Comportamento mecânico e hidráulico de misturas de solo-cimento-bentonita para a aplicação em barreiras verticais de contenção de contaminantes

O presente trabalho tem como objetivo investigar o comportamento hidráulico e mecânico de misturas de solo-bentonita (SB) e de solo-cimento-bentonita (SCB), bem como analisar a influência da variação do teor de bentonita e cimento com a finalidade de propiciar resultados capazes de auxiliar para um projeto construtivo de barreiras verticais de contaminantes. O programa experimental consistiu na realização de ensaios de compressão não-confinada, ensaios triaxiais convencionais adensados não-drenados (CIU) e ensaios de condutividade hidráulica a fim de se estudar o comportamento das misturas de SB e SCB em termos de tensão-deformação-resistência e permeabilidade. Foram analisados diferentes fatores água-cimento, teores de umidade, tensões confinantes. Também foi avaliado o comportamento desses materiais através da definição de três valores distintos de teor de bentonita nas amostras de SCB. Já para as amostras de SB foram avaliados dois teores de bentonita. Em um primeiro instante, os resultados dos ensaios realizados para cada tipo de mistura foram analisados separadamente. A análise global dos resultados permitiu identificar as alterações provocadas na resistência, deformabilidade e condutividade hidráulica pela variação dos parâmetros. Os resultados dos ensaios de compressão não-confinada demonstraram que a variação do teor de umidade não implicou na variação de resistência ao cisalhamento de pico para amostras com mesmo fator águacimento. Os ensaios CIU indicaram que o aumento do teor de bentonita nas amostras acarretou em um aumento da resistência ao cisalhamento de pico e da rigidez do material. A condutividade hidráulica das misturas de SB apresentaram valores inferiores em relação às misturas de SCB.

Digestibilidade das dietas e metabolismo de suínos alimentados com dietas contendo bentonita sódica em diferentes programas alimentares

Foi realizado um experimento para avaliar a digestibilidade aparente de dietas e o metabolismo de suínos alimentados com dietas contendo bentonita sódica submetidos a diferentes programas alimentares. Foram utilizados 24 suínos machos castrados, meio irmãos paternos, com peso vivo médio inicial de 42,2kg, alojados em gaiolas metabólicas. O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado com três níveis de bentonita sódica (0,0; 0,3 e 0,5%) e dois programas alimentares (restrito e à vontade), com oito repetições cada. A adição de bentonita sódica não alterou (P>0,05) o consumo de ração e os balanços da energia e do nitrogênio. O consumo de ração diferiu (P<0,01) entre a alimentação restrita e à vontade (1,17 vs. 2,19kg d-1). O programa alimentar alterou (P<0,05) o balanço do N, mas não afetou (P>0,05) a retenção de N pelos animais. A alimentação à vontade alterou (P<0,05) o balanço da energia, sobretudo a energia retida (3.825 vs. 3.013kcal d-1). A adição de 0,5% de bentonita sódica nas dietas reduziu em 9% (P<0,01) a excreção fecal de fósforo. A adição de bentonita sódica nas dietas de suínos não altera os balanços da energia e do N nem as digestibilidades aparentes do Ca, Mg, Zn, Cu e Mn. A adição de bentonita sódica reduz a excreção fecal de fósforo. Não há interação entre o programa alimentar e a adição de bentonita sódica nas dietas.

Estudo da modificação de bentonita para a remoção de fenol em águas produzidas na indústria de petróleo

This study evaluates the inclusion of quaternary ammonium salt, bromide hexadecyl trimethyl ammonium (HDTMA-Br) on sodium bentonite to evaluate their performance on the adsorption of phenol present in produced water. It was observed an increase in d001 samples modified with HDTMA-Br by diffraction of X-rays, showing the intercalation of quaternary ammonium cations in the interlamellar layers of clay. Through the adsorption isotherms could be abserver adsorption behavior of sodium bentonite and organophilic bentonite produced in three different concentrations of HDTMA-Br for adsorption of phenol, which is the main phenolic compound found in the product water. Different concentrations of synthetic solutions of phenol were placed in contact with these adsorbents under the same conditions of agitation and temperature. The adsorbent showed adsorptive favorable, especially the clay modified with the highest concentration of HDTMA-Br, 150% CEC of clay, BEN30-14, with higher amounts of phenol adsorbed per gram of adsorbent (mg.g-1)

Interações entre a carboximetilcelulose, carbonato de cálcio e bentonita: repercussões sobre as propriedades dos fluidos de perfuração aquosos

The role of carboxymethylcellulose (CMC) in association to calcium carbonate particles (CaCO3) in most water-based drilling fluids is to reduce the fluid loss to the surrounding formation. Another essential function is to provide rheological properties capable of maintaining in suspension the cuttings during drilling operation. Therefore, it is absolutely essential to correlate the polymer chemical structure (degree of substitution, molecular weight and distribution of substituent) with the physical-chemical properties of CaCO3, in order to obtain the better result at lower cost. Another important aspect refers to the clay hydration inhibitive properties of carboxymethylcellulose (CMC) in drilling fluids systems. The clay swelling promotes an undesirable damage that reduces the formation permeability and causes serious problems during the drilling operation. In this context, this thesis consists of two main parts. The first part refers to understanding of interactions CMC-CaCO3, as well as the corresponding effects on the fluid properties. The second part is related to understanding of mechanisms by which CMC adsorption occurs onto the clay surface, where, certainly, polymer chemical structure, ionic strength, molecular weight and its solvency in the medium are responsible to affect intrinsically the clay layers stabilization. Three samples of carboximetilcellulose with different molecular weight and degree of substitution (CMC A (9 x 104 gmol DS 0.7), CMC B (2.5 x 105 gmol DS 0.7) e CMC C (2.5 x 105 gmol DS 1.2)) and three samples of calcite with different average particle diameter and particle size distribution were used. The increase of CMC degree of substitution contributed to increase of polymer charge density and therefore, reduced its stability in brine, promoting the aggregation with the increase of filtrate volume. On the other hand, the increase of molecular weight promoted an increase of rheological properties with reduction of filtrate volume. Both effects are directly associated to hydrodynamic volume of polymer molecule in the medium. The granulometry of CaCO3 particles influenced not only the rheological properties, due to adsorption of polymers, but also the filtration properties. It was observed that the lower filtrate volume was obtained by using a CaCO3 sample of a low average size particle with wide dispersion in size. With regards to inhibition of clay swelling, the CMC performance was compared to other products often used (sodium chloride (NaCl), potassium chloride (KCl) and quaternary amine-based commercial inhibitor). The low molecular weight CMC (9 x 104 g/mol) showed slightly lower swelling degree compared to the high molecular weight (2.5 x 105 g/mol) along to 180 minutes. In parallel, it can be visualized by Scanning Electron Microscopy (SEM) that the high molecular weight CMC (2.5 x 105 g/mol e DS 0.7) promoted a reduction in pores formation and size of clay compared to low molecular weight CMC (9.0 x 104 g/mol e DS 0.7), after 1000 minutes in aqueous medium. This behavior was attributed to dynamic of interactions between clay and the hydrodynamic volume of CMC along the time, which is result of strong contribution of electrostatic interactions and hydrogen bounds between carboxylate groups and hydroxyls located along the polymer backbone and ionic and polar groups of clay surface. CMC adsorbs on clay surface promoting the skin formation , which is responsible to minimize the migration of water to porous medium. With the increase of degree of substitution, it was observed an increase of pores onto clay, suggesting that the higher charge density on polymer is responsible to decrease its flexibility and adsorption onto clay surface. The joint evaluation of these results indicate that high molecular weight is responsible to better results on control of rheological, filtration and clay swelling properties, however, the contrary effect is observed with the increase of degree of substitution. On its turn, the calcite presents better results of rheological and filtration properties with the decrease of average viii particle diameter and increase of particle size distribution. According to all properties evaluated, it has been obvious the interaction of CMC with the minerals (CaCO3 and clay) in the aqueous medium

Influência dos diferentes cátions metálicos (Cu 2+ , Ni 2+ , Pb 2+ , Cd 2+ ) na formação do hidrogel bentonita – poli (vinil álcool)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Ocorrência de uma nova bentonita brasileira nos basaltos intemperizados da formação Mosquito, bacia do Parnaíba, sul do Maranhão

No município de Formosa da Serra Negra, sul do Maranhão, às margens da rodovia MA006, encontram-se afloramentos de basaltos intemperizados da Formação Mosquito, apresentando textura bastante argilosa e potencial de ser um material bentonítico. Neste trabalho, esse material que vem sendo considerado uma nova ocorrência de bentonita no Brasil e, batizado de Formosa, foi caracterizado por difração de raios X, fluorescência de raios X, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia Mössbauer e capacidade de troca catiônica, em amostra total e após separação granulométrica, e ainda, comparada com duas das principais bentonitas brasileiras, Chocolate e Bofe. Apesar das variações químicas e mineralógicas encontradas, muito comuns nesse tipo de argila, as semelhanças observadas convencem o promissor uso da argila Formosa como bentonita, uma vez que o ponto principal da caracterização está na presença dominante de montmorillonita e baixa concentração de outras fases minerais, mostrando que esse material apresenta mineralogia importante do ponto de vista tecnológico.

Organofilização de uma Mg-bentonita da bacia do Parnaíba-Sul do Maranhão e sua utilização em poli (metacrilato de metila)

Bentonitas são argilas que tem como seu principal constituinte argilominerais do grupo da esmectita, predominantemente montmorillonita. De acordo com o cátion predominante no espaço intercamada da esmectita, a bentonita pode ser classificada como sódica, cálcica ou magnesiana. Essas argilas possuem vasta aplicação industrial, como fluidos de perfuração, pelotização, moldes de fundição, dentre outros. Para algumas aplicações mais específicas e que agregam maior valor ao produto final, como na síntese de nanocompósitos polímero/argila, faz-se necessário à intercalação de íons orgânicos na intercamada do argilomineral. No Brasil, a produção industrial de argilas organofílicas é pequena e voltada para os mercados de tintas, graxas e resinas de poliéster. Empresas do setor de bentonitas, que ainda não estão produzindo esse tipo de material, vêm mostrando crescente interesse nesta aplicação. Dentro desse contexto, este trabalho buscou avaliar o potencial da Bentonita Formosa, uma Mg-bentonita recentemente descrita e relativamente abundante no nordeste do Brasil, na produção de argilas organofílicas e sua aplicação em síntese de nanocompósitos polímero/argila. Para isso, foram realizadas sínteses variando a concentração dos íons surfactantes hexadeciltrimetilamônio (HDTMA⁺) e dodeciltrimetilamônio (DTMA⁺) em 0,7, 1,0 e 1,5 vezes o valor de CEC, com tempo de reação de 12 horas e variação de temperatura de 25 ºC e 80 ºC. A Mg-Bentonita in natura e ativada com carbonato de sódio foi utilizada como material de partida. Tanto o material de partida como as argilas organofílicas obtidas foram caracterizadas por DRX, DTA/TG e IV. As argilas que apresentaram melhores resultados de intercalação foram utilizadas nas proporções de 1%, 3% e 10% para a síntese de nanocompósitos poli(metacrilato de metila) (PMMA)/argila. As análises de DRX confirmaram a intercalação dos íons orgânicos no espaço intercamada da Mg-esmectita com e sem ativação. Com os resultados de IV foi possível observar que a razão de confôrmeros gauche/trans diminui com o aumento do espaçamento basal. Os resultados de DTA/TG confirmaram a estabilidade térmica das argilas organofílicas à temperatura máxima de 200 °C, o que possibilita a utilização desse material em síntese de nanocompósitos polímero/argila obtidos por processo de fusão. A análise de DRX confirmou a intercalação do PMMA no espaço intercamada da Mg-esmectita em todos os nanocompósitos produzidos. Com as análises de DSC foi possível observar o aumento da temperatura de transição vítrea para todos os nanocompósitos, quando comparados com PMMA puro. Com isso, é possível concluir que a Mg-Bentonita pode ser intercalada com íons alquilamônio, sem a necessidade prévia de ativação sódica, formando argilas organofílicas, assim como sua utilização em síntese de nanocompósitos. Essa possibilidade de utilização da Mg-bentonita in natura pode representar uma importante diferença em termos de custos de processo, na comparação com as bentonitas cálcicas existentes no Brasil, ou mesmo as importadas, que precisam ser ativadas durante o beneficiamento. Finalmente, acredita-se que a pesquisa deve avançar com a avaliação das propriedades mecânicas dos nanocompósitos produzidos neste trabalho, visando as diferentes possibilidades de aplicações desses materiais.

Adsorção-fotodegradação do herbicida paraquate em água pela argila Na-Bentonita e por novos materiais TiO2-Bentonita, TiO2/ZnOBentonita, Al/Fe-Bentonita e Al/Fe.Cu-Bentonita

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Transporte hidráulico de misturas bentonita-água em condutos forçados

A argila bentonítica é amplamente utilizada em transporte de sólidos produzidos durante perfuração de poços. Teve por objetivo estudar o escoamento de misturas bentonita-água e determinar suas propriedades reológicas e parâmetros hidráulicos úteis nos projetos de instalações de recalque de misturas sólido-líquido. Foi montado um circuito fechado de tubulações para estudar dados de perda de carga e perfis de velocidade. Realizaram-se ensaios com misturas bentonita-água sob varias concentrações, algumas transportando areia. Observaram-se que a reologia da mistura bentonita-água é melhor descrita pela formulação de Herschell-Bulkley para fluidos não-Newtonianos. O coeficiente de atrito para descrever a perda de carga da mistura bentonita-água observada em tubulações no laboratório coloca-se entre as previsões de Tomita (1959) e Szilas et al (1981). A variação da velocidade da mistura na seção transversal do tubo é melhor aproximada pela equação de Bogue-Metzner (1963).

Nanocompósito de poliestireno reciclado, bentonita sódica e hemi-hidrato de sulfato de cálcio: obtenção e caracterização.

Nesta Tese foram preparados, em solução, filmes híbridos de argila e poliestireno provenientes de copos descartáveis comercializados no mercado brasileiro, com acetato de etila e glicerol. Posteriormente, foi adicionado o Hemi-hidrato de sulfato de cálcio como carga de reforço. Tanto a argila quanto o glicerol, assim como o hemihidrato de sulfato de cálcio, foram utilizados nos percentuais relativos à massa do poliestireno fragmentado correspondendo a 1%,2%, 3%,4%, 5% e 7%. Dos filmes, nos percentuais 3, 4, 5 e 7, exclui-se o percentual de 4% e os demais foram fragmentados e submetidos a extrusão, com resfriamento natural, à seco, produzindo-se grãos com os quais foi avaliado o índice de fluidez e injetados para a moldagem de corpos de prova rígidos. O desempenho dos corpos rígidos, foi comparado com os resultados do HIPS 484, e o GPPS comercializados no mercado brasileiro. Os filmes foram caracterizados por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura (MEV), calorimetria exploratória diferencial (DSC), além dos testes de resistência à tração, fluorescência de raios X, EDS e FTIR. Amostra do filme, ultrafino, obtido a partir da solução com o percentual de 5% foi observada ao microscópio ótico e no microscópio eletrônico de transmissão, assim como amostras de corpos rígidos microtomizadas. Nos corpos rígidos, além das análises instrumentais citadas, foram avaliadas a resistência à flexão, modulo de flexão, resistência à tração, alongamento e resistência ao impacto Izod. O desempenho sob chama foi avaliado em amostras de filme e também do corpo rígido. Resultados do DRX, e da MET foram coerentes com a bibliografia para nanocompósitos argila-polímero e, associado às respostas dos demais ensaios, indicaram um material de boa qualidade morfológica e boas propriedades mecânicas comparadas ao HIPS 484 e ao GPPS. Sob a chama o material produzido apresentou maior resistência à queima avaliado pela quantidade aparente de material residual para um mesmo tempo sob fogo. Constatou-se, também, uma boa dispersão das cargas na matriz polimérica, assim como uma adequada interação entre os elementos orgânicos e inorgânicos do material, a delaminação parcial da argila e quebra da estrutura do hemi-hidrato. Isto resultou em um bom desempenho mecânico e térmico do compósito que pode ser atribuído, tanto a uma forte influência dos íons metálicos presentes nas cargas inorgânicas, quanto às adições presentes na formulação dos copos descartáveis.

Contribuição da poliacrilamida parcialmente hidrolisada em associação com a bentonita em fluidos de perfuração aquosos

In this study, we investigated the effect of addition of partially hydrolyzed polyacrylamide (HPAM) and bentonite in the physicochemical properties of acquous drilling fluids. Two formulations were evaluated: F1 formulation, which was used as reference, containing carboxymethylcellulose (CMC), magnesium oxide (MgO), calcite (calcium carbonate - CaCO3 ), xanthan gum, sodium chloride (NaCl) and triazine (bactericidal); and F2, containig HPAM steady of CMC and bentonite in substituition of calcite. The prepared fluids were characterized by rheological properties, lubricity and fluid loss. Calcite was characterized by granulometry and thermal gravimetric analysis (TGA). The formulation F2 presented filtration control at 93◦C 34 mL while F1 had total filtration. The lubricity coefficient was 0.1623 for F2 and 0.2542 for F1, causing reduction in torque of 25% for F1 and 52 % for F2, compared to water. In the temperature of 49 ◦C and shear rate of 1022 s −1 , the apparent viscosities were 25, 5 and 48 cP for F1 and F2 formulation, respectively, showing greater thermal resistance to F2. With the confirmation of higher thermal stability of F2, factorial design was conducted in order to determine the HPAM and of bentonite concentrations that resulted in the better performance of the fluids. The statistical design response surfaces indicated the best concentrations of HPAM (4.3g/L) and bentonite (28.5 g/L) to achieve improved properties of the fluids (apparent viscosity, plastic viscosity, yield point and fluid loss) with 95% confidence, as well as the correlations between these factors (HPAM and bentonite concentrations). The thermal aging tests indicated that the formulations containing HPAM and bentonite may be used to the maximum temperature until 150 ◦C. The analyze of the filter cake formed after filtration of fluids by X-ray diffraction showed specific interactions between the bentonite and HPAM, explaining the greater thermal stability of F2 compared to the fluid F1, that supports maximum temperature of 93 ◦C.

Remoção de corantes têxteis em solução aquosa utilizando bentonita natural e organofílica

Searches using organoclays have been the subject of great interest due to its wide application in industry and removal of environmental pollutants. The organoclays were obtained using bentonite (BEN) and cationic surfactants: hexadecyltrimethyl ammonium bromide (HDTMA-Br) and trimethyloctadecyl ammonium bromide (TMOA-Br) in ratios of 50 and 100 % of its ion exchange capacity. The materials were characterized by the techniques of X-ray diffraction (DRX), infrared spectroscopy (IR), X-ray fluorescence (FRX), thermal analysis (TA) and scanning electron microscopy (SEM). The bentonite and organobentonite were used on the adsorption of dyes, Remazol Blue RR (AZ) and Remazol Red RR (VM) in aqueous solution. The adsorption models of Langmuir and Freundlich were used for mathematical description of sorption equilibrium data and obtain the constants of the isotherms. The Freundlich model fit to the data for adsorption equilibrium of bentonite, on the other hand both the model fit to the Langmuir adsorption test of organoclays. The adsorption processes using adsorbents with both dyes interspersed with HDTMA-Br show endothermic and exothermic nature, respectively.

Uma nova proposta de fluidos de perfuração aquosos à base de polímeros vinílicos e bentonita para poços de alta temperatura e pressão

The advance of drilling in deeper wells has required more thermostable materials. The use of synthetic fluids, which usually have a good chemical stability, faces the environmental constraints, besides it usually generate more discharge and require a costly disposal treatment of drilled cuttings, which are often not efficient and require mechanical components that hinder the operation. The adoption of aqueous fluids generally involves the use of chrome lignosulfonate, used as dispersant, which provides stability on rheological properties and fluid loss under high temperatures and pressures (HTHP). However, due to the environmental impact associated with the use of chrome compounds, the drilling industry needs alternatives that maintain the integrity of the property and ensure success of the operation in view of the strong influence of temperature on the viscosity of aqueous fluids and polymers used in these type fluids, often polysaccharides, passives of hydrolysis and biological degradation. Therefore, vinyl polymers were selected for this study because they have predominantly carbon chain and, in particular, polyvinylpyrrolidone (PVP) for resisting higher temperatures and partially hydrolyzed polyacrylamide (PHPA) and clay by increasing the system's viscosity. Moreover, the absence of acetal bonds reduces the sensitivity to attacks by bacteria. In order to develop an aqueous drilling fluid system for HTHP applications using PVP, HPAM and clay, as main constituents, fluid formulations were prepared and determined its rheological properties using rotary viscometer of the Fann, and volume filtrate obtained by filtration HTHP following the standard API 13B-2. The new fluid system using polyvinylpyrrolidone (PVP) with high molar weight had higher viscosities, gels and yield strength, due to the effect of flocculating clay. On the other hand, the low molecular weight PVP contributed to the formation of disperse systems with lower values in the rheological properties and fluid loss. Both systems are characterized by thermal stability gain up to around 120 ° C, keeping stable rheological parameters. The results were further corroborated through linear clay swelling tests.

Uma nova proposta de fluidos de perfuração aquosos à base de polímeros vinílicos e bentonita para poços de alta temperatura e pressão

The advance of drilling in deeper wells has required more thermostable materials. The use of synthetic fluids, which usually have a good chemical stability, faces the environmental constraints, besides it usually generate more discharge and require a costly disposal treatment of drilled cuttings, which are often not efficient and require mechanical components that hinder the operation. The adoption of aqueous fluids generally involves the use of chrome lignosulfonate, used as dispersant, which provides stability on rheological properties and fluid loss under high temperatures and pressures (HTHP). However, due to the environmental impact associated with the use of chrome compounds, the drilling industry needs alternatives that maintain the integrity of the property and ensure success of the operation in view of the strong influence of temperature on the viscosity of aqueous fluids and polymers used in these type fluids, often polysaccharides, passives of hydrolysis and biological degradation. Therefore, vinyl polymers were selected for this study because they have predominantly carbon chain and, in particular, polyvinylpyrrolidone (PVP) for resisting higher temperatures and partially hydrolyzed polyacrylamide (PHPA) and clay by increasing the system's viscosity. Moreover, the absence of acetal bonds reduces the sensitivity to attacks by bacteria. In order to develop an aqueous drilling fluid system for HTHP applications using PVP, HPAM and clay, as main constituents, fluid formulations were prepared and determined its rheological properties using rotary viscometer of the Fann, and volume filtrate obtained by filtration HTHP following the standard API 13B-2. The new fluid system using polyvinylpyrrolidone (PVP) with high molar weight had higher viscosities, gels and yield strength, due to the effect of flocculating clay. On the other hand, the low molecular weight PVP contributed to the formation of disperse systems with lower values in the rheological properties and fluid loss. Both systems are characterized by thermal stability gain up to around 120 ° C, keeping stable rheological parameters. The results were further corroborated through linear clay swelling tests.