II CARACTERIZAÇÃO DE MATÉRIAS-PRIMAS PARA REUSO DE LODO DE ETE EM PRODUTOS CERÂMICOS

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1 II CARACTERIZAÇÃO DE MATÉRIAS-PRIMAS PARA REUSO DE LODO DE ETE EM PRODUTOS CERÂMICOS Franciolli da Silva Dantas de Araújo Tecnólogo em Materiais José Yvan Pereira Leite (1) Professor MSc Laboratório de Processamento Mineral e Resíduos CEFET-RN André Luis Calado de Araújo Professor PhD Gerência de Recursos Naturais CEFET-RN Maria del Pillar Durante Ingunza Professora Doutor Laboratório de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental UFRN Endereço (1) : Laboratório de Processamento Mineral e de Resíduos CEFET-RN. Av. Senador Salgado Filho, 1559 Tirol Natal / RN CEP Brasil. Tel: +55 (84) Fax: +55 (84) leite@cefetrn.br RESUMO Este trabalho apresenta resultados de caracterização tecnológica de materiais primas, tendo em vista sua aplicação a incorporação de lodo de Estação de Tratamento de Esgotos (ETE) na produção de produtos cerâmicos. Amostras representativas de resíduos de ETE e de argila foram coletadas sistematicamente na ETE do Campus da UFRN (Natal-RN) e de deposito mineral em São Gonçalo do Amarante (RN). Estas foram caracterizadas como matéria prima para uso na indústria cerâmica. Os resultados obtidos mostram que é possível introduzir lodo para nas materiais primas e que a quantidade depende das seguintes características do depósito mineral: distribuição granulométrica, composição química, composição mineralógica, limite líquido, limite plástico, umidade, retração linear de secagem, entre outras. Estes resultados de caracterização de materiais primas são compatíveis com as misturas usadas em plantas de produção cerâmica estrutural e o seu comportamento na sinterização deve validar estes resultados. PALAVRAS-CHAVE: Caracterização, Lodo de ETE, Produtos Cerâmicos, Reuso. INTRODUÇÃO Os problemas relacionados com a geração de resíduos sólidos e suas implicações na saúde, meio ambiente e qualidade de vida têm se agravado nas últimas décadas, particularmente pela falta de políticas institucionais para o setor. No tocante as normas relacionadas aos resíduos sólidos não se tem uma política definida em lei apesar da existência de projetos tramitando no Congresso Nacional há alguns anos. Com isso, fica evidente a lacuna na legislação que estabelece a Política Nacional contendo diretrizes gerais, bem como o disciplinamento sobre essa questão. Entretanto os instrumentos legais existentes encontram-se principalmente nas Normas da ABNT, de forma pontual e assistemática. O crescimento populacional e o desenvolvimento das cidades têm contribuído para o aumento da produção per capita de resíduos gerados pelo homem, que geralmente agravam o quadro ambiental, uma vez que a falta de novas tecnologias, de políticas gerenciais e de educação ambiental levam a disposição inadequada dos resíduos. A reutilização surge como uma ferramenta indispensável para viabilizar a disposição destes resíduos, transformando-os em matéria prima. Os resíduos gerados em estações de tratamento de esgotos (ETEs) são considerados subprodutos de destinação final problemática e de âmbito mundial, tanto por razões técnicas quanto econômicas. A utilização de resíduos sólidos do saneamento básico como matéria-prima alternativa representa uma solução ambiental e economicamente adequada para a disposição final destes resíduos, contribuindo ainda para a sustentabilidade dos sistemas de água e esgoto. A disposição desses resíduos é uma operação complexa que ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 geralmente ultrapassa os limites das estações e exigem a interface com outras áreas de conhecimento. Sua gestão, normalmente representa de 20 a 60% dos custos operacionais de uma ETE/ETA. No Brasil, grande parte destes resíduos é lançada indiscriminadamente em rios, mas com a evolução da legislação ambiental, as operadoras vêm sendo obrigadas a destinar adequadamente estes resíduos. As possibilidades de existentes de destinação mais apropriada para os lodos de ETEs devem ser consideradas cautelosamente. Existe uma série de variáveis que devem ser analisados em conjunto pela comunidade a fim de selecionar o método de processamento mais apropriado para a reutilização do lodo em uma determinada região. Esses fatores precisam ser definidos e priorizados para que a comunidade possa alcançar a melhor solução para o programa de reciclagem do lodo (Outwater, 1994). A utilização de lodos de estações de tratamento de esgotos como matéria-prima na indústria cerâmica é uma prática que vem sendo adotada em vários países (Alemanha, Espanha, Japão entre outros) e apresenta uma série de vantagens em relação a outros tipos de uso, pois as operações inerentes à indústria cerâmica (fornos operando em altas temperaturas) fazem com que os riscos sanitários sejam reduzidos ao máximo. Como principais vantagens do uso de lodos como matéria-prima da indústria cerâmica cabe destacar: destinação ambientalmente segura para os resíduos potencialmente perigosos (lodos); aumento da vida útil das jazidas de argila; redução dos custos de recomposição de áreas com vegetação nativa; menor gasto de energia, transporte e fabricação e menor utilização dos recursos naturais, assim, o uso de lodo na indústria cerâmica pode ser uma solução economicamente viável para aqueles lodos que não apresentam tratamento sanitário adequado para outros tipos de aplicação; minimização da emissão de fluoretos e redução da poluição aquática causada pelo lançamento dos lodos nos corpos de água. O presente trabalho caracterizou uma amostra de argila utilizada na produção de cerâmica vermelha na Indústria Cerâmica Samburá, colhida na jazida no município de São Gonçalo do Amarante e lodo de ETE proveniente da Estação de Tratamento de Esgotos da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) visando a proposição de uma mistura argila e lodo para produção de cerâmica vermelha. METODOLOGIA O trabalho foi dividido nas seguintes etapas: 1. Caracterização da amostra da argila proveniente da Cerâmica Samburá no município de São Gonçalo do Amarante / RN; 2. Caracterização da amostra de lodo proveniente da ETE da UFRN; A figura 1 apresenta o fluxograma das etapas utilizadas no trabalho (Leite e Amaral, 2001). ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Amostra Homogeneização / Quarteamento Composição Química Alíquotas para ensaios Composição Mineralógica Limite de Liquidez Distribuição Granulométrica Diagrama de Casagrande (Produtos cerâmicos) Limite de Plasticidade Análise Térmica Diagrama Ternário Granulometria (Produtos Cerâmicos) Figura 1. Fluxograma do processo para caracterização das matérias-primas. As amostras coletadas foram homogeneizadas e quarteadas; em seguida foram geradas alíquotas para análises químicas determinadas por fluorescência de raios X, composição mineralógica por difração de raios X, análise térmica e distribuição granulométrica por sedimentação usando o método de Stokes. Os resultados foram interpretados do ponto de vista da aplicação em cerâmica estrutural. Os resultados granulométricos foram plotados em diagrama ternário que apresentam as faixas de aplicação de peças para a cerâmica vermelha (Bruguera, 1984) e a densidade real foi mensurada pelo método do picnômetro. RESULTADOS Os resultados da análise química das matérias-primas estão presentes na tabela I. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Tabela I. Resultados da análise química usando FRX Procedência Argila Lodo Composição (%) (%) SiO 2 46,78 42,68 TiO 2 1,60 1,34 Al 2 O 3 28,47 17,82 Fe 2 O 3 11,37 8,46 MnO 0,13 0,12 MgO 3,25 2,95 Cão 2,45 9,56 Na 2 O 0 2,53 K 2 O 5,16 2,53 P 2 O 5 0,13 5,80 SO 3 0,21 2,77 BaO - 1,75 ZnO - 0,90 CuO - 0,18 Zr 2 O - 0,18 A determinação das composições química e mineralógica do lodo foi realizada após ignição a temperatura entre C, que objetivou extrair a matéria orgânica. A figura 2 apresenta a composição mineralógica do lodo e da argila usando a difração de raios X. Lodo Argila Figura 2. Composição mineralógica do lodo e da argila. Os minerais de quartzo e feldspato identificados na análise estão associados aos materiais arrastados pelo sistema de tratamento de esgoto, que estão presentes nas construções locais ou que são característicos da região das dunas na qual a ETE da UFRN está localizada. Em relação às espécies mineralógicas das argilas, na argila plástica é encontrada uma maior distribuição de espécies mineralógicas de minerais argilosos em relação à argila semi-plástica, o que caracteriza a sua maior plasticidade. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 O resultado da análise térmica para o lodo é confirmado com o valor encontrado utilizando a metodologia de perda de massa por ignição ( o C), que foi de 32,78%. Esta determinação é importante para a composição da mistura, tendo em vista que a proporção de lodo usada terá uma redução de massa da ordem de 32% da sua proporção, contribuindo para a redução da densidade da peça e conseqüentemente da sua massa. As análises térmicas das argilas apresentam perda ao fogo da ordem de 7% e estão normalmente associadas à água estrutural e matéria orgânica disposta nas jazidas. Lodo Argila Plástica Figura 3. Análise térmica das matérias primas A distribuição mineralógica foi determinada e o resultado está apresentado em diagrama ternário que relaciona com a sua aplicação em cerâmica vermelha. Figura 4. Diagrama ternário com a distribuição granulométrica do lodo e das argilas e indicação de aplicação em cerâmica vermelha. Observando o diagrama acima, nota-se que é possível propor uma mistura entre estes materiais do ponto de vista granulométrico e das outras propriedades mineralógicas e químicas. Para verificar uma distribuição percentual entre a argila plástica, a semi-plástica e o lodo é importante conhecer as suas características de limite líquido, a plasticidade e o índice de plasticidade, que estão mostrada no diagrama de Casagrande e verificada a região de melhor aplicação da mistura. A figura 5 apresenta o diagrama de Casagrande para os materiais em questão. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 DIAGRAMA DE CASAGRANDE IP 25 Argila Lodo Figura 5. Diagrama de Casagrande com o posicionamento do lodo e da argila. Os valores das densidades reais obtido pelo método do picnômetro é apresentado na tabela II. Tabela II Densidade do lodo e da argila. Densidade do Lodo Densidade da Argila 1,451 kg/m 3 2,824 kg/m 3 Os resultados de caracterização de materiais primas (argila e lodo) obtidos neste trabalho mostram que são compatíveis com as misturas usadas nas unidades de produção de cerâmica estrutural e que é possível incorporar até 25% de lodo na matéria prima da jazida. É importante ressaltar que os depósitos minerais apresentam características individuais, sendo assim o trabalho de caracterização para a determinação do percentual de lodo na composição da mistura deve ser realizado de forma individualizada, pois as características deste não são uniformes. O mesmo procedimento deve ser feito para os resíduos de ETE. LL CONCLUSÕES Os resultados dos ensaios de caracterização de argila e lodo validam a utilização dos resíduos de lodo doméstico na mistura de matérias-primas para a confecção de produtos cerâmicos. Os resultados mostram que para os resíduos de lodo de ETE e da argila do deposito mineral da jazida lavrado pela Cerâmica Samburá (São Gonçalo do Amarante RN) é possível introduzir 25% de lodo na argila plástica do ponto de vista da caracterização da matéria prima. Os resultados de caracterização são de fundamental importância para a determinação da quantidade da mistura entre materiais primas, tendo em vista a variabilidade da composição dos depósitos minerais. Os resultados mostram que o lodo deve ser interpretado como uma matéria prima que pode ser incorporada ao processo produtivo, no entanto trabalhos em andamento de sinterização e de lixiviação das peças indicam que esta é uma rota alternativa para o reuso de lodo. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Sobrinho, P. A., Marques, M. O., Prosab Edital N Disponível em: 3. Acessado em Bruguera, J., Manual Práctico de Cerâmica.Ediciones Omega, Barcelona, pp Carvalho, O. O. e Leite, J. Y. P., Análise do Processo Produtivo da Cerâmica do Gato. In: 42 Congresso Brasileiro de Cerâmica. Florianópolis, Cdrom. 6. Leite, J. Y. P., Atividades de Mineração na Cerâmica Estrutural. Anais do XX Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa, Recife - PE, Brasil, Outwater, A. B. Reuse of sludge and minor wastewater residuals. Boca Ratton, Flórida: Lewis Publishers, AGRADECIMENTOS Esta publicação é um dos produtos da Rede de Pesquisas sobre o tema "Alternativas de Uso de Lodos de Estações de Tratamento de Água e Estações de Tratamento de Esgoto", do Edital 4 do Programa de Pesquisas em Saneamento Básico -PROSAB. O Edital 4 foi financiado pela FINEP - Financiadora de Estudos e Projetos e CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, com recursos do Fundo de Recursos Hídricos e pela Caixa Econômica Federal. Agradecemos pelo financiamento e apoio na realização das pesquisas. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7