EXPOSIÇÃO AO RADÔNIO DECORRENTE DO USO DO FOSFOGESSO NA CONSTRUÇÃO CIVIL

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1 2005 International Nuclear Atlantic Conference - INAC 2005 Santos, SP, Brazil, August 28 to September 2, 2005 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENERGIA NUCLEAR - ABEN ISBN: EXPOSIÇÃO AO RADÔNIO DECORRENTE DO USO DO FOSFOGESSO NA CONSTRUÇÃO CIVIL Vanusa Maria F. Jacomino 1, Abdias M. Gomes 2, Walter de Brito 1 e Zildete Rocha 1 1 Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear Comissão Nacional de Energia Nuclear Rua Professor Mário Werneck s/n UFMG -Pampulha Caixa Postal CEP Belo Horizonte - Minas Gerais vmfj@cdtn.br 2 Departamento de Engenharia de Materiais e Construção Universidade Federal de Minas Gerais Rua Espírito Santo, Centro Belo Horizonte, MG Abdias@demc.ufmg.br RESUMO Diferentes estudos têm demonstrado a possibilidade do uso potencial do fosfogesso como fonte de cálcio e enxofre em diversas culturas agrícolas, e condicionador de solos que contém níveis elevados de sódio, na construção de estradas e como substituto do gesso natural na produção de blocos de cimento, forros para teto, etc. Entretanto, em virtude da presença de radionuclídeos naturais neste material, a sua utilização deve ser feita a partir de estudos que levem em conta fatores tais como o incremento de dose nos indivíduos do público, custo de materiais alternativos, melhoria das condições de vida da população e do meio ambiente, entre outros. O principal objetivo do presente trabalho é fornecer subsídios para a regulamentação relativa ao manuseio e utilização do fosfogesso como substituto do gesso natural na indústria da construção civil em países tropicais. Para tanto, numa fase inicial, foram feitas várias análises visando a sua caracterização mineralógica, a determinação dos seus teores de radioatividade, a avaliação de qual seria a mistura ideal de fosfogesso, areia, cimento, água, etc para a construção de blocos com resistência suficiente que permitam a sua utilização na indústria da construção civil. Além disso, foram realizadas análises para determinação da taxa de exalação de radônio dos materiais selecionados. Os resultados obtidos até o momento indicam que a sua utilização não resultaria em doses de radiação nos indivíduos do público acima dos limites estabelecidos na legislação. 1. INTRODUÇÃO Dentre os produtos originados de matérias primas naturais, sobre as quais houve uma intervenção humana, temos o fosfogesso (CaSO 4.2H 2 O), o qual origina-se como um subproduto no processo de fabricação ácido fosfórico e fertilizantes fosfatados por via úmida. No Brasil, até o presente momento, este material é considerado como rejeito, sendo armazenado no próprio local de produção.

2 A principal matéria prima da indústria nacional de ácido fosfórico são os minérios apatíticos provenientes de rochas fosfatadas de origem sedimentar, ígnea ou metamórfica, as quais freqüentemente contêm quantidades significativas de urânio, tório e demais elementos radioativos de suas respectivas cadeias de decaimento. O teor de radionuclídeos em cada rocha é bastante variável, dependendo basicamente das características geológicas do local de sua extração. Nas rochas fosfatadas, os vários membros das séries naturais do 238 U e 232 Th encontram-se em equilíbrio radioativo. Após a digestão da rocha, em plantas que utilizam o processo por via úmida para a produção de fertilizantes, o equilíbrio é quebrado, havendo uma redistribuição dos radionuclídeos. Aproximadamente 86% do 238 U e 70% do 232 Th vão para o fertilizante, enquanto que 80% do 226 Ra, que tem comportamento semelhante ao do cálcio, vai para o fosfogesso. Estudos de caracterização de parte do fosfogesso estocado nas indústrias de fertilizantes em geral, mostraram concentrações nas faixas de 22 a 729 nbq.kg -1 de 226 Ra, 11 a 152 Bq.kg -1 de 232 Th e menores que 52 Bq.kg -1 de 40 K [1]. A pesquisa visando o desenvolvimento de possíveis usos do fosfogesso é, portanto, extremamente importante tanto do ponto de vista econômico como social, pois este é um produto abundante e de baixo custo. Além disso, a sua utilização poderia contribuir para a redução da deterioração ambiental de grandes áreas onde este produto é armazenado, acarretando também na preservação das reservas de gesso natural. Pesquisas realizadas em vários países do mundo têm demonstrado a possibilidade do uso potencial deste produto como fonte de cálcio e enxofre em diversas culturas agrícolas, e condicionador de solos que contém níveis elevados de sódio, na construção de estradas e como substituto do gesso natural na produção de blocos de cimento, forros para teto e painéis pré-fabricados [2]. O crônico déficit de moradias populares no Estado de Minas Gerais, bem como no Brasil como um todo, poderia justificar a fabricação de materiais de construção a base de fosfogesso, como por exemplo, blocos de concreto, painéis pré-fabricados, forros para teto, etc, uma vez que ele é um material abundante e de baixo custo. Não há como negar que o Brasil se enquadra no bloco dos países em desenvolvimento e, como tal, deve buscar suas próprias soluções por meio de uma legislação dinâmica que contemple a sua realidade sócio-econômica. O objetivo principal deste estudo é contribuir para a regulamentação relativa ao manuseio e utilização do fosfogesso como substituto do gesso natural na indústria da construção civil em países tropicais. Para tanto, numa primeira etapa, foi feito um estudo visando a caracterização mineralógica, bem como avaliação da possibilidade do seu uso como substituto do gesso natural na fabricação de cimento, blocos, argamassas e placas para forro. A seguir, foi feito o levantamento das concentrações dos radionuclídeos das séries naturais do 238 U e 232 Th presentes em diversos tipos de materiais usados na construção civil, bem como em blocos de cimento preparados com misturas de diferentes proporções de cimento, areia, fosfogesso e água. Finalmente, foi feita a medida da taxa de exalação de radônio destes blocos. Os resultados obtidos nesta etapa são apresentados no presente trabalho.

3 2. ESTUDOS DE CARACTERIZAÇÃO DO FOSFOGESSO 2.1. Análise mineralógica do fosfogesso e gesso natural De forma a caracterizar as propriedades físicas de amostras de fosfogesso e gesso natural foram realizadas análises mineralógicas no Laboratório de Mineralogia do CDTN pela técnica de difratometria de raios X (método do pó). Para tanto, foram preparadas 07 lâminas difratométricas e identificadas 28 fases cristalinas. Os resultados mostraram que o fosfogesso é essencialmente constituído de gipso (CaSO 4.2H 2 O) (> 97%); teores traços de anidrita (CaSO 4 ), bassanita (CaSO 4.0,5H 2 O) e quartzo (SiO 2 ), sendo que a sua cor é um amarelo mais acentuado. O fosfogesso seco é constituído, em ordem de abundância, de gipso, bassanita, anidrita e de teores traços de quartzo apresentando uma cor amarela ligeiramente rosada. O gesso natural é constituído predominantemente por bassanita e menores quantidades para anidrita e gipso; bem como de teores traços de quartzo. Sua cor é nitidamente branca Análise das concentrações dos radionuclídeos das séries naturais do 238 U e 232 Th Nesta etapa, foi feito o levantamento das concentrações dos radionuclídeos das séries naturais do 238 U e 232 Th em amostras de fosfogesso, gesso natural; cimento e areia de forma a caracterizar os teores de radioatividade dos insumos básicos a serem utilizados na fabricação de blocos de concreto, forros e painéis. As amostras de fosfogesso e areia foram previamente peneiradas, sendo analisada cada uma das frações de interesse. Todas as medidas de concentração dos radionuclídeos de cada amostra de interesse foram realizadas Umweltforschungszentrum Leipzig (UFZ). Para tanto, foram feitas análises por espectrometria utilizando-se um detector HPGe com janela de berílio com espessura de 0,5 mm e com resolução de 570 ev para o nível de 122 kev. A blindagem do detector é constituída por uma parede de chumbo (espessura de 105 mm), uma de cobre (2mm) e uma de lucite (4 mm). O detector e a geometria de contagem foram calibrados com fontes de referência RGU-1, RGTh-1 e RGK-1, as quais são devidamente certificadas pela Agência Internacional de Energia Atômica. Além disso, a calibração do sistema foi feita com uma mistura de solução (ML1) para calibração da Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig, Alemanha. Os espectros de emissão gama forma analisados com o software comercial GAMMAW 1. Na Tabela 1 são apresentados os resultados das análises radiométricas realizadas Estudos de avaliação da possibilidade de uso do fosfogesso como substituto do gesso natural Os estudos de avaliação da possibilidade de uso do fosfogesso como substituto do gesso natural na fabricação de cimento, blocos, argamassas e placas para forro foram realizados pelo Departamento de Engenharia de Materiais e Construção da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Para tanto, foram construídos e testados diferentes corpos de prova (cilindros de 5 cm de diâmetro e 15 cm de altura) de forma a verificar quais seriam composições que apresentariam propriedades físicas e mecânicas adequadas para utilização 1 Dr. Westmeier Gesellschaft für Kernspektrometrie mbh

4 destes materiais na indústria da construção civil. Todos os testes foram realizados com base em recomendações feitas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Na Tabela 2 são mostrados os dados relativos à composição de cada um dos corpos de prova selecionados para construção de blocos de cimento, bem como o conteúdo de urânio e tório total presente em cada amostra. Deve ser ressaltado que a seleção destas amostras para construção dos blocos de cimento foi feita levando-se em conta os resultados dos ensaios de compressão e de resistência mecânica [3]. Tabela 1: Resultados das análises de concentração dos radionuclídeos naturais presentes nos materiais considerados como insumo básico para construção civil. Descrição das Amostras 238 U 226 Ra Concentração de Radionuclídeos (Bq/kg) 210 Pb 228 Ra 224 Ra 212 Pb 212 Bi Fosfogesso Fosfogesso (<100 mesh) Fosfogesso (<200 mesh) Gesso natural < < 3 < 3 < 3 < 3 Areia IPT 1,2 mm Areia IPT 0,6 mm Areia IPT 0,3 mm Cimento Ari-Plus Cimento CPE Análise da taxa de exalação de 222 Rn A taxa de exalação de um material contendo elementos radioativos das séries naturais do 238 U e 232 Th é definida como sendo a atividade de radônio emitida por unidade de área da superfície por unidade de tempo (Bq/m 2.s). Esta grandeza varia diretamente com a concentração de 226 Ra presente, a espessura, a densidade e a porosidade do material. Alguns destes parâmetros não podem ser avaliados e, portanto, na prática, a taxa de exalação deve ser medida diretamente [1]. Para medida da taxa de exalação de cada um dos corpos de prova, as amostras foram colocadas numa câmara de vidro de 480 cm 3 de volume conectada a um monitor de radônio tipo AlphaGuard. A taxa de exalação foi calculada a partir dos resultados de concentração

5 de radônio no ar em equilíbrio com os seus filhos de decaimento. Durante todo o período de análise, a câmara de vidro operou à pressão atmosférica, de forma a garantir a não interferência do radônio presente no ambiente normal do laboratório no resultado final, assim como para prevenir o escape do radônio emanado pelo material para o ambiente externo. Antes do início das medidas, a câmara foi ventilada com ar do ambiente, e a seguir fechada. A partir de então foi observado o aumento da concentração de radônio na câmara em função do tempo, até que fosse obtida a condição de equilíbrio. A taxa de exalação de radônio foi calculada com base nos resultados da concentração de radônio no ar existente no interior da câmara de vidro depois de atingida a condição de equilíbrio. Os resultados finais obtidos são mostrados na Fig. 1. Tabela 2. Composição dos corpos de prova e conteúdo de urânio e tório total presente em cada amostra. Identificação das amostras Corpo de prova 1 Corpo de prova 2 Corpo de prova 3 Corpo de prova 4 Composição 128,6 g de cimento Ari Plus 300 g de fosfogesso 1266,4 g de areia IPT 385 ml de água 33,34 g de cimento Ari Plus 300 g de fosfogesso 1000 g de areia IPT 350 ml de água 20 g de cimento branco 180 g de fosfogesso 180 ml de água 33,34 g de cimento CPE g de fosfogesso 1000 g de areia IPT 300 ml de água Conteúdo [µg/g] Urânio total Tório total CONCLUSÕES Os resultados das concentrações dos radionuclídeos presentes nas amostras de insumo básico (fosfogesso, areia, gesso natural e cimento) mostraram que o fosfogesso é o material que apresenta maiores concentrações de radionuclídeos, principalmente daqueles associados à série natural do tório. Como mencionado na literatura, a maior parte do urânio presente na rocha fosfatada é fracionada na fase ácida durante a produção do ácido fosfórico, enquanto que o tório é incorporado no fosfogesso. As concentrações de radionuclídeos obtidas em cada uma das frações analisadas não variaram de forma significativa. Todos os resultados obtidos no presente estudo apresentam valores de concentração dentro da faixa de valores mencionados na literatura [4]. A principal preocupação relacionada à presença de teores de radioatividade em materiais de construção é a emanação do gás radônio, cuja concentração no ar depende de diversos

6 fatores, entre eles, as características climatológicas de cada região em estudo. A aplicação de modelos matemáticos [4] para cálculo da dose decorrente da utilização dos materiais descritos no presente estudo (vide Tabela 2) mostrou que a construção de um cômodo típico com dimensões de (4x4x2,80 m), cujas quatro paredes, bem como o teto e o piso sejam revestidos com placas de fosfogesso apresentando os níveis de taxa de exalação de radônio mostrados na Fig.1 não irá levar a valores de concentração de 222 Rn no interior do cômodo superiores ao nível de referência adotado pela legislação (148 Bq/m 3 ) [4]. 0,40 Taxa de exalação de radônio (B q/m 2.m in) 0,376 0,30 0,242 0,247 0,223 0,20 0,10 0, Amostra Figura 1. Taxa de exalação de radônio de cada um dos corpos de prova analisados. AGRADECIMENTOS Agradecemos ao Dr. Klauss Freyer e ao Dr. H. Treutler do Umweltforschungszentrum (UFZ), Leipzig, Alemanha pela realização das medidas das taxas de exalação de radônio, bem como pelas sugestões e discussões feitas durante a elaboração dos estudos aqui apresentados. REFERENCES 1. Silva, N. C.; Fernandes, E. A. N.; Cipriani, M.; Taddei, M. H.T. The Natural Radioactivity of Brazilian Phosphogypsum, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, v. 249, pp (2001). 2. Conklin, C. Potential uses of phosphogypsum and associated risks, Background Information Document. EPA 402-R (1992). 3. Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Gesso para construção Determinação das propriedades mecânicas. NBR-12129, 5 p. Rio de Janeiro, (1991). 4. Radiological Protection Principles Concerning the Natural Radioactivity of Building Materials. en.pdf (1999).