Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração
https://tecnologiammm.com.br/article/doi/10.4322/2176-1523.20222541
Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração
Artigo Original

Developing a one-part geopolymer cement containing iron ore tailings from Minas Gerais state in Brazil

Desenvolvimento de cimento geopolimérico de uma parte contendo rejeitos de minério de ferro do estado de Minas Gerais no Brasil

Ana Beatriz Moreira Silveira, Douglas Batista Mazzinghy, Ricardo Augusto Martins Figueired

Downloads: 0
Views: 595

Abstract

The growing perspective of mining tailings volume worldwide takes to a necessity of developing sustainable solutions to apply the concept of circular economy. Meanwhile, ordinary Portland cement (OPC) is the most consumed construction material globally, and its considerable CO2 emission abundantly contributes to greenhouse effect. Geopolymers are environmentally friendly materials that can be used as a sustainable alternative to OPC. This study proposes the development of a geopolymer cement containing iron ore tailings (IOT) and investigates the influence of the water/solid (W/S) ratio on their uniaxial compressive strength (UCS). The best result had a W/S ratio of 0.37 and achieved strength of 62.7 MPa after 28 days curing at room temperature, which is considerable higher than the required in the worldwide OPC standards. Also, the binder in this study has higher compressive strength after one day of cure than the regular OPC should have in 28 days of cure, showing high early strength. The result can be optimized for better economic viability in the future and shows that IOT has potential to be applied as filler in geopolymer cements.

Keywords

Iron ore tailings; Geopolymer; Sustainability; Greener cement; Circular economy

Resumo

A perspectiva de crescimento do volume de rejeitos de mineração em todo o mundo leva à necessidade de desenvolver soluções sustentáveis, de forma a aplicar o conceito de economia circular. Enquanto isso, o cimento Portland comum é o material de construção mais consumido globalmente e sua considerável emissão de CO2 contribui abundantemente para o efeito estufa. Os geopolímeros são materiais ecologicamente corretos que podem ser usados como uma alternativa sustentável ao cimento Portland comum. Este estudo propõe o desenvolvimento de um cimento geopolimérico contendo rejeito de minério de ferro e investiga a influência da razão água/sólido na sua resistência à compressão uniaxial. O melhor resultado teve razão água/sólido de 0,37 e atingiu resistência de 62,7 MPa após 28 dias de cura em temperatura ambiente, sendo consideravelmente mais alto do que o exigido pelos padrões internacionais para o cimento Portland comum. Além disso, o cimento neste estudo apresenta maior resistência à compressão após um dia de cura do que o Portland comum deveria ter em 28 dias de cura, apresentando alta resistência inicial. O resultado pode ser otimizado para uma melhor viabilidade econômica no futuro e mostra que os rejeitos de minério de ferro têm potencial para serem aplicados como material de enchimento em cimentos geopoliméricos.

Palavras-chave

Rejeitos de minério de ferro; Geopolímero; Sustentabilidade; Cimento verde; Economia circular.

Referências

1 Kossoffab D, Dubbinb WE, Alfredsson M, Edwards SJ, Macklin MG, Hudson-Edwards KA. Mine tailings dams: Characteristics, failure, environmental impacts, and remediation. Applied Geochemistry, Elsevier. 2014;51:229-245. http://dx.doi.org/10.1016/j.apgeochem.2014.09.010.

2 Lyu Z, Chai J, Xu Z, Qin Y, Cao J. A comprehensive review on reasons for tailings dam failures based on case history. Advances in Civil Engineering. 2019;2019: 4159306 . http://dx.doi.org/10.1155/2019/4159306.

3 ÁVILA, J. A disposição de rejeitos sem barragens. 2011. VII Congresso Brasileiro de Geotecnia Ambiental (REGEO 2011). 21 a 24 de novembro de 2011, UFMG, Belo Horizonte, Minas Gerais, Brasil.

4 Freitas CM, Silva MA. Work accidents which become disasters: mine tailing dam failures in Brazil/Acidentes de trabalho que se tornam desastres: os casos dos rompimentos em barragens de mineracao no Brasil. Revista Brasileira de Medicina do Trabalho. 2019;17(1):21-29.

5 Bastos G, Patiño-Barbeito F, Patiño-Cambeiro F, Armesto J. Admixtures in cement-matrix composites for mechanical reinforcement, sustainability, and smart features. Materials. 2016;9(12):972. http://dx.doi.org/10.3390/ma9120972.

6 Magalhães LF, de Souza Morais I, dos Santos Lara LF, de Resende DS, Menezes RMRO, Aguilar MTP, et al. Iron ore tailing as addition to partial replacement of portland cement. Materials Science Forum. 2018;930:125-130. http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.930.125.

7 Luukkonen T, Abdollahnejad Z, Yliniemi J, Kinnunen P, Illikainen M. One-part alkali-activated materials: a review. Cement and Concrete Research, Elsevier. 2018;103:21-34. http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconres.2017.10.001.

8 Davidovits J. Geopolymer chemistry and applications. 2nd ed. Saint-Quentin, France: Institut Géopolymère; 2008.

9 Pinto AT. Binding Systems Obtained by Alkali Activation of Metakaolin/Sistemas ligantes obtidos por activação alcalina de metacaulino [doctoral thesis]. Portugal: Universidade do Minho; 2004.

10 Yao X, Zhang Z, Zhu H, Chen Y. Geopolymerization process of alkali–metakaolinite characterized by isothermal calorimetry. Thermochimica Acta, Elsevier. 2009;493(1-2):49-54. http://dx.doi.org/10.1016/j.tca.2009.04.002.

11 Saeli M, Tobaldi DM, Seabra MP, Labrincha JA. Mix design and mechanical performance of geopolymeric binders and mortars using biomass fly ash and alkaline effluent from paper-pulp industry. Journal of Cleaner Production, Elsevier. 2019;208:1188-1197. http://dx.doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.10.213.

12 Figueiredo RAM, Silveira ABM, Melo ELP, Costa GQG, Brandão PRG, Aguilar MTP, et al. Mechanical and chemical analysis of one-part geopolymers synthesised with iron ore tailings from Brazil. Journal of Materials Research and Technology, Elsevier. 2021;14:2650-2657. http://dx.doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.07.153.

13 Oderji SY, Chen B, Ahmad MR, Shah SFA. Fresh and hardened properties of one-part fly ash-based geopolymer binders cured at room temperature: Effect of slag and alkali activators. Journal of Cleaner Production, Elsevier. 2019;225:1-10. http://dx.doi.org/10.1016/J.JCLEPRO.2019.03.290.

14 Provis JL, van Deventer JSJ. Geopolymers: structure, processing, properties and industrial applications. Cambridge: Woodhead Publishing Limited; 2009.

15 American Society for Testing and Materials. ASTM C150: standard specification for portland cement. West Conshohocken: ASTM; 2017.

16 Associação Brasileira de Normas Técnicas. ABNT NBR 16697: Cimento Portland — Requisitos. Rio de Janeiro: ABNT; 2018.

17 European Committee for Standardization. EN-197-1: Cement - Part 1: Composition, specifications and conformity criteria for common cements. Brussels: CEN; 2011.


Submetido em:
12/01/2021

Aceito em:
09/10/2021

62389830a95395617640c574 tmm Articles
Links & Downloads

Tecnol. Metal. Mater. Min.

Share this page
Page Sections