Avaliação da cinza de casca de arroz no desenvolvimento de propante cerâmico sintético a base de bauxita de alto teor de sílica

Abstract

Uma das técnicas utilizadas na exploração de hidrocarbonetos de reservatórios não convencionais é o fraturamento hidráulico. No fraturamento hidráulico é utilizado um fluido composto por água, produtos químicos e propante. O propante é um material cerâmico utilizado como agente de sustentação e de acordo com a densidade e pode ser classificado em três diferentes classes: alta densidade, densidade intermediária e baixa densidade; entre as principais propriedades do propante estão a resistência ao esmagamento, densidade absoluta e densidade aparente. Entre as matérias-primas utilizadas para produção de propante cerâmico sintético a bauxita apresenta-se como uma das principais alternativas. É estimada a disponibilidade, no planalto de Poços de Caldas, de aproximadamente 7 milhões de toneladas de bauxita apresentando em sua composição química teores de aproximadamente 52,0 % de óxido de aluminio, 36,0 % de sílica e 8,0 % de óxido de ferro. Testes preliminares realizados mostraram que, utilizando somente a bauxita com teor de sílica em torno de 36,0 % para produção de propante da classe baixa densidade, obtém-se produto final aprovado na especificação de resistência ao esmagamento com valores abaixo de 10,0 % de finos a uma pressão de 10.000 psi ao esmagamento, mas reprovado na especificação de densidade absoluta apresentando valores acima de 2,92 g/cm³, limite máximo permitido. Tendo a necessidade de redução das densidades do propante produzido utilizando a bauxita pura, foram pesquisadas fontes alternativas para colaborar nas reduções nas densidades. Por apresentar em sua composição química teor de sílica acima de 90,0 %, material que apresenta baixa densidade, e por ser um resíduo de fonte renovável, a cinza de casca de arroz apresentou-se como alternativa de aditivo. A amostra de cinzas de casca de arroz foi recebida moída e a amostra de bauxita foi recebida “in natura” passando pelas etapas de tratamento térmico, britagem e moagem. Foram adicionados à bauxita percentuais de 2,5 %, 5,0 %, 7,5 % e 10,0 % de cinzas de casca de arroz e feitas as caracterizações por análises química, mineralógica e térmica. Em sua composição, a bauxita, apresentou óxido de aluminio de 52,7 %, sílica 36,7 % e óxido de ferro de 8,66 %; outros óxidos apresentaram percentuais menores que 1,0 %. A CCA apresentou sílica em torno de 96,0 %. Antes da mistura com a cinzas de casca de arroz a bauxita passou por 2 tratamentos térmicos diferentes; 110 °C por 12 horas ou 500 °C por 1 hora. Após a mistura da bauxita com a cinza de casca de arroz, foram realizadas as etapas de granulação, secagem, classificação (peneiras # 18/30), e sinterização em temperaturas de 1480 °C, 1510 °C e 1530 °C, sendo classificadas após sinterização em peneiras # 30/50 para realização dos ensaios de densidades “bulk”, absoluta e aparente, e resistência ao esmagamento a 10.000 psi conforme as normas API RP 19C e ISO 13503-2. A amostra com a adição de 2,5 % de CCA e sinterização a 1510 °C e a amostra com a adição de 5 % de CCA e sinterização a 1540 °C atenderam as especificações de densidade absoluta e resistência ao esmagamento.