PRODUÇÃO DE GRAFITA COM A UTILIZAÇÃO DE CARVÃO VEGETAL COMO

MATÉRIA-PRIMA

Arthur Maffei Angelotti, (IC, Fundação Araucária), Unespar – Câmpus de Campo Mourão, arthur_angelotti@hotmail.com

Nabi Assad Filho, (OR), Unespar – Câmpus de Campo Mourão, nabiassadfilho@hotmail.com

RESUMO: Cada vez mais se tem a necessidade da utilização da grafita, assim fontes de grafita natural estão sendo esgotada, deste modo a busca por alternativas de substituição da mesma se faz necessária. Com o intuito de estudar e aplicar métodos alternativos para a produção de grafita, o projeto elaborado tem como finalidade a fabricação de grafita sintética, utilizando o carvão vegetal como matéria-prima. Para isso, foi realizada uma revisão de literatura sobre a fabricação da grafita sintética, e após as pesquisas, foram realizados procedimentos laboratoriais, para a transformação de carvão vegetal em grafita, onde primeiramente moemos o carvão vegetal, misturamos o carvão a um ligante, de amido pré-gel, para posteriormente modelarmos e aquecer a mistura para assim fazer o tratamento térmico do carvão em alta temperatura. Para a elaboração do trabalho foram utilizados os métodos de abordagem dedutivos, estudos laboratoriais e métodos de procedimentos estatísticos. Os resultados obtidos até o momento foram satisfatórios, já que o carvão amorfo obtido se assemelha ao mesmo encontrado no mercado. Palavras-chave: Grafita. Grafita Sintética. Carvão Vegetal. 1 INTRODUÇÃO

Segundo o dicionário Aurélio (2009), grafita é a forma alotrópica do carbono, cristalina, com

sistema hexagonal, negra, usada como mina de lápis e em diversos equipamentos e peças industriais.

De acordo com Ministério de Minas e Energia (MME) (2009), a grafita tem propriedades

únicas, devido sua distinta estrutura em camadas e sua inércia química. Assim ela é utilizada em

diversas aplicações, devido a suas características:

• Excelente condutividade elétrica e térmica;

• Excelentes propriedades lubrificantes, particularmente a elevada temperatura e

pressão;

• Alta resistência à oxidação e durabilidade contra agressividades químicas;

• Ambientalmente amigável e não apresenta riscos à saúde;

• Não apresenta riscos de explosão;

• A habilidade de moléculas químicas serem intercaladas entre as camadas da grafita

(entre os grafenos).

Em geral a grafita é raramente encontrada em sua forma pura na natureza; sempre há uma

parcela de impurezas em sua composição, tais impurezas cingem em torno de 10 a 20% (SAMPAIO et

al., 2005). Isso acontece, pois sua extração é feita em minas subterrâneas ou a céu aberto (como

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mostra a Figura 1), onde pode ser até mesmo necessária à utilização de explosivos para sua remoção

(FEC, 2012).

Figura 1: extração de grafita em Moçambique. Fonte <http://portugueseindependentnews. com/mocambique-mineira-triton-avalia-depositos-de-grafite/>

Pelo fato de se ter impurezas em sua composição, a grafita natural após a extração tem que ser

refinada para a retirada todas as impurezas que permaneceram do processo de extração (FEC, 2012).

De acordo com Francia (2012), a grafita é considerada um mineral escasso e a produção de

grafita se faz necessária, já que a indústria e o mercado brasileiro, conhecem muito pouco sobre a

tecnologia e produção da grafita sintético, sendo que todo o grafita utilizado na indústria brasileira é

importado (CASTRO, 2009).

Pela grande utilização e altos preços de importação é que se faz necessário a produção de

grafita com preços mais acessíveis. Uma alternativa para se obter valores mais acessíveis é a produção

de grafita sintética, a qual é produzida em laboratório, sem a necessidade de sua extração na natureza.

A grafita sintética pode ser produzida utilizando o carvão mineral como matéria-prima, no

entanto o preço do carvão mineral é elevado em relação ao carvão vegetal. Além de que o carvão

mineral não é uma fonte de energia renovável.

As propriedades da grafita sintética são comparadas àquelas da grafita natural, e é

caracterizada pela sua alta pureza e baixa cristalinidade em relação à grafita natural (SAMPAIO et al.,

2005).

A grafita sintética é muito utilizada em materiais de engenharia em vários setores de indústrias

em geral. São usados amplamente em indústria metalurgia, nuclear e aeroespacial (PARDINI, SD).

Pela necessidade de grafita e pelos motivos apresentado o projeto realizado está utilizando

como matéria prima o carvão vegetal, a fim de reduzir impactos ambientais e custos de produção.

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Os objetivos propostos ao início dos trabalhos foram:

• Objetivos gerais:

o Estudar técnicas e métodos de fabricação de grafita utilizando carvão vegetal como

matéria-prima.

• Objetivos específicos:

o Estudar métodos de transformação de carvão vegetal em grafita;

o Definir métodos de transformação;

o Aplicar métodos de transformação de carvão vegetal para obtenção de grafita;

o Realizar estudos de qualidade, fazendo comparação com a grafita natural;

Assim, o presente trabalho apresenta as atividades realizadas no período de Agosto de 2013 à

Julho de 2014.

MATERIAIS E MÉTODOS

Inicialmente foi realizada uma revisão de literatura pesquisando métodos de transformação de

carvão vegetal em grafita. Portanto, foram verificados dados sobre as questões relativas à

transformação do carvão em grafita por meio de leitura e análise das possibilidades, gráficos e

relatórios.

Posteriormente iniciaram-se as pesquisas, as quais foram divididas em três etapas:

transformação de carvão vegetal em carvão amorfo (Etapa 1); pesquisas de fornos de alta temperatura

para a transformação de carvão amorfo em grafita (Etapa 2); e utilização de fornos encontrados para a

transformação de carvão amorfo em grafita (Etapa 3).

Todas as atividades dos experimentos foram realizadas no Laboratório de Química Aplicada

(LQA) da Universidade Estadual do Paraná – Campus Campo Mourão (UNESPAR/Fecilcam).

No início das atividades foi proposto um procedimento experimental, o qual está disponível no

Fluxograma 1, no entanto após estudos de bibliografias foram necessárias algumas alterações no

processo, essas alterações podem ser vistas no Fluxograma 2.

Fluxograma 1: processo proposto de produção de grafita sintética

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Fonte: elaborado pelo autor

Fluxograma 2: processo proposto de produção de grafita sintética

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Fonte: elaborado pelo autor

Com esse novo método estabelecido as etapas do processo foram dividas da seguinte maneira:

• Agosto de 2013 à Janeiro de 2014: Etapa 1;

• Janeiro de 2014 à Julho de 2014: Etapa 2 e Etapa 3.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Com as pesquisas realizadas foi iniciada a Etapa 1 dos experimentos, onde na primeira parte o

carvão foi moído até ficar em granulo que passassem através de uma peneira de 40 mesh.

O ligante utilizado é o amido pré-gel, já que com o qual obtivemos um resultado bom de

mistura com o carvão moído, formando uma mistura homogênea e de consistência ideal para o

manuseio da mesma.

A proporção encontrada entre ligante água e carvão moído (mistura ideal) é conforme o

Gráfico 1, com essa mistura ideal serão realizadas as atividades posteriores.

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Gráfico 1: proporção entre carvão moído, ligante e água

57%29%

14%

Carvão Moido

Ligante

Água

Fonte: elaborado pelo autor

Após essa mistura ser feita foram realizadas as Fase 4, com a utilização de formas cilíndricas,

Fase 5, através de uma estufa, e Fase 6, utilizando uma mufla com a temperatura de 1700ºC.

Com o término da Fase 5 foram obtidos cilindros de carvão, os quais estão expostos na Figura

2.

Figura 2: cilindro de carvão fabricado em laboratório. Elaborado pelo autor

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E ao término da Fase 6 obtivemos o carvão amorfo. Com o término dessa fase também findou-

se a Etapa 1 do procedimento.

Com a Etapa 1 terminada iniciaram-se as atividades relacionadas a Etapa 2, onde através desta

notou-se que utilização de forno que atinjam 3000ºC é fundamental. O forno utilizado para esse

processo é o Forno Acheson.

Com o forno encontrado a Etapa 3 iniciou-se, no entanto essa não pode ser concluída, pois o

Forno Acheson não pode ser obtido e nem fabricado por falta de tecnologias disponíveis.

Foram realizados testes temperaturas inferiores à necessária no entanto não obteve-se

resultados satisfatórios.

CONCLUSÕES

Nota-se ao término do trabalho que o estudo realizado é de grande valia, pois através do

mesmo pode-se obter um produto de características semelhantes à grafita natural.

Pode-se notar que o produto que obtivemos, mesmo sem ter terminado o processo, tem

potencial de venda para a fabricação de diversos produtos.

REFERÊNCIAS

AIRES, Marisa. Moçambique: mineira Triton avalia depósitos de grafite. Disponível em: <http://portugueseindependentnews.com/mocambique-mineira-triton-avalia-depositos-de-grafite/> acesso em: 20/07/2014. BRASIL. Ministério de Minas e Energia (MME), Balanço energético nacional 2009, relatório final. Brasília, 2012 CASTRO, L. D. Os riscos da falta de tecnologia de carbono. Jornal do Brasil. Rio de Janeiro: 16. Fev. 2009. Entrevista concedida a J. A. Miguel. FEC – Fundação Educacional de Caeté. Grafita. Minerologia. Módulo I. 2012. Disponível em: < http://pt.scribd.com/doc/119980859/Trabalho-sobre-o-mineral-Grafita> acesso em: 31 de Março de 2013. FERREIRA, Aurélio Buarque de Holanda. Novo dicionário Aurélio da língua portuguesa. 4.ed. CURITIBA: Positivo, 2009. 2120p. FRANCIA, Leonardo. Extração de grafita em Almenara é prioridade. 2012. Disponível em: <http://www.exportaminas.mg.gov.br/2010/noticias/?area=19&id= 3674>. Acesso em 29 /07/2014. PARDINI, L. C., et al. Estudo da evolução da porosidade em grafites com oxidação controlada por tomografia computadorizada. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS. 20, 2012, Joinvile. Anais... Guaratinguetá: UNESP, 2012. 7p. Disponível < http://www.cbecimat.com.br/trabalhos-completos-cbecimat.php>. Acesso em: 26/07/2014.

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SAMPAIO, J.A.; et al. Grafita. In: LUZ, A.B.; LINS, F.A. Rochas & Minerais Industriais: Usos e Especificações. Rio de Janeiro: CETEM/MCT, 2008. p. 471-488.