Machado . A.O.D.V: Araújo. J.M.M.
INFLUÊNCIA DO
BENTONITA.
CARBONATO
DE SÓDIO
EM
DISPERSÕES
DE
A.O.D.V Machado', J.M.M. Araújo ~
I - Departamento de E ngenharia de Minas - Universidade Federal de Pernambuco . Rua Acadêmico Hélio Ramos. s/n.
Cidade Univcrsit{tria. CE P 50 .-+40-530. Rccifc-PE
E-mail : aureo(á •npd ufpc.b r
2 - Grupo de Tecnologia Mineral- Departamento de Engenharia de Minas- Universidade Federal de Pernambuco. Rua
Acadêmico Hélio Ramos. s/n. Cidade U nivcrsi túri a. CEP 50.440-530. Rccifc-PE
E-mail: jmma(c/inpd .ufpc.br
RESUMO
Di spersões de bcntonita são amplamente usadas cm tluidos de perfuração de petró leo ú base de ;ígua doce. dev ido às
suas propriedades rcológicas. A natureza do dtion troc{J vcl. sódio ou cúlcio. é um fator importante que determinam as
características das bcntonitas. A bentonita é mais adequada para usos cm lluidos de pcrfuraçiio. quando o íon sódio cst{J
prese nte cm quantidades significativas. O carbonato de sódio é usado para proporcionar a troca do íon sódio pelo íon
cálcio ou outro cátion polivalente da bentonita. Neste trabalho. estudou-se o co mportamento rcológico das dispersões de
quatro tipos de bcntonitas naturais do município de Boa Vista-PB c de três tipos do município de Anagé- BA. Todas as
amostras naturai s de bcntonita apresentaram baixa viscosidade. Observou-se um aumento da viscos idade apmcntc. com
o aumento da concentração de carbonato de sódio nas di spe rsões. Essas alterações foram marcantes cm três tipos de
bcntonitas.
PALAVRAS-CHAVE : bcntonita : csmcctita: viscosidade: lluidos de perfuração.
L INTRODUÇÃO
Bcntonitas consistem esse ncialmente de argilominerais do gmpo da csmcctita. A montmorilonita é o mineral predominant e.
Propriedades rco lógicas tais como viscosidade c tixotropia, representam uma função importante na aplicação da s
bcntonitas. Essas propriedades são afetadas por v{Jrios fatores como. por exemplo. tamanho c forma das partículas. tipo
de bcntonita. concentração da argila c de clctrólitos em suspensão (Odon. l 984, Yildiz ct ai., I 999) . As bcntonitas são
geralmente classificadas como tipo sódica ou cMcica. dependendo de qual é o cátion responsável pela troca cm dispersões
aquosas. A capacidade de troca de cátion é maior para a montmorilonita sódica. que apresentam as melhores propriedades
rcológicas para lluidos de perfuração (Darlcy c Gray, I 988).
Luckham c Rossi (I 999) citam que a montmorilonita sódica é a componente chave nos lluidos de perfuração que possuem
água como fase contínua, conhecidos como lluidos à base de água. Em baixas quantidades (4 a 5% cm peso) são capazes
de fonnar uma cstmtura como gel, necessária para carregar os detritos de perfuração c mantê-los cm suspensão quando
a circulação do lluido é interrompida.
Tentativas para transfonnar bentonitas não sódicas cm bcntonitas sódicas são uma prútica comum na indústria de argila. A
troca do íon é usualmente feita pela mistura de carbonato de sódio com a argila. usando v;írios métodos mecânicos . Esse
procedime nto melhora as propriedades reológicas da argila (Odon, 1984). Vários pesquisadores já estudaram a influência
desse processo cm diversos tipos de bcntonita (Yildíz et ai. , I 999: Hassan c Abdcl-Khalck. 1998). No Brasil, as argilas
bcntonítícas de Boa Vista-PB vêm sendo estudadas a mais de 40 anos (Sou:~_a Santos, I %8: Kiminami . 1981: Barbosa.
I 985: Queiroz, 1985). As bentonitas da Bahia foram estudas por Moreira ct ai. (I 985).
Neste trabalho. objetivou-se estudar a inlluência do carbonato de sódio cm dispersões de bcntonitas, dos estados da
Paraí ba e Bahia. As mudanças nas propriedades de !luxo do sistema bcntonita-<ígua-carbo nato de sódio foram estudadas
através de medidas de viscosidade. Este trabalho é um estudo inicial do projeto "Caracterização de Insumos Minerais
para Fluidos de Perfuração de Petróleo" que está sendo desenvolvido nos Laboratórios do Gmpo de Tecnologia Mineral/
DEMinas/UFPE e financiado pela CTPetro/Finep.
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2. MATERIAIS E MÉTODOS
Foram sclecionadas sete amostras de argilas bcntoníticas naturais: quatro amostras provenientes da mina Bravo. município
de Boa Vista - PB, c três amostras extraídas das jazidas da Fazenda Cotia, município de Anagé-BA. As amostras da
Paraíba foram identificadas como: chocobofc. bofc. verde lodo c chocolatc.As amostras da Balüa foram classificadas
como tipos A, B c C.
2.1. Preparação das Amostras.
O mesmo processo de preparação foi realizado para cada tipo de amostra natural. O processo consistiu de secagem ao ar
livre. britagcm para atingir granulomctria inferior a 5 mm, homogeneização. quartcamcnto c anmv.cnamcnto cm sacos
plásticos. Seguiu-se uma etapa de desintegração da bcntonita . Nessa etapa. a bentonita foi fortemente agitada com f1gua.
por uma hora. Utilizou-se uma célula de !lotação com uma raí'.iío sólido-líquido de I :4 c velocidade de rotação de 1920
nnp. Após esta etapa. o material com granulomctria inferior a 74 micrômctros foi secado cm estufa (95" C). desagregado
no pulverizador Pulvcriscttc Fristsch. homogeneizado c separado em alíquotas de 32. 1 g.
2.2. Teste de Viscosidade.
Os testes de viscosidade foram realizados cm soluções que variaram de I a 5'% cm peso de Na 2 CO), cm relação ao peso
de bentonita. Utilizou-se água destilada c carbonato de sódio de pureza analítica. As dispersões foram preparadas com a
adição de 32 , I g de bcntonita num volume de 500ml de solução, agitação cm um Misturador Hamilton-Beach, por vinte
minutos: repouso de 24 horas c nova agitação por 5 minutos antes do teste. As leituras de viscosidade foram realizadas em
um viscosímetro Fann modelo 35-A.
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Após o processo de desintegração. a quantidade de material inferior a 74 micromctros foi superior a 93'% cm peso. cm todas
as amostra s estudadas. Os materiais com granulomctrias ilúcriorcs a 74 micrometros foram analisados no equipamento
Mastersizer 2000. da Malvcrn (Tabela I). As amostras da BaJüa apresentaram tamanhos de partículas superiores às da
Paraíba, quando foram comprados os valores de d(Oj) c d(0.9). Esses números representam os diâmetros onde 50 c 90'%
das partículas. respectivamente. são inferiores a esses valores.
Tabela I -Análise dos tamanhos de partículas no equipamento Mastcrsizcr 2000.
Tipo de hentonita
D(O 5) (l..tm)
D(0,9) (~_m_}
D(O, 1) (l..un)
10.730
Verde lodo - PB
1.284
3.372
14.277
5.780
Chocobofc - PB
2.453
14.697
Bofc- PB
5.597
2.288
19.ú84
6.784
Chocolate - PB
2.490
27.526
A-BA
1.833
7.238
28.118
B-BA
6.833
1.760
31.814
C -BA
1.873
8.066
A influência do tratamento alcalino na viscosidade aparente das dispersões de bentonita pode ser visto n<ls Figuras I c 2.
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Figura 1- Efeito do carbonato de sódio na viscosidade aparente das amostras de bcntonita da mina Bravo-PB.
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Machado. A.O.D.V.: Araújo. J.M .M.
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2- Efeito do carbonato de sódio na viscosidade aparente das amostras de bcntonita da fa:t.cnda Cotia-BA.
Nas amostras da Paraíba (Figura l) . os tipos chocobofc c verde lodo sofreram grande influência do processo. As
viscosidades aparentes foram superiores a I 5 cP. quando a quantidade de carbonato de sódio foi maior que 3,5 %. Os
tipos bofe c chocolate tiveram uma alteração discreta. Valores próximos a 7 cP foram obtidos. quando foram usados 5%
de Na 2CO, . Com relação às amostras da Bahia (Figura 2), apenas o tipo C teve uma variação significativa na viscosidade
aparente. Com 5% de Na 2C0 3, obteve-se menos de IOcP de viscosidade aparente. As outras amostras, praticamente, não
foram influenciadas pelo tratamento . Os baixos desempenhos obtidos pelas amostras estudadas são devidos a vários
fatores , confonne mencionado na introdução. como tipo de bcntonita c tamanho c forma de partículas. Além disso. a
temperatura cm que as amostras foram submetidas durante o processo de secagem. antes do tratamento alcalino . pode ter
influenciado a capacidade de troca dos cátions.
A influência do carbonato de sódio nas viscosidade s plústicas também foi investigada. Figura 3 e 4.
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Figura 3 - Efeito do carbonato de sódio na viscosidade pl<ística das amostras da mina Bravo - PB.
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Figunt 4- Efeito do carbonato de sódio na viscosidade pbstica das amostras da fazenda Cotia- BA.
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Não foram observadas modificações significativas nas viscosidades plústicas cm todas as amostras pesquisadas. O maior
valor alcançado ficou abaixo de 7 cP, para o tipo chocolatc-PB. Um dos fatores que afcta a viscosidade pléistica é a
presença dos cútions liberados no processo de troca com o sódio (Souza Santos. I%8). assim como os outros fatores jú
mencionados anteriormente.
4. CONCLUSÕES
Apenas as bcntonitas verde lodo c chocobofc. da mina Bravo, município de Boa Vista- PB c a tipo C da fazenda Cotia.
município de Anagé - BA. tiveram as viscosidades aparentes alteradas significativamente com o tratamento realizado
com carbonato de sódio. As viscosidades plústicas praticamente não foram afctadas cm todas as amostras estudadas.
Com relação aos requisitos mínimos de viscosidade aparente ( 15 cP), para uso cm fluidos de perfuração. apenas as
amostras da verde lodo c chocobofc atingiram esse valor, quando foram tratadas com quantidades superiores a 3.5'1<, de
carbonato de sódio.
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Barbosa, M. L., Estudo de Algumas Propriedades Rcológicas de Argilas Esmcctiticas da Localidade de Bravo, Distrito
de Boa Vista, Campina Grande, Paraíba, Após Cura cm ülmara Climatiz.ada. Dissertação de Mestrado. DEQ/UFPB.
Campina Grande. PB, 1985.
Darley. H. C. H. c Gray. G. R Composition and Propcrtics of Drilling and Complction Fluids. Fifty Edition. Gulf
Publishing Company, Houston. Tc:-;as, 1988.
Hassam, M. S. c Abdcl-Khalck, N. A. Bcncficiation and applications of an Egyptian bentonitc. Applicd Clay Sciencc, v.
13. p. 99-115. 1998.
Kiminami, R. H. G. A.. Efeitos de Tratamento de Cura cm Algumas Propriedades Rcológicas de Argilas Esmcctitas
de Boa Vista, Visando sua Aplicação como Fluidos Ti.\otrópicos para Perfuração de Poços de Petróleo, Dissertação de
Mestrado- DEQ/UFPB , Campina Grande. PB . I981.
Luckham, P. F. c Rossi, S. Thc colloidal and rhcological propcrtics of bcntonitc suspcnsions. Advanccs in Colloid and
Interface Scicncc, v. 82 p. 43-92 , 1999.
Moreira. M. D.. Scott. P. W . Frases. A. G. c Middlctom R.. Evaluation of a Bcntonitc from Bahia Statc. Braz.il ln:
Extractivc lndustry Gcology 1985. Scott. P. W . Ed .IMHULL. p. 111-121. 1985.
Odom. I. E. Smcctitc clay minerais: propctlics and uses. Phil. Trans. R. Soe. Lond. A 31 L p. 391-409. I984.
Queiroz., M. F. V. Influência do Tratamento de Cura cm Oímcra Úmida c Climatiz.ada nas Propriedades Rcológicas c
nos Teores de Carbonatos c Bicarbonatos das Argilas Esmcctíticas de Boa Vista, Município de Campina Grande-PB ,
Dissertação de Mestrado- DEQ/UFPE, Campina Grande. PB. 1985.
Souza Santos, P. , Estudo Tecnológico de Argilas Montmoriloníticas do Distrito de Boa Vista, Município de Campina
Grande. Paraíba. Tese para concurso;) Cútcdra de Química IndustriaL DEQ, EPUSP. São Paulo. I%8.
Yildiz. N., Sarikaya, Y c Çalimli, A. Thc effcct of lhe clcctrolytc conccntration and pH on the rhcological propcrtics of
thc ori ginal and Na,CO,-activatcd Kútahya bcntonitc Applied Clay Scicncc, v. 14. p. 319-327. 1999.
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