ALTERNATIVA DE UTILIZAÇÃO DE LODO AUTOMOBILÍSTICO EM MATERIAIS CERÂMICOS PARA A CONSTRUÇÃO CIVIL

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1 ALTERNATIVA DE UTILIZAÇÃO DE LODO AUTOMOBILÍSTICO EM MATERIAIS CERÂMICOS PARA A CONSTRUÇÃO CIVIL V. Mymrine, V.M.T. Junior, R.A.C. Ribeiro, H.A. Ponte Caixa Postal: Jardim das Américas Curitiba PR CEP: ricardoribeiro@ufpr.br Laboratório de Tecnologia Ambiental RESUMO Praticamente todas as indústrias automobilísticas sofrem com o grave problema de destinação do lodo industrial, o qual é gerado em todos os setores das fábricas e acumula-se em lagoas de sedimentação de resíduos líquidos. Usualmente o lodo tem grande concentração de muitos metais pesados, por isso a utilização destes resíduos acarreta difíceis problemas. No Laboratório de Tecnologia Ambiental da UFPR em nível de pré-projeto foi desenvolvido e patenteado um novo método (composições e tecnologias) de utilização de lodo industrial de fábricas automobilísticas como componente principal para produção de cerâmicas. Areia de fundição de industria siderúrgica, micro-esferas de vidro residuais de jateamento galvânicos, sais de neutralização de acides de acumuladores de chumbo foram utilizados como outros componentes da cerâmica desenvolvida, sendo argila o único matéria natural. PALAVRAS-CHAVE: Resíduos Industriais, lodo automobilística, areia de fundição, cerâmica vermelha.

2 INTRODUÇÃO As indústrias automobilísticas utilizam centenas de milhares de litros de água todos os meses, pois necessitam de água em diversos processos durante a fabricação de veículos, como por exemplo, a usinagem de peças e o resfriamento de equipamentos. Estes processos tornam a água imprópria para o descarte, visto que esta, é contaminada com a presença de óleos, graxas e metais pesados que fazem parte dos produtos gerados na indústria. Para que a água possa ser descartada no corpo receptor, tornam-se necessário uma série de tratamentos para reterem os contaminantes que estão dissolvidos no efluente, gerando um sério problema com a destinação do lodo gerado durante este processo, pois se trata de um resíduo extremamente tóxico ao meio ambiente devido a presença de metais pesados como chumbo, níquel, zinco, cromo, entre outros. Objetivando a inertização dos metais pesados contidos na composição destes lodos, a equipe técnica do Laboratório de Tecnologia Ambiental realiza estudos no desenvolvimento de materiais cerâmicos para construção civil, utilizando como principal componente o lodo gerado na industria automobilística, agregado a outros resíduos como: vidros residuais, areias de fundição e argila natural, obtendo um material com excelentes características mecânicas. MATERIAIS E MÉTODOS Em concordância com a metodologia do projeto durante a primeira etapa foram realizadas os seguintes trabalhos: Coleta das amostras de todos os componentes (lodo industrial automobilístico, resíduos de vidro, resíduos de neutralização de ácidos de baterias de chumbo, areia de fundição e argila natural) para a produção de cerâmica:

3 Estudo das composições químicas, mineralógicas e granulométricas, destes materiais pelos métodos de difratometria de raios-x, raios-x fluorescência e microscopia eletrônica de varredura; Compactação das misturas hidratadas com pressão de 10, 15, e 20 MPa; Secagem das amostras compactadas em estufa á temperatura de 100 C até o peso constante; Queima das amostras com diferentes temperaturas (T C = 800 0, 900 0, 950 0, 980 0, , e C) e com diferentes tempos de queima (tempo de queima máximo = 6 horas); Ensaio de resistência mecânica à flexão e a compressão; Avaliação da contração linear, ensaio de densidade, ensaio de absorção de água e plasticidade do material A composição mineralógica da cerâmica obtida após a queima das misturas iniciais com método de Raios-X difratometria; A composição química das microestruturas vítreas e similares às estruturas cristalinas com método de micro-análise química EDS; O ensaio de solubilização e lixiviação de metais pesados no meio ambiente ácido e alcalino de cerâmicas obtidas segundo a norma NBR /. Escolha das composições de matérias com as melhores propriedades e características químicas e mecânicas. Os resultados das análises das composições químicas de todos os componentes, usados para o desenvolvimento de cerâmica vermelha, estão apresentados na Tabela I. A análise de dados confirma a grande diferença entre eles, complementando a composição química da cerâmica. Além disso, no lodo industrial foi detectada a presença de Ni, Pb, Sn, Cl, I, Y, Sr em quantidades muito acima do permitido pelas normas brasileiras. Por este motivo, o mais difícil e importante objetivo deste trabalho foi ligar quimicamente todos metais pesados presentes no lodo da industria, até atingir

4 valores aceitáveis pelas normas brasileiras e internacionais de lixiviação e solubilização. Tabela I. Composição química dos resíduos usados para o ensaio. Elementos Lodo automobilístico Areia de Fundição Vidro Residual Argila Fe 2 O 3 21,32 0,97 0,77 10,04 SiO 2 1,85 92,26 75,15 53,47 Na 2 O 0,11 0,47 10,69 K 2 O 0,28 0,75 0,33 4,93 Al 2 O 3 0,59 2,99 0,80 20,49 Ca O 10,56 0,10 8,30 MgO 1,08 0,39 3,15 1,41 SO 3 0,40 0,07 0,23 0,02 P 2 O 5 10,73 0,02 0,01 0,17 TiO 2 3,53 0,22 0,06 Cr 2 O 3 0,05 0,02 0,02 Mn O 0,61 0,03 0,08 Zn 1,77 1,62 0,34 0,33 P.F RESULTADOS E DISCUSSÂO Com base no conhecimento teórico sobre os processos de formação de estruturas de materiais cerâmicos foi preparada à primeira série de corpos-deprova com os componentes acima citados com diferentes percentagens. As propriedades mecânicas deles não foram suficientes para continuar o trabalho com estas misturas, mas eles deram base de acerto das percentagens da segunda série de materiais (Tabela II). O teor de lodo da industria automobilística variou entre 20 e 35%, argila entre 30 e 50%, e vidro e sal entre 10 e 20%. A Influência da areia de fundição nas propriedades da cerâmica foi experimentada com teor de 15%. A quantidade de água foi determinada por índice tecnológico do início do espremo de água durante a compactação das misturas. Em comparação com largura (b = 20mm) dos CP s úmidos após a compactação, de todas as cerâmicas, houve um pequeno índice de diminuição

5 deste tamanho e por isso o coeficiente de dilatação da maioria dos materiais ficaram no nível de 2-3%, e apenas alguns aumentaram até 6 %. Na Tabela II estão demonstrados os valores de resistência á flexão dos CP s da segunda série depois da queima durante 6 horas com temperaturas 900 0, e C. A análise de dados da Tabela II confirma que todas as misturas após de queima apresentam alta resistência mecânica da cerâmica, a qual depende da percentagem e de temperatura de queima. Alguns corpos de prova têm resistência máxima na temperatura (composições 23 e 35), outro (composição 38) na temperatura C, mas uma parte das composições (28, 30 e 32) praticamente não reage na mudança de temperatura na faixa de queima experimentada. Tabela II. Resistência á flexão dos corpos de - provas após a queima durante 6 horas com temperaturas de 900 0, e C. Lodo automobilístic o Argila Taguá Componentes, % Vidro Sal Areia Fund h. Água R f, MPa h. R f, MPa h. R f, MPa ,6 11,1 5, ,4 8,1 8, ,1 6,5 6, ,3 8,0 7, ,6-6, ,6 8,8 9, ,4 6,7 6, ,6 4,9 6, ,7 10,7 5, ,0 6,1 9, ,6 36,8 15,8 15, ,8 27,3 13,6 13, ,8 27,3 9,1 18, 2 13,6 3,6 4,7 6,7 3,0 7,5 8,5 3,4 5,7 5,9 A resistência a flexão em três pontos dos CP s depois de queima foi calculado através da fórmula: R f (MPa) = (3P x e) / (2 a 2 x b) onde: (A)

6 R f - tensão de ruptura á flexão (Tabela 5), F carga atingida no momento da ruptura, l distancia entre os cutelos do apoio (4,5 cm), e altura de CP, cm (Tabela 4), b - largura do CP, cm (Tabela 4). A maior resistência a flexão foi obtida na temperatura composições 23 (11,1 MPa) e 35 (10,7 MPa) com diferentes teores de componentes, mas ambos deles não têm areia de fundição. A dilatação media da largura dos CPs 23 para todas as três temperaturas foi 2,5%. Este número é insignificante em comparação a prática de produção de cerâmica no Brasil. Podemos fazer a conclusão preliminar, que é possível prevenir a dilatação dos CPs sem uso de areia de fundição como conservador dos tamanhos da cerâmica. O máximo teor (35%) de lodo (mais importante para o gerador de lodo - Renault) é a composição 35. O alto teor de sal pode em meio ambiente úmido, com tempo, causar o efeito de saída de sal (eflorescência) da massa cerâmica ( manchas brancas ). Por isso na terceira etapa é necessário desenvolver novas composições com reduzido teor de sal (até 5-7 %). A composição mineralógica da cerâmica, composição 23 (Tabela II) depois da queima à temperatura C foi obtida através do difratograma Fig. 1. nas

7 C ounts 11006_picos.CAF 400 Tmg Ant Ant 100 Ant Tnd Tmg Ant Mlt Ant Tnd Hmt Hmt Mlt Tnd Mlt P o sition [ 2 The ta ] - Quartzo SiO 2, Ant Anortita de sódio - (Ca,Na)(Si, Al ) 4 O 8, Tnd - Thenardite Na 2 SO 4, Hmt - Hematita Fe 2 O 3, Mlt - Mullita Al 6 Si 2 O 13, Tmg - Tamarugita Na Al (SO 4 ) 2 6H 2 O. Fig.1. RXD da cerâmica, composição 23 (Tabela II) depois de queima com 950 C: Com o método de DRX foi estabelecida a sinterização de novas formas de minerais, os quais não foram localizadas nas misturas dos componentes iniciais: Quartzo SiO 2, Anortita de sódio (Ca,Na)(Si,Al) 4 O 8, Thenardite Na 2 SO 4, Hematita Fe 2 O 3, Mullita Al 6 Si 2 O 13, Tamarugita Na Al (SO 4 ) 2 6H 2 O. Só dois deles Quartzo e Hematita apresentavam na matéria prima antes da queima das misturas. Exceto, só um pico fraco não foi decifrado na difratograma da Cerâmica.

8 A x 35 B x Fig 2. Microestruturas de cerâmicas obtidas depois de queima com diferentes ampliações. A microestrutura da cerâmica obtida no resultado de queima (Fig. 2, A-B) é muito diferente das microestruturas de todos componentes da mistura inicial. Em resultado de fusão e interação de todos os componentes, nos fotos de Fig. 2 não existem mais partículas separadas com tamanhos e formas diferentes, mas existe estruturas com superfície de campo de visto único de vidro com formas redondas (provavelmente de bolhas de saída de gases durante de interação químico dos componentes fundidos). CONCLUSÕES 1. Os altos valores de resistências obtidos na cerâmica evidencia que lodo industrial da Renault pode ser usado como um dos componentes para a produção de cerâmica vermelha. 2. Como outros componentes da mistura inicial para fabricação de cerâmicas é possível usar: diferentes tipos de vidro ou de resíduos de vidro, resíduos industriais ou reativos de mercado com alto teor de Sódio e Potássio, areia natural ou resíduos industriais com alto teor Silício, argila natural ou resíduos industriais com alto teor de argila. 3. Em concordância com o desejo da Renault em construir uma fábrica para utilização do próprio lodo como componente da cerâmica vermelha em São José dos Pinhais (PR) sem a utilização de resíduos de outras empresas que

9 contenham alto teor de metais pesados, na segunda etapa da pesquisa é necessário desenvolver as composições e tecnologias de fabricação de cerâmicas na base do lodo industrial da Renault com menor teor possível de utilização de outros tipos de resíduos industriais. Para realização deste desejo do Cliente na segunda etapa da pesquisa se torna necessário: Excluir da lista de componentes a areia de fundição dos processos siderúrgicos, Substituir o vidro de jateamento de processos galvânicos por rejeitos de corta de vidro ou por fibra de vidro residual ou por garrafas moídas, etc, quais não têm os metais pesados, Substituir os resíduos de neutralização de ácidos de baterias de chumbo por outros tipos de resíduos com alto teor de sódio, sem metais pesados ou excluir este componente da mistura. Substituir a argila natural do depósito Taguá (Campo Tenente, PR) por argila natural local de São Jose de Pinhais. 4. Para adaptar a tecnologia laboratorial do LTA ao processo tecnológico de fabricação de cerâmicas (blocos, telhas, azulejos, etc.) será necessário substituir o processo de compactação de misturas úmidas para o processo de extrusão. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Miller, G. A. & Azad, S. Influence of solid type on stabilization with cement kiln dust. Cement and Building Materials, 4, 2, March 2000, Mohamed, A.M.O. The role of clay minerals in marly soils on its stability. Engineering Geology, 57, 3-4, July 2000, Rao, S.M., Reddy, B.V.V.& Muttharam, M. The impact of cyclic wetting and drying on the swelling behaviour of stabilized expansive soils. Engineering Geology, 60, 1-4, Mymrin, V.A. Investigation of structure formation processes during strengthening of clay soils by fly-ashes of thermal power plants. Moscow State after Lomonosow University, Ph.D. thesis, 1976, 138 p.

10 5. Mymrin, V.A. & Woronkevitch, S.D., The effect of carbonate slime content of construction properties of thermal power stations ashes. Proceedings of second International Congress of International Association of Engineering Geology, , San-Paulo, Brazil. 6. Motz, H. & Gieleseler, J. Products of steel slags an opportunity to save natural resources. Waste Management, 21, 3. June 2001, ShiC., Qian J. High performance cementing materials from industrial slag a review. Resouces, Conservation and Recycling, 29, 3, June 2000, ALTERNATIVE OF USE OF AUTOMOBILE SLUDGE IN CERAMIC MATERIALS FOR THE CIVIL CONSTRUCTION ABSTRACT Practically all the automobile industries suffer with the serious problem of destination of the industrial sludge, which is generated in all the sectors of the plants and is accumulated in lake of sedimentation of liquid residues. Usually the sludge has great concentration of many heavy metals, therefore the use of these residues causes difficult problems. In the Laboratório de Tecnologia Ambiental of the UFPR in daily pay-project level it was developed and patented a new method (compositions and technologies) of use of industrial sludge of automobile plants as component main for ceramics production. Sand of casting of foundry industrial, galvanic residual glass micron-spheres and salts of neutralization of acids of lead accumulators had been used as other components of developed ceramics, being clay the only natural substance KEY-WORDS: Industrial waste, automobile sludge, foundry sand, red ceramic