Dissertação Daniel Brinckmann Teixeira - Unisc
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO STRICTU SENSU<br />
MESTRADO EM TECNOLOGIA AMBIENTAL<br />
<strong>Daniel</strong> <strong>Brinckmann</strong> <strong>Teixeira</strong><br />
ANÁLISE DO DESEMPENHO TECNOLÓGICO E AMBIENTAL DE PRODUTOS<br />
CERÂMICOS CONTENDO RESÍDUO INDUSTRIAL COMO MATERIAL<br />
AGREGADO<br />
Santa Cruz do Sul<br />
2012
2<br />
<strong>Daniel</strong> <strong>Brinckmann</strong> <strong>Teixeira</strong><br />
ANÁLISE DO DESEMPENHO TECNOLÓGICO E AMBIENTAL DE PRODUTOS<br />
CERÂMICOS CONTENDO RESÍDUO INDUSTRIAL COMO MATERIAL<br />
AGREGADO<br />
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-<br />
Graduação Strictu Sensu – Mestrado em<br />
Tecnologia Ambiental da Universidade de<br />
Santa Cruz do Sul, na área de concentração:<br />
Reciclagem, Tratamento e Disposição de<br />
Resíduos Sólidos, como requisito parcial para<br />
obtenção do título de Mestre em Tecnologia<br />
Ambiental.<br />
Profª. Orientadora: Dra. Adriane Lawisch<br />
Rodríguez<br />
Santa Cruz do Sul<br />
2012
3<br />
UNIVERSIDADE DE SANTA CRUZ DO SUL<br />
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO STRICTU SENSU<br />
MESTRADO EM TECNOLOGIA AMBIENTAL<br />
A Comissão da Banca de Avaliação Examinadora, abaixo assinada, aprova a<br />
Dissertação de Mestrado:<br />
ANÁLISE DO DESEMPENHO TECNOLÓGICO E AMBIENTAL DE PRODUTOS<br />
CERÂMICOS CONTENDO RESÍDUO INDUSTRIAL COMO MATERIAL<br />
AGREGADO<br />
Elaborada por: <strong>Daniel</strong> <strong>Brinckmann</strong> <strong>Teixeira</strong><br />
COMISSÃO DA BANCA EXAMINADORA:<br />
Profª. Dra. Adriane de Assis Lawisch Rodríguez<br />
Professora Orientadora - UNISC<br />
Prof. Dr. Ênio Leandro Machado<br />
Professor Examinador - UNISC<br />
Profª. Dra. <strong>Daniel</strong>a Lupinacci Villanova<br />
Professora Examinadora - IFRS
4<br />
Aos profissionais que fazem da Tecnologia Ambiental uma realidade, e da realidade atual,<br />
que faz da Tecnologia Ambiental uma ferramenta indispensável e perspicaz na investigação<br />
de processos sustentáveis. Que a sustentabilidade seja um ideal e um estilo de vida para as<br />
próximas gerações. Aperfeiçoar-se de forma iterativa é extremamente necessário na busca do<br />
equilíbrio ambiental, social e econômico dessa e das gerações que ainda estão por vir.
5<br />
“Não há nenhuma receita pronta que garanta<br />
o êxito em matéria de desenvolvimento. No<br />
entanto existem pelo menos duas afirmações<br />
certas que podemos fazer: se o<br />
desenvolvimento se encontra em nosso futuro,<br />
não será com as idéias do passado que o<br />
alcançaremos; e se o desenvolvimento é um<br />
produto da própria comunidade, não serão<br />
outros, a não ser seus próprios membros que o<br />
construirão”.<br />
Boissier
6<br />
AGRADECIMENTOS<br />
No princípio existem mais dúvidas do que certezas. Mas desde o começo uma<br />
convicção, sempre há ainda, onde quer que se encontre seu nível de conhecimento, o que<br />
aprender. Na busca por esse ideal de alcançar um nível de formação como pós-graduado,<br />
algumas situações e pessoas foram determinantes, a todos fica meu agradecimento.<br />
A Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Ensino Superior (CAPES) dentro<br />
do Programa de Suporte as Universidades Particulares (PROSUP) pela bolsa dedicação parcial<br />
junto ao Programa de Pós-Graduação Strictu Sensu – Mestrado em Tecnologia Ambiental,<br />
pela oportunidade única de complementar os conhecimentos necessários ao desempenho da<br />
função de engenheiro.<br />
Agradeço sempre a Deus, por ter proporcionado o lar que eu necessitava e o corpo<br />
físico que merecia de acordo com minhas necessidades e adiantamento. Também agradeço<br />
pelos pais que tive (e sempre terei, pois afinal nos acompanham nessa e em todas as outras<br />
jornadas), Orlando <strong>Teixeira</strong> e Sirlei Beatris <strong>Brinckmann</strong>, pela vida, por me educar e me<br />
apontar sempre o melhor caminho.<br />
Sou grato a Profª. Dra. Adriane Lawisch Rodríguez e a Profª. MSc. Cláudia Mendes<br />
Mählmann, por terem me viabilizado a primeira experiência acadêmica como Bolsista de<br />
Iniciação Científica da Fundação de Amparo a Pesquisa no Estado do Rio Grande do Sul<br />
(FAPERGS), e desde então, cada uma ao seu modo, indicar o norte, me permitindo<br />
aperfeiçoamento constante.<br />
Destacaria também a influência sempre positiva dos ensinamentos passados pelo Prof.<br />
Dr. Ênio Leandro Machado ao longo das disciplinas, das orientações em trabalhos e da prática<br />
em docência orientada junto à disciplina de Tecnologia de Materiais Cerâmicos, Vítreos e<br />
Metálicos lecionada para a grade curricular do Curso de Química Industrial.<br />
Conduzo a Profª. Dra. Tania Maria Basegio e ao Prof. Dr. Carlos Pérez Bergmann, um<br />
agradecimento especial por conceder a possibilidade de utilizar a estrutura física e recursos<br />
humanos do Laboratório de Cerâmica (LACER) da Universidade Federal do Rio Grande do<br />
Sul (UFRGS).<br />
Como agradecer e retribuir? Que eu tenha tempo e saúde para fazê-lo! Espero sincera e<br />
verdadeiramente poder viver da engenharia e fazer tecnologia. A meu ver, além de um muito<br />
obrigado, essa seria a melhor forma de demonstrar que os esforços em mim depositados foram<br />
de um todo válidos; pensar, agir, desenvolver meu país.
7<br />
RESUMO<br />
O presente trabalho investigou os efeitos da agregação de um resíduo industrial como matériaprima<br />
secundária para a obtenção de uma massa cerâmica com propriedades específicas. O<br />
resíduo industrial utilizado foi o pó de fumo gerado nas diferentes etapas do processamento do<br />
tabaco cedido por uma indústria da cidade de Santa Cruz do Sul. A argila utilizada como<br />
matriz cerâmica partiu de uma jazida de lavra mineral de uma indústria localizada na cidade<br />
de Candelária. O resíduo e a argila utilizada nesse estudo foram caracterizados quanto a sua<br />
composição química, mineralógica e granulométrica. Foram elaboradas amostras com teor de<br />
3, 5 e 10% em massa de resíduo agregado para obtenção de corpos de prova. Os corpos de<br />
prova foram submetidos a temperaturas de queima de 950, 1050 e 1150 ºC com taxa de<br />
aquecimento de 150 ºC/h e patamar de queima de 8 horas. Após a etapa de queima os corpos<br />
cerâmicos foram caracterizados quanto ao seu desempenho tecnológico, tendo sido avaliadas<br />
suas propriedades físicas (retração linear, absorção de água e porosidade aparente) e<br />
mecânicas (resistência a flexão a quatro pontos), e também quanto ao seu desempenho<br />
ambiental, tendo sido avaliadas a concentração de elementos perigosos após o ensaio de<br />
lixiviação (ABNT NBR 10005) e solubilização (ABNT NBR 10006). Do ponto de vista<br />
tecnológico as amostras elaboradas comportaram-se tipicamente como materiais cerâmicos<br />
tradicionais, sendo que com a elevação da temperatura de queima ocorreu uma redução da<br />
absorção de água e da porosidade aparente e aumento da retração linear. Em relação ao<br />
desempenho ambiental os corpos cerâmicos elaborados não apresentaram em sua composição<br />
elementos considerados pela ABNT NBR 10005 no ensaio de lixiviação para classificá-los<br />
como classe I - perigosos ou classe II - não perigosos. Em relação a ABNT NBR 10006, os<br />
corpos cerâmicos elaborados com adição de 10% de resíduo queimados nas temperaturas de<br />
950 ºC e 1150 ºC foram classificados como classe II A – não inertes, indicando a não<br />
imobilização do resíduo dentro da estrutura cerâmica. Os corpos cerâmicos contendo 10% de<br />
resíduo e submetidos à temperatura de queima de 1050 ºC foram classificados como classe II<br />
B – inerte. De acordo com os resultados atingidos nesse trabalho, a experiência de agregar pó<br />
de fumo em material cerâmico mostrou-se viável do ponto de vista tecnológico e ambiental,<br />
desde que respeitada à concentração de resíduo sugerida, bem como observados os parâmetros<br />
de processamento indicados (temperatura e patamar de queima) no presente estudo<br />
investigativo.<br />
PALAVRAS-CHAVE: Resíduo, tabaco, incorporação, argila, cerâmica.
8<br />
ABSTRACT<br />
The aim of this work was to investigate the effect of addition of industrial waste as a<br />
secondary raw material to obtain ceramic parts with specific properties. The industrial waste<br />
used in this work was powder generated in different stages of a tobacco processing industry<br />
localized in Santa Cruz do Sul, RS, Brazil. The clay used as ceramic matrix came from an<br />
open pit mining located in city of Candelaria, RS, Brazil. The residue and clay used in study<br />
were characterized for their both chemical and mineralogical composition and particle size<br />
distribution. Ceramics specimens were subjected to firing temperatures of 950 ºC, 1050 ºC<br />
and 1150 ºC at heating rate of 150 ºC/h and using a plateau burning of eight hours. After<br />
firing, the ceramic samples were characterized according to their technological performance,<br />
i.e., their physical (linear shrinkage, water absorption and apparent porosity) and mechanical<br />
properties (compression strength under 4-point bending test). The environmental performance<br />
of these material were also evaluated assessing the concentration of hazardous elements after<br />
leaching tests according to ABNT NBR 10005 and solubilisation test (ABNT NBR 10006).<br />
From technological viewpoint the prepared samples behaved as traditional ceramics. The<br />
results also showed that increasing firing temperature reduce water absorption, apparent<br />
porosity and increase the linear shrinkage of the tested ceramics samples. In relation to the<br />
environmental performance the ceramic samples do not lixiviated any element, considered by<br />
the ABNT NBR 10005, to classify it a Class I – hazardous waste. Using solubilisation test<br />
according to ABNT NBR 10006, the ceramic specimens produced with the addition of 10%<br />
(w/w) residue, and burned at temperatures of 950 ºC and 1150 ºC were rated as Class II A –<br />
not inert waste, indicating that elements of added waste can be solubilised of the ceramic<br />
structure. The ceramic specimens containing 10% (w/w) residue, and subjected to the firing<br />
temperature 1050 ºC, were classified as Class II B – inert residue. According to the results<br />
obtained in this work, addition of tobacco powder to a ceramic matrix proved to be feasible in<br />
terms of technological and environmental point of view, since be respected the suggested<br />
residue concentration and observing the indicated process parameters (temperature and firing<br />
level) in this work.<br />
KEYS WORD: Residue, tobacco, aggregation, clay, ceramics.
9<br />
LISTA DE FIGURAS<br />
Figura 1 - Fluxograma sintetizado do processo produtivo. ...................................................... 19<br />
Figura 2 - Equipamento para extrusão. ..................................................................................... 20<br />
Figura 3 - Mesa de corte das peças extrusadas. ........................................................................ 21<br />
Figura 4 - Túneis para secagem forçada. .................................................................................. 22<br />
Figura 5 - Esquema de beneficiamento de fumo. ..................................................................... 28<br />
Figura 6 - Fluxograma dos procedimentos metodológicos adotados. ...................................... 30<br />
Figura 7 - Argila.. ..................................................................................................................... 31<br />
Figura 8 - Pó de fumo. .............................................................................................................. 31<br />
Figura 9 - Moinho de bolas....................................................................................................... 32<br />
Figura 10 - Agitador de peneiras.. ............................................................................................ 33<br />
Figura 11 - Prensa utilizada no estudo.. ................................................................................... 36<br />
Figura 12 - Corpos de prova após conformação por prensagem. ............................................. 36<br />
Figura 13 - Corpos de prova em placa refratária contendo alumina. ....................................... 37<br />
Figura 14 - Representação para ensaio de resistência mecânica à flexão a quatro pontos. ...... 40<br />
Figura 15 - Seccionamento dos corpos de prova.. .................................................................... 41<br />
Figura 16 - Análise granulométrica por difração a laser da argila após moagem. ................... 44<br />
Figura 17 - Análise granulométrica por difração a laser do pó de fumo após moagem. .......... 45<br />
Figura 18 - Retração linear em função da temperatura de queima. .......................................... 48<br />
Figura 19 - Absorção de água após 24h em função da temperatura de queima. ...................... 49<br />
Figura 20 - Porosidade aparente em função da temperatura de queima. .................................. 50<br />
Figura 21 - Resistência mecânica em função da temperatura de queima. ................................ 51<br />
Figura 22 – Amostras preparadas para solubilização. .............................................................. 53
10<br />
LISTA DE TABELAS<br />
Tabela 1 - Absorção de água e resistência mecânica conforme as normas técnicas. ............... 18<br />
Tabela 2 - Ensaios para caracterização das matérias-primas. ................................................... 33<br />
Tabela 3 - Amostras formuladas para o estudo. ....................................................................... 35<br />
Tabela 4 - Valores representativos da análise granulométrica da argila e do resíduo. ............. 45<br />
Tabela 5 - Composição química das matérias-primas. ............................................................. 46<br />
Tabela 6 - Resultados para o ensaio de solubilização. ............................................................. 53
11<br />
SUMÁRIO<br />
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................ 13<br />
2 OBJETIVO....................................................................................................................15<br />
2.1 Objetivo geral ............................................................................................................... 15<br />
2.2 Objetivos específicos .................................................................................................... 15<br />
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................... 16<br />
3.1 Cerâmica: Histórico, definição e classificações ........................................................... 16<br />
3.2 Propriedades da cerâmica e suas aplicações ................................................................. 17<br />
3.3 Indústria e o processo produtivo de cerâmica .............................................................. 18<br />
3.4 Definição e classificação dos resíduos sólidos ............................................................. 23<br />
3.5 Incorporação de resíduos em material cerâmico .......................................................... 24<br />
3.6 Geração de pó de fumo ................................................................................................. 26<br />
4 METODOLOGIA ......................................................................................................... 30<br />
4.1 Delineamento da pesquisa ............................................................................................ 30<br />
4.2 Preparação prévia das matérias-primas ........................................................................ 31<br />
4.3 Caracterização das matérias-primas ............................................................................. 33<br />
4.3.1 Propriedades físicas ...................................................................................................... 34<br />
4.3.2 Composição química .................................................................................................... 34<br />
4.3.3 Composição mineralógica ............................................................................................ 34<br />
4.4 Formulações e conformação dos corpos de prova ........................................................ 34<br />
4.5 Secagem e queima ........................................................................................................ 37<br />
4.6 Caracterização dos corpos cerâmicos ........................................................................... 37<br />
4.6.1 Propriedades fìsicas ...................................................................................................... 38<br />
4.6.2 Propriedades mecânicas ................................................................................................ 39<br />
4.6.3 Caracterização ambiental .............................................................................................. 40<br />
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................................ 44<br />
5.1 Caracterização das matérias-primas ............................................................................. 44<br />
5.1.1 Propriedades físicas ...................................................................................................... 44<br />
5.1.2 Composição química .................................................................................................... 46<br />
5.1.3 Composição mineralógica ............................................................................................ 47<br />
5.2 Caracterização dos corpos cerâmicos ........................................................................... 47<br />
5.2.1 Propriedades físicas ...................................................................................................... 47<br />
5.2.2 Resistência mecânica .................................................................................................... 51
12<br />
5.2.3 Ensaios ambientais ....................................................................................................... 52<br />
6 CONCLUSÕES .................................................................................................................. 55<br />
7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .............................................................. 57<br />
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 58<br />
ANEXO I – VALORES MÉDIOS E DESVIO PADRÃO PARA RL, AA, PA E RM ........... 62<br />
ANEXO II – LAUDOS DAS ANÁLISES QUÍMICAS .......................................................... 63
13<br />
1 INTRODUÇÃO<br />
As atividades industriais são responsáveis pela geração de resíduos sólidos em<br />
proporções significativas. Além do volume, os resíduos originados apresentam grande<br />
variedade em sua composição, sendo que, o pó de fumo é um resíduo de origem restrita da<br />
cadeia produtiva do tabaco composto basicamente por óxido de silício.<br />
A indústria cerâmica ganha destaque no gerenciamento de resíduos industriais e<br />
urbanos, em virtude de possuir elevado volume de produção, características físico-químicas<br />
das matérias-primas cerâmicas e particularidades do processamento, apresentando potencial<br />
de receber uma ampla gama de resíduos, tornando-se assim uma opção para a destinação dos<br />
mesmos (WENDER e BALDO, 1998).<br />
Resíduos da serragem de granitos, da cinza de casca de arroz, de lama vermelha<br />
oriunda do processo Bayer, de lixívia de glicerina, de cinzas de carvão, da indústria de<br />
celulose, de lodos de estações de tratamento (água e efluentes), já foram misturados com<br />
massas argilosas em porcentagens diversas, sob diferentes métodos de conformação (extrusão<br />
e prensagem) e variadas temperaturas de queima, visando à solidificação/estabilização de<br />
elementos perigosos presentes na composição desses resíduos (MARTINS et al., 2005).<br />
O setor fumageiro gera anualmente toneladas de pó de fumo oriundas do<br />
processamento das folhas de tabaco, o qual tem como destino final a disposição no solo como<br />
corretivo agrícola. Este material, composto de matéria orgânica e inorgânica (argila, sílica,<br />
etc.), além dos nutrientes tradicionais, possui cargas de metais pesados, que podem ser<br />
acumuladas no solo ou nas culturas plantadas sobre os solos utilizados. Em contrapartida,<br />
ainda não se tem um conhecimento completo do comportamento da degradação dos<br />
compostos orgânicos contidos nos restos de tabaco. Como exemplo, não se conhece a<br />
dinâmica da degradação da nicotina no meio ambiente nem suas consequências para o solo e<br />
para as plantas nele cultivado. Dessa forma, a busca de uma alternativa ambientalmente mais<br />
correta da destinação deste material pode significar ganhos ambientais e economia de recursos<br />
naturais.<br />
Uma alternativa para a reutilização deste material pode ser a sua incorporação como<br />
aditivo em produtos cerâmicos. A solidificação/estabilização do resíduo em uma estrutura<br />
cerâmica, com acompanhamento do desempenho tecnológico e ambiental das massas obtidas,<br />
poderia ser aplicável como alternativa a resolução dessa questão.<br />
A avaliação criteriosa das propriedades tecnológicas (absorção de água, resistência<br />
mecânica, etc.), junto com uma detalhada avaliação ambiental dos extratos de lixiviado e
14<br />
solubilizado, é fator determinante no intuito de incorporar o pó de fumo como matéria-prima<br />
secundária para obtenção de material cerâmico que atendam as normas pertinentes.<br />
Esse trabalho objetiva fornecer subsídios, contribuindo através da análise do<br />
desempenho tecnológico e ambiental de corpos cerâmicos obtidos com a agregação de pó de<br />
fumo como matéria-prima secundária, contribuindo para destinação do resíduo gerado no<br />
setor fumageiro e reduzindo a utilização de matéria-prima argilosa pela indústria cerâmica.
15<br />
2 OBJETIVOS<br />
2.1 Objetivo geral<br />
O presente trabalho investigativo de pesquisa propõe-se a realizar a avaliação<br />
tecnológica e ambiental de produtos cerâmicos utilizando diferentes teores de resíduo<br />
industrial (pó de fumo) como material agregado.<br />
2.2 Objetivos específicos<br />
Para a alcançar o objetivo proposto, é necessário:<br />
- Caracterizar a argila utilizada como matéria-prima quanto às suas características<br />
físicas, químicas e mineralógicas;<br />
- Caracterizar o resíduo industrial utilizado como material agregado (pó de fumo)<br />
quanto às suas características físicas, químicas e mineralógicas;<br />
- Obter corpos de prova contendo resíduo industrial em três diferentes concentrações<br />
em sua composição; e<br />
- Avaliar os efeitos do teor de pó de fumo e da temperatura de queima sobre as<br />
propriedades tecnológicas e ambientais dos produtos cerâmicos.
16<br />
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA<br />
3.1 Cerâmica: histórico, definição e classificações<br />
A história da cerâmica remonta a pré-história, quando o homem começou a usar e<br />
dominar o fogo e aprendeu que o calor fixava a forma dos materiais terrosos, tendendo a<br />
torná-los estáveis na água. Antigos produtores de tijolos cerâmicos queimados aprenderam sua<br />
arte pela experiência, sem ter conhecimento real do processo que a finalizava. Eles<br />
aprenderam rapidamente que as argilas não tinham as mesmas propriedades e somente certas<br />
argilas eram usadas para certos produtos e aplicações (GRIM, 1962).<br />
O tijolo é o mais antigo material de construção feito pelo homem, inventado<br />
aproximadamente 10000 anos atrás. É simples, resistente, durável e pode ser moldado para<br />
diversos usos (BEALL, 1997).<br />
A palavra Cerâmica é derivada do grego “keramos” que significa queimar ou<br />
queimado (SENAI, 2007).<br />
A cerâmica pode ser definida como compostos sólidos que são formados pela<br />
aplicação de calor e, às vezes, calor e pressão, compreendendo pelo menos dois elementos,<br />
sendo que um deles é um não metal ou um sólido não metálico. O outro elemento pode ser um<br />
metal ou outro sólido não metálico elementar. De uma forma mais simples, define-se como<br />
cerâmica "a arte e a ciência de fazer e usar artigos sólidos, que têm como componente<br />
essencial a argila, e são compostas em grande parte de materiais inorgânicos não metálicos"<br />
(KINGERY, 1960). Em outras palavras, o que não é um metal, nem semicondutor ou nem<br />
polímero é uma cerâmica.<br />
Conforme Van Vlack (1970), o termo cerâmica é mais familiar como um adjetivo para<br />
designar certos objetos de arte, entretanto, para o engenheiro, os materiais cerâmicos<br />
abrangem uma grande variedade de substâncias naturais e sintéticas tais como vidro, tijolos,<br />
pedras, concreto, abrasivos, vidrados para porcelana, isolantes dielétricos, materiais<br />
magnéticos não-metálicos, refratários para altas temperaturas e muitas outras, sendo que as<br />
características que esses materiais tem em comum é que são constituídos por metais e nãometais:<br />
O composto MgO é um exemplo típico de um material cerâmico, é largamente usado<br />
como refratário pois pode suportar temperaturas muito elevadas (1650 a 2500 ºC)<br />
sem se dissociar ou fundir. A argila também é um material cerâmico comum só que
17<br />
mais complexo que o MgO. A argila mais simles é Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 . Forma uma<br />
estrutura cristalina com quatro unidades diferentes: Al, Si, O e o radical (OH).<br />
Embora não sejam tão simples como os metais os materiais cerâmicos podem ser<br />
compreendidos em termos das estruturas daqueles (pág. 201).<br />
Os materiais cerâmicos podem ser divididos em três categorias: os materiais<br />
cristalinos, que incluem silicatos tradicionais, e muitos compostos óxidos e não óxidos<br />
largamente utilizados tanto na indústria tradicional quanto em tecnologias avançadas; os<br />
vidros, que são sólidos não cristalinos com composições comparáveis aos cerâmicos<br />
cristalinos sendo que a ausência de cristalinidade é resultado de técnicas de processamento<br />
específicas o que proporciona propriedades óticas e mecânicas únicas; e os vitrocerâmicos,<br />
que são cerâmicos cristalinos inicialmente formados por vidros e cristalizados por métodos<br />
controlados (SHACKELFORD, 1996).<br />
Os cerâmicos são compostos por no mínimo dois elementos e freqüentemente sua<br />
estrutura cristalina é mais complexa do que em metais, sendo que as ligações atômicas variam<br />
da puramente iônica para totalmente covalente, e muitos cerâmicos exibem uma combinação<br />
destes dois tipos de ligação (CALLISTER, 2002).<br />
3.2 Propriedades da cerâmica e suas aplicações<br />
Muitas das propriedades mecânicas discutidas para metais são igualmente importantes<br />
para os cerâmicos ou vidros em aplicações estruturais e a natureza diferente destes “não<br />
metais” levam a comportamentos mecânicos únicos (SHACKELFORD, 1996).<br />
Devido às suas ligações iônicas e covalentes, muitos cerâmicos são duros, possuem<br />
baixa resistência ao impacto e falta de plasticidade. Também devido à natureza das ligações,<br />
os materiais cerâmicos têm, intrinsecamente, uma baixa tenacidade. De um modo geral, os<br />
materiais cerâmicos são relativamente frágeis, sendo que a resistência à tração pode variar<br />
muito, os materiais cerâmicos também apresentam uma grande diferença entre as suas<br />
resistências à tração e à compressão (SMITH, 1998 apud VILLANOVA, 2004).<br />
Além das argilas existem outros materiais utilizados pela indústria cerâmica<br />
contemporânea para fabricação de seus produtos que, misturados as argilas, produzem as<br />
chamadas massas ou pastas cerâmicas, cada qual com características específicas, como os<br />
anti-plásticos, que reduzem o encolhimento das argilas quando secam, ou os fundentes, que<br />
reduzem a temperatura de vitrificação da massa. Além destes materiais, pode-se adicionar à
18<br />
massa outros ingredientes como quartzo, feldspato, caulim, talco, dolomita, carbonato de<br />
cálcio e bentonita, dependendo da aplicação a que se destinam os produtos elaborados<br />
(ARRUDA, 2007). Na Tabela 1, observam-se alguns parâmetros normatizados conforme<br />
aplicação a que se destinam determinadas cerâmicas.<br />
Tabela 1 - Absorção de água e resistência mecânica conforme as normas técnicas.<br />
Materiais cerâmicos Absorção de água Resistência mecânica<br />
Telhas<br />
NBR 8947 (ABNT, 1985) Os<br />
valores podem ser ≤ 18%<br />
NBR 7172 (ABNT, 1987) e NBR<br />
9601 (ABNT, 1986) Os valores<br />
podem variar entre 6,8 a 12,7 MPa<br />
dependendo do tipo de telha<br />
Blocos cerâmicos<br />
NBR 7171 (ABNT, 1972) Os<br />
valores podem ser entre 8 e 18%<br />
Divide-se em classes de acordo<br />
com a aplicação, onde o valor<br />
mínimo corresponde a 1 MPa<br />
Placas cerâmicas de revestimento NBR 13817 (ABNT, 1997) Pode<br />
variar entre 0,5 a 10%, ou ainda<br />
NBR 13818 (ABNT, 1997) Pode<br />
atingir valores entre 15 e 35 MPa,<br />
valores superiores a esses ou superiores a esse, dependo do<br />
dependendo da aplicação (grés, tipo de aplicação a que se destina<br />
porcelanato, porosos, etc.)<br />
Fonte: ABNT apud TELOEKEN (2010).<br />
3.3 Indústria e o processo produtivo de cerâmica<br />
A indústria cerâmica de revestimento/vedação ou estrutural utiliza uma mistura de<br />
argilas e outras matérias-primas inorgânicas, queimadas a altas temperaturas para a fabricação<br />
de produtos diversos, desempenhando importante papel na economia do país, com<br />
participação estimada em 1% no Produto Interno Bruto (PIB). A evolução das indústrias<br />
brasileiras, em função da abundância de matérias-primas naturais, fontes de energia e<br />
disponibilidade de tecnologias embutidas nos equipamentos industriais fez com que diversos<br />
tipos de produtos do setor atingissem um patamar apreciável nas exportações do país<br />
(CETESB, 2008).<br />
Um grande desafio da indústria cerâmica é produzir com eficiência e qualidade,<br />
minimizando o desperdício. Grande parte do processo é mecanizada, o que teoricamente<br />
levaria a um índice de perda mais baixo, porém não é isso que ocorre na prática. Na<br />
homogeneização, quando constatada uma mistura não adequada, seja por quantidade de<br />
resíduos presentes ou pela baixa resistência mecânica, o lote de produtos cerâmicos produzido
19<br />
é descartado na íntegra devido à baixa qualidade apresentada. Outra etapa do processo, com<br />
elevadas perdas, é o transporte do setor de expedição da indústria cerâmica até o local de<br />
manuseio na obra para aplicação na construção civil (PEDROTI, 2000).<br />
O processo produtivo de cerâmica é composto, em suma, pelas etapas descritas no<br />
fluxograma da Figura 1.<br />
Figura 1 - Fluxograma sintetizado do processo produtivo.<br />
Fonte: SENAI, 2007.<br />
A extração da argila para a produção cerâmica ocorre em jazidas licenciadas pelos<br />
órgãos ambientais competentes e, de acordo com suas características e a necessidade da<br />
indústria, é transportada até a área de sazonamento no pátio da empresa.<br />
O sazonamento consiste na estocagem de argila a céu aberto em períodos de tempo que<br />
variam de seis meses a dois anos. A disposição temporária deste material aos efeitos das<br />
intempéries provoca a lavagem de sais solúveis, o alívio de tensões nos blocos de argilas,<br />
melhora sua plasticidade e provoca a homogeneização da distribuição de umidade. As argilas<br />
são depositadas em camadas nos pátios das indústrias, onde a espessura e alternância das<br />
camadas dependem dos tipos de argilas e das propriedades desejadas da mistura final. A<br />
exposição ao intemperismo confere às argilas características tecnológicas superiores àquelas<br />
do material diretamente extraído da jazida. A melhor trabalhabilidade das mesmas nos<br />
equipamentos de conformação e nas demais etapas do processo produtivo proporciona ganhos
20<br />
de produtividade, permitindo melhorias significativas na qualidade do produto final<br />
(GAIDZINSKI, 2006).<br />
Depois de obedecido o período de sazonamento, a matéria-prima argilosa é estocada<br />
dentro de recintos fechados e livres de intempéries naturais (chuva, sol e vento) que possam<br />
alterar suas características obtidas após o período de sazonamento.<br />
Dentro desses recintos é realizada a pré-elaboração da massa argilosa utilizando<br />
diferentes tipos de argilas sazonadas anteriormente. Após serem pré-elaboradas as misturas<br />
com os diferentes tipos de argilas disponíveis, essa massa é introduzida em um caixão<br />
alimentador responsável por alimentar o moedor/desintegrador. Após o processo de moagem,<br />
para garantir a correta homogeneização da mistura, a massa moída é introduzida em um<br />
homogeneizador originando uma mistura homogênea, de diferentes argilas para fabricação de<br />
um determinado tipo de produto de acordo com as especificações requeridas, como por<br />
exemplo, retração durante a queima e resistência mecânica (ARRUDA, 2007).<br />
Existem diversos processos para dar forma às peças cerâmicas, e a seleção de cada um<br />
deles depende fundamentalmente das características do produto, tais como geometria e<br />
dimensões, propriedades das matérias-primas e fatores econômicos. Entre os processos,<br />
podemos citar: colagem/fundição em molde; prensagem; extrusão e torneamento. Destes, o<br />
mais habitualmente empregado é a extrusão (SENAI, 2007).<br />
A máquina usual de extrusão é conhecida como maromba ou simplesmente extrusora,<br />
tendo um exemplo desse equipamento indicado na Figura 2.<br />
Figura 2 - Equipamento para extrusão.<br />
Fonte: Registro fotográfico do autor, 2010.
21<br />
A maromba possui a função de homogeneizar, desagregar e compactar as massas<br />
cerâmicas dando forma ao produto desejado. A extrusão é o método mais utilizado na<br />
indústria de cerâmica estrutural, por ser mais econômico, porém, gera produtos de menor<br />
valor agregado. Esse método emprega a massa na forma de uma pasta plástica e rígida, que é<br />
forçada através de um molde para formar uma coluna contínua, a qual pode ser cortada em<br />
comprimentos apropriados (PEDROTI, 2000).<br />
Paralelamente ao processo por extrusão, a conformação por prensagem também é<br />
bastante empregada na fabricação de produtos cerâmicos, originando produtos de maior valor<br />
agregado. O objetivo do processo de conformação por prensagem é formar o revestimento<br />
cerâmico no formato específico a partir da massa devidamente preparada. Os principais<br />
materiais de ingresso nesta etapa do processo produtivo são os pós (PEREIRA, 2004).<br />
A prensagem consiste na compactação do pó através da aplicação de uma pressão,<br />
normalmente variando entre 20 a 50 Mpa (de 200 a 500 kg/cm²). A aplicação da pressão<br />
deforma, reassenta e coloca os grãos da massa em íntimo contato, resultando assim em um<br />
produto compactado e cru. Desta maneira o produto fica dotado de características mecânicas<br />
suficientes para resistir à solicitação que a peça terá que suportar nas sucessivas operações até<br />
a queima (PEREIRA, 2004).<br />
A operação da prensagem é realizada em dois tempos (duas descidas do punção no<br />
molde) com o objetivo de se obter uma expulsão eficaz do ar contido na massa (a qual ocorre<br />
de fato depois da primeira prensagem, no momento em que o punção se afasta do molde).<br />
Após conformadas, as peças são encaminhadas a uma mesa de corte como indicado na<br />
Figura 3, onde são cortadas conforme as dimensões desejadas.<br />
Figura 3 - Mesa de corte das peças extrusadas.<br />
Fonte: Registro fotográfico do autor, 2010.
22<br />
Os produtos extrusados saem da maromba com percentual de umidade em torno de<br />
25% em média. Para evitar trincas, rachaduras ou até mesmo quebra total devido à dilatação<br />
térmica na etapa de queima, os produtos extrusados são obrigatoriamente levados a locais de<br />
espera em temperatura ambiente, onde permanecem por aproximadamente 24h, e após isso,<br />
são introduzidos nos túneis secadores equipados com ventiladores e sopradores de ar quente<br />
normalmente proveniente do próprio túnel de queima (forno) da indústria.<br />
Posteriormente, a secagem das peças ocorre em túneis secadores, chamada de secagem<br />
forçada, conforme exemplificado na Figura 4.<br />
Figura 4 - Túneis para secagem forçada.<br />
Fonte: Registro fotográfico do autor, 2010.<br />
O objetivo da secagem forçada é reduzir o percentual de água contido nas peças de<br />
cerâmica para algo < 5%. Isso garante o menor índice de perdas durante o processo de<br />
queima, que consiste em remover essa umidade residual e proceder a sinterização das peças<br />
cerâmicas no forno túnel.<br />
A queima, processo subseqüente, é a etapa mais importante de todo processo<br />
produtivo, sendo durante essa etapa que se manifestam várias propriedades das argilas através<br />
das transformações físicas, químicas e mecânicas causadas pela ação do fogo. Nesta etapa de<br />
queima, estão presentes quatro fases: pré-aquecimento, caldeamento, patamar e resfriamento<br />
(ARRUDA, 2007).
23<br />
3.4 Definição e classificação dos resíduos sólidos<br />
Cientes das conseqüências futuras para a subsistência das próximas gerações criou-se,<br />
a partir da década de 50, uma consciência ambiental por parte do homem. Muitas iniciativas<br />
foram adotadas dentro das indústrias e da própria sociedade urbana a fim de despertar para a<br />
questão ecológica. Da década de 50 até os dias atuais muito se evoluiu no aspecto de<br />
minimização de danos ao ambiente, pois, até então o pensamento humano era voltado para a<br />
disposição dos resíduos, sejam eles sólidos ou líquidos, da forma mais conveniente para o<br />
gerador. A partir da década de 70 e meados dos anos 80 surgiram debates em torno não só da<br />
disposição, mas do tratamento de resíduos, desde então, busca-se uma melhor compreensão<br />
das questões ambientais e sua interação com o homem (DOMENÉCH, 1993).<br />
O processo de transformação industrial pelo qual passam as matérias-primas extraídas<br />
da natureza torna-se cada dia mais complexo pelo avanço da tecnologia, tornando muitas<br />
dessas transformações irreversíveis. Isto, aliado a estrutura consumista vigente, leva a geração<br />
contínua e crescente de resíduos, exigindo, portanto, uma política séria e estruturada sobre a<br />
problemática da origem e do destino final desses resíduos (SCHNEIDER et al., 2001).<br />
Resíduo é toda e qualquer substância e objeto no estado sólido ou semi-sólido<br />
proveniente de atividades industriais, domésticas, hospitalares, comerciais, agrícolas, de<br />
serviços e varrição que não são passíveis de reaproveitamento, ou seja, resíduo é tudo aquilo<br />
que foi usado e não possui mais utilidade, ou ainda em uma definição bastante específica, é<br />
tudo o que é gerado como consequência não desejada de uma atividade humana<br />
(DOMENÉCH, 1993).<br />
O gerenciamento de resíduos refere-se ao conjunto articulado de ações normativas,<br />
operacionais, financeiras e de planejamento baseadas em critérios sanitários, culturais,<br />
estéticos e econômicos para a geração, manejo, tratamento e disposição final dos resíduos<br />
sólidos, sendo que essa gestão dos resíduos sólidos aparece como um dos assuntos mais<br />
relevantes para atingir o desenvolvimento sustentável em todos os países (MANDELLI,<br />
1997).<br />
No Brasil os resíduos são classificados quanto ao risco potencial ao meio ambiente e à<br />
saúde pública em função das suas características. As normas que regem a correta disposição<br />
dos resíduos sólidos são: NBR 10004 (Classificação), NBR 10005 (Lixiviação) e NBR 10006<br />
(Solubilização).<br />
Conforme a ABNT 10004/2004, os resíduos são classificados em: resíduos classe I –<br />
perigosos ou resíduos classe II - não perigosos. Os resíduos perigosos são aqueles que
24<br />
apresentam características de periculosidade à saúde pública e ao ambiente em função de suas<br />
propriedades físicas, químicas ou infectocontagiosas. Os não perigosos são aqueles que não<br />
apresentam características que possam provocar mortalidade a população ou incidência de<br />
danos ao equilíbrio do ambiente natural.<br />
Uma vez classificados como classe II - não perigosos, faz-se necessário a classificação<br />
em resíduos classe II A - não inertes ou resíduos classe II B - inertes. Para serem classificados<br />
com não inertes os resíduos devem apresentar solubilidade de elementos em água,<br />
combustibilidade ou biodegradabilidade. Para receberem a classificação de inertes, os resíduos<br />
não devem ter nenhum de seus elementos constituintes solubilizados ou lixiviados a<br />
concentrações superiores aos padrões constantes nas NBR 10005 e 10006.<br />
3.5 Incorporação de resíduos em material cerâmico<br />
Vários são os resíduos industriais absorvidos pela indústria cerâmica, podendo-se citar<br />
os resíduos de mineração, da indústria do papel e celulose, metalúrgica, energética, entre<br />
outros, que independentemente de sua origem, têm utilização cada dia maior como matériasprimas<br />
alternativas na indústria cerâmica. Na incorporação de resíduos, é extremamente<br />
importante abordar a capacidade de inertização, verificando através de ensaios de lixiviação e<br />
solubilização a imobilização de elementos perigosos presentes nos resíduos utilizados como<br />
agregado por parte dos materiais cerâmicos (MENEZES et al., 2002).<br />
Particularmente, a solidificação/estabilização de resíduos nocivos é considerada um<br />
processo de estabilização ambientalmente correto, em virtude da grande resistência química<br />
dos produtos obtidos à maioria das condições ambientais, resistência esta relacionada ao fato<br />
dos componentes nocivos, essencialmente metais pesados, efetuarem ligações em nível<br />
atômico nas estruturas produzidas (PISCIELLA et al., 2001).<br />
As cinzas volantes e os resíduos oriundos da incineração de rejeitos urbanos, poderiam<br />
ser enquadrados em algum dos outros grupos já descritos, todavia, em virtude de suas<br />
peculiaridades e, principalmente, do grande enfoque mundial que recebem nos últimos anos,<br />
em especial na Europa e em alguns países da Ásia, acabam por enquadrar-se em um grupo à<br />
parte (MENEZES et al., 2002).<br />
As quantidades de resíduos redutores de plasticidade incorporados às matrizes<br />
cerâmicas podem variar entre 10 e 60%, provocando ligeiras mudanças nas propriedades<br />
mecânicas, retração e absorção de água (SABRAH e EBIED, 1987). Alguns anos atrás eram<br />
feitas pequenas adições às massas cerâmicas (em torno de 10 a 20%); todavia, estas aplicações
25<br />
não eram suficientes para absorver as enormes quantidades de rejeito, passando alguns<br />
estudos, principalmente na Europa, a analisar o uso de formulações compostas com elevado<br />
teor de resíduos (> 50%) chegando a trabalharem com formulações compostas exclusivamente<br />
por resíduos (100%). Neste ponto, é interessante ressaltar que os resíduos definidos como<br />
redutores de plasticidade, não necessariamente atuam apenas reduzindo a plasticidade,<br />
podendo atuar também como agentes formadores de fase vítrea, sendo fator de grande<br />
influência no sucesso da aplicação desses resíduos na produção de tijolos, revestimentos, grés<br />
e produtos de baixa absorção de água (RAIGÓN et al., 1996).<br />
A principal característica dos resíduos fundentes é a de produzir diminuição na<br />
temperatura de maturação do corpo cerâmico, possibilitando redução do consumo energético,<br />
graças às novas características da massa cerâmica. Esses resíduos são geralmente provenientes<br />
da lama de esmaltação das cerâmicas e dos rejeitos da indústria mecânica e metalúrgica e têm<br />
uma composição sílico-aluminosa (> 50%) com porcentagens variáveis de metais pesados (em<br />
alguns casos bem elevadas), alcalinos e alcalinos terrosos, com presença frequente de Cr, Co,<br />
Ni, Cd, Cu, Zn, Pb, etc. (DOMÍNGUEZ e ULLMANN, 1996). Outros exemplos de estudos<br />
bem sucedidos são a utilização de rejeito de água de unidades de galvanização e de resíduos<br />
de escória de alto forno na produção de tijolos, telhas, blocos e revestimentos cerâmicos,<br />
atingindo boa inertização dos agentes poluentes presentes (ELWAN e HASSAN, 1998).<br />
Não apenas a produção de peças cerâmicas rústicas (tijolos, telhas, revestimentos etc),<br />
mas também setores de cerâmica fina podem absorver resíduos fundentes, a exemplo da<br />
utilização de rejeitos provenientes da indústria metalúrgica na produção de vidrados<br />
cerâmicos, fibras de vidro, ligantes para abrasivos, dentre outros (HERMANN, 1998;<br />
YALÇIN e SERVINÇ, 2000).<br />
Em geral, os resíduos combustíveis são provenientes de processos industriais que<br />
contêm elevado teor de substâncias orgânicas e lhes conferem alto poder calorífico. Esta<br />
categoria inclui os resíduos das estações de tratamento de rejeitos urbanos, resíduos da<br />
exploração de carvão, resíduos da indústria têxtil e de curtume, resíduos derivados da extração<br />
e refino do petróleo e da indústria do papel e madeira (MENEZES et al., 2002).<br />
A utilização de resíduos combustíveis por parte das indústrias cerâmicas pode ser<br />
efetuada de duas maneiras: por incorporação dos resíduos à massa cerâmica ou mistura com<br />
os combustíveis responsáveis pela queima do corpo cerâmico, sendo que, em ambos os casos,<br />
é utilizado o poder calorífico dos resíduos para auxiliar na queima. Formulações estudadas<br />
com emprego de resíduos combustíveis em massas cerâmicas variam de valores inferiores a<br />
10% a valores em torno de 50% (MENEZES et al., 2002).
26<br />
O uso de materiais combustíveis como auxiliares de queima pode chegar a propiciar<br />
economia energética da ordem dos 45%; todavia, muitos cuidados devem ser tomados ao se<br />
fazer uso de resíduos na queima, já que podem liberar vários gases altamente nocivos à saúde<br />
humana, sendo altamente recomendado o uso de filtros para gases (existem filtros apenas para<br />
particulados) quando utilizar esses resíduos, o que é indispensável, mas, muitas vezes, é<br />
ignorado por vários produtores cerâmicos, seja por falta de informações (pequenos<br />
produtores) ou falta de responsabilidade ambiental. E é aproveitando o desconhecimento ou a<br />
irresponsabilidade de alguns produtores que várias indústrias conseguem eliminar seus<br />
resíduos através da queima barata em olarias, indústrias de revestimento e cimento<br />
(MENEZES et al., 2002).<br />
As cinzas volantes e os resíduos oriundos da incineração de rejeitos urbanos; poderiam<br />
ser enquadrados em algum dos outros grupos já descritos; todavia em virtude de suas<br />
peculiaridades e, principalmente, do grande enfoque mundial que recebem nos últimos anos,<br />
em especial na Europa e em alguns países da Ásia, alguns autores os enquadram em um grupo<br />
à parte. A grande quantidade de pesquisa voltada para a reciclagem de cinzas volantes está<br />
relacionada aos milhões de toneladas de cinzas produzidas pelos países que têm grande parte<br />
dos seus sistemas elétricos baseados em centrais termoelétricas. Essas cinzas volantes são<br />
correntemente depositadas ou utilizadas como aterro, o que causa um impacto ambiental<br />
altamente negativo, em virtude da potencialidade de lixiviação de substâncias tóxicas para o<br />
solo e o lençol freático, da mudança da composição elementar da vegetação que cresce nas<br />
circunvizinhanças dos depósitos e do aumento de elementos tóxicos através da cadeia<br />
alimentar (EROL et al., 2000).<br />
Atividades industriais pertinentes à utilização de cinzas volantes em artigos<br />
economicamente viáveis têm recebido larga popularidade nas últimas décadas em várias áreas,<br />
como a produção de cimento e concreto e de tijolos; todavia, a quantidade utilizada de cinzas<br />
volantes ainda é muito pequena e, consequentemente, novas formas para sua utilização como<br />
matéria-prima cerâmica, são pesquisadas (BOCCACCINI et al., 1997).<br />
3.6 Geração de pó de fumo<br />
A região do Vale do Rio Pardo caracteriza-se por ser a maior produtora de tabaco do<br />
país, possuindo as maiores empresas e as maiores produções em áreas plantadas. É<br />
reconhecida mundialmente pela sua produção de tabaco, sendo responsável por cerca de 50 %
27<br />
da produção do fumo do sul do país, conforme dados da safra colhida em 2010 (SINDIFUMO,<br />
2011).<br />
Essa realidade é fruto de um processo, no qual os imigrantes alemães, que aqui se<br />
instalaram a partir de meados do século XX, tiveram importante participação. Exploradas em<br />
regime familiar as propriedades para plantio, na década de 1850 já se destacavam na produção<br />
e na exportação de produtos coloniais, como a banha e o tabaco. A primeira empresa a se<br />
instalar na região foi no início do século XX, trazendo consigo as primeiras inovações<br />
tecnológicas na produção. Atualmente, a região conta com 12 empresas do ramo fumageiro<br />
que agregam qualidade de vida a seus funcionários e a sociedade na qual estão inseridas e são<br />
as principais responsáveis pelo desenvolvimento econômico da região (SINDIFUMO, 2011).<br />
Desenvolvida em quase 800 municípios do Rio Grande do Sul, Santa Catarina e<br />
Paraná, a produção de fumo, em fase de comercialização, alcançou 744 mil toneladas na safra<br />
2006/2007, cujo volume foi cultivado em 362 mil hectares, pelas 184 mil famílias de<br />
agricultores integrados que participaram desse ciclo produtivo, num universo de<br />
aproximadamente 900 mil pessoas no meio rural. Na safra 2005/2006 a receita proporcionada<br />
aos produtores foi da ordem de R$ 3,2 bilhões. Os processos de beneficiamento de fumo vêm<br />
proporcionando cerca de 30 mil empregos diretos nas empresas do setor instaladas no Paraná,<br />
Santa Catarina e Rio Grande do Sul (SINDIFUMO, 2007)<br />
O resíduo pó de fumo é um resíduo sólido gerado constantemente nas indústrias de<br />
tabaco, devido a degradações e atritos que a folha de fumo recebe ao longo do processo de<br />
beneficiamento. O pó de fumo é um material predominantemente orgânico e rico em fibras,<br />
originado na degradação das partículas do tabaco, com índice de granulometria aquém das<br />
especificações de aceitação do mercado.<br />
Conforme PORTARIA Nº 016, de 19 de janeiro de 1982, define-se como pó de fumo<br />
os resíduos finais provenientes da destala mecânica do tabaco e que compreende o pó e<br />
resíduos de tamanho ínfimo. Segundo a NBR 10.004 o pó de fumo é um resíduo do tipo<br />
sólido, pertencente à Classe II - Não Inerte, que o caracteriza como: resíduo que não apresenta<br />
periculosidade, porém não inertes; pode ter propriedades tais como: combustibilidade,<br />
biodegradabilidade ou solubilidade em água. A produção de pó de fumo corresponde a 2,5%<br />
da safra anual de tabaco na região do Vale do Rio Pardo (MACEDO, 2007).<br />
As seções de beneficiamento são as maiores responsáveis pela geração do resíduo em<br />
uma indústria de tabaco, ilustrado na Figura 5, sendo que os maiores índices ocorrem no<br />
processo de destala mecânica que é efetuado a fim de separar o talo da folha de fumo. A<br />
retirada do resíduo do fluxo do processo ocorre através de sistemas de sucção (Bleed-offs) que
28<br />
o destinam a uma seção da empresa, denominado como central do pó. Nesta são segregados e<br />
reaproveitados de acordo com a sua área superficial e granulometria. Esta segregação ocorre<br />
através de um agitador mecânico (MACEDO, 2007).<br />
Figura 5 - Esquema de beneficiamento de fumo.<br />
Fonte: Adaptado de MACEDO, 2007.<br />
O resíduo gerado, e que consequentemente não poderá ser reaproveitado nos<br />
processos, é destinado a áreas licenciadas pela FEPAM e depositados em solo agrícola,<br />
seguindo as parametrizações impostas pelo órgão. Para efetuar uma destinação<br />
ambientalmente adequada e reconhecida pelo órgão fiscalizador a empresa deve manter sob<br />
seu rigoroso controle, a aplicação dos resíduos na propriedade licenciada, observando as taxas<br />
de aplicação recomendadas, a disposição em áreas compatíveis (afastamento de açudes e<br />
córregos, eliminação de áreas com declividade acima de 15 %), a adoção de práticas<br />
conservacionistas, a adição ou não de fertilizantes, entre outros aspectos. O resíduo pó de<br />
fumo pode ser uma importante fonte de biomassa e potássio, com potencialidade de<br />
reciclagem na terra, e abastecimento dos macro nutrientes requeridos para o crescimento das
29<br />
plantas. Paralelamente, deve ser observado cuidadosamente e monitoradas as aplicações<br />
devido aos índices de potássio, os conteúdos de nitrogênio e os efeitos de alcalinidade de terra<br />
que podem limitar a taxa de aplicação agronômica.
30<br />
4 METODOLOGIA<br />
4.1 Delineamento da pesquisa<br />
Os procedimentos experimentais adotados para elaboração do presente estudo foram<br />
realizados conforme sequência descrita no fluxograma da Figura 6. O desenvolvimento dessa<br />
pesquisa consistiu em caracterizar a argila e o resíduo industrial disponíveis como matériasprima,<br />
obter corpos de prova para ensaios tecnológicos e ambientais com diferentes<br />
concentrações do resíduo em suas formulações, e proceder a queima em diferentes<br />
temperaturas para averiguar as possíveis implicações dessa variável nas propriedades<br />
tecnológicas e ambientais dos corpos de prova obtidos.<br />
Figura 6 - Fluxograma dos procedimentos metodológicos adotados.
31<br />
4.2 Preparação prévia das matérias-primas<br />
Foram selecionadas como matérias-primas uma argila oriunda de uma cerâmica da<br />
cidade de Candelária, conforme a Figura 7, e o resíduo industrial pó de fumo proveniente da<br />
indústria fumageira da cidade de Santa Cruz do Sul, conforme a Figura 8.<br />
Figura 7 - Argila.<br />
Fonte: Registro fotográfico do autor, 2011.<br />
Figura 8 - Pó de fumo.<br />
Fonte: Registro fotográfico do autor, 2011.
32<br />
Após coletadas, as amostras das matérias-primas selecionadas foram encaminhadas ao<br />
Laboratório de Processo Cerâmico da Universidade de Santa Cruz do Sul (UNISC), onde<br />
foram preparadas para os posteriores procedimentos de caracterização, conformação,<br />
processamento de secagem e queima, e ensaios tecnológicos e ambientais.<br />
No laboratório as amostras de argila e de resíduo foram secas em temperatura ambiente<br />
por pelo menos 24h e, após respeitado esse período, foram secas em estufa a 110 ºC ± 5 ºC,<br />
por um período de 24h.<br />
Após terem sido devidamente secas, as amostras foram cominuídas em moinho de<br />
bolas, conforme exemplifica a Figura 9. A massa fixa de bolas presente no moinho para<br />
efetuar a moagem foi equivalente a 150g para cada 500g de material a ser cominuido. O<br />
material foi moído durante longos períodos que variaram entre 2 a 3h, até que apresentassem<br />
granulometria satisfatória para proceder o peneiramento.<br />
Figura 9 - Moinho de bolas.<br />
Fonte: Registro fotográfico do autor, 2011.<br />
Após a etapa de moagem, as matérias-primas foram submetidas ao processo de<br />
peneiramento sob agitação em uma estrutura vibratória com o objetivo de agitar o material e<br />
forçar sua passagem pela peneira, como nos mostra a Figura 10. As amostras foram<br />
submetidas a peneiramento em peneira ABNT 80 # (abertura de180 µm), até ser 100%<br />
passante.
33<br />
Figura 10 - Agitador de peneiras.<br />
Fonte: Registro fotográfico do autor, 2011.<br />
4.3 Caracterização das matérias-primas<br />
Após terem sido preparadas, sendo submetidas a secagem, moagem e peneiramento na<br />
estrutura disponível no Laboratório de Processo Cerâmico da UNISC, as matérias-primas em<br />
quantidades suficiente para produção dos corpos de prova e demais caracterizações<br />
necessárias, foram encaminhadas ao Laboratório de Materiais Cerâmicos (LACER) junto ao<br />
Departamento de Materiais (DEMAT) da Escola de Engenharia da Universidade Federal do<br />
Rio Grande do Sul (UFRGS) para a produção dos corpos cerâmicos e demais caracterizações,<br />
cujo detalhamento encontra-se na Tabela 2.<br />
Tabela 2 - Ensaios para caracterização das matérias-primas.<br />
Ensaio/Análise Finalidade Condição Quantia<br />
Difração a laser Composição física (granulometria) ABNT 325 # 5g<br />
Fluorescência de raios-X Composição química (perda ao fogo) ABNT 325 # 4g<br />
Difração raios-X Composição mineralógica (fases da argila) ABNT 325 # 5g<br />
Foram encaminhados ao LACER o equivalente a 10 kg de argila e 3 kg de pó de fumo<br />
devidamente secos, moídos e peneirados, para proceder as etapas de caracterização das<br />
matérias-primas e conformação de corpos de prova.
34<br />
4.3.1 Propriedades físicas<br />
A análise granulométrica das matérias-primas utilizadas foi realizada após moagem e<br />
peneiramento em ABNT 325 #, utilizando o método de difração a laser no equipamento<br />
Particle Size Distribution Cilas 1180 I.<br />
4.3.2 Composição química<br />
A análise química das matérias-primas utilizadas foi realizada após moagem e<br />
peneiramento em ABNT 325 #, utilizando o método de fluorescência de raios X no<br />
equipamento Shimadzu Sequential X-ray Fluorescence Spctrometer.<br />
4.3.3 Composição mineralógica<br />
A análise de composição mineralógica das matérias-primas foi realizada através do<br />
método de difração de raios X para determinar as fases presentes na argila. As medidas foram<br />
feitas utilizando o método do pó para preparação das amostras em peneira ABNT 325 #. Para<br />
a análise mineralógica foi utilizado o equipamento Philips, modelo X’Pert MPD.<br />
4.4 Formulações e conformação dos corpos de prova<br />
Para a verificação da influência da adição do resíduo industrial nas propriedades<br />
tecnológicas e ambientais dos corpos de prova cerâmicos foram desenvolvidas as formulações<br />
indicadas na Tabela 3.
35<br />
Tabela 3 - Amostras formuladas para o estudo.<br />
AMOSTRA ARGILA (%) em massa RESÍDUO (%) em massa QUEIMA<br />
A 100 0 950 ºC<br />
B 97 3 950 ºC<br />
C 95 5 950 ºC<br />
D 90 10 950 ºC<br />
E 100 0 1050 ºC<br />
F 97 3 1050 ºC<br />
G 95 5 1050 ºC<br />
H 90 10 1050 ºC<br />
I 100 0 1150 ºC<br />
J 97 3 1150 ºC<br />
K 95 5 1150 ºC<br />
L 90 10 1150 ºC<br />
Em todas as formulações estudadas a argila foi mantida como base para a obtenção de<br />
produtos cerâmicos. Não foi obtida uma amostra com 100% de resíduo para comparações<br />
devido à inviabilidade dessa proposta, visto que o pó de fumo é um material orgânico e é<br />
calcinado totalmente nas temperaturas utilizadas.<br />
Após a preparação e dosagem das matérias-primas, conforme as formulações<br />
estipuladas, as amostras foram misturadas e homogeneizadas a seco em moinho planetário.<br />
Foi adicionado um percentual de água em torno de 5%, conferindo ligeira umidade às<br />
amostras formuladas, evitando dessa maneira perdas das amostras na forma de pós durante a<br />
conformação. Após isso, as amostras foram granuladas por peneiramento, utilizando para isso<br />
uma peneira ABNT 20 # (abertura de 850 µm) e um pincel para induzir a passagem da massa<br />
pela peneira selecionada.<br />
O método de conformação adotado foi a prensagem uniaxial com pressão de 40 MPa<br />
na prensa hidráulica apontada na Figura 11.
36<br />
Figura 11 - Prensa utilizada no estudo.<br />
Fonte: Registro fotográfico do autor, 2011.<br />
Os corpos de prova, indicados na Figura 12, foram obtidos nas dimensões de uma<br />
matriz com medidas de 20 x 60 mm 2 (largura x comprimento), sendo que a espessura foi<br />
variável conforme as amostras apresentavam maior ou menor teor de resíduos em sua<br />
composição. O tempo de prensagem foi fixado em 15 segundos para cada corpo de prova.<br />
Figura 12 - Corpos de prova após conformação por prensagem.<br />
Fonte: Registro fotográfico do autor, 2011.<br />
Após a etapa de conformação, os corpos de prova tiveram suas medidas de largura,<br />
espessura e comprimento averiguadas com paquímetro digital, bem como o peso verificado<br />
em uma balança analítica e marcados para posterior controle de propriedades.
37<br />
4.5 Secagem e queima<br />
Mesmo com percentual de umidade baixo, após conformadas por prensagem, as<br />
amostras foram submetidas à secagem em temperatura ambiente pelo período de 24h, e após,<br />
por mais 24h em estufa com temperatura de 110 ºC ± 5 ºC.<br />
Após a etapa de secagem os corpos de prova foram novamente medidos e pesados para<br />
avaliar a retração de secagem e demais propriedades.<br />
Respeitada a etapa de secagem, as amostras foram acondicionadas em placas de<br />
refratário contendo alumina, conforme mostra a Figura 13 e posteriormente conduzidas a<br />
queima em forno elétrico. A etapa de queima ocorreu em três diferentes temperaturas (950,<br />
1050 e 1150 ºC) com taxa de aquecimento de 150 ºC/h e patamar de queima de 8h.<br />
Figura 13 - Corpos de prova em placa refratária contendo alumina.<br />
Fonte: Registro fotográfico do autor, 2011.<br />
Após o processo de queima e resfriamento, os corpos de prova tiveram novamente suas<br />
medidas de largura, espessura e comprimento verificadas. Após esse processo, além do peso<br />
seco de cada corpo de prova, foram verificados o peso úmido (após permanecer 24h imerso<br />
em água destilada) e o peso imerso quando imerso em água.<br />
4.6 Caracterização dos corpos cerâmicos<br />
Após realizadas as etapas de conformação, secagem e queima, os corpos cerâmicos<br />
obtidos foram caracterizados conforme seu comportamento tecnológico e ambiental. Para isso<br />
foram desenvolvidos ensaios físicos (retração linear, absorção de água e porosidade),
38<br />
mecânicos (resistência mecânica a flexão em quatro pontos) e ambientais (lixiviação e<br />
solubilização) dos corpos de prova originados.<br />
4.6.1 Propriedades fìsicas<br />
Absorção de água: ASTM C – 373/94-88<br />
A absorção de água representa o aumento de peso do material úmido em relação ao<br />
seco. Este parâmetro pode ser avaliado através da relação entre os pesos seco e úmido dos<br />
corpos cerâmicos. A obtenção do peso úmido requer a imersão dos corpos cerâmicos em água<br />
por, no mínimo, 24h. O peso úmido é determinado após a retirada da água superficial do<br />
corpo-de-prova. A absorção de água foi determinada através da Equação 1.<br />
AA<br />
<br />
M<br />
<br />
<br />
M<br />
M<br />
u<br />
i<br />
s<br />
<br />
*100<br />
<br />
(Equação 1)<br />
Onde:<br />
AA = absorção de água (%);<br />
Mu = massa do corpo cerâmico saturado com água (g);<br />
Ms = massa do corpo cerâmico após secagem (g); e<br />
Mi = massa do corpo cerâmico imerso em água (g).<br />
Retração linear: ASTM C – 210/95<br />
A retração linear de queima é obtida de acordo com a Equação 2, que relaciona as<br />
dimensões dos corpos cerâmicos após a secagem e após a queima.<br />
RLQ<br />
<br />
<br />
<br />
L<br />
s<br />
<br />
L<br />
s<br />
L<br />
q<br />
<br />
<br />
*100<br />
<br />
(Equação 2)<br />
Onde:<br />
RLQ = retração linear de queima (%);<br />
Lq = comprimento do corpo cerâmico após queima (mm); e
39<br />
Ls = comprimento do corpo cerâmico após secagem (mm).<br />
Porosidade aparente: ASTM C – 373/94-88<br />
Para realizar o ensaio de porosidade aparente, os corpos cerâmicos tem seus pesos<br />
aferidos após secagem e queima. Para complementar o ensaio, é necessário conhecer os pesos<br />
dos corpos cerâmicos úmidos, isto é, após 24h de saturação em água e também do corpo<br />
cerâmico quando imerso em água. Conhecidas essas incógnitas, aplica-se a Equação 3.<br />
PA<br />
<br />
M<br />
<br />
M<br />
u<br />
u<br />
M<br />
M<br />
s<br />
i<br />
<br />
*100<br />
<br />
(Equação 3)<br />
Onde:<br />
PA = porosidade aparente (%);<br />
Mu = massa do corpo cerâmico saturado com água (g);<br />
Ms = massa do corpo cerâmico após secagem (g); e<br />
Mi = massa do corpo cerâmico imerso em água (g).<br />
4.6.2 Propriedades mecânicas<br />
Resistência mecânica à flexão a quatro pontos: ASTM C – 133/97<br />
A resistência mecânica é determinada em relação à oposição oferecida pelo corpo de<br />
prova quando flexionado a quatro pontos. O ensaio foi realizado em uma máquina universal<br />
de ensaios marca ATS modelo 1105 C, com célula de carga de 50 kN, velocidade de ensaio de<br />
0,5 mm/min, no sentido de compressão e início do ensaio em 2N. Somente os corpos<br />
cerâmicos que foram submetidos ao processo de queima passaram por esse ensaio, não tendo<br />
sido avaliada a resistência mecânica a verde.<br />
A caracterização quanto à resistência mecânica por flexão a quatro pontos, é realizada<br />
conforme esquema indicado na Figura 14, onde a distância l corresponde a 15 mm e a<br />
distância L corresponde a 30 mm.
40<br />
Figura 14 - Representação para ensaio de resistência mecânica à flexão a quatro pontos.<br />
Fonte: Adaptado de TELOEKEN (2010).<br />
Conhecendo as incógnitas b, d, l e L, a resistência de cada corpo cerâmico é calculada<br />
conforme a Equação 4, que relaciona os parâmetros empregados no cálculo da resistência<br />
mecânica a flexão a quatro pontos.<br />
TRF<br />
<br />
<br />
<br />
3. P.<br />
L l<br />
2<br />
2. b. h<br />
(Equação 4)<br />
Onde:<br />
TRF = tensão de ruptura à flexão (MPa);<br />
P = carga de ruptura após secagem (N);<br />
(L - l )= diferença entre as distâncias dos apoios do corpo-de-prova (mm);<br />
b = largura do corpo cerâmico (mm); e<br />
h = altura do corpo cerâmico, (mm).<br />
4.6.3 Caracterização ambiental<br />
A caracterização ambiental do aspecto da incorporação de diferentes teores de pó de<br />
fumo em material cerâmico, para a eventual aplicação na indústria cerâmica, foi avaliado em<br />
função dos ensaios de lixiviação e solubilização.<br />
Esses ensaios têm por objetivo avaliar o potencial de inertização do resíduo industrial<br />
em questão dentro da estrutura cerâmica. Isso é verificado pela presença dos elementos<br />
indicados na NBR 10004/2004 através de análises químicas dos extratos de lixiviado e
41<br />
solubilizado das diferentes amostras estudadas, considerando o teor de resíduo presente em<br />
cada amostra bem como a temperatura e patamar adotados no processo de queima.<br />
Lixiviação: NBR 10005<br />
O ensaio ambiental de lixiviação é realizado conforme a NBR 10005 para<br />
procedimento de obtenção de extrato de lixiviado de resíduos sólidos, que fixa os requisitos<br />
exigíveis para diferenciar os resíduos classificados pela ABNT NBR 10004 como Classe I –<br />
perigosos e Classe II – não perigosos.<br />
Para execução desse ensaio são observadas as definições e requisitos constantes na<br />
NBR 10005, sendo seguidos conforme especificado na norma ou adaptados quando possível e<br />
viável, sem apresentar interferência na interpretação de resultados.<br />
A realização do ensaio de lixiviação consiste em determinar a capacidade de<br />
transferência de substâncias orgânicas e inorgânicas presentes no resíduo sólido, e que<br />
teoricamente seriam inertizadas na estrutura cerâmica, para o meio líquido extrator,<br />
classificando o extrato de lixiviado conforme os parâmatros estipulados para a presença de<br />
cada elemento químico referenciado pela norma.<br />
Para o ensaio de lixiviação os corpos cerâmicos foram seccionados após a etapa de<br />
secagem, conforme a Figura 15, na forma de cubos para atender ao que dita a NBR 10005,<br />
garantindo que as amostras tenham tamanho inferior a peneira de malha 9,5 mm.<br />
Figura 15 - Seccionamento dos corpos de prova.<br />
Fonte: Registro fotográfico do autor, 2011.<br />
Depois de seccionados, secos e queimados, uma parcela dos corpos de prova é<br />
utilizada para efetuar as determinações preliminares constantes na norma. Com uma amostra
42<br />
de 5g determina-se qual a solução de extração a ser utilizada como meio extrator. Essa<br />
solução é determinada em função do pH apresentado pela solução originada através do ensaio<br />
preliminar com os 5g de amostra.<br />
Após determinada a solução de extração, realiza-se o preparo da solução que servirá de<br />
meio extrator para o ensaio de lixiviação. Definidos os reagentes a serem empregados no<br />
preparo da solução de extração, procede-se a formulação da mesma,<br />
Para cada amostra de 50g de material a ser lixiviado é necessário o preparo de 1 litro<br />
de solução de extração. Depois de proceder o preparo da solução em quantidade suficiente<br />
para as amostras em questão, realiza-se o ensaio sob agitação pelo período de 18h ± 2h.<br />
Obedecido ao período de tempo estipulado pela norma, retiram-se os frascos contendo<br />
as soluções de extração e procede-se a filtragem do extrato lixiviado em um sistema com<br />
bomba de vácuo, com membrana filtrante de 0,8 µm de porosidade.<br />
Depois de filtrado, os extratos de lixiviado são encaminhados para análise química por<br />
absorção atômica a fim de determinar a concentração dos elementos presentes no extrato de<br />
lixiviado de resíduos sólidos e compatível com o constante no anexo F da ABNT NBR<br />
10004/2004.<br />
Solubilização: NBR 10006<br />
O ensaio ambiental de solubilizaçãoo é realizado conforme a NBR 10006 para<br />
procedimento de obtenção de extrato de solubilizado de resíduos sólidos, que fixa os<br />
requisitos exigíveis para diferenciar os resíduos classificados pela ABNT NBR 10004/2004<br />
como Classe II A – não inertes e Classe II B – inertes.<br />
Para execução desse ensaio são observadas as definições e requisitos constantes na<br />
NBR 10006, sendo seguidos conforme especificado na norma ou adaptados quando possível e<br />
viável, sem apresentar interferência na interpretação de resultados.<br />
Nesse ensaio é utilizada água deionizada, sem correção do pH, obedecendo a razão<br />
líquido/sólido igual a quatro.<br />
A exemplo do ensaio de lixiviação, as amostras utilizadas para o ensaio de<br />
solubilização devem apresentar diâmetro ≤ 9,5 mm. Nesse ensaio foi utilizada uma amostra<br />
representativa de 125g de material para 500mL de água.<br />
Uma vez determinados os valores, as amostras foram acondicionadas em frascos com<br />
capacidade de 1 litro e agitadas constantemente durante o período de 5 minutos.<br />
Depois de agitar as amostras pelo período necessário, os frascos foram selados com<br />
filme plástico e permaneceram em repouso pelo período de 7 dias.
43<br />
Após o período estipulado pela norma, a fase sólida do solubilizado é separada da<br />
líquida pelo processo de filtração utilizando membrana filtrante com porosidade de 0,45 µm.<br />
A fase líquida é então enviada para análise química por absorção atômica,<br />
determinando a concentração dos elementos presentes no extrato de solubilizado de resíduos<br />
sólidos e compatível com o constante no anexo G da ABNT NBR 10004/2004.
44<br />
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
A seguir, são apresentados os resultados obtidos em relação aos objetivos propostos,<br />
referentes à caracterização física, química e mineralógica das matérias-primas utilizadas no<br />
trabalho, à caracterização tecnológica dos corpos de prova considerando as propriedades<br />
físicas e mecânicas e, também, a viabilidade ambiental dos mesmos em função dos resultados<br />
obtidos após os ensaios de lixiviação e solubilização.<br />
5.1 Caracterização das matérias-primas<br />
5.1.1 Propriedades físicas<br />
A seguir, nas Figuras 16 e 17, apresentam-se os resultados da análise granulométrica<br />
por difração a laser da argila e do pó de fumo respectivamente. Pode-se observar que a argila<br />
apresenta granulometria bastante dispersa, ou seja, com o diâmetro variando em ampla faixa<br />
de tamanhos de partícula, enquanto o pó de fumo apresenta comportamento menos disperso.<br />
Figura 16 - Análise granulométrica por difração a laser da argila após moagem.
45<br />
Figura 17 - Análise granulométrica por difração a laser do pó de fumo após moagem.<br />
A Tabela 3 apresenta o resultado dos dados de distribuição granulométrica da argila e<br />
do pó de fumo utilizados como matérias-primas nesse trabalho. D 10 , D 50 e D 90 são<br />
percentagens (10, 50 e 90%) nas quais as partículas encontram-se abaixo do especificado.<br />
Tabela 4 - Valores representativos da análise granulométrica da argila e do resíduo.<br />
Matéria-prima D 10 (µm) D 50 (µm) D 90 (µm) D médio (µm)<br />
Argila 1,07 7,48 23,1 10,07<br />
Pó de fumo 9,25 31,16 51,81 31,2<br />
Observa-se que os diâmetros médios apresentam valores relativamente dispersos,<br />
sendo que o diâmetro médio das partículas de pó de fumo é superior a granulometria média da<br />
argila. Esse fator pode dificultar a obtenção de corpos de prova homogêneos, facilitando o<br />
surgimento de trincas o que afeta diretamente o desempenho de resistência mecânica do<br />
material obtido a partir de resíduo industrial como agregado em um material cerâmico.
46<br />
5.1.2 Composição química<br />
A composição química da argila e do pó de fumo, em óxidos, através do ensaio de<br />
fluorescência é apresentada na Tabela 5.<br />
Tabela 5 - Composição química das matérias-primas.<br />
Composto Pó de fumo (%) Argila (%)<br />
SiO 2 32,77 44,23<br />
CaO 0,05 15,74<br />
Al2O 3 9,7 8,02<br />
K 2 O 0,38 7,44<br />
Fe 2 O 3 1,86 6,42<br />
P 2 O 5 0,01 2,08<br />
SO 3 - 1,98<br />
Cl - 1,49<br />
TiO 2 0,35 1,33<br />
MgO 0,24 1,11<br />
MnO 0,01 0,41<br />
ZrO 2 0,03 0,13<br />
Na 2 O - 0,08<br />
SrO - 0,07<br />
ZnO - 0,03<br />
Rb 2 O 0,0041 0,02<br />
Y 2 O 3 0,0019 -<br />
Perda ao Fogo 54,54 9,34<br />
Conforme indicado na Tabela 5, a argila é constituída basicamente por sílica (44,23 %<br />
de SiO 2 ), cal (15,74% de CaO), alumina (8,02% de Al 2 O 3 ), potássio (7,44% de K 2 O) e ferro<br />
(6,42% de Fe 2 O 3 ). Apresenta ainda, de forma menos significativa em sua composição, fósforo,<br />
enxofre, cloro, titânio, magnésio e manganês.<br />
Conforme Souza Santos (1975) apud Figueiredo (2008), a argila utilizada nesse estudo<br />
encontra percentuais de SiO 2 , Fe 2 O 3 e Al 2 O 3 nas faixas de concentração que a caracterizam<br />
como sendo uma típica cerâmica vermelha: SiO 2 (43,2 a 77,6%), Fe 2 O 3 (1,36 a 9,6%) e Al 2 O 3<br />
(9,9 a 38%).<br />
O resíduo industrial pó de fumo apresenta elevada perda ao fogo (54,54%), sendo<br />
composto basicamente por sílica (32,77%), alumina (9,7%) e ferro (1,86%). Segundo Macedo
47<br />
(2007) estes resultados podem ser obtidos em amostras de pó de fumo retiradas das partes<br />
inferiores do pé de tabaco, onde geralmente as folhas apresentam maior concentração de sílica<br />
devido a proximidade com o solo.<br />
5.1.3 Composição mineralógica<br />
Uma análise mineralógica representativa das fases formadas para a argila e o pó de<br />
fumo foi realizada a fim de verificar os argilominerais presentes nas argilas.<br />
Para a amostra de argila foram verificadas as presenças dos picos referentes aos planos<br />
cristalinos das fases mineralógicas quartzo e caolinita.<br />
Para a amostra de pó de fumo foram verificadas as presenças dos picos referentes aos<br />
planos cristalinos das fases mineralógicas quartzo e silicato de alumínio.<br />
5.2 Caracterização dos corpos cerâmicos<br />
Os resultados expostos nos gráficos são as médias obtidas a partir das medidas<br />
realizadas considerando-se em um total de 10 corpos de prova. Os valores de desvio padrão<br />
das médias consideradas encontram-se no Anexo I.<br />
5.2.1 Propriedades físicas<br />
Retração linear:<br />
A retração linear constitui-se numa importante propriedade física usada para determinar<br />
e controlar as dimensões do produto cerâmico final, além de estar relacionada ao grau de<br />
sinterização do material (VIANA et al., 2010). O gráfico da Figura 18 apresenta os resultados<br />
de retração linear em função da temperatura de queima para os corpos cerâmicos estudados.
Retração Linear (%)<br />
48<br />
100%A 0%R 97%A 3%R 95%A 5%R 90%A 10%R<br />
4<br />
3,5<br />
3<br />
2,5<br />
2<br />
1,5<br />
1<br />
0,5<br />
0<br />
900 950 1000 1050 1100 1150 1200<br />
Temperatura (ºC)<br />
Figura 18 - Retração linear em função da temperatura de queima.<br />
De um modo geral, percebe-se o aumento da retração linear em função do aumento da<br />
temperatura utilizada na queima, tanto para a formulação composta apenas de argila como<br />
para as formulações contendo percentuais de pó de fumo como agregado.<br />
Nos corpos cerâmicos com adição de resíduo em teor de 5%, observa-se um<br />
comportamento linear relacionado às temperaturas de queima versus retração linear. A<br />
formulação contendo 10% de resíduo apresentou elevação da retração com a elevação das<br />
temperaturas utilizadas.<br />
Nos corpos cerâmicos sem a incorporação de resíduos a retração linear foi mais elevada<br />
para a temperatura de 1050 ºC, tendo um relativo decréscimo quando queimados a 1150 ºC.<br />
Para as amostras com 3% de resíduo, também observou-se esse comportamento, maior<br />
retração na temperatura de 1050 ºC com ligeira queda para o parâmetro na temperatura de<br />
1150 ºC.<br />
Conforme Dondi (2003) apud Viana et al. (2010), os valores de retração linear obtido no<br />
presente trabalho para as diferentes formulações estudadas estão compreendidos na faixa<br />
apropriada para fabricação de produtos de cerâmica vermelha para construção civil. Com<br />
percentuais de retração variando no intervalo de ≈ 1 até 3,5%, os corpos cerâmicos<br />
apresentam boa estabilidade dimensional.<br />
Além disso, a elevação das temperaturas de queima utilizadas convergindo para o<br />
aumento da retração linear contribui para maior densificação, redução de volume e diminuição
AA em 24h (%)<br />
49<br />
da porosidade, com a difusão como processo predominante (RANDALL, 1991 apud<br />
TELOEKEN, 2010).<br />
Absorção de água em 24h:<br />
O gráfico da Figura 19 expõe os resultados para o parâmetro absorção de água em 24h.<br />
100%A 0%R 97%A 3%R 95%A 5%R 90%A 10%R<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
900 950 1000 1050 1100 1150 1200<br />
Temperatura (ºC)<br />
Figura 19 - Absorção de água após 24h em função da temperatura de queima.<br />
Analisando os dados expostos, percebe-se redução da absorção com o aumento da<br />
temperatura de queima. Isto pode ser atribuído à granulometria extremamente baixa da argila<br />
(D médio = 10,07µm), o que contribui para uma reatividade muito mais eficiente durante as<br />
reações de sinterização, conforme indicado na literatura (ANDRADE et al., 2005).<br />
Para a temperatura de 1050 ºC a redução desse parâmetro apresentou-se mais nítida,<br />
isso pode indicar que nessa temperatura, muito provavelmente, tenha se iniciado a formação<br />
de uma massa vítrea, contribuindo para a redução da porosidade inerente a este tipo de<br />
processamento respondendo pela menor absorção de água.<br />
No entanto, com temperatura de queima de 1150 ºC, os corpos cerâmicos sem adição de<br />
resíduos, bem como os corpos com adição de 10% de resíduo apresentaram maior tendência<br />
em absorver água. Já os materiais contendo 3% e 5% de resíduo apresentaram comportamento
Porosidade Aparente (%)<br />
50<br />
linear, tendo reduzida sua capacidade de absorção de água conforme o aumento da<br />
temperatura de queima.<br />
Porosidade aparente:<br />
No gráfico da Figura 20 encontram-se expostos os resultados para porosidade aparente.<br />
100%A 0%R 97%A 3%R 95%A 5%R 90%A 10%R<br />
18<br />
16<br />
14<br />
12<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
900 950 1000 1050 1100 1150 1200<br />
Temperatura (ºC)<br />
Figura 20 - Porosidade aparente em função da temperatura de queima.<br />
Um corpo qualquer que apresente poros abertos em sua estrutura, quando em contato<br />
com água tende a absorvê-la. O volume de água absorvido em função do tempo de contato é<br />
praticamente igual ao volume de poros abertos do corpo. A quantidade de poros presente em<br />
um corpo cerâmico é um bom indicativo da eficiência do processo de sinterização, visto que<br />
quando bem sinterizados apresentam quantidade mínima de poros acusando queima ideal<br />
(SENAI, 2007).<br />
A diminuição da porosidade aparente pode estar associada, segundo Bragança (2002)<br />
apud Silva (2010), ao processo de sinterização via fase vítrea, devido ao aumento de sua<br />
densificação. Conforme o gráfico indica, nas maiores temperaturas de queima (1050 e 1150<br />
ºC) a porosidade apresenta tendência de redução. Esse comportamento pode, também, estar<br />
correlacionado com uma melhor distribuição granulométrica ocasionada pela adição de uma<br />
fração mais grosseira de resíduo, visto que, nas amostras contendo maiores teores de resíduo<br />
agregado (5 e 10%), os valores médios de porosidade aparente apresentados são menores.
Resistência Mecânica (MPa)<br />
51<br />
5.2.2 Resistência mecânica<br />
Resistência mecânica a flexão a quatro pontos:<br />
No gráfico da Figura 21, se encontram detalhados os valores obtidos para resistência<br />
mecânica a flexão a quatro pontos.<br />
100%A 0%R 97%A 3%R 95%A 5%R 90%A 10%R<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
900 950 1000 1050 1100 1150 1200<br />
Temperatura (ºC)<br />
Figura 21 - Resistência mecânica em função da temperatura de queima.<br />
O aumento da resistência mecânica está diretamente relacionado à temperatura de<br />
queima, pois o aumento da mesma proporciona ao material maior densificação (SILVA, 2010)<br />
Os corpos cerâmicos contendo resíduo apresentam menor resistência mecânica quando<br />
comparados ao corpo cerâmico contendo apenas argila quando queimadas a 950 ºC e 1050 ºC.<br />
Esse comportamento não se repete quando os corpos cerâmicos são submetidos à temperatura<br />
de queima de 1150 ºC, na qual as amostras contendo 3% e 5% de resíduos apresentam<br />
resistência mecânica superior a amostra contendo apenas argila, que por sua vez, apresenta<br />
resistência mecânica muito próxima a amostra contendo 10% de resíduo em sua composição.<br />
Esse acréscimo na resistência está previsto na literatura para pequenos teores (3% e<br />
5%) de resíduo agregados, visto que obtém-se melhor grau de compactação dos corpos<br />
cerâmicos no processo de conformação, melhorando suas propriedades após a queima.
52<br />
(OKONGWU, 1988 apud SILVA, 2010). Já o excesso de resíduo agregado (10%) promove a<br />
formação de pequenas bolsas dentro da microestrutura do corpo cerâmico quando<br />
conformado, e após a queima, isso resulta em microtrincas que são falhas na estrutura do<br />
corpo conformado mais sujeitas ao rompimento durante os ensaios (MONTEIRO, 2005 apud<br />
SILVA, 2010).<br />
Segundo Carty (2008) apud Teloeken (2010), a porosidade possui influência marcante<br />
sobre a resistência mecânica de materiais cerâmicos, uma vez que o poro é um concentrador<br />
de tensões, causando maiores defeitos na microestrutura quando os corpos cerâmicos<br />
apresentam maior porosidade. Esse comportamento é observado para as amostras avaliadas no<br />
presente estudo, visto que as temperaturas de queima que conferiram menor porosidade aos<br />
materiais foram as mesmas que apresentaram melhor resposta quando submetidas ao ensaio<br />
mecânico.<br />
5.2.3 Ensaios ambientais<br />
Lixiviação:<br />
Dentro das determinações preliminares exigidas pela NBR 10005, foi realizado o<br />
ensaio para determinação da solução de extração. Nesse ensaio todas as amostras em questão<br />
apresentaram pH inferior a 5. Em virtude disso utilizou-se a solução de extração número 1,<br />
composta por 5,7 mL de acético glacial, 64,3 mL de NaOH e água destilada, desionizada e<br />
isenta de orgânicos para lixiviação de voláteis e não-volatéis, sendo que o pH dessa solução<br />
encontrou-se dentro da faixa estipulada pela NBR de 4,93 ± 0,05.<br />
De acordo com o constante no anexo F da NBR 10004, o resíduo industrial utilizado<br />
no estudo em questão não apresentou concentração dos elementos que a NBR considera para<br />
classificar os extratos de lixiviado como classe I – perigosos ou classe II – não perigosos.<br />
Dessa forma, podemos afirmar que o extrato de lixiviado obtido nesse ensaio, pelo fato<br />
da ausência de elementos dentro do limite estipulado pela norma, classificaria o extrato como<br />
classe II – não perigoso.<br />
Solubilização:<br />
Seguiram-se as exigências da NBR 10006 para o procedimento de obtenção de extrato<br />
de solubilizado, conforme Figura 22, onde observa-se as amostras preparadas após o período<br />
de 5 minutos de agitação conforme estipulado pela norma.
53<br />
Figura 22 – Amostras preparadas para solubilização.<br />
Após a execução desse ensaio foram analisados os extratos de solubilizado das<br />
amostras conforme exposto na Tabela 6.<br />
Tabela 6 - Resultados para o ensaio de solubilização.<br />
SOLUBILIZAÇÃO<br />
FORMULAÇÃO QUEIMA Al < 0,2 mg/L* Fe < 0,3 mg/L* Mn < 0,1 mg/L*<br />
100%A 0%R 950 ºC 2,07 0,1 0,13<br />
90%A 10%R 950 ºC 0,71 0,06 0,04<br />
90%A 10%R 1050 ºC < 0,01 < 0,02 < 0,02<br />
90%A 10%R 1150 ºC 0,31 < 0,02 < 0,02<br />
* Limites estabelecidos conforme anexo G da ABNT 2004 NBR 10006.<br />
Conforme a Tabela 6, as amostras processadas na temperatura de 950 ºC, sem adição<br />
de resíduo e com teor de resíduo igual a 10% apresentaram valores de concentração para Al<br />
(2,07 e 0,71 mg/L) que extrapolaram o limite estabelecido pelo anexo G da NBR 10004, que<br />
dispõe sobre os limites máximos de concentração no extrato de solubilizado. Ainda para<br />
amostra sem adição de resíduo em sua composição foi observado um valor acima do
54<br />
permitido pela norma para concentração de Mn (0,13 mg/L). Dessa forma o extrato dessas<br />
duas formulações processadas a 950 ºC fica classificado como cClasse II A - não inertes, em<br />
função da presença desses elementos nas referidas concentrações.<br />
Para as amostras contendo 10% de resíduo em sua composição e processadas a<br />
temperatura de 1150 ºC, a concentração do elemento Al (0,31 mg/L) no extrato de<br />
solubilizado classifica-o como classe II A - não inerte.<br />
Já para as amostras contendo 10% de resíduo em sua composição e processadas na<br />
temperatura de 1050 ºC, nenhum elemento presente extrapolou os limites impostos pela NBR<br />
10004, sendo assim classificado como resíduo classe II B - inerte.
55<br />
6 CONCLUSÕES<br />
A realização da presente pesquisa permitiu concluir que:<br />
Em relação às propriedades tecnológicas dos corpos de prova contendo resíduo<br />
industrial como material agregado, verificou-se que a utilização de pó de fumo como material<br />
agregado a massa cerâmica possibilitou a conformação e o processamento de corpos<br />
cerâmicos com propriedades interessantes para aplicação industrial.<br />
Após caracterização dos corpos de prova obtidos com adição de resíduos em diferentes<br />
teores e submetidos a diferentes temperaturas de queima, esses apresentaram propriedades<br />
físicas e mecânicas, como a absorção de água e resistência a flexão, dentro das normas<br />
técnicas existentes. Para os parâmetros citados anteriormente, as normas para a fabricação de<br />
tijolos e blocos cerâmicos exigem valores de absorção de água entre encontram-se entre 8 e<br />
18%, já para resistência mecânica estão divididos em classes, sendo o valor mínimo<br />
apresentado de 1MPa.<br />
De uma forma geral, sintetizando os resultados dos ensaios físicos-mecânicos obtidos,<br />
pode-se afirmar que a absorção de água e a porosidade aparente diminuem com o aumento da<br />
temperatura de queima, enquanto que a retração linear aumenta com a elevação da<br />
temperatura de queima.<br />
Em relação às propriedades ambientais dos corpos de prova contendo resíduo<br />
industrial como material agregado, os corpos de prova contendo resíduo industrial em teores<br />
de 10% e processados nas temperaturas de 950 e 1150 ºC, quando submetidos ao ensaio de<br />
solubilização acabaram classificados como classe II A - não inertes, o que indica a não<br />
imobilização do resíduo dentro da estrutura cerâmica.<br />
Entretanto, os corpos cerâmicos contendo 10% de resíduo e processados na<br />
temperatura de 1050 ºC, apresentaram-se como classe II B - inertes, indicando boa<br />
imobilização dos agentes contaminantes em sua estrutura, o que viabiliza sua utilização como<br />
matéria-prima para a produção de produtos cerâmicos tradicionais.<br />
De qualquer forma, a viabilização do emprego do resíduo industrial pó de fumo como<br />
material agregado em produtos cerâmicos é viável, desde que respeitados os teores de<br />
concentração, bem como a temperatura de queima adequada para promover a inertização dos<br />
elementos perigosos dentro da estrutura cerâmica.<br />
Para execução do presente trabalho, desde sua concepção até os resultados atingidos,<br />
foram enfrentadas algumas limitações de caráter técnico. Deste modo, valores descritos em
56<br />
determinados ensaios podem apresentar discrepância se replicados, mesmo utilizando<br />
matérias-primas oriundas de uma mesma fonte.<br />
Destacar-se-iam como fatores limitantes:<br />
I) Aleatoriedade da argila utilizada na obtenção dos corpos de prova, sendo coletada de<br />
uma jazida pertencente a uma empresa cerâmica da região de Candelária que pode apresentar<br />
variações em suas características (químicas e mineralógicas) quando da necessidade de uma<br />
nova amostragem;<br />
II) Aleatoriedade do resíduo utilizado no estudo, uma vez que o pó de fumo<br />
empregado na obtenção dos corpos de prova foi fornecido por uma indústria geradora, e uma<br />
nova amostragem pode fornecer resíduo com características (químicas e mineralógicas)<br />
diferentes;<br />
III) Utilização do processo de conformação por prensagem, sendo que industrialmente<br />
adota-se o processo de conformação por extrusão para a produção de blocos e tijolos<br />
cerâmicos. Essa diferença no método de conformação pode influenciar nos resultados<br />
alcançados nessa pesquisa, vindo a alterar o comportamento físico-mecânico e ambiental do<br />
material cerâmico contendo resíduo industrial como agregado, quando do interesse em aplicálos<br />
a nível industrial; e<br />
IV) Utilização do processo de queima em forno elétrico, sendo que, na indústria adotase<br />
o processo de queima em forno túnel, o qual apresenta diferentes taxas de aquecimento e<br />
patamares de queima. Esse fator também pode influenciar o comportamento físico-mecânico e<br />
ambiental do material cerâmico contendo resíduo industrial como agregado obtido nessa<br />
pesquisa.
57<br />
7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS<br />
Em função da realização do presente estudo, sugere-se que novas pesquisas possam ser<br />
realizadas tendo como foco:<br />
I) Avaliar o comportamento físico-mecânico e ambiental de material cerâmico<br />
contendo pó de fumo como material agregado através da conformação de corpos de prova<br />
pelo processo de extrusão;<br />
II) Avaliar o comportamento físico-mecânico e ambiental de material cerâmico<br />
contendo pó de fumo como material agregado, promovendo a etapa de queima em forno túnel<br />
industrial; e<br />
III) Avaliar o comportamento físico-mecânico e ambiental de material cerâmico<br />
contendo diferentes teores de pó de fumo como material agregado, ou ainda, avaliar o<br />
comportamento de corpos de prova obtidos a partir da incorporação de outros resíduos<br />
industriais ou urbanos como lodos de estações de tratamento (urbanos e industriais), areia de<br />
fundição, resíduos das atividades de marmoarias, chamote da própria indústria cerâmica,<br />
materiais orgânicos (casca de arroz, torta de girassol após produção do biodiesel, canola, etc.)<br />
e demais resíduos que apresentarem potencial de utilização.<br />
Essas sugestões aparecem de forma a complementar os resultados do presente trabalho<br />
viabilizando a real aplicação do resíduo industrial pó de fumo como matéria-prima na<br />
obtenção de produtos cerâmicos, bem como, de outros resíduos.<br />
Ainda destacaria que demais estudos realizados na linha de pesquisa reciclagem,<br />
tratamento e disposição de resíduos sólidos, visando incorporação de resíduos em material<br />
cerâmico são determinantes na geração de novos conhecimentos que venham a auxiliar os<br />
profissionais da área da engenharia e tecnologia na resolução de problemas de cunho<br />
ambiental.
58<br />
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ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT) ASTM C- 373/94-88 -<br />
Test method for water absortion, bulk density, apparent porosity, and apparent specific gravity<br />
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ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT) ASTM C- 210/95 - Test<br />
method for reheat change of insulating firebrick.<br />
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT) ASTM C - 133/97 -<br />
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.
62<br />
ANEXO I – Valores médios e desvio padrão para RL, AA, PA e RM<br />
Temperaturas 950 ºC 1050 ºC 1150 ºC<br />
Formulação AA AA AA<br />
100%A 0%R 7,8 ± 0,42 2,54 ± 0,28 4,14 ± 0,52<br />
97%A 3%R 6,92 ± 0,61 5,55 ± 0,42 2,69 ± 0,61<br />
95%A 5%R 5,12 ± 0,85 2,51 ± 0,47 0,58 ± 0,29<br />
90%A 10%R 3,26 ± 0,44 0,69 ± ,041 1,62 ± 0,28<br />
Temperaturas 950 ºC 1050 ºC 1150 ºC<br />
Formulação PA PA PA<br />
100%A 0%R 15,33 ± 0,75 5,45 ± 0,57 8,65 ± 1,02<br />
97%A 3%R 13,42 ± 1,20 11,20 ± 0,79 5,65 ± 1,23<br />
95%A 5%R 10,09 ± 1,60 5,25 ± 0,95 1,23 ± 0,62<br />
90%A 10%R 6,48 ± 0,84 1,43 ± 084 3,26 ± 054<br />
Temperaturas 950 ºC 1050 ºC 1150 ºC<br />
Formulação RL RL RL<br />
100%A 0%R 0,94 ± 0,18 3,48 ± 1,43 2,81 ± 0,90<br />
97%A 3%R 1,83 ± 1,89 2,73 ± 0,10 2,57 ± 0,22<br />
95%A 5%R 1,46 ± 0,39 2,19 ± 0,11 2,92 ± 0,44<br />
90%A 10%R 1,33 ± 0,25 2,99 ± 0,27 3,15 ± 0,14<br />
Temperaturas 950 ºC 1050 ºC 1150 ºC<br />
Formulação RM (Mpa) RM (Mpa) RM (Mpa)<br />
100%A 0%R 1,78 ± 0,12 5,73 ± 0,98 4,45 ± 0,72<br />
97%A 3%R 1,76 ± 0,12 3,49 ± 0,46 5,88 ± 1,28<br />
95%A 5%R 1,82 ± 0,23 2,76 ± 0,21 5,78 ± 1,43<br />
90%A 10%R 0,62 ± 0,07 2,83 ± 0,40 4,52 ± 0,71
ANEXO II – Laudos das análises químicas<br />
63