III APROVEITAMENTO DE RESÍDUO DA FABRICAÇÃO DE SULFATO DE ALUMÍNIO LÍQUIDO NA PRODUÇÃO DE BLOCOS CERÂMICOS

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1 III APROVEITAMENTO DE RESÍDUO DA FABRICAÇÃO DE SULFATO DE ALUMÍNIO LÍQUIDO NA PRODUÇÃO DE BLOCOS CERÂMICOS Neli Iloni Warpechowski da Silva (1) Engenheira de Minas pela Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS. Mestre em Engenharia pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica e dos Materiais - PPGEMM da UFRGS. Jorge Luis Koch Diretor Presidente da Cia de Industrias Eletro Químicas - CIEL. Hyldara Bento Ferreira da Fonseca Química Industrial pela PUCRS. Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica e Ciência dos Materiais - UFRGS e Gerenciamento de Resíduos Sólidos, Líquidos e Gasosos pela PUCRS. Endereço (1) : Rua Prof. Abilio Azambuja, Porto Alegre - RS - CEP: Brasil - Tel: (51) nelii@pampa.tche.br RESUMO Do processo produtivo do sulfato de alumínio férrico líquido da CIEL resulta um resíduo sólido inorgânico. Procurando minimizar problemas ambientais e econômicos da deposição do resíduo em valas monitoradas foi coletada uma amostra, caracterizada por análises químicas para classificação do resíduo e avaliada quanto sua aptidão de ser incorporada em 10%, em peso, a uma argila para produção de blocos cerâmicos. Com a liberação da licença de operação do órgão ambiental do Estado do Rio Grande do Sul - FEPAM, a produção comercial de blocos em uma olaria já teve início. PALAVRAS-CHAVE: Resíduo de Processo, Sulfato de Alumínio, Reciclagem, Blocos Cerâmicos. INTRODUÇÃO A Cia de Indústrias Eletro Químicas - CIEL, fundada em 1936, passou a ser empresa pública gaúcha em 1969, quando teve seu controle acionário adquirido pela Companhia Riograndense de Saneamento - CORSAN. Produz sulfatos de alumínio, dos tipos férrico e isento de ferro, que são utilizados como defloculantes de água para uso industrial, consumo público e para o tratamento de efluentes industriais ou sanitários. A produção de sulfato de alumínio férrico, com as matérias-primas: bauxita, ácido sulfúrico e água, pode ser na forma líquida ou granulada. Na forma líquida os insolúveis são da ordem de 0,1%. Na forma granulada há a incorporação de até 6% de insolúveis, que contribuem para o aumento de lodo das estações de tratamento de água (ETA). Em 1999 havia na CIEL um passivo de mais de uma década de resíduos da fabricação do sulfato de alumínio férrico, depositado em valas. A empresa resolveu implantar ações para reverter esta situação. A preocupação com a preservação do meio ambiente passou a ser prioritário. Qualificou a aquisição das matérias-primas isentas de contaminantes, com melhores rendimentos e implantou rotinas de controle de produção otimizadas, garantindo qualidade do produto final. Colocou filtros prensa para maior retirada de umidade do resíduo, com conseqüente redução do volume gerado. Desde 1999 ETAS e ETES (Estação de tratamento de esgotos) pertencentes ao Estado do Rio Grande do Sul estão se adequando ao uso de sulfato de alumínio líquido, eliminando a contribuição que o insolúvel, componente do sulfato de alumínio férrico granulado, deixa no lodo das estações. A reciclagem de resíduos para a fabricação de componentes para a construção civil tem sido uma alternativa viável, gerando uma série de benefícios como a redução do volume de matéria-prima extraída da natureza (argila) e a diminuição da emissão de resíduos ao meio ambiente. O uso de resíduo incorporado à massa cerâmica é um fator que pode influenciar a melhoria da qualidade do produto cerâmico. Economicamente, também é justificado o uso de um material considerado resíduo por um determinado processo. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 A utilização do resíduo da fabricação do sulfato de alumínio férrico líquido incorporado a uma argila foi testada neste trabalho. Nos corpos-de-prova extrudados da argila e da mistura com 10% de resíduo, em peso, foram realizados ensaios cerâmicos. Simultaneamente aos testes em laboratório, foi iniciado um processo na Fundação Estadual de Proteção Ambiental do Estado do Rio Grande do Sul - FEPAM, para obtenção da Licença de Operação da Olaria Gil, instalada no município de Alvorada-RS, para fabricação de blocos cerâmicos com incorporação de resíduo cedido pela CIEL. A emissão da Licença de Operação da FEPAM, em dezembro de 1999, permitiu que a Olaria Gil produzi-se os blocos em escala industrial. Também, foram testados os blocos da Olaria Gil fabricados com a mistura de 10% de resíduo incorporado, quanto as propriedades físicas, lixiviação e solubilidade dos produtos. MATERIAIS E MÉTODOS O resíduo estudado é proveniente do processo produtivo do sulfato de alumínio férrico líquido da CIEL, gerado pelo insolúvel contido na bauxita ferrosa. O resíduo, após separação do produto, é lavado e neutralizado com cal. A argila utilizada no estudo da mistura é de uma olaria, localizada próxima ao local de disposição do resíduo, instalada no município de Esteio-RS. Os blocos são procedentes da Olaria Gil do município de Alvorada, que fabrica blocos tipo gaúcho de 8 furos, com e sem resíduo incorporado. As análises químicas foram realizadas pelo Laboratório Green Lab - Análises Químicas e Toxicológicas, no resíduo visando classificá-lo conforme a NBR 10004, que exige ensaios de lixiviação (NBR 10005), solubilização (NBR 10006), inflamabilidade e reatividade segundo a NBR Foram analisadas as quantidades de alumínio, bário, cádmio, chumbo, cromo, prata e vanádio pela espectrofotometria de absorção atômica - forno de grafite; arsênio, mercúrio e selênio pela espectrofotometria de absorção atômica - geração de hidretos; cobre, ferro, manganês, sódio e zinco pela espectrofotometria de absorção atômica - chama; cloretos por nitrato de mercúrio; dureza pela complexometria; nitrato por salicilato; sulfato pelo turbidimétrico; sulfeto e surfactante por azul de metileno; cianeto pelo método piridina-pirazolona; fenol pelo método aminoantipirina e ph pelo método potenciométrico. As análises foram realizadas tanto no resíduo, como nos blocos de argila e com 10% de resíduo incorporado a argila. Também foi efetuada uma avaliação dos efluentes gasosos da queima da argila e da mistura com 10% de resíduo incorporado, para verificação de possível contaminação do ar devido a queima de blocos com o resíduo. Esta avaliação foi realizada através de um aparato utilizado no Laboratório de Cerâmicos da Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS. O ensaio consistiu na queima de cada amostra em forno, onde havia um conduto para introduzir o ar e outro conduto onde era coletado, sob vácuo, o ar da atmosfera de queima. Esse ar era lavado em um frasco de água deionizada. A coleta de ar ocorreu durante todo o processo de aquecimento, a taxa de C por hora, da temperatura ambiente à temperatura de C, com patamar de 4 horas. O tempo total de coleta, por amostra, foi de 15 horas. A água de lavagem foi analisada para uma avaliação dos efluentes. As análises químicas referentes as águas de lavagem dos gases foram executadas no Laboratório de Análises da Faculdade de Agronomia da UFRGS. Os ensaios, para verificação das propriedades dos corpos-de-prova da argila e com o resíduo incorporado, foram realizados no Laboratório de Reciclagem e Cerâmica da Fundação de Ciência e Tecnologia - CIENTEC. As amostras de argila e de resíduo foram secas ao ar e passadas na peneira de abertura nominal de 2mm. O resíduo foi misturado à argila na proporção de 10%, em peso. As amostras de argila e da mistura foram preparadas de acordo com procedimento CIENTEC C-17. Os corpos-de-prova de dimensões 20x10x100mm, secos a C e queimados nas temperaturas máximas de C, C, C e C em forno elétrico com atmosfera oxidante e com velocidade controlada de C/h, foram submetidos a ensaios para a determinação da umidade de conformação, contração linear de secagem e de queima, tensão de ruptura à flexão de secagem e de queima, absorção de água, porosidade aparente e massa específica aparente. Foi realizado na Olaria Gil, em um lote de produção de blocos com a mistura de 10% de resíduo incorporado à argila, uma amostragem para coleta de blocos e observação do comportamento da mistura, desde a dosagem ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 dos materiais, mistura em si, extrusão dos blocos, secagem e queima no forno. Foram amostrados blocos de argila para verificação das dimensões, resistência à compressão e absorção de água. Nos dois tipos de blocos amostrados foram realizados, no Laboratório de Materiais de Construção da CIENTEC, testes de resistência à compressão segundo a NBR 6461 e absorção de água segundo a NBR RESULTADOS As análises químicas do resíduo, dos blocos de argila e dos blocos com 10% de resíduo incorporado, estão apresentadas na Tabela 1. Verifica-se o predomínio do alumínio e do fenol na amostra de resíduo. Nota-se que muitos elementos também são encontrados, em baixos níveis, na própria argila. Tabela 1: Análise química do resíduo e produtos obtidos. Parâmetros Resíduo Bloco com 10% de resíduo Bloco de argila Alumínio () 52,4 - - Arsênio (mg/kg) 0,10 0,10 0,12 Chumbo (mg/kg) 0,12 0,06 0,08 Cromo (mg/kg) 0,10 0,09 0,12 Fenol (mg/kg) 6,04 n.d. n.d. Mercúrio (mg/kg) 0,08 n.d. n.d Selênio (mg/kg) 0,11 0,08 0,09 Vanádio (mg/kg) 1,10 0,47 0,66 Sulfeto () n.d. 6,30 4,96 ph 3,70 7,06 7,00 Nas Tabelas 2 e 3 estão expressos os resultados encontrados nos ensaios de lixiviação e solubilização realizados no resíduo e nos produtos da Olaria Gil. Tabela 2: Resultados do ensaio de lixiviação. Parâmetros LMP Resíduo Bloco com 10% de resíduo Bloco de argila Arsênio 5,0 0,006 0,003 0,004 Bário 100 0,28 0,21 0,34 Cádmio 0,5 0,006 n.d. n.d. Chumbo 5,0 0,02 0,004 0,006 Cromo 5,0 0,01 0,005 0,008 Fluoreto 150 1,03 n.d. n.d. Mercúrio 0,1 n.d n.d. n.d. Prata 5,0 0,001 n.d. n.d. Selênio 1,0 0,001 0,001 0,002 PH inicial - 3,70 7,06 7,00 Verifica-se pela valores expressos na Tabela 2, que no extrato lixiviado do resíduo não foi encontrado nenhum elemento acima do valor limite máximo permitido (LMP) pela NBR 10004, apresentando-se como não tóxico - TL. A amostra de resíduo é classificada como não inflamável e não reativa. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Em relação ao teste de solubilização, visto na Tabela 3, no extrato solubilizado do resíduo alguns elementos ficaram com valores acima do limite máximo permitido (LMP) pela NBR 10004, tais como: alumínio, dureza, fenol, manganês e sulfato no resíduo e o elemento alumínio no bloco de argila. Tabela 3: Resultados do ensaio de solubilização. Parâmetros LMP Resíduo Bloco com 10% de resíduo Bloco de argila Alumínio 0,2 62,5 0,44 1,10 Arsênio 0,05 0,03 0,001 0,001 Bário 1,0 0,17 0,14 0,18 Cádmio 0,005 0,005 n.d. n.d. Chumbo 0,05 0,04 0,001 0,002 Cianeto 0,1 0,1 n.d. n.d. Cloreto 250 n.d. 2,0 3,0 Cobre 1,0 0,01 0,01 0,01 Cromo 0,05 0,01 0,002 0,004 Dureza ,4 24,0 Fenol 0,001 0,17 n.d. n.d. Ferro 0,3 0,01 0,01 0,01 Fluoreto 1,5 1,24 n.d. 0,41 Manganês 0,1 5,5 0,01 0,02 Mercúrio 0,001 n.d. n.d. n.d. Nitrato 10,0 0,61 n.d. 0,37 Prata 0,05 0,001 n.d. n.d. Selênio 0,01 0,001 0,001 0,001 Sódio 200 2,12 1,23 6,39 Sulfato n.d. 72,0 Surfactante 0,2 0,2 n.d. n.d. Zinco 5,0 0,3 0,01 0,02 ph final - 4,50 7,36 7,48 Os ensaios de lixiviação e solubilização, realizados tanto no bloco de argila, como no bloco com 10% de resíduo incorporado, forneceram resultados satisfatórios, mostrando que os produtos produzidos não causam problemas ao meio ambiente. Pelos resultados alcançados classifica-se o resíduo da fabricação do sulfato de alumínio líquido como resíduo não inerte - classe II, segundo NBR A água de lavagem dos gases de queima das amostras de argila e da mistura de argila com 10% de resíduo incorporado foi avaliada. Na Tabela 4 então expressos os valores encontrados, sendo também fornecidos os valores de análise da água deionizada utilizada nos ensaios. Observa-se que em nenhum material analisado há quantidades significativas de algum elemento que possa causar danos ao meio ambiente. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 Tabela 4: Resultados da análise de água de lavagem dos gases. Concentração Água Argila Argila com 10% de resíduo Cloretos 0, Sulfato 0, Nitratos <0,1 <0,1 <0,1 Alumínio <0,2 <0,2 <0,2 Bário <1 <1 <1 Chumbo <0,05 <0,05. <0,05 Cobre <0,02 <0,02 <0,02 Cromo hexavalente <0,001 0,003 0,006 Cromo total <0,02 <0,02 <0,02 Cádmio <0,01 <0,01 <0,01 Ferro total <0,03 <0,03 <0,03 Manganês <0,02 <0,02 <0,02 Sódio <0,02 <0,02 <0,02 Zinco <0,01 <0,01 <0,01 Na Tabela 5 estão apresentados os valores obtidos da umidade de extrusão, contração linear de secagem e tensão de ruptura à flexão a 110ºC para as amostras estudadas, realizados nos corpos-de-prova extrudados. Tabela 5: Ensaios cerâmicos realizados na argila e na mistura. Amostra Umidade de extrusão Contração linear de secagem Tensão de ruptura à flexão (MPa) Argila 23,7 7,7 7,94 Mistura 24,8 7,3 8,38 Segundo SANTOS, P.S., as argilas para tijolos, blocos e telhas cerâmicas devem apresentar resistência mecânica superior ou igual a 1,5MPa, 2,5MPa e 3MPa, respectivamente, quando secas a 110ºC. Conforme a Tabela 5 os valores da tensão de ruptura à flexão da argila e da mistura apresentam valores superiores aos citados, podendo ser utilizados para fabricação, tijolos, blocos e telhas cerâmicas. Na Tabela 6 consta os resultados encontrados nos corpos-de-prova queimados nas temperaturas de 800ºC, 900ºC, 1000ºC e 1100ºC. Verifica-se que a contração linear de queima tem um aumento significativo conforme o crescimento das temperaturas de queima, ficando, no máximo, a contração linear de secagem e de queima (total) a 12,6%, valor dentro dos limites aceitáveis para produtos de cerâmica vermelha (blocos, tijolos e telhas). Quanto aos valores da tensão de ruptura à flexão da mistura estudada nota-se que decrescem com a adição do teor de resíduo e crescem, para uma mesma mistura, com o aumento da temperatura. Os valores da tensão de ruptura à flexão após queima devem alcançar o valor mínimo de 2,0MPa para tijolos, 5,5MPa para blocos e 6,5MPa para telhas. Verifica-se que as amostras de argila e da mistura extrudada podem ser utilizadas na fabricação de blocos e tijolos, para qualquer temperatura de queima e para telhas a partir de 900ºC. No que se refere a absorção de água e a porosidade aparente, os valores encontrados nos corpos-de-prova da mistura mostram-se superiores aos da argila sendo, para uma dada temperatura, crescentes com o teor de resíduo incorporado e decrescentes, para uma mesma dosagem com o aumento da temperatura de queima. Quanto a absorção de água, conforme especificações das normas brasileiras - ABNT, produtos comerciais como blocos e tijolos tem limites aceitáveis entre 8 a 25% e para telhas o limite máximo é de 18%. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 Tabela 6: Características cerâmicas após queima. Ensaios Temperatura Argila Mistura Contração Linear Tensão de Ruptura à Flexão (MPa) Absorção de Água Porosidade Aparente Massa Específica Aparente (g/cm 3 ) 800ºC 0,0 0,0 900ºC 0,4 0,3 1000ºC 1,1 1,5 1100ºC 4,9 5,2 800ºC 5,68 6,01 900ºC 13,75 11, ºC 16,35 12, ºC 22,18 18,61 800ºC 13,5 15,4 900ºC 13,0 15,1 1000ºC 11,3 13,2 1100ºC 4,6 6,5 800ºC 26,0 29,0 900ºC 25,4 28,6 1000ºC 22,7 25,8 1100ºC 10,4 14,3 800ºC 1,93 1,88 900ºC 1,95 1, ºC 2,00 1, ºC 2,26 2,19 O teste industrial com misturas de resíduo incorporado à argila foi realizado na Olaria Gil, após testes no laboratório. Não foi notado nenhuma mudança de comportamento em todo o processo de fabricação. Foram coletadas amostras representativas de blocos da mistura com 10% de resíduo e dos blocos de argila da produção normal da olaria. Nos resultados da resistência à compressão simples e de absorção de água, mostradas na Tabela 7, para os blocos verifica-se que atendem a especificação mínima de resistência de 1MPa e que os valores da absorção de água encontram-se dentro da faixa admissível, conforme especificação da ABNT para blocos (NBR 7171). Tabela 7: Resultados de resistência à compressão e absorção de água. Determinação Argila Mistura Comprimento (cm) 21,3 21,0 Largura (cm) 14,6 14,0 Altura (cm) 10,2 9,98 Absorção de água 14,5 13,1 Resistência (MPa) 1,69 1,84 CONCLUSÕES Com os resultados encontrados podemos afirmar que o uso de resíduos sólidos em misturas com argila pode oferecer solução para o aproveitamento do resíduo da fabricação de sulfato de alumínio férrico líquido da CIEL, onde grandes quantidades podem ser utilizadas. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 Verificou-se que a adição de 10% de resíduo incorporado para fabricação dos blocos cerâmicos não causará nenhum problema de impacto ambiental e nem de saúde a seus usuários. Ficou demonstrado que a amostra com 10% de resíduo, em peso, incorporado, tem todas as possibilidades de ser utilizada na produção de blocos e tijolos cerâmicos, uma vez que atende as especificações das normas técnicas brasileiras. Essa adição de resíduo à massa cerâmica contribui para o decréscimo do custo de produção da olaria, por diminuir o consumo de argila e não onerar as operações de mistura e de extrusão. Também deve-se levar em conta que está diminuição do consumo de argila, diminuirá o custo de recuperação do terreno e prolongará a vida útil da jazida onde é extraída a matéria-prima. A Olaria Gil é a primeira empresa que tem licença de operação liberada para a fabricação de blocos com resíduo incorporado no Estado do Rio Grande do Sul. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Resíduos sólidos; Classificação; NBR Rio de Janeiro p. 2. Lixiviação de resíduos; Procedimento; NBR Rio de Janeiro, p. 3. Solubilização de resíduos; Procedimento; NBR Rio de Janeiro p. 4. CIENTEC. Argilas: Preparação de corpos-de-prova por extrusão à vácuo. M. CIENTEC C p. 5.. Argilas - Determinação da umidade de conformação. M. CIENTEC C-020, p. 6.. Argilas - Determinação da contração linear de secagem. M. CIENTEC C-021, p. 7. Materiais Cerâmicos - Determinação da contração linear de queima. M.CIENTEC C-026, p. 8. Argilas - Determinação da tensão de ruptura à flexão de secagem. M. CIENTEC C-025, p. 9. Materiais Cerâmicos - Determinação da tensão de ruptura à flexão após queima. M. CIENTEC C- 027, p. 10. Materiais Cerâmicos - Determinação da absorção da água após queima. M. CIENTEC C-022, p. 11. Materiais Cerâmicos - Determinação da porosidade aparente após queima. M. CIENTEC C-023, p. 12. Materiais Cerâmicos - Determinação da massa específica aparente após queima. M.CIENTEC C- 024, p. 13. SANTOS, P.S. Ciência e Tecnologia de Argilas. 2 0 ed., São Paulo, Edgard Blucher Ltda, v. il. 14. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Bloco cerâmico para alvenaria - Verificação da resistência à compressão; Método de ensaio; NBR Rio de Janeiro p. 15. Telha cerâmica - Determinação da massa e da absorção de água; Método de ensaio; NBR Rio de Janeiro p. 16. Bloco cerâmico para alvenaria; Especificação - NBR 7171; Rio de Janeiro p. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7