e o grande consumo de energia. Na rota sonoquímica a cálcia, juntamente com a alumina em suspensão aquosa, são introduzidas num banho de ultra-som por tempo determinado. Em seguida, após a evaporação da água, o material resultante é tratado termicamente. Quando um sistema é submetido ao processo sonoquímico, alterações na morfologia superficial das partículas podem ser induzidas pelas ondas ultra-sônicas, incluindo a redução do tamanho dessas partículas. Como conseqüência, estes materiais tornam-se mais reativos, facilitando a síntese final dos aluminatos de cálcio durante o tratamento térmico. Foi estudada a ação das ondas ultra-sônicas e a influência das condições de tratamento térmico em duas composições molares de cálcia:alumina de 1:1 e 1:2. As temperaturas empregadas foram 1000 °C, 1200 °C e 1300 °C com patamares de 1 e 6 h. O material obtido foi caracterizado por microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X e as fases presentes foram semi-quantificadas pelo método de Rietveld. Também foram realizados ensaios de compressão diametral para avaliar a resistência mecânica dos produtos da síntese. Foram preparadas pastas constituídas de cimento, alumina e água, utilizando como cimento os aluminatos de cálcio preparados pelo processo sonoquímico e um cimento comercial, como referência. Palavras-chave: síntese, sonoquímica, tratamento térmico, cimento de aluminato de cálcio. AbstractCements of the CaO-Al 2 O 3 binary system were prepared through a sonochemical process at room temperature followed by heat treatment.
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