( PDF ) Desenvolvimento de novos materiais cerâmicos a partir de lodo de estações de tratamento de água, micro esferas de vidro de jateamento, sais de neutralização de ácidos de baterias e areia de fundição

Download PDF

ads:

VANDERLEI MATEUS TALLINI JUNIOR

DESENVOLVIMENTO DE NOVOS MATERIAIS CERÂMICOS A PARTIR DE

LODO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA, MICRO ESFERAS DE

VIDRO DE JATEAMENTO, SAIS DE NEUTRALIZAÇÃO DE ÁCIDOS DE

BATERIAS E AREIA DE FUNDIÇÃO.

CURITIBA

2009

Dissertação apresentada como requisito

parcial à obtenção do grau de Mestre ao

Programa de Pós-Graduação em Engenharia

(PIPE), Área de concentração: Engenharia e

Ciência dos Materiais, do Setor de Tecnologia

da Universidade Federal do Paraná.

Orientador: Prof. PhD. Vsevolod Mymrine

ads:

Livros Grátis

http://www.livrosgratis.com.br

Milhares de livros grátis para download.

VANDERLEI MATEUS TALLINI JUNIOR

DESENVOLVIMENTO DE NOVOS MATERIAIS CERÂMICOS A PARTIR DE

LODO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA, MICRO ESFERAS DE

VIDRO DE JATEAMENTO, SAIS DE NEUTRALIZAÇÃO DE ÁCIDOS DE

BATERIAS E AREIA DE FUNDIÇÃO.

CURITIBA

2009

Dissertação apresentada como requisito

parcial à obtenção do grau de Mestre ao

Programa de Pós-Graduação em Engenharia

(PIPE), Área de concentração: Engenharia e

Ciência dos Materiais, do Setor de Tecnologia

da Universidade Federal do Paraná.

Orientador: Prof. PhD. Vsevolod Mymrine

ads:

iii

Dedico este trabalho as pessoas mais

importantes de minha vida, meus pais

Vanderlei e Normélia, e minha namorada

Cristiane Stacechen.

AGRADECIMENTOS

Em especial ao professor PhD. Dsc. Vsévolod Mymrine, pela orientação,

compreensão, incentivo, amizade, paciência e dedicação em todas as fases do

desenvolvimento deste trabalho.

Ao Prof. Dr. Haroldo de Araújo Ponte, pelo incentivo e possibilidade de

utilização dos equipamentos e materiais do Laboratório de Tecnologia Ambiental

– LTA e de outros Laboratórios do Grupo de Eletroquímica Aplicada – GEA.

Ao Prof. José Manuel, coordenador do Laboratório de Análises de Minerais

e Rochas da UFPR, pela possibilidade de realização de alguns ensaios, sem os

quais não seria possível a realização desta pesquisa. Agradeço também a sua

equipe, principalmente ao Rodrigo e a Luciane pela gentileza e presteza que

sempre fui recebido.

A Profa. Graciela, coordenadora da pós-graduação em Engenharia

Florestal, que disponibilizou os equipamentos necessários para realização dos

ensaios de resistência mecânica à flexão no Laboratório de Anatomia e Qualidade

da Madeira.

Agradeço aos funcionários do Laboratório de Absorção Atômica do

LACTEC pelas análises realizadas e aos funcionários do Centro de Microscopia

Eletrônica da UFPR.

Aos membros do GEA, Artem, Nice, Patrícia, Cláudia, Lílian, Alek,

Jéferson, Vanessa, Luciana e Cléber pelo apoio e companheirismo, em especial

ao Ricardo Ribeiro, pela amizade e auxílio na realização deste trabalho.

Enfim, agradeço todos aqueles que contribuíram direta ou indiretamente

para a realização deste trabalho.

RESUMO

O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de cerâmica vermelha a partir de

resíduos industriais como alternativa de reciclagem para as empresas geradoras.

Os resíduos industriais que neste trabalho foram utilizados como matéria prima

foram: Lodo de Estações de Tratamento de Água, areia de fundição, micro

esferas de vidro de jateamento, sais de neutralização de ácidos de baterias e

argila. A cerâmica elaborada com 80% de resíduos industriais, destes, utilizando

50% de lodo de ETA apresentou uma resistência máxima a flexão de 10,8 MPa a

1000°C, com o aumento da temperatura para 1050°C ho uve um decréscimo da

resistência para 9,6 MPa. As amostras das cerâmicas foram submetidas à análise

de raios-X difratometria e verificou-se a formação de novas estruturas minerais

que não constavam nas matérias primas iniciais. A nova cerâmica apresentou um

alto valor de resistência mecânica, o que torna possível e viável a utilização

destes resíduos para a produção de cerâmica vermelha.

PALAVRAS-CHAVE: Resíduos Industriais, Cerâmica Vermelha, Lodo de ETA,

Areia de Fundição, Vidro Residual, Sais de Neutralização.

ABSTRACT

This work aims at the red ceramics development from industrial residues as

alternative of recycling for the generating companies. The industrial residues that

in this work had been used as substance cousin had been: water treatment plant

sludge, glass residues, residual salts and clay. The chemical, mineralogical and

structural compositions of the residues used as raw material and the new ceramic

compounds were analyzed and studied using XRF, XRD, SEM and chemical

microanalysis (EDAX). The results obtained indicate that the ceramic prepared

with 80% of residues presented the highest strength (10,8 MPa) at 1000°C. The

results showed high flexural strength and low values of water absorption and linear

retraction, characterizing the good sintering of the materials and vitreous formation,

ensuring low values of solubilization and leaching.

KEY-WORDS: Red Ceramic, WTP Sludge, Glass Residues, Residual Salts

vii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Difratograma do lodo de ETA.............................................................. 54

Figura 2 – Microimagem do lodo de ETA através do método de microscopia

eletrônica de varredura (MEV) ...................................................................... 55

Figura 3 – Difratograma da areia verde................................................................ 56

Figura 4 – Microimagem da areia de fundição através do método de microscopia

eletrônica de varredura (MEV) ...................................................................... 57

Figura 5 – Difratograma do vidro de jateamento galvânico.................................. 59

Figura 6 – Microimagem das micro esferas de vidro através do método de

microscopia eletrônica de varredura (MEV).................................................. 60

Figura 7 – Difratograma dos sais de neutralização.............................................. 61

Figura 8 – Microimagem dos sais de neutralização através do método de

microscopia eletrônica de varredura (MEV).................................................. 62

Figura 9 – Difratograma da argila......................................................................... 64

Figura 10 – Microimagem da argila através do método de microscopia eletrônica

de varredura (MEV)....................................................................................... 65

Figura 11: Difratograma da amostra da cerâmica - DRX ..................................... 71

Figura 12 – Microimagem da cerâmica verde e queimada através do método de

microscopia eletrônica de varredura (MEV).................................................. 72

Figura 13 – Microimagem das cerâmicas queimadas através do método de

microscopia eletrônica de varredura (MEV).................................................. 73

viii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Composição química do lodo de Estação de Tratamento................... 21

Tabela 2 – Classificação dos revestimentos cerâmicos: NBR 13817................... 40

Tabela 3 – Classificação do produto cerâmico e o uso recomendado................. 40

Tabela 4 – Classificação de tijolos maciços NBR 7170........................................ 40

Tabela 5 – Composições dos CP’s ...................................................................... 46

Tabela 6 – Melhores composições....................................................................... 66

Tabela 7 – Principais componentes do lodo de ETA (%) ..................................... 53

Tabela 8 – Identificação dos picos do difratograma do lodo de ETA.................... 54

Tabela 9 – Análise química da areia verde .......................................................... 56

Tabela 10 – Identificação dos picos do difratograma da areia verde ................... 57

Tabela 11 – Análise química do vidro de jateamento galvânico........................... 58

Tabela 12 – Análise química dos sais de neutralização....................................... 61

Tabela 13 – Identificação dos picos do difratograma dos sais............................. 62

Tabela 14 – Análise química da argila ................................................................. 63

Tabela 15 – Identificação dos picos do difratograma da argila............................. 64

Tabela 16 – Resultados da resistência mecânica à flexão................................... 67

Tabela 17 – Valores de retração linear após queima........................................... 68

Tabela 18 – Valores de absorção de água........................................................... 69

Tabela 19 – Valores de massa específica aparente............................................. 70

Tabela 20 – Resultado de lixiviação (composição 1) ........................................... 73

Tabela 21 – Resultado de solubilização (composição 1) ..................................... 74

LISTA DE SIGLAS

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

CMMAD Comissão Mundial Sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento

SEMA Secretária do Meio Ambiente e Recursos Hídricos

ONU Organização das Nações Unidas

ABETRE Associação Brasileira de Tratamento de Resíduos

ECO 92 Conferência das Nações Unidas para o Meio Ambiente e o

Desenvolvimento (CNUMAD)

RAF Resíduos de Areia de Fundição

CBUQ Concreto Betuminoso Usinado a Quente

ABC Associação Brasileira de Cerâmica

CETESB Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental – SP

PR Paraná

SP São Paulo

LTA Laboratório de Tecnologia Ambiental

UFPR Universidade Federal do Paraná

PIPE Programa de Pós Graduação em Engenharia

CP Corpo de Prova

ETA Estação de Tratamento de Água

LAMIR Laboratório de Análises de Minerais e Rochas

LACTEC Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento

LISTA DE SÍMBOLOS

pH Potencial Hidrogeniônico

µm Micrômetro ou mícron – Unidade de comprimento

% Percentagem

°C Graus Celsius

cm Centímetro – Unidade de comprimento

Kg Quilograma – Unidade de Peso

g Grama – Unidade de Peso

MPa Mega Pascal – Unidade de Tensão

MEV Microscopia Eletrônica Varredura

Ton Toneladas – Unidade de Peso

Mesh Mesh Tyler – Medida de abertura de peneira

Abs Absorção de água

RL Retração Linear

MEA Massa Específica Aparente (%)

PA Porosidade Aparente (%)

Mi Massa do corpo de prova imerso em água (g)

Ms Massa do corpo de prova seco (g)

Mu Massa do corpo de prova úmido (g)

MRF Módulo de Resistência a Flexão (kgf/cm2)

g/cm

gramas/ centímetro cúbico – Unidade de medida de volume

P.F. Perda ao fogo

DQO Demanda Química de Oxigênio

DBO Demanda Biológica de Oxigênio

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS .............................................................................................vii

LISTA DE TABELAS ............................................................................................ viii

LISTA DE SIGLAS .................................................................................................ix

LISTA DE SÍMBOLOS.............................................................................................x

RESUMO.................................................................................................................v

ABSTRACT............................................................................................................vi

1. INTRODUÇÃO ................................................................................................. 15

1.1 OBJETIVOS................................................................................................ 17

1.1.1 Objetivo Geral ...................................................................................... 17

1.1.2 Objetivos Específicos........................................................................... 17

1.2 APRESENTAÇÃO DO TRABALHO............................................................ 18

2. REVISÃO DA LITERATURA............................................................................ 20

2.1 LODO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA (ETA).................... 20

2.2 FORMAS DE DISPOSIÇAO FINAL DO LODO DE ETA............................. 22

2.2.1 Lançamento em Rios ........................................................................... 22

2.2.2 Aterro Sanitário .................................................................................... 23

2.2.3 Estações de Tratamento de Esgotos (ETES)....................................... 24

2.2.4 Indústrias de Cimento .......................................................................... 25

2.2.5 Concreto............................................................................................... 26

2.2.6 Cerâmica.............................................................................................. 27

2.2.7 Agricultura............................................................................................ 29

2.2.8 Compostagem...................................................................................... 30

2.2.9 Disposição no Solo............................................................................... 30

2.3 AREIA VERDE DE FUNDIÇÃO.................................................................. 31

2.4 MICRO ESFERA DE VIDRO PARA JATEAMENTO .................................. 32

2.5 SAIS DE NEUTRALIZAÇÃO DE ÁCIDOS.................................................. 34

2.6 CERÂMICA................................................................................................. 35

2.7 PROPRIEDADES DO MATERIAL CERÂMICO.......................................... 37

2.7.1 Retração Linear.................................................................................... 37

2.7.2 Absorção de Água................................................................................ 37

xii

2.7.3 Porosidade........................................................................................... 38

2.7.4 Massa Específica Aparente.................................................................. 38

2.7.5 Resistência Mecânica .......................................................................... 39

2.8 CLASSIFICAÇÃO DOS PRODUTOS CERÂMICOS .................................. 40

3. MATERIAIS E MÉTODOS................................................................................ 42

3.1 COLETA E PREPARAÇÃO DOS RESÍDUOS E ARGILA .......................... 42

3.1.1 Lodo de Estações de Tratamento de Água.......................................... 42

3.1.2 Micro Esferas de Vidro......................................................................... 42

3.1.3 Sais de Neutralização .......................................................................... 42

3.1.4 Areia de Fundição................................................................................ 43

3.1.5 Argila.................................................................................................... 43

3.2 PREPARO DOS CORPOS-DE-PROVA (CP’S).......................................... 45

3.3 COMPOSIÇÕES E TEMPERATURAS UTILIZADAS ................................. 46

3.4 CARACTERIZAÇÃO DOS ENSAIOS LABORATORIAIS ........................... 47

3.4.1 Perda ao Fogo ..................................................................................... 47

3.4.2 Fluorescência de Raios-X .................................................................... 48

3.4.3 Difração de Raios-X............................................................................. 48

3.4.4 Microscopia Eletrônica de Varredura ................................................... 49

3.4.5 Retração Linear.................................................................................... 49

3.4.6 Absorção de Água................................................................................ 50

3.4.7 Massa Específica Aparente.................................................................. 50

3.4.8 Resistência Mecânica .......................................................................... 51

3.4.9 Lixiviação ............................................................................................. 51

3.4.10 Solubilização...................................................................................... 51

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ..................................................................... 53

4.1 CARACTERIZAÇÃO DAS MATÉRIAS PRIMAS ........................................ 53

4.1.1 Lodo de ETA ........................................................................................ 53

4.1.1.1 Fluorescência de Raios-X.............................................................. 53

4.1.1.2 Difração de Raios-X....................................................................... 54

4.1.1.3 Microscopia Eletrônica de Varredura............................................. 55

4.1.2 Areia Verde .......................................................................................... 55

4.1.2.1 Fluorescência de Raios-X.............................................................. 55

xiii

4.1.2.2 Difratometria de Raios-X ............................................................... 56

4.1.2.3 Microscopia Eletrônica de Varredura............................................. 57

4.1.3 Vidro de Jateamento Galvânico ........................................................... 58

4.1.3.1 Fluorescência de Raios-X.............................................................. 58

4.1.3.2 Difratometria de Raio X ................................................................. 58

4.1.3.3 Microscopia Eletrônica de Varredura............................................. 59

4.1.4 Sais de Neutralização .......................................................................... 60

4.1.4.1 Fluorescência de Raios-X.............................................................. 60

4.1.4.2 Difratometria de Raios-X ............................................................... 61

4.1.4.3 Microscopia Eletrônica de Varredura............................................. 62

4.1.5 Argila.................................................................................................... 63

4.1.5.1 Fluorescência de Raios-X.............................................................. 63

4.1.5.2 Difratometria de Raios-X ............................................................... 64

4.1.5.3 Microscopia Eletrônica de Varredura............................................. 65

4.2 RESULTADOS DO EXPERIMENTO.......................................................... 66

4.2.1 Resistência Mecânica à Flexão............................................................ 66

4.2.2 Retração Linear.................................................................................... 68

4.2.3 Absorção de Água................................................................................ 69

4.2.4 Resultados dos Ensaios de Massa Específica Aparente ..................... 70

4.2.5 Difração de Raios-X da Cerâmica........................................................ 70

4.2.6 Microscopia Eletrônica Varredura ........................................................ 71

5. CONCLUSÕES ................................................................................................ 77

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................... 80

CAPÍTULO 1

- INTRODUÇÃO -

1. INTRODUÇÃO

O aumento populacional, a industrialização e o incremento nas atividades

foram os principais motivos da multiplicação dos resíduos. O crescimento

acelerado da população implica na expansão automática da industrialização para

atender às novas demandas, o que significa um aumento considerável no volume

de resíduos gerados, tanto do ponto de vista doméstico quanto industrial. O

tratamento não adequado desta quantidade de resíduos pode representar um

aumento na degradação ambiental em detrimento da qualidade de vida (SENAI-

RS, 2003).

Os resíduos industriais e urbanos vêm se tornando um dos mais sérios

problemas que a sociedade moderna enfrenta. Sua deposição de forma

inadequada provoca a degradação do meio ambiente e a contaminação dos

mananciais de água e do solo (MENEZES et al., 2002).

Durante a ECO/92, realizada no Rio de Janeiro, em 1992, houve destaque

sobre a necessidade de mudança dos padrões não sustentáveis de produção e

consumo, como gerenciamento dos resíduos sólidos concentrados em quatro

áreas: reduzir ao mínimo a geração; aumentar ao máximo a reutilização e a

reciclagem; providenciar depósitos e tratamentos ambientalmente corretos e

ampliar os serviços que se ocupam dos resíduos.

No Brasil, o gerenciamento dos resíduos sólidos industriais ainda é

inexpressivo. Segundo dados da Associação Brasileira de Tratamento de

Resíduos - ABETRE, mais de 70% do lixo industrial acabam em lugares

inapropriados, ou seja, “a maioria dos descartes industriais é feita de forma

inadequada, misturada em lixões domésticos, sejam eles municipais ou

clandestinos” (FURTADO, 2005). Uma das formas de solucionar este problema é

através da reciclagem, que proporciona a utilização do resíduo como matéria

prima para fabricação de outros bens de consumo. A reciclagem de resíduos

industriais ainda possui índices insignificantes frente ao montante de resíduos

produzidos (MENEZES et al., 2002).

A prática da reciclagem através da utilização de resíduos industriais como

principal componente na fabricação de materiais de construção civil, pode trazer

inúmeros benefícios ambientais, pois, substitui a utilização de recursos naturais

por resíduos reciclados.

Alguns técnicos da indústria cerâmica já se deparam com a escassez de

reservas de matérias-primas de boa qualidade em locais economicamente viáveis

de exploração (MENEZES et al.,2002).

Estima-se que o setor da construção civil é responsável pelo consumo de

até 75% dos nossos recursos naturais, o que a torna uma consumidora em

potencial de grande parte dos resíduos gerados nos diferentes setores industriais.

(JOHN, 2000; PINTO,1999; LEVY, 1997).

As indústrias gradativamente estão buscando novas alternativas para a

disposição de seus resíduos sólidos industriais, devido às pressões dos órgãos

ambientais ou pelo fato de adquirirem certificações ambientais para se tornarem

mais competitivas diante ao mercado.

O tratamento de água também é considerado uma indústria, pois, para se

obter a água tratada (potável) que é o produto final, gera-se o lodo durante o

tratamento. O resíduo gerado neste processo de tratamento no decantador e filtro

é denominado de lodo de ETA. A composição química do lodo de ETA é bem

diversificada, contendo diversos metais e podendo variar de acordo com o tipo de

coagulante e auxiliares utilizados no tratamento da água. Devido a sua

composição química, o lodo de ETA trata-se de um resíduo sólido não inerte que

necessita de uma disposição final adequada. Atualmente um grande desafio das

empresas de saneamento é o de encontrar alternativas viáveis economicamente e

tecnicamente, para dispor o lodo de ETA sem causar danos ao meio ambiente.

Devido às características físico-químicas do resíduo (lodo de ETA), a

alternativa proposta neste trabalho é a utilização do lodo associada á outros

resíduos na fabricação de cerâmica vermelha. Os demais resíduos, areia de

fundição, microesferas de vidro e os sais de neutralização de ácidos de baterias

empregados na massa cerâmica, podem ser usados basicamente para reduzir o

tempo de queima (fundente), economizando energia, e para melhorarem as

características mecânicas da cerâmica, tornando-a mais vítrea e

conseqüentemente reduzindo a lixiviação e solubilização de metais pesados.

1.1 OBJETIVOS

1.1.1 Objetivo Geral

Desenvolver novos materiais cerâmicos e tecnologias de fabricação, a

partir de resíduos industriais, como alternativa de disposição final adequada para

o lodo gerado nas Estações de Tratamento de Água, resíduos de vidro de

jateamento, sais de neutralização de ácido de baterias automotivas e areia de

fundição.

1.1.2 Objetivos Específicos

Os objetivos específicos deste trabalho são:

• Determinar quais as melhores combinações de incorporação destes

resíduos em massa cerâmica.

• Verificar o desempenho físico e mecânico da cerâmica por meio de

ensaios de resistência a flexão em três pontos, retração linear e

absorção de água.

• Avaliar a qualidade ambiental da cerâmica desenvolvida, por meio de

ensaios de solubilização e lixiviação.

• Caracterizar a formação de novas estruturas minerais obtidas após a

sinterização.

1.2 APRESENTAÇÃO DO TRABALHO

Para melhor compreensão do presente trabalho, neste tópico os capítulos

são brevemente descritos para que o leitor entenda a estrutura da dissertação.

A Revisão da Literatura fornece uma descrição sobre a origem e

composição química do Lodo das Estações de Tratamento de Água, assim, como

alternativas de disposição final encontradas na bibliografia, como forma de

minimizar o impacto ambiental ocasionado pela destinação incorreta deste

resíduo. Além, de uma sucinta descrição dos demais resíduos utilizados na

composição da cerâmica, e um breve histórico sobre as alternativas de utilização

destes resíduos. O capítulo aborda também, uma caracterização sobre as

propriedades dos materiais cerâmicos com suas principais classificações.

No capítulo de Materiais e Métodos está descrita toda a metodologia

experimental adotada durante a pesquisa, bem como as técnicas, os materiais e

os equipamentos empregues durante a execução do trabalho.

Em seguida, no capítulo Resultados e Discussões são apresentados e

discutidos todos os resultados obtidos por meio das técnicas descritas no capítulo

anterior.

O capítulo seguinte, Conclusões, apresenta as principais conclusões

obtidas no decorrer da pesquisa, demonstrando a possibilidade do material

desenvolvido ser utilizado na fabricação de materiais de construção, com

inúmeras vantagens sobre os materiais de construção convencionais.

CAPÍTULO 2

- REVISÃO DA LITERATURA -

2. REVISÃO DA LITERATURA

2.1 LODO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA (ETA)

Em cidades urbanizadas como Curitiba e região metropolitana, a água dos

rios e córregos é usada para carrear efluentes industriais, resíduos domésticos,

excrementos da população, papéis, detergentes, etc. Estes resíduos são

misturados, nos cursos d'água, com sólidos inorgânicos, como argilas e areias, e

outros poluentes lavados das superfícies de escoamento. Como resultado da

purificação destas águas, nas Estações de Tratamento de Água, obtêm-se lodos

decantados, parcialmente desidratados, constituídos essencialmente por sólidos

inorgânicos e muitos microorganismos patogênicos vivos ou mortos que podem

multiplicar-se à custa de inúmeras espécies de substâncias orgânicas presentes.

Segundo Grandin, Além Sobrinho E Garcia Jr, (1993) o lodo de ETA é

constituído, basicamente, de resíduos sólidos orgânicos e inorgânicos

provenientes da água bruta, tais como: algas, bactérias, vírus, partículas

orgânicas em suspensão, colóides, areias, argila, siltes, cálcio, magnésio, ferro,

manganês, etc. Estes constituintes são observados em formas de hidróxidos de

alumínio em grande quantidade, provenientes da adição de produtos químicos e,

em alguns casos, polímeros condicionantes também utilizados no processo

(SILVA, BIDONE E MARQUES, 2000).

O processo de tratamento de água convencional, utilizado na grande

maioria dos sistemas de abastecimento produz, na fase de sedimentação e

filtração, um resíduo composto basicamente com as características da água bruta,

acrescido de hidróxidos de alumínio ou ferro e carbonatos.

Além disso, os lodos podem conter materiais tóxicos como metais pesados

(cobre, níquel, estanho, mercúrio, cromo, etc.), descartados nos esgotos

industriais. Os principais elementos detectados no Lodo, segundo Portella, 2003

são os óxidos: de alumínio (Al

), silício (SiO

), ferro (Fe

), titânio (TiO

magnésio (MgO), cálcio (CaO), sódio (Na

O), potássio (K

O) e pentóxido de

difósforo (P

), conforme números constantes na Tabela 1.0, contendo dois tipos

de amostras de lodo de ETA e a média dos principais óxidos.

Tabela 1 - Composição química do Lodo de Estação de Tratamento

de Água

Fonte: Portella, 2003

Barroso e Cordeiro, (2001) descrevem que alguns metais como cobre,

zinco, níquel, chumbo, cádmio, cromo e manganês e, em especial, o alumínio,

presente no lodo de ETA, possuem ação tóxica, podendo apresentar efeitos

positivos ou negativos nas técnicas de tratamento, disposição final e, até mesmo,

na reutilização destes resíduos.

Segundo Silva e Isaac, (2002) a quantidade de lodo originária dos

decantadores representa cerca de 60 a 95% da quantidade total de resíduos

produzidos na ETA, sendo o restante oriundo do processo de filtração. Gerado em

todas as estações de tratamento de água, o volume de lodo produzido representa

de 0,2 – 5,0 % do volume tratado de água.

De acordo com Reali, (1999), o lodo de sulfato de alumínio tem coloração

marrom, com viscosidade e consistência que lembram chocolate líquido, além de

apresentar dificuldade para sua sedimentação ou flotação em seu estado natural.

Segundo Richter, (2001), este lodo é basicamente líquido, com o teor de

sólidos totais presentes em um lodo de ETA variando entre 1.000 a 40.000 mg/l

(0,1 a 4%), sendo 75 a 90% de sólidos suspensos e 20 a 35% de compostos

Elementos (%) Lodo 01 Lodo 02 Média

SiO

14,10 12,75 13,425

23,62 20,8 22,21

TiO

0,35 0,68 0,515

8,39 7,58 7,985

MgO 0,15 0,42 0,285

CaO 0,33 0,36 0,345

< 0,02 0,1 0,06

0,11 0,27 0,19

0,34 0,69 0,515

Outros elementos não detectados 3,60 5,23 4,415

voláteis, apresentando, portanto, uma pequena porção biodegradável que pode

ser prontamente oxidável.

Deve-se considerar também que os dados mais recentes apontam que

cerca de 10% das estações possui alguma forma de disposição final, e outras

10% estão com projeto/obras em andamento. Estima-se que para equacionar o

problema com as soluções clássicas existentes, seriam necessários investimentos

significativos e que atualmente não estão disponíveis(TSUTIYA; HIRATA, 2001).

Um dos grandes desafios é a busca de alternativas economicamente e

tecnicamente viáveis, e ambientalmente vantajosas de destinação final do lodo de

ETA. A utilização benéfica do lodo de ETA pode ser considerada uma

oportunidade para aumentar a receita das empresas de saneamento, mas,

principalmente, reduzir custos e impactos ambientais associados a este resíduo

(TSUTIYA; HIRATA, 2001).

Cordeiro, (2000) complementa que a utilização de lodo de ETA como

matéria – prima pode reduzir a quantidade de recursos naturais utilizados, além

de deixar de ocupar espaços em aterro sanitário.

Segundo Richter, (2001), o destino final para o lodo de ETA é uma das

tarefas mais difíceis no tratamento de água, pois envolve transporte e restrições

ambientais. Entre as alternativas mais utilizadas de disposição final, são

destacadas: lançamento em curso d’água; lançamento no mar; lançamento na

rede de esgoto sanitário; lagoa; aplicação no solo; e aterro sanitário.

2.2 FORMAS DE DISPOSIÇAO FINAL DO LODO DE ETA

2.2.1 Lançamento em Rios

De acordo com Cordeiro, (2003), a maioria das estações de tratamento de

água brasileiras lança os seus resíduos sólidos nos corpos d’água mais próximos

ou na rede de águas pluviais, sem nenhum tipo de tratamento. Este procedimento

favorece o aumento do grau de poluição dos corpos d’água e contribui para uma

maior degradação do meio ambiente.

O lançamento direto do lodo de ETA nos corpos d’água, acarreta no

aumento na quantidade de sólidos, provocando assoreamento indesejável do

corpo hídrico, mudanças de cor, turbidez e alterações em termos de composição

química e DQO (Demanda Química de Oxigênio), (YUZHU, 1996).

Segundo Barbosa et al., (2000), os principais parâmetros que influenciam o

aumento desta degradação são: turbidez, série de sólidos, nitrogênio, fósforo,

DQO e metais, principalmente alumínio, manganês e ferro.

Cornwell et al., (1987) e Cordeiro, (1981), alertam sobre a tendência do

resíduo sedimentar próximo ao local de lançamento, formando bancos de

sedimentos de lodo. Esta situação de acordo com os autores resulta no aumento

da DBO, inibição da atividade biológica, criar condições anaeróbias, causar

redução de pH, resultar na solubilização de metais contidos no lodo, liberar

odores e reduzir o oxigênio dissolvido imprescindível para a vida aquática.

Segundo Cordeiro et al., (2003), mesmo sem o conhecimento necessário

dos efeitos adversos causados por este procedimento, estima-se que cerca de

2.000 toneladas diárias de sólidos são lançados em coleções de água brasileiras,

sem nenhum tratamento (proveniente de 7500 ETAs). Este dado alarmante

justifica a importância de se discutir e encontrar alternativas para a disposição e o

uso benéfico do lodo proveniente das ETAs brasileiras.

2.2.2 Aterro Sanitário

Para que o lodo seja disposto em aterros sanitários, em células

impermeabilizadas e recoberto com terra, é necessário que ele siga padrões e

não ultrapasse alguns valores máximos especificados para certos parâmetros. É

de extrema importância que ele não seja classificado como resíduo perigoso,

assim, não pode ser tóxico, corrosivo, inflamável, irritante, sensibilizador forte ou

material que produz calor ou pressão através da decomposição (CORDEIRO,

1993).

Deve-se evitar que existam líquidos livres em sua composição. Assim, não

haverá percolação e nem a possibilidade de elementos carreados contaminarem

águas subterrâneas ou comprometerem a qualidade do solo. Além destas

características, Cordeiro, (1993), destaca que ele seja desaguado até que

apresente um teor de sólidos superior a 25%. Somente com estas análises será

possível garantir que o lodo pode ser disposto junto com os outros resíduos

sólidos sem causar impactos negativos.

Silva, Bidone e Marques, (2000) afirmam que no Brasil o aterro sanitário

também pode ser uma alternativa viável para disposição final dos Iodos de ETAs,

principalmente em cidades de pequeno e médio porte, com disponibilidade de

áreas economicamente acessíveis. A aplicação dos lodos em aterros é

considerada, por muitos, a mais segura no sentido de conter a contaminação ao

ambiente.

No entanto, deve-se considerar que, no Brasil, a maioria dos aterros já não

é capaz de receber os resíduos sólidos domiciliares. Além disto, as altas taxas

cobradas pelos aterros, para recebimento do lodo, torna recomendável o estudo

de alternativas de disposição do lodo de ETAs. Para Richter, (2001), a disposição

do lodo de ETA em aterros sanitários deve ser a última alternativa a ser

considerada.

2.2.3 Estações de Tratamento de Esgotos (ETES)

Uma alternativa de destinação do lodo de ETA é o lançamento deste na

rede coletora de esgoto doméstico. Porém, suas características diferem muito das

que possuem os esgotos domésticos. Caso as análises químicas apontem

toxicidade do lodo de ETA, este tipo de disposição pode comprometer o bom

funcionamento da ETE e afetar a qualidade do corpo d´água que recebe o

efluente do tratamento.

Esta prática é muito comum na Europa e nos EUA, sendo exigido um pré-

tratamento do lodo de ETA antes do lançamento na rede coletora. A ASCE;

AWWA; USEPA (1996), afirmaram que os requisitos mais comuns, indicados

pelas concessionárias, para a aplicação do lodo de ETA na ETE são: equalização

do volume a ser disposto; ajuste do pH quando necessário; atendimento aos

limites para recebimento de efluentes não domésticos em sistema público de

esgotos, tais como sólidos totais, metais pesados, sulfatos, sulfetos, etc.

As principais limitações para esta prática se devem: à aplicação de padrões

mais rígidos no pré-tratamento de esgotos, à baixa capacidade das estações de

tratamento de esgoto para receber este resíduo sólido, a possíveis impactos no

desempenho dos digestores e a necessidade de atender padrões de emissão

mais restritivos para o efluente final.

Outra limitação, que pode tornar inviável esta disposição, é a tarifa aplicada

pelas concessionárias para recebimento deste tipo de resíduo.

2.2.4 Indústrias de Cimento

O lodo de ETA apresenta diversos elementos em sua composição

semelhantes ao cimento, de acordo com Richter, (2001), os principais

componentes do cimento encontrados também nos Iodos de ETA, são o CaO,

SiO e Fe

O. O lodo de ETA pode ser utilizado em determinadas proporções como

fonte de menor custo de óxidos.

Além disso, ele possui grande quantidade de areia e argila em sua

composição, o que pode ampliar seu uso. Os materiais naturais usados na

produção do cimento são calcário, xisto e argila. Os elementos cruciais para a

produção do cimento são: cálcio, sílica, alumínio e ferro. O calcário, que

corresponde a 70 a 80% do total de matéria prima utilizada, contém baixos teores

de Al, Si e Fe.

Para atingir as quantidades ideais de cada elemento, as indústrias de

cimento adicionam outros materiais como argilas, xistos, minério de ferro e

bauxita. A diminuição de matéria prima requerida pode reduzir os custos da

indústria (RICHTER, 2001).

Por outro lado, existem algumas propriedades químicas associadas ao lodo

que são danosas à produção de cimento, como a de matéria orgânica, de

antracito e/ou carvão ativado granular (CAG), enxofre, permanganato de potássio

e altas concentrações de metais pesados.

A Taiheiyo Cement Corporation (2003) afirmou que nas 10 indústrias de

cimento da corporação, localizadas no Japão, são utilizados, 6,64 milhões de

toneladas de resíduos e subprodutos como matéria prima e combustível. Isto,

representa 280kg de resíduo para cada tonelada de cimento produzida. A meta

desta companhia para 2010 é atingir a quantia de 400kg de resíduo por tonelada

de cimento. A preocupação da Taiheiyo Cement em efetuar a reciclagem de

resíduos deve-se, principalmente, aos problemas que o Japão enfrenta com a

falta de espaço para aterros sanitários.

A viabilidade comercial da inclusão destes resíduos no cimento, a garantia

de abastecimento regular de matéria prima e a economia com transporte foram

consideradas detentoras da mesma importância que a composição qualitativa dos

resíduos. Este estudo de viabilidade foi recomendado para trabalhos futuros.

2.2.5 Concreto

A incorporação do lodo de ETA em matriz de concreto é outra alternativa

considerada por Cordeiro, (2000), pois além de ser uma prática ecologicamente

correta de disposição final do resíduo, pode trazer benefícios para as estruturas.

Ensaios de resistência axial e absorção realizada por Sales e Cordeiro, (2001) em

amostras de concreto com adição de lodo seco, demonstraram que este tipo de

concreto é recomendado para aplicações não-estruturais, como: construção de

contra piso, argamassas para assentamento de componentes e confecção de

blocos de concreto de uso não-estrutural, além de outras aplicações que não

exijam resistências elevadas.

Conforme Hoppen et al., (2003), a incorporação do lodo centrifugado de

ETA em matriz de concreto pode ser uma alternativa para minimizar os impactos

ambientais oriundos da disposição inadequada em corpos d’água, porém,

destaca-se que mesmo que o concreto no qual foi adicionado lodo de ETA

atingisse os padrões necessários para utilização em concreto estrutural, este uso

deveria ser evitado pelo desconhecimento das interações químicas existentes

entre o mesmo e o concreto e, principalmente, pela provável ocorrência de

atividade corrosiva.

2.2.6 Cerâmica

O reaproveitamento de resíduos provenientes de processos industriais

para obtenção de produtos cerâmicos na construção civil. É uma das soluções

para o problema ambiental associado ao descarte de resíduos poluentes

(OLIVEIRA e HOLANDA, 2004).

Dentro do segmento da construção civil, o lodo de ETA , além de ser

utilizado na fabricação de cimento e concreto, pode ser aplicado na confecção de

peças cerâmicas, tais como tijolos, telhas e outros blocos.

Vários são os resíduos industriais absorvidos pela indústria cerâmica,

podendo se citar os resíduos de mineração, da indústria do papel e celulose,

metalúrgica etc. que, independente de sua origem, têm utilização cada dia maior

como matérias-primas alternativas na indústria cerâmica. As massas utilizadas na

indústria de cerâmica tradicional são de natureza heterogênea, geralmente

constituídas de materiais plásticos e não plásticos, com um vasto espectro de

composições, motivo pelo qual permitem a presença de materiais residuais de

vários tipos, mesmo em porcentagens significantes (OLIVEIRA e HOLANDA,

2004).

Segundo Tsutiya E Hirata, (2001), as propriedades físico-químicas do lodo

de ETA são semelhantes às encontradas nas argilas naturais, comumente

utilizadas nas olarias para fabricação de peças cerâmicas. O lodo de ETA

consiste basicamente em argila, silte e areia, além de matéria orgânica e outros

compostos químicos formados durante a coagulação, resíduos de alumínio e ferro,

dependendo do tipo de coagulante utilizado. Além disso, os lodos podem conter

materiais tóxicos como metais pesados (cobre, níquel, estanho, mercúrio, cromo,

etc.), que são descartados indevidamente nos esgotos industriais.

A aplicação do lodo de ETA pode ser realizada durante o processo de

fabricação de tijolos ou indiretamente na própria jazida onde a argila é extraída.

O sucesso ou falha da utilização do lodo em peças cerâmicas segundo

Cornwell et al., (2000), depende dos seguintes fatores: proximidade entre a

indústria cerâmica e a estação de tratamento de água, características

físicoquímicas dos resíduos, coagulantes e outros produtos químicos utilizados no

processo de tratamento, aceitação deste resíduo pelos ceramistas e os impactos

que este uso possa causar nas operações normais da indústria.

A composição granulométrica das massas de cerâmica vermelha exerce

papel fundamental no processamento e nas propriedades dos diversos tipos de

produtos. A introdução de materiais não-plásticos, como a areia e o pó de carvão,

que o lodo de ETA pode possuir, em maior ou menor quantidade, altera a

granulometria das massas, podendo haver alterações em seu comportamento,

durante o processo. Isto ocorre porque a areia e o pó de carvão são constituídos

de partículas de tamanhos consideravelmente maiores que as das argilas

(CORNWELL et al., 2000),

Ainda segundo o autor, a umidade contida no resíduo é muito importante

para seu manuseio e incorporação no processo de obtenção de materiais

cerâmicos.

Em seus estudos, Teixeira, (2002) verificou que em geral a adição do lodo à

massa cerâmica sempre piora suas propriedades, dependendo das

características deste lodo, da concentração utilizada e da temperatura de queima,

entretanto, as suas características permanecem dentro dos limites aceitáveis para

tijolos.

Mais recentemente, em estudos realizados pelo autor, com a adição de 0, 10,

20 e 30% de lodo em massa cerâmica, demonstraram que a resistência mecânica

á flexão diminui em função do aumento da concentração de lodo à massa

cerâmica (TEIXEIRA, 2006).

A Companhia de Saneamento do Paraná também desenvolveu uma série de

estudos visando à utilização do lodo de ETA em pequenas proporções, de 0,2 a

4% em massa cerâmica, como forma de disposição final do resíduo.

David et al., (2002), realizaram ensaios de incorporação de lodo da ETA

Cubatão na argila, em diferentes dosagens, para confecção de blocos cerâmicos

pela mistura de lodo mais argila. Com estes estudos foi verificado que a

incorporação deve ser feita caso a caso de modo a verificar a compatibilidade

entre os materiais e os processos de fabricação envolvidos.

Conforme estudo de caso apresentado por Cornwell et al., (2000), as

cidades Cary e Apex na Carolina do Norte entraram em acordo com indústrias

cerâmicas da região, a fim de substituir a disposição do lodo em aterros pelo uso

na produção de materiais de construção. A mistura do resíduo às outras matérias

primas era feita ainda na jazida. A contribuição do lodo da ETA como matéria

prima era insignificante. Porém, tanto a indústria cerâmica quanto a estação

concordaram que esta aplicação era ambientalmente correta e que poderia

preservar espaço valioso nos aterros sanitários.

Outro estudo de caso apresentado por Cantó et al., (2002) foi realizado em

Barcelona na ETA Saint Joan Despí. A aplicação do lodo na fabricação de tijolos

tornou-se uma opção para esta ETA porque a legislação ambiental espanhola

tornou-se mais restritiva.

2.2.7 Agricultura

A aplicação na agricultura é uma das formas de disposição de lodo de

ETAs comumente utilizada. Vários estudos (CORNWELL et al., 2000; WHORTON

et al. 2002; GODBOLD et al., 2003) demonstraram que a aplicação de lodos de

ETAs na agricultura não provoca impactos significativos ao crescimento das

espécies vegetais. Alguns benefícios associados à adição de resíduos de ETAs

em solos agricultáveis são: melhoria da estrutura, ajuste do pH, adição de traços

de minerais, aumento da capacidade de retenção de umidade e aeração do solo.

Este tipo de disposição também apresentou aspectos negativos tais como: a

tendência do ferro do resíduo de capturar o fósforo disponível para a planta e do

alumínio causar problema de toxicidade para a mesma, caso o pH do solo não

fosse mantido em valores iguais ou inferiores a 6,5 (CORNWELL et al., 2000;

WHORTON et al. 2002; GODBOLD et al., 2003).

A aplicação de lodo no solo pode ser feita na forma líquida ou desaguada.

Neste último caso, é importante considerar: a distância entre a estação de

tratamento e o local de aplicação, a disponibilidade de áreas para estocagem, a

quantidade de água contida no resíduo e as preferências do agricultor que fará

uso do lodo. Outro cuidado que se deve ter com a aplicação do resíduo,

principalmente na forma líquida, é realizar análises para garantir que não haja

elementos tóxicos, que possam ser carreados, contaminando o solo e o lençol

freático.

Dillon et al. (1996) apud Godbold et al., (2003) registraram que a adição de

resíduos de estação de tratamento de água, condicionados com cal, a um solo

ácido, trouxe benefícios ao crescimento de plantas. O aumento de pH resultante

compensou qualquer decréscimo na disponibilidade de fósforo, geralmente

constatado quando há aplicação de coagulantes de alumínio no solo.

Em solos onde são cultivadas plantas cítricas como limão e laranja,

normalmente existem deficiências de ferro. O ferro é vital para o desenvolvimento

das culturas de cítricos e pode ser suprido através da aplicação no solo de lodos

das ETAs. Entretanto é necessário que a estação de tratamento utilize como

coagulante o sulfato de ferro (TSUTIYA, 2001).

2.2.8 Compostagem

O processo de compostagem é utilizado para preparar o lodo de ETA que

será aplicado na agricultura. Este processo possibilita uma transformação

biológica na fração orgânica que leva à estabilização e redução no peso e volume

do produto final – o composto. O material final obtido é de natureza orgânica,

sendo estável e muito similar ao húmus (UNIVERSIDAD DE ALICANTE, 2004).

Este processo é ecológico, dinâmico e complexo e a temperatura e

assimilação de nutrientes são variáveis com a atividade microbiana. Com o

objetivo de uso agrícola, o lodo deve ser processado para reduzir a umidade,

aumentar a proporção Carbono/Nitrogênio (C/N), alterar a estrutura física e

diminuir a presença de microrganismos patogênicos.

2.2.9 Disposição no Solo

O resíduo de ETA pode ser usado na recuperação do solo, a fim de

reabilitá-lo para o crescimento de plantas, ao contrário do uso na agricultura, onde

ele funciona como um condicionador. Esta prática pode ser adotada em áreas

susceptíveis a erosões, como locais que foram utilizados para extração de mineral

ou onde se desenvolveram outras atividades, nas quais era necessária a remoção

do solo de superfície (CORNWELL et al., 2000).

Este tipo de aplicação pôde ser realizado, pois, apesar do resíduo da

estação de tratamento de água possuir poucos nutrientes, ele contém argila, areia,

silte e traços de minerais que podem ajudar no crescimento das plantas. Segundo

SCALIZE (2003), este método de disposição tem limitações com relação à

concentração de certos metais e a possível contaminação que pode causar.

O Departamento de Saúde Pública e Ambiente do Colorado (COLORADO,

2004) elaborou um documento para regulamentar e assegurar que a aplicação do

lodo de ETA no solo constitui um uso benéfico que não afeta negativamente a

saúde pública. Tal documento estabelece regras e normas para o projeto e a

operação de locais de disposição deste tipo de lodo.

O mesmo documento determinou ainda que o lodo de tratamento de água

não deve ser usado em raízes comestíveis, em plantas frutíferas rasteiras ou em

verduras destinadas ao consumo humano direto.

2.3 AREIA VERDE DE FUNDIÇÃO

A areia de fundição é conhecida como areia de sílica, constituídas de

partículas extremamente pequenas (1 a 10 µm) (BARTH, 2003).

O processo de fabricação de peças fundidas utiliza grande quantidade de

areia para confecção dos moldes e machos. O índice de consumo de areia,

dependendo do tipo de peça, varia de 800kg a 1000kg de areia para cada 1000

kg de peças produzidas.

Essa areia normalmente é extraída de jazidas de cava ou rios, com

granulometrias variadas. No preparo dos moldes, a areia é misturada com

materiais ligantes como a Bentonita Sódica Ativada, pó de carvão, outros aditivos

e água, para obtenção da areia verde, utilizada na produção de peças de menor

peso e tamanho. Na maioria dos processos é adicionada resina fenólica,

dificultando sua recuperação e reutilização, gerando assim, grande quantidade de

areia a ser descartada em aterros industriais.

Bonet (2002) estudou o reaproveitamento dos resíduos de areia de

fundição – RAF nas massas asfálticas do tipo concreto betuminoso usinado a

quente (CBUQ). Os resultados foram satisfatórios comprovando à viabilidade

técnica da incorporação de 8% dos RAF no traço de massa asfáltica em CBUQ.

A CETESB (2003) dissemina e incentiva a adoção de medidas de

Produção mais Limpa no Estado de São Paulo com estudo de Reuso de Areia de

Fundição e Reciclagem de Resíduos da Recuperação da areia de fundição.

Hörlle, Baseglio e Bergmann (2004) desenvolvem um trabalho com areias

provenientes de processo de fundição (areia verde, macharia do processo Cold

Box, e macharia do processo CO

conhecido como Magazine, e pó de exaustão)

para incorporação na argila vermelha na intenção de minimizar este tipo de

resíduos nos aterros industriais.

2.4 MICRO ESFERA DE VIDRO PARA JATEAMENTO

A poeira de jateamento é gerada nas câmaras de jateamento no setor de

limpeza mecânica, que é a primeira etapa da maioria das peças que são

submetidas ao processo de tratamento de superfície. Este equipamento lança em

alta velocidade, microesferas de vidro contra as pecas metálicas com o objetivo

de retirar, através de efeito abrasivo, carepas e asperezas, assim como sujidades

presentes na superfície da peça. Após as microesferas de vidro terem sido

usadas no processo de limpeza mecânica, elas partem-se, após algumas vezes

de reuso, perdendo sua propriedade de remoção, sendo então descartadas

(BORGO, 2005).

Sua classificação segundo a ABNT NBR-10004/2004 é Resíduo Sólido

Inerte, classe II B, porém é um rejeito industrial que não pode ser reaproveitado

no próprio processo, pois se misturado às matérias-primas, para produzir o

próprio vidro, é suspenso ao ar devido à ação de queimadores que sopram sobre

os constituintes da mistura para que ocorra a fusão do mesmo. Além disso, o pó

adicionado gera bolhas no material porque possui ar adsorvido nas partículas. É

considerado um material inerte, mas se disposto em rios pode aumentar o pH e a

turbidez da água (LUZ e RIBEIRO, 2004) além de não ser biodegradável

diminuindo a vida útil de vários aterros e assoreando rios.

O vidro é obtido pela fusão de rochas e minerais, seguida por resfriamento

rápido, que não permite a cristalização. Certos materiais são mais adequados

para este procedimento, por exemplo, a sílica (SiO

), na forma de quartzo,

proveniente de arenitos. Como o ponto de fusão do quartzo é muito elevado

(1713°C), adicionam-se certos ingredientes, como ca lcário (CaCO

), carbonato de

sódio (NaCO

) e bórax (Na

), para reduzir a temperatura de fusão (SKINNER,

1996).

De acordo com o Boletim Técnico do produto comercialmente denominado

Micro esfera de Vidro, fornecido pela empresa Abraspar Comercial de Abrasivos

Ltda, o material é constituído por micro esferas de vidro produzidas com vidro

incolor de alta qualidade do tipo Soda-Cal, com teor de sílica nunca inferior a 65%.

Contém padrão de esfericidade de no mínimo 80%, limpeza e uniformidade de

tamanho. Possuem ausência de material contaminante como ferro (Fe), carbono

(C), chumbo (Pb) e outros, sendo assim, um material inerte e atóxico. São

utilizadas em tintas para sinalização, com efeito retro reflexivo, em pistolas de alta

pressão, com efeito abrasivo uniforme e delicado (BORGO, 2005).

Luz e Ribeiro (2004) desenvolveram trabalhos analisando a incorporação de

pó de vidro na argila em substituição ao feldspato como fundente, concluindo que

o vidro é um bom fundente, permitindo a queima das amostras em temperaturas

menores do que as encontradas na literatura quando comparadas ao feldspato.

Bragança e Bergmann (2004) comparam as propriedades mecânicas de

uma porcelana que utiliza vidro alcalino como fundente, com uma porcelana

tradicional (utilização de feldspato de potássio como fundente) e constataram que

apesar da incorporação do vidro na massa diminuir o módulo de ruptura e a

densidade da porcelana, apresentou a vantagem por ter a temperatura de queima

reduzido em 100 º C.

Godinho, et al., (2004) investigaram o efeito da adição de pó de vidro de

diferentes tipos (vasilhame, vidro de janela e funil de tubo de imagem de TV) na

concentração de 6% em massa cerâmica. Observou-se que a adição diminui a

absorção de água enquanto que a retração linear e a tensão de ruptura à flexão

aumentam. Este comportamento foi explicado pelos autores devido a quantidade

de óxidos fundentes dos vidros adicionados e da quantidade da dispersão das

partículas de pó de vidro na argila.

OLIVEIRA, et al (2004) fizeram ensaios de incorporação de vidro nas

concentrações de 3%, 5%, 7% e 10% na cerâmica vermelha observando a

diminuição da retração linear de secagem e queima, e a diminuição do ponto

crítico de secagem (curva de Bigot).

2.5 SAIS DE NEUTRALIZAÇÃO DE ÁCIDOS DE BATERIAS AUTOMOTIVAS

A bateria ácida de chumbo é um produto industrial complexo, composto pôr

distintos materiais: componentes metálicos, solução ácida, plásticos e polímeros.

(JOLLY et al.,1994). A Associação Brasileira da Indústria Elétrica e Eletrônica

(ABINEE), em parceria com várias empresas produtoras de baterias automotivas

no Brasil, desenvolveu um trabalho de orientação para minimizar os resíduos

gerados no processo de reciclagem das baterias automotivas, sendo uma das

recomendações deste estudo, à neutralização do ácido sulfúrico.

Para que as baterias dos automóveis sejam descartadas de forma

ambientalmente correta, torna-se necessária a neutralização do ácido contido em

seu interior antes que este material seja descartado. São usados neste caso

hidróxidos de sódio Na(OH)

que possuem alto potencial alcalino, neutralizando

assim, os ácidos contidos nas baterias.

Estes sais contêm pequenas porcentagens de metais pesados,

principalmente chumbo, dificultando e encarecendo sua disposição final.

Uma forma encontrada de reutilização dos resíduos de sais foi apresentada

por Ribeiro (2008), que utilizou estes sais na composição da massa cerâmica com

o objetivo de reduzir a temperatura de queima. Em seus estudos ficou

comprovada a ação fundente dos sais, sendo mais eficaz que o feldspato de

potássio, comumente utilizado como fundente pela indústria cerâmica.

2.6 CERÂMICA

O termo “cerâmica” vem da palavra grega keramikos, que significa

“matéria-prima queimada”, indicando que as propriedades desejáveis destes

materiais são normalmente atingidas por mrio de um processo de tratamento

térmico a alta temperatura conhecido como ignição (CALLISTER, 2002).

Os materiais cerâmicos são compostos de elementos metálicos e não-

metálicos, para os quais as ligações interatômicas ou são totalmente iônicas ou

parcialmente iônicas com alguma natureza covalente. Eles são frequentemente

óxidos, nitretos e carbetos. Estes materiais são tipicamente isolantes à passagem

de eletricidade e calor, e são mais resistentes a altas temperaturas e ambientes

abrasivos do que os metais e polímeros. Com relação ao comportamento

mecânico, os cerâmicos são duros, porém mais quebradiços (CALLISTER, 2002).

Uma das propriedades que as argilas apresentam, que favorecem a

inertização de resíduos, é a capacidade de troca de cátions, fazendo com que os

metais encontrados na forma de íons, sejam adsorvidos pela argila em uso,

porém não garante a possibilidade de estarem completamente inertes, tornando-

se necessária a realização dos ensaios de lixiviação e solubilização no produto

final após a adição do resíduo. Outra vantagem é que o processo térmico

potencializa as reações químicas entre os metais da argila e os demais

componentes da massa (BALATON, GONÇALVES e FERRER, 2002) apud

(BORGO, 2005).

A argila é uma matéria-prima utilizada na fabricação de uma série de

produtos cerâmicos. As razões para isto são: a) apresenta plasticidade; b)

apresenta resistência mecânica após queima adequada para uma série de

aplicações; c) possibilita a aplicação de técnicas de processamento simples; e d)

é disponível em grandes quantidades.

A argila é um material natural, terroso, de granulação fina, que pode ser

aglomerado ou um pó, que geralmente adquire, quando umedecido com água,

certa plasticidade (SOUZA e SANTOS, 1989).

Plasticidade em argilas é essencialmente resultante das forças de atração

entre partículas de argilominerais e a ação lubrificante da água entre as partículas

(SOUZA e SANTOS, 1989). Diversos experimentos demonstraram que quanto

maior a superfície específica do material, maior a sua plasticidade.

A cor de um material queimado depende exclusivamente do conteúdo em

óxidos corantes presentes na composição, principalmente de óxidos de ferro. Este

fato condiciona o tipo de matéria-prima a ser empregada e, portanto, é

responsável pela diferença existente entre as composições que se utiliza na

fabricação dos materiais de queima vermelha e branca (CASAGRANDE, 2002).

Os materiais com elevados teores de ferro resultam em uma cor vermelha após a

queima.

Segundo a Associação Brasileira de Cerâmica, cerâmica vermelha

compreende aqueles materiais com coloração avermelhada empregados na

construção civil (tijolos, blocos, telhas, elementos vazados, lajes, tubos cerâmicos

e argilas expandidas) e também utensílios de uso doméstico e de adorno. São

materiais que possuem argila em sua composição e que devido a este fator

apresentam cor avermelhada, justificando sua nomenclatura.

A partir de argilas naturais ou como matéria-prima separada, o quartzo é

um dos minerais mais abundantes e está presente na maioria das massas

empregadas em cerâmicas. Os materiais que possuem quartzo desempenham

funções nas massas e nos produtos cerâmicos, como diminuição da plasticidade

da mistura de matérias-primas e aumento da permeabilidade da peça crua e do

coeficiente de expansão térmica linear da peça queimada, evitando assim que

esta se deforme ou se retraia demasiadamente, tanto a seco como durante a

queima (FERNANDES, 2002).

Além das características técnicas que devem ser satisfeitas, outro fator

muito importante em se tratando de cerâmica vermelha é a exigência do baixo

custo das matérias-primas, considerando que o produto final geralmente possui

um baixo valor agregado (DOS SANTOS et al., 2005).

2.7 PROPRIEDADES DO MATERIAL CERÂMICO

As propriedades dos materiais cerâmicos são determinadas pelas

características atômicas e microestruturais dos materiais que os compõem. Estas

características podem ser controladas pela seleção das matérias-primas,

processo de fabricação e produto; é fundamental o controle para que os defeitos

microestruturais sejam minimizados (REED, 1995).

2.7.1 Retração Linear

A retração linear de queima depende fundamentalmente da densidade

aparente da peça prensada, da composição da massa e das condições de queima

(MELCHIADES et al., 2001).

O volume da peça prensada seca é a soma do volume das partículas

sólidas e dos poros entre as mesmas. Na queima, durante o aquecimento, inicia-

se um processo de formação de fases líquidas no interior do produto, em

decorrência da fusão parcial dos componentes menos refratários presentes na

massa. O aumento da temperatura provoca a redução da viscosidade das fases

líquidas, facilitando assim o seu “escorrimento” para dentro dos espaços vazios

entre as partículas que ainda não se fundiram, resultando em uma diminuição do

volume de poros e na retração da peça.

2.7.2 Absorção de Água

A absorção de água do material cerâmico queimado é um parâmetro

utilizado para medir a porosidade aberta e avaliar a fundência do material. A

absorção da água é definida como o ganho em peso, expresso em porcentagem,

que a peça apresenta quando introduzidas em água em ebulição durante um

período de tempo determinado, segundo Casagrande, (2002).

Segundo Chih-Huang et al., (2003), a absorção de água é um fator chave

no efeito da durabilidade do tijolo. A menor infiltração de água nos mesmos,

determina maior durabilidade e resistência ao ambiente natural ao qual o material

é exposto. Assim, a estrutura interna do tijolo precisa ter uma superfície capaz de

evitar a entrada de água.

2.7.3 Porosidade

A porosidade final do produto queimado é influenciada pela porosidade

inicial do material recém formado verde, seco, da formação da fase líquida na

queima, e o rearranjo das fases cristalinas (SANCHEZ-MUNÕZ et al., 2002).

Quanto maior a porosidade de uma amostra, mais fácil será a sua

penetração por líquidos e vapores. Usualmente, a penetração do líquido (em geral

água) é acompanhada por um dano potencial na estrutura do material (JONES et

al., 1985). Logo, tijolos e telhas (usualmente bastante porosos) estarão sujeitos à

penetração de água, com conseqüências danosas à resistência mecânica do

material. Um alto grau de porosidade só é útil em materiais que deverão por

natureza ser isolantes (ao calor).

A porosidade também afeta o módulo de elasticidade do material. O

aumento da porosidade sempre resulta num decréscimo do módulo de

elasticidade (RICHERSON, 1982). Logo, o aumento da porosidade aumenta a

fragilidade dos materiais, diminuindo a sua resistência mecânica, por potencializar

o surgimento de falhas no material. Uma propriedade bastante relacionada com a

porosidade é a absorção de água.

2.7.4 Massa Específica Aparente

O aumento da massa específica aparente (densidade) durante a

compactação é uma decorrência da deformação plástica dos grânulos que ao se

deformarem passam a ocupar os espaços vazios que havia entre eles

(porosidade intergranular).

Portanto, a densificação depende da facilidade com que os grânulos se

deformam plasticamente, ou seja, da sua plasticidade. Ao se aumentar a pressão,

aumenta-se o grau de deformação, mas o efeito plastificante de água continua

sendo o mesmo. Entretanto, ao se aumentar a massa específica aparente

(densidade), o volume de espaços vazios entre as partículas por unidade de

volume da amostra diminui e, com ele, a mobilidade das partículas. Assim sendo,

resta um volume cada vez menor para que a água adicionada, além de revestir a

superfície das partículas e torná-las plásticas, possa se movimentar sobre elas

(CASAGRANDE, 2002).

Como a massa específica aparente do compacto é dada pela razão entre a

massa e o volume do mesmo, e a massa permanece constante durante a

compactação, a única forma de se aumentar a massa específica aparente

(densidade) é através da redução do volume (PAULA et al., 1997). A massa

específica aparente é uma propriedade importante no processo cerâmico que está

relacionada com os valores de resistência à flexão das peças, absorção de água

e retração linear.

2.7.5 Resistência Mecânica

De uma maneira genérica, os materiais cerâmicos apresentam alto módulo

de elasticidade, são frágeis e bastante duros. A presença de fase vítrea e

porosidade nas cerâmicas tradicionais reduzem consideravelmente a resistência

mecânica (PADILHA, 1997, apud CASAGRANDE, 2002).

Durante o aumento da temperatura de queima, antes mesmo de atingir a

temperatura máxima (ideal), ocorre modificação das fases cristalinas da argila. Na

temperatura máxima ocorrem reações químicas e com isso a formação de nova

fase cristalina e fusões parciais (fase líquida); finalmente consolidação do material

através da formação de uma estrutura, que em processo de resfriamento se torna

rígido e com mais resistência que o material seco.

2.8 CLASSIFICAÇÃO DOS PRODUTOS CERÂMICOS

As normas para classificação de produtos cerâmicos definem os parâmetros

de absorção de água e resistência mecânica. A Tabela 2 apresenta a

classificação dos revestimentos mecânicos segundo a ABNT – NBR 13817.

Tabela 2 – Classificação dos revestimentos cerâmicos: ABNT –NBR 13817

Grupo Absorção de Água

(%)

Resistência Mecânica

(kgf/cm

)

Definição do

Grupo

BIa 0 < Abs = 0,5 350 a 500 Porcelanato

BIb 0,5 < Abs = 3 300 a 450 Grês

BIIa 3 < Abs = 6 220 a 350 Semi-grês

BIIb 6 < Abs = 10 150 a 220 Semi-poroso

BIII Abs > 10 150 a 220 Poroso

Segundo CASAGRANDE (2002), o uso recomendado para o produto pela

ISO 13006 - 6 - Especificações, está definido na Tabela 3.

Tabela 3 – Classificação do produto cerâmico e o uso recomendado

Definição do Grupo Uso Recomendado

Porcelanato Piso e parede

Grês Piso e parede

Semi-grês Piso e parede

Semi-poroso Parede

Poroso Parede

Na Tabela 3, estão os valores para os produtos cerâmicos estruturais

segundo a ABNT NBR 7170, de tijolo maciço cerâmico para alvenaria. MENEZES

et al., (2002).

Tabela 4 – Classificação de tijolos maciços ABNT –NBR 7170

Classificação do tijolo maciço Resistência mecânica à Flexão

(kgf/cm

) MPa

Tijolo maciço > 15 > 1,5

Classe A 15 < 25 1,5 < 2,5

Classe B 25 < 40 2,5 < 4,0

Classe C > 40 > 4,0

CAPÍTULO 3

- MATERIAIS E MÉTODOS -

3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 COLETA E PREPARAÇÃO DOS RESÍDUOS E ARGILA

Os resíduos industriais que neste trabalho serão utilizados como matérias

primas na fabricação de cerâmica vermelha, foram obtidos em distintas empresas

e preparados no Laboratório de Tecnologia Ambiental.

3.1.1 Lodo de Estações de Tratamento de Água

O lodo de ETA foi fornecido pela empresa de saneamento do Paraná

(SANEPAR) da estação de tratamento de água Passaúna (Curitiba-PR) que gera

aproximadamente 12 ton/dia deste resíduo. O lodo coletado apresentava uma alta

umidade, 80% aproximadamente, por este motivo, foi seco a temperatura

ambiente por uma semana, e em seguida, submetida à estufa (100°C) durante 48

horas. Após esta secagem, os torrões de lodo foram desagregados, pulverizados

em moinho de carbeto de tungstênio e submetidos à peneira com abertura de

500µm, e acondicionado em recipiente plástico com identificação.

3.1.2 Micro Esferas de Vidro

O vidro residual foi fornecido por uma indústria galvânica, que utiliza micro

esferas de vidro como abrasivo para a limpeza das peças metálicas, antes do

tratamento galvânico. O vidro não necessitou passar pelo moinho de mandíbulas,

por se tratar de um pó extremamente fino. Foi diretamente submetido à estufa

para secagem permanecendo por um período de 24 horas a 100 - 110º C e

peneirado posteriormente em peneira com abertura de 500µm e acondicionado

em recipiente plástico identificado.

3.1.3 Sais de Neutralização

Os sais gerados nos tanques durante o processo de neutralização da

solução ácida das baterias automotivas, foram fornecidos por uma empresa

recicladora de chumbo em Londrina (PR). A utilização dos sais na composição da

cerâmica tem por finalidade solucionar o problema de descarte do resíduo, além,

de reduzir a temperatura de queima da cerâmica, visto que ele age como um

fundente devido a sua composição química. Estes sais se apresentam na forma

de “torrões” bastante coeso. Devido a isto, foi necessário submeter este material a

um moinho de mandíbulas até apresentar granulometria inferior a 1 cm e então

secá-lo em uma estufa a 100°C por aproximadamente 2 4 horas.

Após o material estar seco foi levado ao moinho de carbeto de tungstênio

até que adquirisse granulometria inferior a malha com 500µm de abertura, sendo

depois armazenado em recipiente plástico identificado.

3.1.4 Areia de Fundição

O resíduo de areia utilizado nesta pesquisa denomina-se areia verde.

Oriunda da indústria de fundição, que a utiliza na fabricação de moldes que são

utilizados para dar forma às peças metálicas. Este resíduo foi coletado na forma

de moldes, que necessitaram ser desagregados antes de ser submetido à peneira

de abertura de 500µm.

A utilização deste resíduo na formulação da cerâmica foi atribuído ao seu

potencial de contaminação, quando disposto ou armazenado inadequadamente,

além, de possuir grande quantidade de Si, na forma de quartzo em sua

composição, que atua como estabilizador de tamanho da peça cerâmica,

reduzindo sua retração linear.

3.1.5 Argila

Como único componente natural da cerâmica vermelha, será utilizada em

pequenas proporções argila proveniente de São José dos Pinhais (RMC) que é

comumente utilizada pelas olarias locais na produção de cerâmica vermelha.

Coletada logo após a extrusão, a amostra de argila foi seca a temperatura

ambiente por uma semana, e em seguida, submetida à estufa (100°C) durante 48

horas. Após esta secagem, os torrões de argila foram desagregados, pulverizados

em moinho de carbeto de tungstênio e submetidos à peneira com abertura de

500µm.

Foram utilizados os seguintes equipamentos:

• Balança digital Marte AS5500 C com capacidade de 5000g e com

sensibilidade de 0,01g;

• Estufa FANEM modelo Orion 515 com controle de temperatura entre 0° e

300°C;

• Peneira Bertel com abertura 32 mesh;

• Agitador mecânico de peneiras Bertel;

• Vidrarias e utensílios de laboratório como béquer, pipeta, espátulas,

almofariz, etc.;

• Moinho de carbeto de tungstênio AMEF AMP1-M;

• Prensa uniaxial para prensagem manual BOVENAU para até 15 Ton;

• Molde de aço temperado com dimensões de 60x20 mm;

• Banho de areia LABSTORE com controle de temperatura de até 320°C;

• Forno Linn Elektro Therm com controle de temperatura de até 1300°C,

termopar de Pt-Pt/Rh e cones pirométricos com variação de 5°C;

• Paquímetro digital DIGIMESS 150 mm;

• Equipamento universal de ensaios EMIC, modelo DL 10000;

• Equipamento Raios-X Difratometria Philips modelo PW 1830;

• Equipamento Raio X Fluorescência Philips modelo PW 2400;

• Metalizador de ouro SCD 030 – BALZERS UNION SL 9496 com

evaporação catódica à vácuo;

• Microscópio Eletrônico Varredura JEOL – JSM-6360 LV;

• Agitador rotativo para não voláteis TECNAL TE-743;

• Bomba a vácuo TECNAL TE-058;

• Sistema de filtração TECNAL TE-0591;

• pHmetro pH 330i/SET WTW.

3.2 PREPARO DOS CORPOS-DE-PROVA (Cp’s)

A preparação dos corpos de prova foi realizada no LTA-UFPR (Laboratório

de Tecnologia Ambiental) com o auxílio dos equipamentos necessários, (balança

digital, molde metálico, prensa hidráulica, estufa, forno, etc.).

Para cada composição determinada, foram confeccionadas 10 amostras

(Corpos de Prova – Cp’s) com o objetivo de representar estatisticamente os

resultados obtidos nos ensaios. Cada corpo de prova foi preparado de modo que

seu peso seco fosse igual a 20g. Os materiais foram pesados em balança digital

com precisão de 0,01g e colocados em um almofariz de porcelana para

incorporação de água na concentração de 10% do peso de cada Cp.

Após a mistura ter sido homogeneizada com um pistilo, umedecida e

novamente homogeneizada, a mistura foi então pesada e colocada no molde

metálico retangular (60x20mm) para compactação, através de uma prensa

uniaxial por 45 segundos com 20 MPa.

Após a compactação o Cp foi desmoldado, identificado e colocado para

secagem em uma bandeja metálica no banho de areia, com temperatura entre 50

e 60ºC por 24 horas. Os Cp’s após saírem deste período de secagem no banho

de areia, tinham suas dimensões verificadas e anotadas as antes da queima, com

o intuito de calcular posteriormente a retração linear e densidade da amostra.

Para a queima, os Cp’s foram acomodados no forno elétrico sobre uma

base refratária coberta com caolim, respeitando uma distância mínima entre os

Cp’s, para não haver diferenças no gradiente de temperatura. O forno era

programado para que atingisse a temperatura desejada através de estágios de

queima, sendo:

a) 2 horas para atingir 450 ºC;

b) Mais 4 horas para atingir a temperatura desejada (800, 850, 900, 950

ou 1000°C).

c) Fixação na temperatura desejada durante 6 horas;

d) Resfriamento até temperatura de 250 ºC;

e) Desligamento e resfriamento até temperatura ambiente.

Ao serem retirados do forno os Cp’s eram identificados com fita adesiva e

verificado e anotado suas dimensões para avaliar a retração linear, absorção,

massa aparente e resistência à flexão.

3.3 COMPOSIÇÕES E TEMPERATURAS UTILIZADAS

As composições, 1 a 20, foram elaboradas objetivando compreender a

influência e o comportamento de cada componente na massa cerâmica,

estabelecendo um limite de utilização para os elementos.

O lodo de ETA, principal constituinte da massa cerâmica, foi utilizado em

concentrações entre 30 e 60%, com variações de 5%. O vidro residual e os sais

foram incorporados à massa cerâmica em concentrações de 15, 20 e 25%. A

areia de fundição foi utilizada (5, 10 e 15%) apenas em algumas composições,

para verificar sua interferência na retração linear das peças. A concentração total

de resíduos na massa cerâmica neste grupo de amostras foi de 65, 70, 75, 80 e

85%, conforme demonstra a Tabela 5.

Tabela 5 – Composições dos CP’s

Composição

Lodo de ETA

(%)

Vidro (%) Sais (%) Areia de

Fundição (%)

Argila (%)

1 50 15 15 - 20

2 30 25 15 - 30

3 35 20 15 15 15

4 30 20 15 20 15

5 35 15 15 20 15

6 40 15 15 15 15

7 30 25 15 5 25

8 30 20 15 5 30

9 35 20 15 5 25

10 40 20 15 5 20

11 40 20 15 - 25

12 45 20 15 - 20

13 45 15 15 - 25

14 35 15 15 - 35

15 30 20 20 - 30

16 30 25 15 - 30

17 50 20 10 - 20

18 60 15 10 - 15

19 55 15 10 - 20

20 40 20 20 - 20

Todas as composições foram queimadas em diferentes temperaturas,

durante seis horas, com variação de 50°C, sendo ela s: 900, 950, 1000 e 1050ºC.

Além das combinações supracitadas, elaborou-se uma série de amostras

com 100% de argila, denominada de A, para servir como referência para os

resultados dos ensaios mecânicos.

3.4 CARACTERIZAÇÃO DOS ENSAIOS LABORATORIAIS

Os ensaios laboratoriais foram realizados objetivando conhecer as

características químicas, mineralógicas e morfológicas das matérias primas

utilizadas e caracterização mecânica, mineralógica e morfológica dos corpos de

prova confeccionados.

As análises de perda ao fogo, difração de Raios-X e fluorescência de

Raios-X foram realizadas sob supervisão no Laboratório de Análises de Minerais

e Rochas da Universidade Federal do Paraná (LAMIR-UFPR). Os testes de

resistência mecânica foram realizados no Instituto de Tecnologia para o

Desenvolvimento – LACTEC e no Laboratório de Anatomia Vegetal da UFPR. A

microscopia eletrônica de varredura foi realizada no Centro de Microscopia da

Universidade Federal do Paraná .Os demais ensaios, retração linear, absorção de

água, massa específica aparente, foram realizados no Laboratório de Tecnologia

Ambiental (LTA – UFPR).

3.4.1 Perda ao Fogo

Na perda ao fogo – PF as matérias primas pulverizadas em moinho de

carbeto de tungstênio são colocadas em estufa a 100 - 110°C por

aproximadamente 24 horas. Após secos os materiais são pesados em cadinhos

de porcelana e submetidos à mufla a temperatura de 990 - 1010°C por

aproximadamente 24 horas. Após este período o cadinho é pesado novamente

para se obter a diferença de peso.

3.4.2 Fluorescência de Raios-X

O espectrômetro de fluorescência de raios-x é um instrumento que

determina quantitativamente os elementos contidos em uma determinada amostra,

através da aplicação de raios-X na superfície da amostra e posterior análise dos

fluorescentes.

Para a preparação das amostras, o material após ter sido pulverizado e

seco em estufa por aproximadamente 24 horas a uma temperatura média de

100°C, foi pesado uma porção de 7g e adicionado 1,4g de resina, após uma

mistura manual este material foi submetido a uma prensagem automática. O

material prensado em forma de pastilhas é analisado por feixes de raios-X no

equipamento PHILIPS ANALITICAL modelo PW 2400/00.

3.4.3 Difração de Raios-X

A técnica de difração de raios-x é utilizada para a determinação das fases

cristalinas onde estão presentes os elementos químicos. Quando o feixe de Raio-

X difrata em um cristal desconhecido, a medida do ângulo de difração do raio

emergente pode elucidar a distância dos átomos no cristal e, conseqüentemente,

a estrutura cristalina.

Com a utilização de um dispositivo capaz de detectar os raios difratados,

pode-se definir a forma da estrutura gerada pelo espalhamento que refletiu e

difratou os raios-X, gerando o difratograma.

Para a preparação das amostras, o material após ter sido pulverizado e

seco, é colocado em um molde de metal e pressionado manualmente com o

auxílio de uma placa de metal e de vidro, para que se possa obter uma superfície

plana. Após a leitura da amostra no equipamento modelo PW-1830, marca

PHILIPS ANALITICAL foi utilizado um software (X’Pert HighScore Report)

interpretar os resultados e auxiliar na identificação das fases cristalinas dos

materiais.

3.4.4 Microscopia Eletrônica de Varredura

A Microscopia Eletrônica de Varredura – MEV foi utilizada para caracterizar

a morfologia das matérias primas e analisar a estrutura do material cerâmico

quanto à porosidade e superfície vítrea. Para esta caracterização os materiais

foram secos em estufa a 100 - 110°C por 24 horas e metalizados a vácuo com

uma camada de ouro. O microscópio utilizado foi da marca JEOL, modelo JSM-

6360 LV e o material foi metalizado em um equipamento SCD 030 – BALZERS

UNION SL 9496.

3.4.5 Retração Linear

A retração linear pós queima – RL, não é um parâmetro que tem sua

classificação cerâmica normalizada pela NBR’s, mas é um importante parâmetro

industrial. Quando a cerâmica apresenta-se porosa é caracterizada por baixa

retração, na ordem de 3%, o semiporoso é caracterizado por uma retração de 4-

6% e o gresificado por uma retração linear de 8%. BORLINI (2002) apud BORGO

(2005).

Para o cálculo da RL foi utilizada a fórmula de Galdino, Silva e Nogueira

(2004), expresso na Equação 1:

RL =

Onde:

RL = Retração Linear (%)

= Comprimento do corpo de prova seco (mm)

= Comprimento do corpo de prova queimado (mm)

– L

100

(Eq. 1)

3.4.6 Absorção de Água

A determinação da absorção de água foi feita conforme descreve a NBR

13818/1997 – Anexo B. A equação 2 demonstra como foi calculado o percentual

de absorção de água.

Abs =

Onde:

Abs = Absorção de água (%)

= massa seca (g)

= massa saturada (g)

3.4.7 Massa Específica Aparente

A massa específica aparente é uma propriedade importante no processo

cerâmico que está relacionada com os valores de resistência à flexão das peças,

absorção de água e retração linear CAMPREGHER (2005). A massa específica é

dada pela Equação 3.

MEA =

Onde:

MEA = massa específica aparente (g/cm

)

Ms = massa do corpo de prova seco (g)

Mu = massa do corpo de prova úmido (g)

Mi = Massa do corpo de prova imerso em água (g)

– m

100

Mu - Mi

(Eq. 2)

(Eq. 3)

3.4.8 Resistência Mecânica

Para a determinação do módulo de resistência à flexão das placas foram

seguidos os procedimentos conforme descreve a NBR 13818/1997 – Anexo C. A

Equação 4 demonstra como foi calculado o módulo de resistência à flexão.

MRF =

Onde:

MRF = Módulo de resistência à flexão (MPa)

F = Força de ruptura (Kgf)

L = Distância entre as barras de apoio (cm)

b = Largura do corpo de prova (cm)

h = Mínima espessura do corpo de prova (cm)

3.4.9 Lixiviação

Realizou-se a preparação do extrato lixiviado no Laboratório de Tecnologia

Ambiental seguindo a Norma Técnica Brasileira – NBR 10005/2004 -

Procedimento para obtenção de extrato lixiviado de resíduos sólidos. Depois de

preparado, o extrato lixiviado foi analisado pelo Espectrofotômetro de Absorção

Atômica do Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento – LACTEC, para

verificar se a nova cerâmica atende os padrões de lixiviação de metais.

3.4.10 Solubilização

Realizou-se o ensaio de solubilização no Laboratório de Tecnologia

Ambiental seguindo a Norma Técnica Brasileira – NBR 10006/2004 -

Procedimento para obtenção de extrato solubilizado de resíduos sólidos. Depois

de preparado, o extrato solubilizado foi analisado pelo Espectrofotômetro de

Absorção Atômica do Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento – LACTEC,

para verificar se a nova cerâmica atende os padrões de solubilização de metais.

3 x F x L

2 x b x h

(Eq. 4)

CAPÍTULO 4

- RESULTADOS E DISCUSSÕES -

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1 CARACTERIZAÇÃO DAS MATÉRIAS PRIMAS

4.1.1 Lodo de ETA

Os resultados a seguir apresentados fornecem as características químicas,

mineralógicas e morfológicas do lodo de ETA, proporcionando obter um maior

conhecimento sobre este resíduo, objetivando incorporá-lo na maior concentração

possível na massa cerâmica.

4.1.1.1 Fluorescência de Raios-X

Os principais elementos constituintes do lodo de ETA foram detectados

através do método fluorescência de raio-X, sendo constatado os óxidos como os

principais elementos: de alumínio (Al

) , silício (SiO

), ferro (Fe

) nas maiores

concentrações, compreendendo 54,47%, titânio (TiO

), manganês (MnO), cálcio

(CaO), enxofre (SO3), sódio (Na

O), potássio (K

O) e pentóxido de difósforo

), conforme valores constantes na tabela 6.

Tabela 6 – Principais componentes do lodo de ETA (%)

Elemento % E.A. Elemento % E.A.

24,46 0,05 Cl 0,32 0,005

SiO

17,01 0,06 K

O 0,18 0,001

13,00 0,03 BA 0,12 0,001

MnO 3,20 0,02 BR 0,03 0,001

0,61 0,007 Na << -

CaO 0,46 0,006 MG << -

0,44 0,005 Sr << -

TiO

0,40 0,005 P.F. 39,77 -

4.1.1.2 Difratometria de Raios-X

Através da utilização do método de difratometria de Raios-X foram

pesquisadas as fases minerais presentes no lodo de ETA, que apresentou três

fases semelhantes das argilas, como podem ser observados na figura 1 e na

Tabela 7: Quartzo (SiO

), Caolinita Al

(OH)

e a Gibbsita Al (OH)

Figura 1 – Difratograma do Lodo de ETA

Tabela 7 – Identificação dos picos do difratograma do Lodo de ETA

Código de

Referência

ICP

Nome do

Composto

Fórmula Química

29-1488 Kaolinite Al

(OH)

79-1911 Quartzo (SiO

)

07-0324 Gibbsita Al (OH)

4.1.1.3 Microscopia Eletrônica de Varredura

As figuras 2-A e 2-B tratam-se de imagens bem representativas da

morfologia do lodo de ETA, onde é possível verificar um material com as

partículas dispersas, com formatos irregulares, distribuídas sem estrutura e

ligação com muitos poros visíveis.

A x 1000 20 µm B x 1000 20 µm

Figura 2 – Microimagem do Lodo de ETA através do método de microscopia

eletrônica de varredura (MEV)

4.1.2 Areia Verde

Os resultados a seguir apresentados fornecem as características químicas,

mineralógicas e morfológicas da areia verde, proporcionando obter maior

conhecimento do referido material para incorporá-lo a massa cerâmica como

estabilizador de tamanhos, reduzindo a retração linear das amostras.

4.1.2.1 Fluorescência de Raios-X

Na análise química da areia verde pode-se observar na Tabela 8 a grande

predominância de SiO

(91,15%,). Existem também teores menores de outras

substâncias como Al

e Fe

de aproximadamente 2%.

Este material apresenta teores de Cr e TiO

cujo somatório é de 0,23%,

acima do que permitem as normas brasileiras. A soma de todos os outros

elementos constituintes da areia verde não chega a 1%.

Tabela 8 – Análise química da Areia Verde

Elemento % E.A. Elemento % E.A.

O 0,26 0,01 Cr 0,12 0,003

MgO 0,24 0,01 Mn << -

2,26 0,01 Fe

1,96 0,01

SiO

94,65 0,10 Cl << -

0,19 0,004 BA << -

O 0,08 0,003 P << -

CaO 0,14 0,004 Sr << -

TiO

0,13 0,004 P.F. 3,7 -

4.1.2.2 Difratometria de Raios-X

Os resultados da Fluorescência de Raios-X são comprovados pelo

difratograma da Figura 3, que apresenta somente picos clássicos de quartzo em

sua composição.

Position [°2Theta]

10 20 30 40 50 60

Counts

400

1600

3600

Quartz low, syn

48505A.CAF

Figura 3 – Difratograma da Areia Verde

Tabela 9 – Identificação dos picos do difratograma da Areia Verde

Código de

Referência

ICP

Nome do

Composto

Fórmula Química

65-0466 Quartzo Si O

4.1.2.3 Microscopia Eletrônica de Varredura

Observa-se na imagem de MEV da Figura 4 – A, com magnificação de 77

vezes os grãos de diferentes tamanhos, mas com predominância de partículas

com diâmetros próximos a 200 µm. Os grãos apresentam-se arredondados e sem

nenhuma ligação entre eles.

A x 77 200 µm B x 250 100 µm

Figura 4 – Microimagem da areia de fundição através do método de microscopia

eletrônica de varredura (MEV)

Observa-se na Figura 4 – B, com magnificação de 250 vezes, que na

superfície do grão existe uma camada de material semelhante a escamas que

não está completamente ligado ao corpo da partícula. Este fenômeno é resultado

de choques térmicos durante o processo de moldagem do metal liquido com

temperaturas de até 1300° C. As camadas externas du rante o choque térmico

transformam-se do estado cristalino para o estado amorfo.

4.1.3 Vidro de Jateamento Galvânico

Os resultados a seguir apresentados fornecem as características químicas,

mineralógicas e morfológicas do vidro de jateamento, proporcionando obter maior

conhecimento do referido material para incorporá-lo a massa cerâmica como

material fundente das amostras, auxiliando no encapsulamento dos metais

pesados.

4.1.3.1 Fluorescência de Raios-X

Através da análise química do vidro de jateamento galvânico observa-se na

Tabela 10 a predominância de SiO

(76,31%), e

de forma decrescente Na

(8,75%), CaO, MgO até Fe

(2,24%). As somatórias dos outros elementos não

alcançam 2% do total analisado pelo Raio-X.

Tabela 10 – Análise química do vidro de jateamento galvânico

Elemento % E.A. Elemento % E.A.

O 8,75 0,05 Cr << -

MgO 2,50 0,02 MnO << -

0,85 0,01 Fe

2,24 0,01

SiO

76,31 0,1 Cl << -

0,26 0,005 Zr 0,01 0,001

O 0,31 0,006 PB 0,11 0,002

CaO 8,31 0,03 Sr 0,01 0,001

TiO

<< - P.F. 0,34 -

4.1.3.2 Difratometria de Raio X

O DRX do vidro de jateamento galvânico (Figura 5) demonstra

praticamente completa ausência de materiais cristalinos. No DRX existem apenas

dois picos pequenos:

Position [°2Theta]

10 20 30 40 50 60

Counts

52205B.CAF

Figura 5 – Difratograma do Vidro de Jateamento Galvânico

O primeiro pico em 26,5° de 2 θ representante do quartzo e o segundo em

44,5° em 2 θ representa o alumínio metálico proveniente do suporte da amostra

quando submetido ao aparelho de DRX.

Observa-se também um halo de grande intensidade de matéria vítrea entre

11° e 38° em 2 θ. Abaixo do halo (entre linha zero da curva do DRX e a linha zero

no gráfico) tem-se somente material amorfo.

4.1.3.3 Microscopia Eletrônica de Varredura

Na Figura 6 – A observa-se claramente que se trata de micro esferas de

vidro, além de fragmentos provenientes da quebra de algumas esferas, de areia

que é misturado junto com o vidro para aumentar o poder abrasivo e impurezas

provenientes da limpeza das peças para o processo de galvanização.

A x 300 50 µm B x 1000 10 µm

Figura 6 – Microimagem das micro esferas de Vidro através do método de

microscopia eletrônica de varredura (MEV)

Com o aumento da magnificação para 1000 vezes (Figura 6 – B) as

sujeiras são mais claramente visíveis além de algumas crateras e pedaços de

vidro.

4.1.4 Sais de Neutralização

A utilização deste resíduo ocorreu primeiramente pelo seu potencial

fundente devido a presença de Sódio em sua composição, reduzindo a

temperatura de fundição dos constituintes da composição em torno de 100° C,

fazendo com que haja considerável economia de energia no processo de

produção e evite o uso de materiais mais nobres como o feldspato de potássio.

Outro fator para adição deste material nas misturas foi o fato de se tratar de um

resíduo industrial com alto potencial poluidor e por este motivo agregar maior

valor à pesquisa uma vez que dá destino adequado a este material.

4.1.4.1 Fluorescência de Raios-X

Através da Fluorescência de Raios-X demonstrada na Tabela 11, pode-se

observar que o SO

apresenta-se com maior concentração (29,39%) seguido pelo

O (18,67%) e pelo Cl (4,56%). A perda ao fogo dos sais foi de 44,64%.

Tabela 11 – Análise Química dos Sais de Neutralização

Elemento

% E.A. Elemento % E.A.

O 33,72 0,07 Sb 0,38 0,001

Sn 0,25 0,001 BA 0,18 0,001

SiO

0,34 0,005 Fe

0,36 0,004

0,40 0,003 Cl 8,24 0,02

53,10 0,04 As 0,47 0,003

O 1,16 0,008 PB 1,25 0,003

Ca << - BR 0,04 0,001

I 0,11 0,001 P.F. 44,64 -

4.1.4.2 Difratometria de Raios-X

A neutralização dos ácidos contidos nas baterias automotivas (H

)

ocorre por meio da aplicação de hidróxido de sódio (NaOH) e por este motivo no

fim da interação recebe-se dois tipos de sais: ternardita de sódio (Na

) e

Halita (NaCl), ambos visíveis na Figura 7 e na Tabela 12.

Position [°2Theta]

10 20 30 40 50 60

C ounts

100

400

Thenardite, syn

Halite

Thenardite, syn

Halite

Thenardite, syn

Halite

Thenardite, syn

Halite

Thenardite, syn

Halite

Thenardite, syn

52205D .C AF

Figura 7 – Difratograma dos Sais de Neutralização

Tabela 12 – Identificação dos picos do difratograma dos Sais

Código de

Referência

ICP

Nome do

Composto

Fórmula Química

74-1738 Thenardita Na

75-0306 Halita Na Cl

4.1.4.3 Microscopia Eletrônica de Varredura

Nas figuras 8 A e 8 B observa-se que a granulometria das partículas dos

sais são bastante homogêneas sendo todas arredondadas e ligadas entre si com

grandes poros de diferentes tamanhos e formas.

A x 1000 20 µm B x 3000 10 µm

Figura 8 – Microimagem dos sais de neutralização através do método de

microscopia eletrônica de varredura (MEV)

4.1.5 Argila

Os resultados a seguir apresentados fornecem as características químicas,

mineralógicas e morfológicas da argila, proporcionando obter maior conhecimento

do referido material para incorporá-lo a massa cerâmica como único material

natural das amostras, auxiliando no encapsulamento dos metais pesados devido

a suas propriedades plásticas e ligantes.

4.1.5.1 Fluorescência de Raios-X

Através da Fluorescência de Raios-X apresentada na Tabela 13, observa-

se que o óxido de maior concentração é o SiO

com 54,82%, seguido pelo Al

(18,77%), Fe

(11,90%) e K

O (4,13%). A soma das porcentagens dos outros

elementos não chega a 2,5%, porém verifica-se a presença de metais pesados

(TiO

, Zr e Rb). A perda ao fogo desta argila foi de 8%.

Tabela 13 – Análise Química da Argila

Elemento % E.A. Elemento % E.A.

Na << - Ag << -

MgO 1,35 0,01 Mn << -

20,4 0,05 Fe

12,93 0,03

SiO

59,59 0,1 Y <<

Rb 0,022 0,001 Zr 0,022 0,001

O 4,13 0,02 P

0,195 0,004

Ca << - S << -

TiO

1,02 0,01 P.F. 8,0 -

4.1.5.2 Difratometria de Raios-X

A pesquisa das fases mineralógicas presentes na argila natural (Figura 9 e

Tabela 14) demonstram a presença de três materiais principais: quartzo, illita e

magnetita. Observa-se também grande teor de substâncias amorfas como

resultado de processos geológico da argila

Position [°2Theta]

10 20 30 40 50 60

Counts

100

400

Illite-2\ITM\RG#2 [NR]

Illite-2\ITM\RG#2 [NR]; Magnetite

Illite-2\ITM\RG#2 [NR]

Quartz; Illite-2\ITM\RG#2 [NR]

Illite-2\ITM\RG#2 [NR]

Quartz; Illite-2\ITM\RG#2 [NR]

Illite-2\ITM\RG#2 [NR]

Magnetite

Illite-2\ITM\RG#2 [NR]

Illite-2\ITM\RG#2 [NR]; Magnetite

Quartz; Illite-2\ITM\RG#2 [NR]; Magnetite

Illite-2\ITM\RG#2 [NR]

Quartz; Illite-2\ITM\RG#2 [NR]

Quartz; Magnetite

Quartz; Illite-2\ITM\RG#2 [NR]

Quartz

Quartz; Illite-2\ITM\RG#2 [NR]

Illite-2\ITM\RG#2 [NR]

Quartz

Magnetite

Quartz

52205A.CAF

Figura 9 – Difratograma da Argila

Tabela 14 – Identificação dos picos do difratograma da Argila

Código de

Referência

ICP

Nome do

Composto

Fórmula Química

83-0539 Quartzo Si O

43-0685 Illita K Al

( Si

Al ) O

( O H )

89-0951 Magnetita Fe

4.1.5.3 Microscopia Eletrônica de Varredura

Nas figuras 10-A e 10-B observa-se através das microimagens que a argila

utilizada nesta pesquisa, devido a estar em forma de pó, apresenta diversos poros

entre as partículas com diferentes granulometrias e formas laminares.

A x 1000 20µm B x 3000 10µm

Figura 10 – Microimagem da argila através do método de microscopia eletrônica

de varredura (MEV)

4.2 RESULTADOS DO EXPERIMENTO

Após a etapa de sinterização os melhores corpos-de-prova, ou seja, os que

apresentavam melhor aparência e resultados quanto às características mecânicas

(retração linear e resistência mecânica), foram selecionados. Outro fator levado

em consideração nesta etapa foi selecionar as amostras com as maiores

concentrações totais de resíduos. Para que os resultados tivessem valores de

referência foi elaborada uma combinação denominada de A, com 100% de argila

que será utilizada como amostra controle.

Para o grupo de amostra escolhido como sendo o melhor e mais

representativo, tabela 15, avaliaram-se mais detalhadamente os demais

parâmetros mecânicos, tais como: absorção de água, retração linear e massa

específica.

Tabela 15 – Melhores composições

Composição

Lodo de

ETA (%)

Vidro

(%)

Sais (%) Areia de

Fundição (%)

Argila (%)

1 50 15 15 - 20

2 30 25 15 - 30

3 35 20 15 15 15

5 35 15 15 20 15

7 30 25 15 5 25

10 40 20 15 5 20

13 45 15 15 - 25

14 35 15 15 - 35

4.2.1 Resistência Mecânica à Flexão

Os resultados obtidos de resistência mecânica à flexão referem-se a uma

média de 10 corpos-de-prova gêmeos e podem ser observados na tabela 16, com

o respectivo desvio padrão, que demonstra a resistência mecânica para cada

temperatura testada. Cabe frisar, que segundo a classificação de tijolos maciços

(tabela 4), a resistência mínima que a peça cerâmica deve possuir é de 1,5 MPa

para assegurar sua utilização.

Através da análise dos valores obtidos na Tabela 16 pode-se observar que a

composição 2, foi a que obteve maior valor do MRF (20,0 Mpa), valor obtido a

1050° C durante 6 hs. Este fato pode ser explicado, pois se trata da amostra com

a maior quantidade de argila e vidro, sem a adição de areia em sua composição.

As menores resistências observadas (3,4 e 3,0 MPa) foram verificadas nas

composições 3 e 5 a 900°C, em função das maiores co ncentrações de resíduos,

85%, e de areia 15 e 20% respectivamente. Porém, as duas composições

apresentam um salto crescente nos valores de resistência, nas temperaturas de

1000° para 1050°C, em virtude do início da sinteriz ação do quartzo presente na

areia.

Tabela 16 – Resultados da Resistência Mecânica à Flexão

Lodo de

ETA (%)

Vidro

(%)

Sais

(%)

Areia

(%)

Argila

(%)

900°C

MPa

950°C

MPa

1000°C

MPa

1050°C

MPa

1 50 15 15 - 20 6.6 ±1,2 7,6±1,8 10,8±0,7 9,6±1,9

2 30 25 15 - 30 8.1±2,1 14,1±2,4 14,0±1,5 20,0±2,6

3 35 20 15 15 15 3.4±0,7 5,8±1,3 6,2±1,7 11,6±1,9

5 30 15 15 20 15 3.0±1,1 4,3±1,1 5,5±0,8 11,5±0,8

7 30 25 15 5 25 7.2±1,7 12,5±0,9 12,6±1,1 15,1±1,3

10 40 20 15 5 20 5.1±1,7 7,0±1,6 7,4±1,3 10,9±2,1

13 45 15 15 - 25 7.1±2,2 8,6±2,3 12,5±1,5 16,9±2,3

14 35 15 15 - 35 8.7±1,9 8,7±2,1 17,1±2,6 15,3±1,7

A - - - - 100 3.9±0,5 6,1±0,9 6,7±1,2 4,5±0,7

A cerâmica elaborada com 80% de resíduos (composição 1), destes,

utilizando 50% de lodo de ETA apresentou uma resistência crescente entre 900°,

950° e 1000°C, onde apresentou uma resistência máxi ma a flexão de 10,8 MPa a

1000°C. A composição 13, que utiliza 5% menos lodo e 5% mais argila que a

composição 1, também apresentou valores crescentes de resistência em função

da temperatura de queima, porém, a diferença na concentração de lodo e argila

em 5% na composição, fez com que os valores de maneira geral fossem bem

superiores (16,9 MPa – 1050°C) que a composição 1.

Com uma concentração total de resíduos de 75%, destes, 45% de lodo de

ETA, a composição 13 apresentou uma resistência crescente em todas as

temperaturas de queima, sendo a máxima resistência (16,9 MPa) obtida a 1050°C,

tornando-se a maior resistência obtida em função da concentração de lodo de

ETA.

A composição 14, composta de 65% de resíduo, destes, 35% de lodo de

ETA também apresentou um alto valor de resistência, sendo de 17,1 MPa a

1000°C. Este valor de resistência não se apresentou crescente em função da

temperatura e decaiu para 15.3 MPa quando sinterizada a 1050°C.

Os resultados de resistência mecânica da amostra denominada como A,

com 100% de argila, apresentaram-se bem inferiores as demais composições

testadas, sendo que o valor máximo obtido para esta amostra foi de 6.7 MPa em

1000°C

4.2.2 Retração Linear

O ensaio de retração linear para classificação cerâmica não é um

parâmetro norrmatizado pelas NBR´s, mas é um importante parâmetro e deve ser

levado em consideração, pois quando a cerâmica apresenta-se porosa, ela é

caracterizada por baixa retração, na ordem de 3%, o semi-poroso é caracterizado

por uma retração de 4-6% e o gresificado por uma retração linear de 8%

(BORLINI, 2002).

Tabela 17 – Valores de Retração Linear Após Queima

Lodo de

ETA (%)

Vidro

(%)

Sais

(%)

Areia

(%)

Argila

(%)

900°C

(%)

950°C

(%)

1000°C

(%)

1050°C

(%)

1 50 15 15 - 20 6,6±0,3 7,3±0,4 7,8±0,8 8,5±0,5

2 30 25 15 - 30 5,8±0,8 6,6±0,6 7,0±0,5 7,5±0,2

3 35 20 15 15 15 5,3±0,6 5,7±0,3 6,3±0,9 6,7±0,6

5 35 15 15 20 15 5,1±0,5 5,4±0,8 5,9±0,8 6,3±0,7

7 30 25 15 5 25 5,5±0,9 6,2±0,8 6,5±0,4 6,9±0,4

10 40 20 15 5 20 5,9±0,9 6,4±0,5 7,0±0,6 7,9±0,8

13 45 15 15 - 25 6,8±0,6 7,1±0,3 7,7±1,1 8,4±0,7

14 35 15 15 - 35 6,0±0,7 6,6±0,7 7,3±0,8 8,0±0,9

A - - - - 100 3,9±0,7 4,6±0,7 5,3±0,7 6,1±0,7

De acordo com esta classificação, a cerâmica caracteriza-se como sendo

predominantemente semi-poroso e gresificado. Os resultados apresentados na

tabela 17 demonstram que os valores de retração linear das amostras

permaneceram na faixa de 5,1 a 8,5%. Com o aumento da temperatura houve um

acréscimo nos valores de retração linear em todas as combinações, devido ao

aumento da fase vítrea. De maneira geral, as amostras contendo areia

apresentaram os menores valores de retração linear. Sendo registrados, os

maiores valores a 1050°C nas combinações com as mai ores concentrações de

lodo de ETA.

4.2.3 Absorção de Água

Os resultados obtidos demonstram que a maioria das amostras se

enquadram de acordo com a (tabela 2) classificação dos revestimentos cerâmicos,

como sendo semi-poroso. Exceto as composições 5, a 900, 950 e 1000°C e 3, a

1000°C que devido aos valores de absorção de água s uperiores a 10%,

classificam-se como sendo poroso. Os altos valores de absorção, acima de 10%,

para as composições 3 e 5 podem ser atribuídos às concentrações de 15 e 20%

areia respectivamente nas composições. A composição A, também se classifica

como porosa, pois apresentou valores de absorção de água superiores a 10%,

em todas as temperaturas experimentadas.

Tabela 18 – Valores de Absorção de Água

Composição

Lodo de

ETA (%)

Vidro

(%)

Sais

(%)

Areia

(%)

Argila

(%)

900°C

(%)

950°C

(%)

1000°C

(%)

1050°C

(%)

1 50 15 15 - 20 8,9 8,1 7,9 7,5

2 30 25 15 - 30 8,0 7,3 7,1 6,3

3 35 20 15 15 15 10,1 9,5 8,8 7,8

5 35 15 15 20 15 10,7 10,2 10,1 8,1

7 30 25 15 5 25 8,3 7,5 7,3 6,9

10 40 20 15 5 20 9,8 8,7 8,4 7,9

13 45 15 15 - 25 8,3 8,9 7,7 6,7

14 35 15 15 - 35 8,3 8,7 6,5 6,9

A - - - - 100 11,3 10,9 10,3 9,9

4.2.4 Resultados dos Ensaios de Massa Específica Aparente

Analisando-se os valores da tabela 19, observa-se que com o aumento da

temperatura de queima, houve um acréscimo nos valores de massa específica

aparente, decorrentes do aumento da fase líquida no interior da amostra e

conseqüente fechamento dos poros.

Ao se aumentar à massa especifica aparente (densidade), o volume de

espaços vazios entre as partículas por unidade de volume da amostra diminui e,

com ele, a mobilidade das partículas (CASAGRANDE 2002).

Tabela 19 – Valores de Massa Específica Aparente

Composição

Lodo de

ETA (%)

Vidro

(%)

Sais

(%)

Areia

(%)

Argila

(%)

900°C

g/cm

950°C

g/cm

1000°C

g/cm

1050°C

g/cm

1 50 15 15 - 20 2,4±0,3

2,7±0,2

2,8±0,6

3,4±0,3

2 30 25 15 - 30 2,4±0,5

2,5±0,4

2,9±0,4

3,2±0,5

3 35 20 15 15 15 2,3±0,5

2,3±0,3

2,5±0,4

2,8±0,4

5 30 15 15 20 15 2,0±0,2

2,2±0,1

2,5±0,5

2,7±0,4

7 30 25 15 5 25 2,5±0,6

2,1±0,2

2,6±0,3

3,1±0,3

10 40 20 15 5 20 2,6±0,3

2,7±0,2

2,9±0,6

3,2±0,2

13 45 15 15 - 25 2,6±0,4

2,8±0,5

2,8±0,1

3,3±0,2

14 35 15 15 - 35 2,2±0,2

2,5±0,4

2,9±0,5

3,1±0,3

A - - - - 100 1,6±0,3

1,9±0,2

2,0±0,1

2,3±0,3

4.2.5 Difração de Raios-X da Cerâmica

A amostra de cerâmica referente à composição 1, com 50% de lodo de ETA,

foi escolhida em função da maior concentração de lodo, preparada e submetida à

análise de raios-X difratometria e verificou-se a síntese de dois tipos de estruturas

– vítreas e cristalinas. Isto pode ser observado através da interpretação do

difratograma (figura 11), que demonstra uma grande altura entre a linha de base e

o eixo horizontal, e, a presença de pequenos picos em relação com a altura do

fundo da parte amorfa do material.

Position [°2Theta]

10 20 30 40 50 60

Counts

100

400

Lazurite

Quartz low; Nepheline

Nepheline

Lazurite

Nepheline

Hematite; Lazurite

Corundum, syn

Quartz low

Nepheline

Lazurite; Nepheline

Hematite

Lazurite

Corundum, syn

Hematite; Lazurite

Quartz low; Lazurite; Nepheline

Corundum, syn; Nepheline

Hematite; Nepheline

Hematite; Lazurite; Nepheline

Quartz low; Corundum, syn; Lazurite; Nepheline

Hematite

04306D.CAF

Figura 11: Difratograma da amostra da cerâmica - DRX

A estrutura vítrea destaca-se como sendo de predominante ocorrência na

estrutura da amostra, devido à altura e característica do fundo do difratograma.

Os altos valores de resistência obtidos podem ser atribuídos em grande parte

principalmente a esta formação predominante, embora haja a síntese de novos

minerais após a queima da mistura inicial, como: Lazurite (Na

8.56

( Al

) ( S

)

1.56

) , Magnetite (Fe

), Nosean (Na

S O

) , Hematite (Fe

), Alumina (Al

) e Nepheline (Na

K ( Si0

.553

0.447

)

4.2.6 Microscopia Eletrônica Varredura

Através da análise realizada com a utilização do método da microscopia

eletrônica varredura foi possível atestar visualmente a interpretação da análise de

raios-x difratometria, pois, todas as amostras apresentaram diferentes níveis de

vitrificação e interação química nas diferentes temperaturas.

Os diferentes níveis de vitrificação podem ser observados analisando as

microimagens da figura 12 – A e 12 – B, que demonstram uma amostra de

cerâmica verde após compactação e uma amostra de cerâmica submetida a

900°C. Observa-se na imagem 12 – A que todas as par tículas se apresentam

desagregadas, sem interação entre si, com diferentes tamanhos e formas. Ao

contrário, na figura 12 – B, correspondente a uma amostra sinterizada a 900°C

pode-se observar que as partículas possuem alguma ligação através de uma fase

vítrea. É possível observar também na figura, que a 900°C as micro esferas de

vidro não se fundiram, encontram-se praticamente inteiras, justificando a baixa

resistência de algumas amostras a 900°C.

A x 500 50 µm B x 5000 5 µm

Figura 12 – Microimagem da cerâmica verde e queimada através do método de

microscopia eletrônica de varredura (MEV)

A máxima resistência obtida 20 MPa na composição 2, a 1050°C, pode ser

aumentada através de mudanças nos regimes de queima, porque a micrografia

demonstra que apesar da boa formação vítrea a amostra não se apresenta

totalmente homogenia na sua superfície (especialmente Figura 13 - C) ,

possuindo muitos poros e aparentes zonas de fraqueza na sua estrutura.

Nas demais imagens correspondentes à figura 13 A-B e D pode-se

observar claramente a predominância de matéria vítrea contínua, com poros

fechados e abertos, basicamente semi-esféricos ou ovais.

A x 3000 5 µm B x 300 50 µm

C x 100 10 µm D x 1000 10 µm

Figura 13 – Microimagem das cerâmicas queimadas através do método de

microscopia eletrônica de varredura (MEV)

4.2.7 Resultados dos Ensaios de Lixiviação

A amostra de cerâmica referente à composição 1 (1.000°C), com 50% de

lodo de ETA, foi escolhida para realização dos ensaios de lixiviação e

solubilização, em função da maior concentração de lodo de ETA.

Os resultados de lixiviação obtidos, apresentados na Tabela 19 demonstram

que a cerâmica desenvolvida principalmente com resíduos industriais, apresenta

estabilidade química após sinterização no que diz respeito às ligações geradas

entre os diferentes resíduos utilizados e a argila.

Todos os metais analisados apresentaram baixos valores de lixiviação em

comparação com os limites estabelecidos pela NBR 10004. Com relação ao

chumbo, que apresentou uma concentração mais elevada, porém abaixo do limite

estabelecido pela norma, os valores de lixiviação podem ser reduzidos,

aumentando-se a temperatura e o regime de queima, ou simplesmente

diminuindo a porcentagem de sais na composição cerâmica.

Tabela 20– Resultado de Lixiviação (Composição 1)

Os baixos resultados de lixiviação obtidos resultam da interação química

extremamente forte entre os resíduos utilizados e argila, após a sinterização a

1000°C, originando uma estrutura cristalina e predo minantemente vítrea,

conforme comprovado nos ensaios de microscopia eletrônica de varredura e

difração de raios-X.

Unidade Limites

NBR 10004/04

Composição 1

Arsênio mg/L 1,0 < 0,001

Bário mg/L 70,0 < 0,1

Cádmio mg/L 0,5 < 0,005

Chumbo mg/L 1,0 < 0,62

Cromo mg/L 5,0 < 0,01

Mercúrio mg/L 0,1 < 0,0002

Selênio mg/L 1,0 < 0,001

4.2.8 Resultados dos Ensaios de Solubilização

Os resultados de solubilização também se apresentaram baixos e dentro

dos limites exigidos pela ABNT NBR 10004 – 2004 anexo G, como pode ser

observado na Tabela 21, a seguir:

Tabela 21 - Resultado de Solubilização (Composição 1)

Quase todos os metais analisados apresentaram-se dentro do limite da

sensibilidade do método de absorção atômica.

Unidade Limites NBR 10004/04

Amostra 1

Alumínio mg/L 0,2 < 0,1

Arsênio mg/L 0,01 < 0,001

Bário mg/L 0,7 < 0,1

Cádmio mg/L 0,005 < 0,005

Chumbo mg/L 0,01 < 0,01

Cromo mg/L 0,05 < 0,01

Ferro mg/L 0,3 0,05

Manganês mg/L 0,1 < 0,01

Mercúrio mg/L 0,001 < 0,0002

Zinco mg/L 5,0 0,15

CAPÍTULO 5

- CONCLUSÕES -

5. CONCLUSÕES

1. Com esta pesquisa foi comprovada a possibilidade de utilização como matéria

prima cerâmica, diferentes tipos de resíduos industriais em diferentes proporções,

tais como: Lodo gerado nas Estações de Tratamento de Água (30 a 60%), areia

de fundição (5 a 20%), resíduos de vidro de jateamento (15 a 25%) e sais de

neutralização de ácido de baterias automotivas (10 a 20%). A melhor combinação

deve ser definida em função da geração de resíduos, devendo ser respeitadas as

relações estabelecidas.

2. Os materiais cerâmicos obtidos nesta pesquisa possuem as seguintes

propriedades mecânicas: módulo de resistência à flexão em três pontos de 3,0 a

20,0 MPa, massa específica aparente de 2,0 a 3,4 g/cm

, absorção de água de 6,3

a 10,2% e retração linear de 5,1 a 8,5%. As novas cerâmicas desenvolvidas

apresentam propriedades mecânicas superiores às convencionais, principalmente

no referente a resistência mecânica a flexão.

3. O estudo dos processos físico-químicos de interação destes materiais durante a

sinterização através dos métodos de Difração de Raios-X e Microscopia Eletrônica

de Varredura, possuem como resultado a sinterização de novas formações, com

estruturas vítreas e pequenas inclusões de novas formas cristalinas, tais como:

Lazurite (Na

8.56

( Al

) ( SO

)

1.56

) , Magnetite (Fe

), Nosean (Na

) , Hematite (Fe

), Alumina (Al

) e Nepheline (Na

K ( Si0

.553

0.447

)

4. Os materiais cerâmicos obtidos nesta pesquisa apresentaram resultados de

lixiviação e solubilização satisfatórios, ou seja, todos os metais analisados estão

dentro dos padrões estabelecidos pela norma ABNT-NBR 10004, garantindo a

qualidade ambiental da cerâmica desenvolvida com resíduos industriais.

5. Entre os objetivos desta pesquisa não foram incluídos os cálculos de eficiência

econômica, mas, é provável que a utilização de resíduos industriais em

substituição as matérias primas naturais, tendo em vista o baixo custo dos

resíduos em comparação com os materiais tradicionais, pode ser lucrativo. Cabe

frisar, que esta pesquisa foi realizada a nível laboratorial, necessitando de mais

estudos e adaptações tecnológicas para a aplicação dos resultados em escala

industrial.

6. A maior importância para a utilização dos resultados obtidos neste projeto pode

ser para o meio ambiente, tendo em vista a real possibilidade de utilização de

diversos resíduos industriais como matéria prima, como forma adequada de

destinação final, prevenindo uma possível contaminação do meio ambiente, e

minimização da extração de recursos naturais para a fabricação de cerâmicas.

CAPÍTULO 6

- REFERÊNCIAS -

REFERÊNCIAS

ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 10.004: Resíduos

Sólidos: classificação. Rio de Janeiro, 2004a.

ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 10.005: Procedimentos

para obtenção do extrato lixiviado de resíduos sólidos. Rio de Janeiro, 2004b.

ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 10.006: Procedimentos

para obtenção do extrato solubilizado de resíduos sólidos. Rio de Janeiro,

2004c.

ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 13816. Placas

cerâmicas para revestimento – Terminologia. Rio de Janeiro, 1997a.

ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 13817. Placas

cerâmicas para revestimento – Classificação. Rio de Janeiro, 1997b.

ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 13818. Placas

cerâmicas para revestimento – Especificação e métodos de ensaios. Rio de

Janeiro, 1997c.

ÂNGULO, C. S.; ZORDAN, S. E.; JOHN, V.M.J. Desenvolvimento Sustentável e a

Reciclagem de Resíduos na Construção Civil. In: Seminário Desenvolvimento

Sustentável e a Reciclagem Na Construção Civil – Materiais Reciclados e Suas

Aplicações, IV, 2001, São Paulo. Anais eletrônicos.. Disponível em <

www.reciclagem.pcc.usp.br/ftp/artigo%20IV_CT206_2001.pdf > Acesso em: 3. jul.

2006.

BARTH, N. A fundição. Curitiba, 2003. Monografia da disciplina de fundição.

Curso Técnico de Mecânica. Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná.

BIGÉLLI, E. M., Utilização de escória de chumbo em massa cerâmica

vermelha. Curitiba, 2005. Dissertação. Universidade Federal do Paraná.

BONET, I.I. Valorização do resíduo de areia de fundição (RAF): incorporação

nas massas asfálticas do tipo CBUQ. Florianópolis, 2002. Dissertação de

mestrado. Engenharia de Materiais. Universidade Federal de Santa Catarina.

BORGO S. C. Minimização e reciclagem de lodo galvânico e poeira de

jateamento. Curitiba, 2005. Dissertação. Universidade Federal do Paraná.

BRAGANÇA, S.R., BERGMANN C.P. Comparação das propriedades de uma

porcelana que utiliza vidro como fundente com uma tradicional – parte II;

análise de fases e propriedades mecânicas. 2004. Curitiba. 48° Congresso

Brasileiro e Encontro Nacional de Cerâmica. Anais.

CALLISTER W. D.. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução.

Tradução. Sergio Murilo S. Soares. Rio de Janeiro. LTC Editora. 5° edição.2002.

CASAGRANDE M. N., Efeito da adição de chamote semi-gresificado no

comportamento físico de massa cerâmica para pavimento. Universidade

Federal de Santa Catarina, 2002, UFSC, Dissertação de Mestrado em Ciência e

Engenharia de Materiais.

CHIN-TSON LIAW; HUI-LAN CHANG; WEN-CHING HSU; CHI-RU HUANG, A

novel method to reuse paper sludge and co-geration ashes from paper mill,

Journal of Hazardous Materials, 58 (1998), p.93-102.

CORDEIRO, J. S. Importância do Tratamento e Disposição Final Adequada

dos Lodos de ETAs. In: REALI, M. A. P. Noções Gerais de Tratamento e

Disposição Final do Lodo de ETA. Rio de Janeiro: ABES/PROSAB, 1999. p. 1-19.

FUJITA, H. Estudo dos fatores que influenciam na formação do “coração

negro”. 1993, Curitiba – Paraná. 37° Congresso Brasileiro de Cerâmica. Anais.

GODINHO, K., RABELO, T. R., HOLANDA A. G. P. Incorporação de resíduo de

vidro em cerâmica vermelha. 2004. Curitiba. 48° Congresso Brasileiro e

Encontro Nacional de Cerâmica. Anais.

HOPPEN,C.Reciclagem de Lodo de ETA Centrifugado na construção civil,

Método alternativo de preservação ambiental. 2004, 149p. Dissertação

(Mestrado em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental, UFPR, Curitiba, PR.

HÖRLLE, L.F., BASEGLIO, T.M., BERGMANN, C.P. Incorporação de Resíduos

de Fundição em Cerâmica de Argila Vermelha. Departamento de Materiais /

UFPRGS. 48° Congresso Brasileiro e Encontro Naciona l de Cerâmica. Anais.

JOLLY, R., RHIN, C., The Recycling of Lead-acid Batteries: Production of

Lead and Polypropilene. Resources, Conservations and Recycling, v.10, p. 137

– 143, 1994.

LARANJEIRA e BRANDÃO. Adição de escória de alto-forno em argamassas

de cimento Portland: Resistência mecânica e microestrutura. 1992, Caxambu

– Minas Gerais. 36° Congresso Brasileiro de Cerâmica. Anais.

LUZ A.P., RIBEIRO S.. Comportamento de queima de uma massa cerâmica

contendo pó de vidro como fundente visando a obtenção de grês

porcelanato.2004, Curitiba. 48° Congresso Brasileiro e Encontr o Anual de

Cerâmica. Anais.

MENEZES R. R.; FERREIRA H. S.; NEVES G. de A.; FERREIRA H. C., Uso de

rejeitos de granitos como matéria-primas cerâmicas, Cerâmica 48 (306)

Abr/Mai/Jun,( 2002).

REALI, M. P. Principais Características Quantitativas e Qualitativas do Lodo

de ETAs. In: REALI, M. P. (coord.) Noções Gerais de Tratamento e Disposição

Final de Lodos de ETA. Rio de Janeiro: ABES/PROSAB, 1999. p. 21-39.

RIBEIRO, R.A.C., Desenvolvimento de novos materiais cerâmicos a partir de

resíduos industriais metal – mecânicos. Curitiba, 2008. Dissertação.

Universidade Federal do Paraná.

TEIXEIRA S.R, P. ALÉSSIO, SANTOS G.T.A, DIAS F.C. Influência da data da

coleta do lodo de ETA incorporado em massas cerâmicas nas suas

propriedades tecnológicas. 2004, Campinas. 48º Congresso Brasileiro e

Encontro Anual de Cerâmica. Anais.

TSUTUYA, M. T.; HIRATA, A. Y. Aproveitamento e Disposição Final de Lodos

de Estação de Tratamento de Água do Estado de São Paulo. In: Congresso

Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, 21., 2001, João Pessoa. Anais...

João Pessoa: ABES, 2001. 1 CD-ROM.

ZORDAN, S.E., A utilização de entulho como agregado, na confecção de

concreto. Campinas, 1997. 140 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil na

área de Saneamento). Universidade Estadual de Campinas.

Livros Grátis
( http://www.livrosgratis.com.br )
 
Milhares de Livros para Download:
 
Baixar livros de Administração
Baixar livros de Agronomia
Baixar livros de Arquitetura
Baixar livros de Artes
Baixar livros de Astronomia
Baixar livros de Biologia Geral
Baixar livros de Ciência da Computação
Baixar livros de Ciência da Informação
Baixar livros de Ciência Política
Baixar livros de Ciências da Saúde
Baixar livros de Comunicação
Baixar livros do Conselho Nacional de Educação - CNE
Baixar livros de Defesa civil
Baixar livros de Direito
Baixar livros de Direitos humanos
Baixar livros de Economia
Baixar livros de Economia Doméstica
Baixar livros de Educação
Baixar livros de Educação - Trânsito
Baixar livros de Educação Física
Baixar livros de Engenharia Aeroespacial
Baixar livros de Farmácia
Baixar livros de Filosofia
Baixar livros de Física
Baixar livros de Geociências
Baixar livros de Geografia
Baixar livros de História
Baixar livros de Línguas

Baixar livros de Literatura
Baixar livros de Literatura de Cordel
Baixar livros de Literatura Infantil
Baixar livros de Matemática
Baixar livros de Medicina
Baixar livros de Medicina Veterinária
Baixar livros de Meio Ambiente
Baixar livros de Meteorologia
Baixar Monografias e TCC
Baixar livros Multidisciplinar
Baixar livros de Música
Baixar livros de Psicologia
Baixar livros de Química
Baixar livros de Saúde Coletiva
Baixar livros de Serviço Social
Baixar livros de Sociologia
Baixar livros de Teologia
Baixar livros de Trabalho
Baixar livros de Turismo
 
 