UTILIZAÇÃO DO LODO RESIDUAL DO TRATAMENTO DE ÁGUA PARA A INDÚSTRIA DA CERÂMICA VERMELHA. C. G. Mothé, A. Câmara Jr. & H. F.

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1 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 1 UTILIZAÇÃO DO LODO RESIDUAL DO TRATAMENTO DE ÁGUA PARA A INDÚSTRIA DA CERÂMICA VERMELHA C. G. Mothé, A. Câmara Jr. & H. F. Mothé Filho 1- Departamento de Processos Orgânicos/EQ UFRJ, Ilha do Fundão, Cidade Universitária, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, CEP , cheila@eq.ufrj.br. 2- Departamento de Geociências/IA UFRuralRJ, Seropédica, RJ, Brasil, CEP , hmothe@openlink.com.br. RESUMO A qualidade da água consumida por uma indústria é proporcional as suas exigências operacionais. Por vezes é necessário que ela capte e trate a água que necessita, para garantir a qualidade e quantidade necessária. Neste tratamento é produzido um lodo, que ocorre quando há a decantação dos materiais suspensos na água. Neste trabalho buscou-se caracterizar esse efluente sólido gerado, estudar o seu comportamento térmico com a finalidade de utilizá-lo como matéria prima para a indústria cerâmica. A utilização deste lodo em um processo industrial será vantajosa tanto para a indústria que o gera, pois não teria problemas com o descarte adequado do mesmo, quanto para a indústria cerâmica que o utilizará, pois reduzirá a quantidade de matéria prima convencional. Os resultados indicaram que o rejeito não pode ser usado como matéria prima convencional e sim como integrante da massa cerâmica, segundo as normas da ABNT. Palavras-chave: Tratamento de água, rejeito, cerâmica vermelha. INTRODUÇÃO Utilizados há milênios pelo homem os materiais cerâmicos se destacam pela sua durabilidade e relativa abundância da matéria-prima utilizada (argila) no seu processamento e conseqüentemente custos reduzidos. Outra característica é a quantidade de peças que podem ser produzidas, o pólo cerâmico de Campos dos Goytacazes produz cerca de peças por mês (1). A cerâmica compreende todos os materiais inorgânicos, não-metálicos, obtidos geralmente após tratamento térmico em temperaturas elevadas. O Brasil possui um importante parque fabril no setor cerâmico, tendo produtos de alta qualidade e preços competitivos a nível mundial, porém os bens minerais não são renováveis, assim a substituição de materiais convencionais por rejeitos é uma prática que deve ser investigada. Nesta pesquisa buscou-se caracterizar o efluente sólido de uma indústria da área metropolitana do Rio de Janeiro, que é gerado quando esta indústria trata à água que capta de um rio próximo as suas instalações. Durante o processo de tratamento da água ocorre uma fase em que há a sedimentação dos materiais que

2 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 2 ela contém, resultando dessa decantação um lodo, que não pode ser devolvido ao rio, sendo a empresa obrigada a acondicioná-lo de forma adequada e segura em aterros ou cavas. Quando seco, o lodo pode ser caracterizado como um resíduo sólido, que atualmente é descartado por não possuir utilidade, e industrial (2). O uso da água do rio pela empresa é prática correta e inteligente, pois ela controla a qualidade e quantidade da água que precisa. Por outro lado os efluentes gerados são fatores negativos e que precisam ser equacionados, com o risco de se tornarem agentes poluidores do meio ambiente. Assim o aproveitamento desse subproduto será bom para a empresa, que resolve um problema, este produto passa a agregar valor, pois se transforma em matéria prima para a indústria cerâmica que passa a economizar um bem natural e usar um material alternativo que é muito mais barato que o convencional. A mistura de uma argila plástica com um outro componente menos plástico, que pode ou não ser uma outra argila (3). A utilização de rejeitos para produção de material de construção (4),é uma possibilidade que tem sido proposta, bem como o uso de outros materiais como cinzas resultantes da combustão do carvão (5), resíduos do processo hidrometalúrgico da obtenção do zinco (6), uso do resíduo de curtume (7), rejeito fino gerado pela separação do minério de ferro (8), rejeitos da indústria têxtil para preparação de argamassa (9) e torta da filtração de gordura vegetal (10). MATERIAIS E MÉTODOS Material O rejeito foi coletado em uma grande indústria da área metropolitana do Rio de Janeiro, a qual faz seu próprio tratamento da água que capta em rio próximo. A amostra de lodo coletada permaneceu em repouso a fim de decantar a parte sólida, a qual foi utilizada na pesquisa. A fase decantada foi seca em estufa a 60 C por 48h. O lodo seco obtido foi então destorroado, homogeneizado, quarteado e a fração passante em 0,062mm utilizada para os corpos de prova e para o ensaio de análise térmica. Métodos Corpos de Prova As peças foram confeccionadas em molde de aço temperado, sob uma pressão de 200 Kgf/cm 2 e com as dimensões de 6cm x 2cm x 0,5cm (11). Os corpos de prova, em triplicata, foram sinterizados a 900 C, em um patamar de 2 horas, em um forno elétrico resistivo programável. O ciclo total de queima durava 5 horas e 10 minutos e o resfriamento, dos corpos de prova, ocorria naturalmente, e em seguida eram realizados os ensaios. Difração de Raios X A análise de raios X foi realizada em um Difratômetro Rigaku-Thermoflex, modelo 2013, que objetivou a identificação dos principais constituintes minerais do rejeito, incluindo os minerais de argila. As lâminas preparadas para a identificação das argilas foram feitas segundo o método do esfregaço (12). Quando necessário às

3 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 3 amostras serão colocadas em glicol etilênico e aquecidas (13). Os demais minerais foram preparados em lâmina pelo método do gotejamento. Espectrometria de Fluorescência de raios X As análises de fluorescência de raios X foram realizadas em aparelho da marca Phillips, modelo 1480, e conformadas em molde cilíndrico, com três centímetros de diâmetros e sob uma carga de cinco toneladas, com uma quantidade de amostra de 3g e igual quantidade de ácido bórico, como aglutinante. Contração Linear A Variação das dimensões lineares (altura e/ou largura) dos corpos de prova antes e após a queima é calculada através da fórmula: R (%) = Q L Q L L 0 0 RQ - variação das dimensões lineares (%) após a queima; Lq - comprimento (em cm) do corpo de prova após a queima; L0 - comprimento inicial do corpo de prova. Absorção de água (NBR 8947) Esse ensaio verifica o percentual de água absorvido pelo bloco cerâmico, obtido a partir da diferença entre a massa seca e a massa úmida da amostra. Pu Ps AA(%) = *100 P s AA - absorção de água (em %); Pu - peso do corpo de prova úmido (em g); Ps - peso do corpo de prova seco (em g). Porosidade Aparente Este ensaio é um bom indicador da qualidade final do produto cerâmico. Mede o grau de vitrificação obtido na temperatura em que este foi queimado. Pu Ps PA(%) = *100 Pu Pi PA - porosidade aparente (em %); Pu - peso do corpo de prova úmido (em g); Ps - peso do corpo de prova seco (em g); Pi - peso do corpo de prova imerso em água (em g). Densidade Aparente

4 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 4 Também pode ser chamado de Massa Específica Aparente da parte sólida. É calculado pela fórmula: PS MEA S (g / cm 3 ) = P P S i Ps - peso do corpo de prova seco (em g); Pi - peso do corpo de prova imerso em água (em g). Perda ao Fogo Este ensaio verifica a perda de massa com o processo de queima e é calculado pela fórmula: PF(%) = (Mi Mf / Mi ) x 100 PF perda ao fogo (%). Mi massa original (em g). Mf massa final (em g). Análise Térmica A Análise Térmica foi realizada em um aparelho TA Instruments, modelo SDT 2960 simultâneo, em atmosfera de nitrogênio, fluxo de 120 ml/min., da temperatura ambiente até 1000ºC, em uma razão de aquecimento de 10ºC/min. Foram obtidas curvas de Análise Térmica Gravimétrica (TG), Análise Térmica Gravimétrica Derivada (DTG) e Análise Térmica Diferencial (DTA). RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados de perda ao fogo, contração linear, contração volumétrica, absorção de água, porosidade aparente e densidade aparente indicam que este rejeito não pode ser usado para obtenção de material cerâmico, visto que apresenta altos valores para absorção de água, porosidade aparente, tabela 1 e 2. Tabela 1: Variação da massa, comprimento e volume em função do aquecimento. Amostra Perda de Massa % Retração Linear % Contração Volumétrica % A1 25,6 7,34 26,2 A2 29,9 8,0 29,9 A3 28,7 8,3 26,2 Tabela 2: Valores de absorção de água, densidade aparente e porosidade aparente. Amostra Absorção de Água % Densidade Aparente g/cm 3 Porosidade Aparente % A1 59,4 1,07 63,3 A2 60,1 1,06 63,8 A3 59,1 1,06 63,5

5 Anais do 48º Congresso Brasileiro de Cerâmica th Proceedings of the 48 Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 5 As curvas de análise térmica, Figura 3, indicam que o rejeito apresenta uma composição variada e mostram que ocorrem vários eventos. A curva TG indica quatro eventos de perda de massa, o primeiro, com uma perda de massa de 5%, a aproximadamente 100ºC, perda de água de umidade, uma segunda perda de massa em torno de 260ºC, associado à decomposição de gibsita, 2%, a terceira a 500ºC, provável decomposição da argila, em torno de 15%, saída da hidroxila, a quarta a 920ºC, de 5%. A perda total de massa é da ordem de 27%, o que não é compatível para um material rico em caulinita. A curva termogravimétrica derivada evidencia os mesmos eventos. A curva DTA três eventos endotérmicos e um exotérmico. O primeiro a 100ºC, relacionado à água de umidade, o segundo, 270ºC, desidroxilação da gibsita e o terceiro a 490ºC, desidroxilação da caulinita. A 920ºC ocorre evento, exotérmico, de recristalização. Figura 3: Curvas TG/DTG/GTA do rejeito. CONCLUSÕES Os resultados de absorção de água e porosidade aparente indicam que o resíduo puro (100%), não será possível a fabricação de tijolos, porque ao compararmos os resultados experimentais obtidos com as especificações das normas, verificam-se grandes diferenças no comportamento linear e de absorção de água. Entretanto há a possibilidade de ser fazer uma mistura do resíduo (lodo seco) com a argila, variando-se a proporção do resíduo na mistura, até teores de rejeito que não prejudique a qualidade do produto. AGRADECIMENTO

6 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 6 Ao CNPq pelo apoio financeiro. REFERÊNCIAS 1. SENAI, SD 011-S - Estudo do Setor de Cerâmica Vermelha Região Sudeste, A. Philippi Junior, Resid 99: Seminário sobre resíduos sólidos, ABGE, São Paulo/SP., 1999, p Anuário Brasileiro de Cerâmica, Publicação da ABC, 2002, 104 p. 4. V. M. John & S. E. Zordan, Waste Management, 21 (2001): J. Parras, C. Sanches-Jiménez, M. Rodas & F. J. Luque, Applied Clay Science, 11 (1996) M. Pelino, Waste Management, 20 (2000): T. M. Basegio, F. A. Berutti & C. P. Bergmann, 14º CBECIMAT, São Pedro, SP. 2000, p S. K. Das, S. Kumar & P. Ramachandrarao, Waste Management, 198 (2000) R. L. Pereira, A. E. Schmidt & N. H. Camargo, 14º CBECIMAT, São Pedro, SP. 2000, p M. I. B. M. Grego, M. M. T. Moreno, A. Amarante Jr, A. C. Fernandes & J. V. Vallarelli, Congr. Brás. Geol., Belo Horizonte, MG. 1998, p P. S. Santos, Ciência e Tecnologia de Argilas, Editora Edgard Blücher Ltda., 2ª Edição.,S. Paulo, Brasil (1978), Vol. 1, p A. A. Thiesen, M. E. Harward, Soil Science Society of America Proceedings, 26 (1962) pp M. L. Jackson, Soil Chemical Analysis Advanced Course, USA, 2 nd Edition (196910, p USING RESIDUAL SLURRY FROM WATER TREATMENT TO POTTERY INDUSTRY Key word: Residue, water treatment, pottery. ABSTRCT

7 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 7 Water s quality to industry is very important, and proportional to its process. Sometimes it is necessary the industry keeps a great amount of water, to guarantee a better water quality and quantity. After water treatment slurry is formed, this appears when materials are decanted. This research intends to identify solid effluent and studying its thermal behavior, and it is possible to use like ceramic material. Using this reject is promise to ceramic industry, because it costs cheap, however the results showed that reject could not be used in ceramic process alone, but it can be used in blends.