As crescentes preocupações com os resíduos industriais levaram os cientistas a procurar formas de reaproveitar materiais que de outra forma seriam descartados. Um desses resíduos é a lama vermelha, resíduo do processo de produção do alumínio. Grandes quantidades deste resíduo vermelho acumulam-se todos os anos, muitas vezes armazenados em grandes áreas isoladas que podem representar riscos ambientais. Encontrar novos usos para este material pode reduzir a poluição e, ao mesmo tempo, apoiar práticas de construção mais sustentáveis. Assim, os investigadores estão a explorar como transformar a lama vermelha em materiais de construção práticos, fortes e ecológicos.
Os cientistas Professor Bai Bing e Dr. Bai Fan da Universidade Jiaotong de Pequim colaboraram com Nie Qingke e Jia Xiangxin do Hebei Construction and Surveying Group Co., Ltd. da China para estudar como combinar lama vermelha com outro subproduto industrial chamado cinza volante. As cinzas volantes são o pó fino que sobra após a queima do carvão nas usinas de energia. O objetivo da equipe era criar um material de construção endurecido chamado geopolímero, um tipo de pedra artificial que se forma quando um pó rico em minerais reage com um líquido alcalino e endurece formando um sólido. Sua pesquisa, publicada na revista Powder Technology, revisada por pares, analisou como as condições de preparação, como temperatura, composição da mistura e aditivos químicos, afetam a resistência e a estabilidade do material final.
Experimentos conduzidos pela equipe mostraram que o controle cuidadoso do processo de preparação pode melhorar significativamente as propriedades do material. Durante os testes, a lama vermelha foi misturada com diversos tipos de cinzas volantes e depois tratada com uma solução alcalina, que contém compostos alcalinos que desencadeiam reações entre os minerais. As reações que formam estruturas sólidas ocorrem mais rapidamente quando a mistura é mantida a uma temperatura moderadamente quente, em vez da temperatura ambiente. O professor Bai explicou a importância desta etapa, observando que “temperaturas relativamente mais altas irão acelerar o processo de geopolimerização e encurtar o tempo necessário para moldar a amostra”. A geopolimerização é um processo químico no qual minerais dissolvidos se combinam e gradualmente formam um material semelhante a uma pedra. Simplificando, o calor adicionado ajuda os materiais a reagir e a unir-se mais rapidamente, formando uma massa sólida adequada para uso em construção.
Notavelmente, a pesquisa mostra que este material compósito imaginativo pode atingir níveis de resistência muito elevados nas condições certas. Quando os pesquisadores usaram uma combinação de soluções ativadoras e permitiram que a mistura curasse em condições quentes, o material resultante mostrou resistência comparável ao cimento de construção de alta qualidade após a cura por várias semanas. A resistência à compressão deste material pioneiro é semelhante à do cimento comercial de alta resistência utilizado em muitos projetos de construção. A resistência à compressão refere-se à quantidade de pressão que um material pode suportar antes de rachar ou quebrar e é uma propriedade fundamental dos materiais de construção. Esse desempenho demonstra que os resíduos industriais reciclados desempenham um papel significativo no desenvolvimento de materiais de construção superfortes.
Outras observações ajudam a explicar porque é que este material se torna tão forte. Quando a cinza volante é exposta a uma solução de ativação, seus principais componentes minerais se dissolvem e se transformam em uma substância semelhante a um gel que atua como aglutinante. A substância, conhecida como gel de polialuminossilicato, é uma cola mineral feita de alumínio, silício e oxigênio que se forma quando esses elementos reagem em condições alcalinas. O gel preenche gradualmente as lacunas entre as partículas e as mantém unidas em uma estrutura densa e estável. Em misturas contendo cinzas volantes ricas em cálcio, ocorre outra reação útil, produzindo uma substância ligante adicional chamada gel hidratado de silicato de cálcio, o mesmo material ligante primário do cimento comum. Isso fortalece ainda mais o material e reduz o espaço vazio no interior. Imagens tiradas com um potente microscópio confirmaram que a estrutura interna ficou mais compacta e melhor conectada, o que ajuda a explicar o aumento da durabilidade.
Acontece que também é importante prestar muita atenção às condições de cura. A cura é o período durante o qual o material recém-formado endurece lentamente e ganha resistência. Manter a umidade adequada durante esta fase evitará a formação de rachaduras à medida que o material endurece. Além disso, controlar a quantidade de solução alcalina na mistura pode evitar a formação de depósitos minerais brancos na superfície (chamados de eflorescência), um resíduo pulverulento que ocorre quando os sais dissolvidos se movem para a superfície e cristalizam. Evitar esse efeito ajuda a manter a durabilidade e a aparência do material. Estas descobertas mostram que mesmo pequenas alterações no método de preparação podem afetar as propriedades finais do material.
Tomados em conjunto, estes resultados demonstram como os resíduos industriais pesados podem ser transformados em recursos valiosos através de um design científico criterioso. Ao combinar lama vermelha e cinzas volantes, dois materiais frequentemente vistos como subprodutos indesejados, os pesquisadores produziram um material de construção durável com resistência impressionante. Esta alternativa criativa reduz a necessidade do cimento tradicional, cuja produção consome muita energia e aumenta significativamente as emissões de carbono.
No futuro, essas inovações apoiarão o desenvolvimento de tecnologias de construção ecológica. A conversão de resíduos industriais em materiais de construção fiáveis não só resolve os desafios de eliminação ambiental, mas também proporciona novas oportunidades para infra-estruturas sustentáveis. Este trabalho de pesquisa está no nível de liderança dos círculos acadêmicos internacionais. Através de pesquisas e testes contínuos, os materiais à base de lama vermelha podem eventualmente tornar-se uma opção prática para estradas, fundações e outros projetos de engenharia.
Referência do diário
Bai Bing, Bai Fan, Nie Qingke, Jia Xiangxin. “Geopolímero de cinzas volantes de lama vermelha de alta resistência e efeito da temperatura de cura.” Tecnologia de pó, 2023. doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2023.118242
Sobre o autor
Bai Bing Nascido em outubro de 1966, professor da Universidade Jiaotong de Pequim. As direções de pesquisa incluem engenharia ambiental geológica, teoria da consolidação térmica, teoria da migração de poluentes e métodos de controle. Ele se concentra nos avanços da pesquisa em poluição do solo, eliminação de resíduos sólidos e meio ambiente geotécnico. Ele desenvolveu a teoria do co-transporte de metais pesados e partículas suspensas em meios porosos levando em consideração a temperatura, e propôs um modelo não linear de ligação-separação com histerese adequado para materiais que variam de íons a grandes partículas, o que é de grande importância nos mecanismos de poluição de águas subterrâneas e na tecnologia de purificação. Uma série de materiais poliméricos à base de lama vermelha de alto desempenho foi desenvolvida, fornecendo importantes ideias de pesquisa e tecnologias para a utilização de recursos de resíduos sólidos.
Publicou mais de 200 artigos acadêmicos em revistas acadêmicas internacionais e editou 10 livros acadêmicos e livros didáticos. Em 2023, ganhou o Prêmio de Ciências Naturais de Pequim como o primeiro a completar e, em 2022, ganhou o Prêmio de Ciências Naturais do Ministério da Educação da República Popular da China. Ele foi selecionado na lista de carreiras dos “2% melhores cientistas do mundo” da Universidade de Stanford por muitos anos consecutivos. Ganhou o “2021 Scott Sloan Best Paper Award” concedido pelos Fellows da Royal Society. Em 2023, foi nomeado para o Prémio Eni, um prémio internacional de referência na área da energia e ambiente. Ganhou a 15ª Medalha de Cientista da Associação Internacional de Materiais Avançados (IAAM) e foi admitido como bolsista da IAAM em 2024. Atuou como membro do conselho editorial do “Journal of Geotechnical Engineering” e “Chinese Geotechnical Mechanics”. Ele também atua como diretor da Seção de Mecânica e Engenharia de Solos da China e membro de vários comitês profissionais.
