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UTILIZAÇÃO DO EFEITO FOTOACÚSTICO NA DETERMINAÇÃO DA
EFICIÊNCIA DO PROCESSO DE DESSORÇÃO TÉRMICA
J. T. Araruna Jr.
UENF / PUC - Rio
C. G. Jorge
UENF
M. G. Silva
UENF
M. S. Sthel
UENF
H. Vargas
UENF
RESUMO: O presente trabalho apresenta uma nova metodologia para determinação da eficiência
do processo de desorção térmica na remoção de compostos orgânicos em solos argilosos. O método
fotoacústico foi utilizado na determinação da difusividade térmica de uma material puro e
contaminado visando a determinar a eficácia da remoção de contaminantes orgânicos. O programa
experimental, que consistiu no emprego da desorção térmica em uma argila gorda contaminada
com ascarel, revelou que 1) o ascarel pode ser removido com grande eficiência sem que hajam
alterações significativas na estrutura do material e 2) a eficácia da desorção térmica pode ser
avaliada através do método fotoacústico que envolve uma montagem experimental relativamente
simples.
1. INTRODUÇÃO
Inúmeros sítios contaminados apresentam
uma grande concentração de substâncias
orgânicas na zona de aeração e na zona
saturada. Em uma matriz permeável, os
processos de extração por vapor (soil vapor
extraction - SVE) na zona de aeração, e o
espargimento de ar (air sparging) na zona
saturada, têm obtido relativo sucesso na
remoção de parte da fase volátil do
contaminante. Entretanto, em países de clima
temperado a taxa de transformação de fase
entre a fase sólida e a fase gasosa restringe a
aplicação desses processos, tornando-os muitas
vezes caros e demorados.
No intuito de superar essa dificuldade, tem-
se aquecido a matriz visando a provocar um
aceleramento da taxa de volatização (USEPA,
1995). O avanço da frente de vapor, desloca o
solo, a água e o próprio contaminante. As
substâncias orgânicas são transportadas pelo
vapor para uma zona de condensação onde são
extraídas por bombeamento. A injeção de uma
água moderamente aquecida (500 C) na zona
contaminada pode aumentar a solubilidade de
muitos orgânicos que, por sua vez, melhorará a
sua remoção através de bombeamento. Por
outro lado, a redução da viscosidade permite
que a água aquecida os transporte. A vantagem
do emprego da água aquecida é que esta não
provoca um ambiente agressivo, ao contrário
de outros métodos de aquecimento. Ademais, o
seu emprego proporciona condições propícias
para o crescimento de biomassa que, por sua
vez, poderá auxiliar na degradação dos
compostos orgânicos.
No entanto, esses processos se mostraram
bastante ineficazes quando aplicados em solos
de baixa permeabilidade, onde o aquecimento
induzido por ondas de rádio ou resistência
elétrica apresentaram melhores resultados
(Orth et al., 1997). O aquecimento da matriz
argilosa a temperaturas superiores a 1000 C,
provoca a liberação e o transporte de orgânicos
por: (1) acréscimo da pressão de vapor e
522
difusividade; (2) aumento na permeabilidade
efetiva da argila decorrente da liberação de
vapor d'água e do próprio contaminante; (3)
aumento da volatilidade do contaminante; e (4)
redução da viscosidade que facilita a
mobilidade do contaminante (USEPA, 1995).
Este processo, conhecido como desorção
térmica, separa fisicamente, mas não aniquila,
contaminantes voláteis e alguns semi-voláteis
de solos, sedimentos e lodos.
A avaliação do processo de desorção
térmica é efetuada por intermédio de métodos
instrumentais em amostras coletadas na zona
de tratamento. Entre os métodos instrumentais
disponíveis está a cromatografia. A
cromatografia a gás tornou-se o procedimento
padrão para a detecção e quantificação de uma
variedade de compostos orgânicos voláteis
(Sawyer et al., 1994). Ela é utilizada na
medição dos poluentes designados prioritários
pela Agência de Proteção Ambiental dos
Estados Unidos (USEPA), dos compostos
orgânicos que produzem odor e gosto, além
dos compostos designados como orgânicos
voláteis. Já na detecção e quantificação dos
compostos não-voláteis emprega-se a
cromatografia líquida de alto desempenho
(HPLC). Em ambos os métodos, os compostos
orgânicos podem ser determinados com uma
boa precisão e com uma resolução na faixa de 
mg/L.
Não obstante as vantagens mencionadas, a
realização de análises quantitativas através da
cromatografia é ainda bastante restrita no
Brasil, sendo efetuada principalmente em
Universidades e Centros de Pesquisas.
Segundo Rudiger (1999), algumas empresas
que atuam no ramo de remediação &
contenção de áreas degradadas preferem
conduzir as análises no exterior, pois aquelas
aqui realizadas demandam um longo tempo e
apresentam um alto custo.
Neste sentido, o presente trabalho apresenta
uma técnica alternativa para a avaliação da
eficácia da desorção térmica. O método
proposto baseia-se no efeito fotoacústico e
apresenta como vantagens: a praticidade, a
rapidez e o baixo custo. A validade do método
fotoacústico foi acessada por intermédio de um
programa experimental, o qual empregou um
solo argiloso de origem sedimentar da Região
Norte Fluminense impregnado com ascarel.
2. O EFEITO FOTOACÚSTICO
O efeito fotoacústico foi descoberto por
Alexander Graham Bell (circa 1880).
Enquanto trabalhava em seu fotofone, Bell
percebeu, acidentalmente, que um som audível
poderia ser produzido, quando um feixe de luz
solar rapidamente interrompido incidia em uma
substância sólida, na forma de diafragma,
conectada a um tubo acústico. Em uma série de
experimentos posteriores, Bell demonstrou que
o efeito fotoacústico era dependente da
absorção de luz pelo material na célula.
O efeito fotoacústico consiste na geração de
um sinal acústico em um gás dentro de uma
célula fechada, a partir da absorção de uma
radiação modulada pela amostra situada na
célula (Rosencwaig, 1976). Ao absorver
radiação, a amostra sofre excitação dos seus
níveis de energia, os quais após um decaimento
não radiativo causam um aquecimento no
local. Devido à excitação e desexcitação serem
fenômenos periódicos, o aquecimento
promovido difunde-se pelo material como uma
onda térmica atingindo a interface amostra-gás.
O processo de difusão de calor através da
amostra promove a geração de um sinal
acústico no interior da célula, por três
processos principais: difusão térmica, flexão
termoelástica e expansão térmica. Estes são
dependentes não somente das condições
experimentais bem como das propriedades do
material a ser estudado.
No mecanismo de difusão, a onda térmica
gerada pelo aquecimento periódico atinge a
interface amostra-gás, transferindo o calor da
amostra para uma fina camada do gás. Esta
camada, ao ser aquecida, expande-se, gerando
uma onda acústica no interior da célula.
O mecanismo de geração do sinal, baseado
na expansão térmica, ocorre quando a amostra
varia sua temperatura média em decorrência do
aquecimento pela absorção. A variação cíclica
da temperatura, provoca sua expansão
periódica, tornando-a semelhante a um pistão
vibratório que dá origem à onda acústica no
gás.
Na flexão termoelástica, há a formação de
um gradiente de temperatura ao longo da
espessura da amostra, produzindo assim uma
expansão diferenciada ao longo dos planos
perpendiculares à direção de difusão da onda
523
térmica. Este mecanismo induz a um processo
de flexão da amostra (semelhante à vibração da
membrana de um tambor), desde que a mesma
esteja com as bordas presas. Sendo este um
processo periódico, há a geração de ondas
acústicas no gás. Devido aos sólidos
apresentarem, de uma maneira geral, pequenos
coeficientes de dilatação térmica, a
contribuição dos mecanismos de expansão
térmica e flexão termoelástica na geração do
sinal fotoacústico para fins práticos é
considerada desprezível.
3. DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDA-
DES TÉRMICAS
A caracterização térmica de uma amostra
pode ser realizada a partir da determinação da
difusividade térmica, a. Em termos físicos, a
difusividade térmica reflete o tempo de
termalização,ou seja, o tempo necessário a um
amostra para que esta atinja uma temperatura
final de equilíbrio. A difusividade é uma
característica inerente a cada material e é
altamente sensível a mudanças composicionais
e microestruturais. Ela se relaciona à
condutividade térmica, ks, de acordo com:
a
r
=
k
c
s (1)
onde r é a densidade do material e c o seu
calor específico. Ao produto da densidade do
material versus o seu calor específico
denomina-se capacidade térmica por unidade
de volume.
A determinação da difusividade térmica
envolve uma montagem experimental
relativamente simples, conforme ilustra a
Figura 1. Ela é composta de um laser como
fonte de luz, um modulador light chopper
controller, uma célula fotoacústica e um filtro
amplificador de sinal Lock-in. As leituras da
variação da amplitude e da fase do sinal com a
freqüência da luz são enviadas a um
computador PC através de uma placa de
comunicação.
 Espelho refletor
 Amostra
Modulador Chopper Microfone
 (Célula OCP)
LASER Argônio
Lock-In
 NICHOP e
ORIGIN
Figura 1 - Diagrama esquemático da montagem experimental
524
No sistema da UENF, ilustrado na Figura 2,
utilizou-se um laser de argônio de 100 mW,
um chopper da EG&C modelo 651, um filtro
amplificador da EG&C modelo 5210 PAR e
uma placa de comunicação da GPIB modelo
IEEE-488.1.
Figura 2 - Sistema fotoacústico da UENF
Utilizando o modelo de Rosencwaig &
Gersho (Rosencwaig, 1976) para a difusão
térmica em uma célula fotoacústica aberta e
considerando que a amostra seja opaca e
termicamente grossa (i.e., àquela que apresenta
uma espessura superior ao comprimento de
difusão térmica), a dependência da amplitude
do sinal, S, com a freqüência de modulação
pode ser expressa da seguinte forma:
S ke
L
f
=
-
p
a
(2)
onde f é a freqüência de modulação da luz
incidente, L é a espessura da amostra, e k é
uma constante que inclui fatores como as
propriedades térmicas do gás, intensidade da
luz incidente, temperatura ambiente, além de
fatores geométricos. Aplicando-se o logaritmo
neperiano em ambos os lados da Equação 2,
obtem-se:
ln lnS k L f= -
p
a
(3)
o termo ln(k) é o intercepto da curva amplitude
do sinal sinal versus freqüência de modulação
enquanto o termo L pa é o seu coeficiente
angular. Denominado-se de b o coeficiente
angular, a difusividade térmica, a, é
determinada da seguinte forma:
a p=
æ
è
ç
ö
ø
÷
L
b
2 (4)
4. PROGRAMA EXPERIMENTAL
O programa experimental consistiu na
impregnação de ascarel em um solo argiloso de
alta plasticidade. As amostras do solo
contaminado foram calcinadas em um sistema
de desorção térmica com a temperatura
variando de 50 até 6500 C. A partir do solo
calcinado, foram moldados corpos de prova em
formato de pastilhas para que a concentração
de ascarel fosse analisada através do método
fotoacústico e comparada com os resultados da
análise química elementar por fluorescência de
raio-X.
4.1 Materiais
4.1.1. O Sistema de Desorção Térmica
O sistema de desorção térmica, ilustrado na
Figura 3, foi projetado e desenvolvido no
Laboratório de Engenharia Civil da UENF, no
âmbito de uma linha de pesquisa para
remediação de áreas degradadas. O sistema,
que permite submeter amostras de solo à
radiação térmica, consiste de um forno, uma
unidade de controle de temperatura (UCT) e
uma capela para exaustão de gases.
O forno foi projetado para calcinar amostras
de solos contaminados a temperaturas variando
de 50 a 6000 C. Suas características funcionais
se assemelham a uma unidade de desorção
térmica, que utiliza a eletricidade como fonte
de calor para volatizar e remover os
contaminantes.
O forno, ilustrado na Figura 3, possui um
formato cilíndrico vertical, sendo sua estrutura
composta de dois tubos cilíndricos de ferro
fundido com 500 mm de comprimento, 90 mm
de diâmetro interno de 150 mm de diâmetro
externo, tendo o primeiro 6 mm de espessura e
o segundo 8mm de espessura. Os tubos são
525
Figura 3 - Sistema de desorção térmica instalado na capela para exaustão de gases
soldados a uma chapa circular, também de
ferro fundido, com 150 mm de diâmetro e 8
mm de espessura. O espaço entre os tubos, é
preenchido com mantas compactadas de lã de
vidro, visando a um isolamento térmico
satisfatório.
4.1.1.1. Forno
O forno foi projetado para calcinar amostras
de solos contaminados a temperaturas variando
de 50 a 6000 C. Suas características funcionais
se assemelham a uma unidade de desorção
térmica, que utiliza a eletricidade como fonte
de calor para volatizar e remover os
contaminantes.
O forno, ilustrado na Figura 3, possui um
formato cilíndrico vertical, sendo sua estrutura
composta de dois tubos cilíndricos de ferro
fundido com 500 mm de comprimento, 90 mm
de diâmetro interno de 150 mm de diâmetro
externo, tendo o primeiro 6 mm de espessura e
o segundo 8mm de espessura. Os tubos são
soldados a uma chapa circular, também de
ferro fundido, com 150 mm de diâmetro e 8
mm de espessura. O espaço entre os tubos, é
preenchido com mantas compactadas de lã de
vidro, visando a um isolamento térmico
satisfatório.
Os dois tubos de ferro fundido possuem 3
orifícios laterais situados na extremidade
superior, por onde passam 3 tubos de vidro de
60 mm de comprimento, 6 mm de diâmetro
externo e 3 mm de diâmetro interno. Dois
destes orifícios são destinados à entrada e saída
da resistência elétrica, enquanto que o terceiro
destina-se à saída de gases. No tubo externo foi
soldado uma flange com 223 mm de diâmetro
e 7 mm de espessura para possibilitar o apoio
da tampa, bem como o fechamento do forno
através de parafusos rosqueáveis.
A tampa, confeccionada em ferro fundido,
apresenta 223 mm de diâmetro e 10 mm de
espessura. A tampa possui um orifício central
de 5 mm de diâmetro destinado à entrada do
termopar e quatro orifícios para o
rosqueamento dos parafusos de fechamento do
forno. Soldada à tampa, têm-se duas alças de
ferro fundido utilizadas na sua remoção.
Um tubo de carbureto de silício, uma
cerâmica que possibilita a aplicação de
temperaturas de até 12000 C, com 400 mm de
comprimento, 50 mm de diâmetro externo e 6
mm de espessura, foi instalado no interior do
forno. O tubo de carbureto de silício foi
envolvido com uma resistência de cobre cujas
características estão descritas na Tabela 1.
A amostra de solo é inserida no forno
através de um cadinho. O cadinho consiste de
526
um becker PYREXâ com 29,7 cm3 de volume
soldado a uma haste de vidro com 270 mm de
comprimento. O conjunto, haste e becker, ao
ser inserido no forno, fica apoiado na
extremidade do tubo de carbureto de silício.
Tabela 1 - Características físico-elétricas da
resistência empregada
Característica Valor
resistência máxima 4,08 W
Tensão 127 V
corrente elétrica máxima31,13 A
potência máxima 3953,51 W
4.1.1.2. Unidade de controle de temperatura
A temperatura no interior do forno é medida
através de um termopar, cujas características
estão descritas na Tabela 2. O termopar, fixo
através de um suporte metálico, é inserido
através do furo central da tampa e posicionado
a uma distância de aproximadamente 10 mm
da amostra. Esta proximidade visa a aumentar
a área de absorção de calor e assim permitir
que este possa medir a temperatura com uma
maior exatidão.
A unidade de controle de temperatura, ilustrada
esquematicamente na Figura 4, consiste de 4
sistemas:
·termômetro - exerce a função de transformar a
excitação medida pelo termopar em V em 0C e
a envia ao comparador;
·seletor de temperatura - responsável pela
escolha da temperatura selecionada pelo
operador. Para cada temperatura selecionada,
há uma tensão enviada ao comparador, que a
envia ao controlador, e em seguida para a
resistência no forno;
·comparador - responsável pela comparação da
leitura do termopar com a temperaturaselecionada pelo operador. Através do
comparador, pode-se emitir uma ordem de
cancelamento de tensão para a resistência ou
uma ordem de injeção de tensão na mesma;
·controlador - recebe as ordens do comparador
para injetar tensão na resistência ou mantê-la
constante, controlando, assim, a temperatura
interna do forno de acordo com o ajuste de
temperatura selecionado pelo operador.
Tabela 2 - Características do Termopar
Característica Valor
Tipo Tipo K
Modelo Cromel-Alumel
comprimento da haste30 cm
Temperatura -200 a 12500 C
força eletro-motiz -5,97 a 50,63 mV
 UNIDADE CONTROLADORA DE TEMPERATURA
 TERMÔMETRO COMPARADOR CONTROLADOR
 T2 (V)
V Tcomp(V) Tcontr(V)
 °C
 T1(V)
 t (°C)
 TERMOPAR
 T=127V 
 SELETOR DE TIPO K
 TEMPERATURA FORNO
 
°C
Figura 4 – Diagrama esquemático da unidade de controle de temperatura
527
A temperatura estabelecida pela unidade de
controle é exibida digitalmente utilizando-se
de um voltímetro ECB modelo MD 450.
Quando a amostra estiver absorvendo a
energia emitida pela resistência, a transferência
de calor dar-se-á com maior intensidade por
irradiação, apesar da existência dos efeitos de
condução e de convecção. O efeito da
transmissão de calor por condução é realizado
através do contato entre a amostra e o cadinho,
enquanto que o de convecção é efetuado
através da circulação das correntes de gases
aquecidos presentes no interior do forno.
4.1.2. A Célula Fotoacústica
A célula fotoacústica empregada nos
experimentos é uma célula fotoacústica aberta.
A célula é dita aberta devido a que a amostra é
colocada diretamente sobre o microfone,
conforme ilustra a Figura 5.
amostra
graxa de vácuo
Câmara PA 
radiação incidente
diafragma de ele-
treto metalizado
R V ar
placa de metal 
Figura 5 - Diagrama esquemático da célula
fotoacústica aberta
O microfone de eletreteto consiste de um
cilindro com 10 mm de diâmetro e 9 mm de
altura, possuindo no centro de sua face
superior uma abertura circular de 3 mm de
diâmetro. Situado a aproximadamente 1 mm da
abertura está o diafragma de eletreto que se
encontra separado por 45 mm de uma placa no
fundo do microfone, formando assim um
capacitor. A camada metálica, com cerca de
500 a 1000 Å, está ligada à mesma placa por
intermédio de um resistor. Ao incidir um feixe
de luz modulado sobre a amostra, a flutuação
da temperatura faz variar a pressão da câmara
de ar entre a amostra e o eletreteto, provocando
deflexões na membrana que resultam numa
variação de capacitância e, por conseguinte, do
potencial elétrico ao longo do resistor. O
potencial elétrico gerado é armazenado por um
amplificador do tipo Lock-in, que registra a
amplitude do sinal e a diferença de fase.
4.1.3. O Solo
O solo utilizado neste trabalho é
proveniente da sedimentação de material
transportado pelo rio Paraíba do Sul. A Tabela
3 apresenta as suas características.
Tabela 3 - Características do material
empregado
Característica Valor
Distribuição
Granulométrica
(NBR 7181)
areia fina
silte
argila
8%
12%
80%
Índices de
Consistência
(NBR 6459 e 7180)
LL
LP
IP
75%
25%
50%
Classificação (ASTM D 2487)CH – argila gorda
Atividade 0,63
4.1.4. O Poluente
Os PCB’s são um grupo de compostos
químicos organo-sintéticos, consistindo de
cloro, carbono e hidrogênio. Eles podem se
apresentar na forma de óleos líquidos ou
sólidos, e podem ser incolores ou apresentarem
uma coloração amarela suave. Não apresentam
gosto nem cheiro, e não se decompõe
facilmente no meio ambiente (NRC, 1998).
Os PCB’s são de difícil degradação e
tendem a se acumular no meio, sendo
altamente persistentes, aumentando suas
concentrações nas cadeias alimentares ao
serem absorvidos pelo animais em seu habitat
natural e concentrar-se em seus tecidos
(Wentz, 1989).
Os PCB’s possuem uma excelente
estabilidade térmica (i.e., de difícil queima).
Eles são insolúveis em água, mas soluvéis em
álcool, éter e benzeno. Apresentam baixa
mobilidade no solo, mas podem ser lixiviados
com solventes orgânicos. Sua queima gera
gases venenosos como dioxina e os
dibenzofuranos clorados. Algumas de suas
características estão ilustradas na Tabela 4.
528
Tabela 4 - Características dos PCB’s (USEPA,
1998)
Característica Valor
Ponto de ebulição 255,90 C
Ponto de fusão 340 a 3750 C
Densidade 1,44 Mg/m3 a 300 C
Coeficiente de Henry 3,3x10-4 a 5x10-5
atm.m3/mole a 200 C
Coeficiente de sorção, Koc > 5000
Potencial
de distri-
buição
Água
Ar
solo
sólidos em
supensão
sedimentos
aquáticos
0-1,8%
0-34%
33-52%
0,05-0,08%
30-50%
No Brasil, entre os PCB’s mais utilizados
destaca-se o ascarel (3-3’-4-4’-5 penta-cloro-
bifenil).
4.2. Métodos
4.2.1. Impregnação e Contaminação
Os materiais utilizados para a impregnação
foram:
capela p/ exaustão de
gases
balão volumétrico 100
mL
ascarel pêra de borracha
solo macerado beckers de 100 mL e
1000 m L
hexano bastão de vidro
NaOH 5M papel alumínio
álcool hidratado pipeta Pasteur
Como primeiro passo, lavou-se o material
vítreo com álcool no becker de 1000 mL e
depois acrescentou-se 10 mL de NaOH no
resíduo da lavagem para “neutralizar” qualquer
tipo de impureza e para, em seguida, descartá-
lo.
Em seguida, com a finalidade de fornecer
melhor poder de infiltração do ascarel no solo,
já que a viscosidade do mesmo dificulta tal
execução, preparou-se na capela uma solução
de ascarel/hexano 1:1 em um balão
volumétrico utilizando a pêra de borracha.
Procedeu-se então a homogeneização da
solução
A solução 1:1 homogeneizada foi posta no
becker de 100 mL junto com o solo macerado.
Cobriu-se a boca do becker com papel
alumínio e perfurou-se com uma ponta cortante
pequenos orifícios no papel para a exaustão do
hexano da amostra contaminada. Decorrido o
tempo necessário para a evaporação do hexano
a amostra foi rotulada e armazenada para a
calcinação.
4.2.2. Calcinação
Foram preparadas 13 amostras do solo puro
e 13 amostras do solo contaminado, cada uma
com massa de aproximadamente 25 g, para
serem calcinadas no sistema de desorção
térmica. Separou-se 2 amostras, uma pura e
outra contaminada, para serem analisadas à
temperatura ambiente (controle). As outras 24
amostras foram submetidas às temperaturas de
50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450,
500, 550 e 6000 C.
4.2.3. Moldagem das pastilhas
As amostras calcinadas e as de controle
foram moldadas em formato de uma pastilha
com 31 mm de diâmetro, 2,7 mm de espessura
e com massa de aproximadamente 4,4 g. Para a
moldagem utilizou-se de uma prensa hidráulica
de 10 t e de um molde de aço temperado.
Ao todo, foram moldadas 6 seqüências de
13 amostras de solo com temperaturas
variadas, sendo 3 seqüências de 13 amostras de
solo puro e 3 seqüências de 13 amostras de
solo contaminado.
4.2.4. Análise química elementar por fluores-
cência de raio-X
O equipamento utilizado na análise química
qualitativa foi o espectômetro de fluorescência
de raio-X Seifert modelo VRA 35. Através
desse tipo de análise observou-se a redução da
intensidade de cloro no solo, já que o cloro
constitui-se no principal elemento indicador da
presença de ascarel no solo.
Para que se possa relacionar a intensidade
de cloro no solo com a sua concentração foi
necessário realizar uma conversão através de
uma curva de calibração. Neste sentido,
impregnou-se 5 amostras de solo com uma
solução de hexano e ascarel em diferentes
concentrações, de acordo com:
529
0% de ascarel - solução de 100 mL de hexano
25% de ascarel - solução de 25 mL de ascarel
+ 75 mL de hexano
50% de ascarel - solução de 50 mL de ascarel
+ 50 mL de hexano
75% de ascarel - solução de 75 mL de ascarel
+ 25 mL de hexano
100% de ascarel- solução de 100 mL de
ascarel
As amostras de solo foram moldadas em
pastilhas e analisadas para a obtenção da
intensidade de cloro. Como resultado da
análise, obteve-se uma de intensidade de cloro
(em cps) versus concentração de ascarel.
4.2.5. Análise mineralógica por difratometria
de raio-X
As pastilhas de solo puro e contaminado
calcinadas a diferentes temperaturas
empregadas na análise química elementar por
fluorescência de raio-X foram analisadas no
difratômetro de raio-X do Departamento de
Ciência dos Materiais e Metalurgia da PUC-
Rio. Utilizou-se o método do pó para avaliar as
modificações mineralógicas decorrentes do
processo de calcinação (Klein & Hurlbut Jr.,
1993).
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
A Figura 6 mostra que o aquecimento
induzido da argila gorda contaminada com
ascarel, no sistema de desorção térmica,
provocou uma redução na leitura da
intensidade de cloro, enquanto que a leitura da
intensidade de cloro na amostra pura manteve-
se praticamente constante.
Na verdade, a Figura 7 revela que a
concentração da amostra controle que era de
cerca de 25000 ppm foi reduzida a cerca de
282 ppm após a sua calcinação a uma
temperatura de 6000 C por uma hora. Esta
redução corresponde a uma taxa de remoção de
99,89%.
A grande vantagem da desorção térmica
sobre a incineração reside no fato da primeira
separar fisicamente, mas sem destruir, os
contaminantes. O solo após o tratamento, pode
ser novamente utilizado em atividades
agrícolas ou como material de construção. A
incineração, por sua vez, promove a completa
destruição das propriedades físico-químicas do
solo, transformando-o em cinzas. Os resultados
apresentados nas Figuras 8 e 9 corroboram
com essa afirmação.
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 100 200 300 400 500 600
temperatura (0C)
in
te
n
si
d
ad
e 
(c
p
s)
puro contaminado
Figura 6 – Efeito da desorção térmica na argila
gorda contaminada com ascarel térmica
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
0 100 200 300 400 500 600 700
temperatura (0C)
co
n
ce
n
tr
aç
ão
 (
p
p
m
)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
%
 r
em
o
çã
o
Cl % Cl removido
Figura 7 – Concentração de cloro e
percentagem de sua remoção devido à
desorção térmica
A Figura 8 mostra a intensidade das leituras
de cloro, alumínio e silício efetuadas pelo
espectômetro de fluorescência de raio-X na
argila gorda contaminada quando submetida a
desorção térmica. Observa-se uma drástica
redução nas leituras de cloro quando
comparadas às de alumínio e silício, que se
mantiveram praticamente constante.
À primeira vista, os resultados apresentados
na Figura 8 sugerem que o aquecimento da
matriz argilosa provocou somente a liberação
do ascarel. De fato, a Figura 6 revela que a
intensidade da leitura de cloro no material
contaminado calcinado a 6000 C é semelhante à
do material puro calcinado à mesma
temperatura.
530
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 100 200 300 400 500 600
temperatura (0C)
in
te
n
si
d
ad
e 
(c
p
s)
cloro silício alumínio
Figura 8 – Variação da intensidade das leituras
de cloro, alumínio e silício com a temperatura
O aquecimento de uma matriz argilosa
provoca gradativamente a perda da água livre e
de constituição dos minerais, provocando
alterações mineralógicas. Isso está evidente na
Figura 9, que mostra as curvas referentes ao
solo contaminado e ao solo contaminado
calcinado à temperatura de 5500 C.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 5 10 15 20 25 30
2qq
in
te
n
si
d
ad
e 
(c
p
s)
25 graus 550 graus
caulinita
gibsita
Figura 9 – Difratometria do material
contaminado e do material contaminado
calcinado a 5500 C
As alterações mineralógicas observadas
foram típicas de um material natural puro. A
caulinita, o constituinte principal, com o
aquecimento transformou-se em metacaulinita.
Já a gibsita, com o aquecimento perdeu a sua
água de hidratação, provavelmente a uma
temperatura próxima a 2400 C. Os resultados
sugerem que não houve nenhuma reação
química que pudesse amorfizar a estrutura do
argilomineral.
Apesar da desorção térmica não alterar de
uma maneira significativa a estrutura de um
solo a ser tratado, ela só é empregada quando
apresenta uma eficácia semelhante à da
incineração. Essa é uma prática corrente,
mesmo nos países avançados, pois a
incineração ainda se constitui no processo
predileto das indústrias e órgãos
governamentais.
A Figura 10 mostra a variação da
difusividade térmica com o aumento da
temperatura para o solo puro e para o
contaminado. Sendo a difusividade térmica
uma propriedade extremamente sensível a
mudanças composicionais e microestruturais
de um dado material, era de se esperar que a
sua magnitude fosse influenciada pela presença
de um contaminante neste. De fato, a Figura 10
revela que os valores da difusividade térmica
do material puro e do contaminado vão ficando
próximos à medida que o cloro vai se
volatizando.
0,4
0,42
0,44
0,46
0,48
0,5
0,52
0,54
0,56
0 100 200 300 400 500 600 700
temperatura (0C)
d
if
u
si
vi
d
ad
e 
té
rm
ic
a
puro contaminado
Figura 10 – Variação da difusividade térmica
com a temperatura para as amostras pura e
contaminada
Essa mesma figura ainda sugere que o
processo de desorção térmica atinge a sua
máxima eficácia em torno de 5000 C, quando
se estabiliza a diferença dos valores de
difusividade térmica entre o material
contaminado e o material puro. Este valor é
semelhante ao obtido através da análise
química por fluorescência de raio-X, conforme
ilustra a Figura 7. Através desta figura,
contata-se que a percentagem de remoção de
cloro a 5000 C é bem próxima a 100%, e que
esta pouco varia a partir deste patamar. A
comparação dos valores obtidos em ambas as
análise sugere que o método fotoacústico pode
ser empregado na determinação da eficácia da
desorção térmica.
O método fotoacústico é mais vantajoso à
medida que este envolve uma montagem
experimental relativamente simples em
contraste com a complexidade de um
espectômetro de fluorescência de raio-X. No
531
tocante à interpretação dos resultados, a
difusividade térmica é determinada através de
uma regressão pelo método dos mínimos
quadrados, disponível em grande parte das
planilhas eletrônicas, enquanto que a
interpretação dos resultados da fluorescência é
bastante complexa e requer software dedicado.
Em relação às análises por cromatografia, o
método fotoacústico apresenta as seguintes
vantagens:
preparo do corpo de prova – as amostras para
análises por cromatografia precisam ser
extraídas por pessoal qualificado, em um
ambiente adequado.
material de consumo – as análises por
cromatografia necessitam de diferentes
tipos de reagentes e de colunas para cada
tipo ou família de contaminantes.
interpretação dos resultados - as análises por
cromatografia necessitam de pessoal
qualificado.
6. CONCLUSÕES
O dispêndio de energia gera um alto custo
na utilização dos processos físico-térmicos em
relação a outros processos físicos, químicos e
biológicos de remediação. A desorção térmica
surgiu da necessidade de se elaborar um
processo de menor custo, mas mantendo uma
eficácia semelhante à da incineração.
O programa experimental demonstrou que a
desorção térmica é bastante eficaz no
tratamento de solos finos contaminados com
compostos orgânicos que apresentam alta
persistência e baixa mobilidade, como o
ascarel.
Já a eficácia da desorção térmica pode ser
avaliada através do método fotoacústico, que
envolve uma montagem experimental
relativamente simples. De fato, a simplicidade
da técnica fotoacústica lhe confere inúmeras
vantagens sobre as análises químicaspor
fluorescência de raio-X e por cromatografia.
7. AGRADECIMENTOS
Os autores manifestam seus agradecimentos
a Fundação Estadual Norte Fluminense pelo
apoio financeiro recebido.
8. REFERÊNCIAS
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for Classification of Soils for Engineering
Purposes. Annual Book of ASTM Standards,
Vol. 04.08. American Society for Testing
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Sons, New York.
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Limite de Liquidez. Associação Brasileira de
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NBR 7180 (1998). Solo - Determinação do
Limite de Plasticidade. Associação
Brasileira de Normas Técnicas, Rio de
Janeiro.
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Energy Contract Number: DE-AC05-
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