SOLIDIFICAÇÃO DE AREIA DE FUNDIÇÃO E DE LODO DE CURTUME EM MATRIZES DE CIMENTO

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1 SOLIDIFICAÇÃO DE AREIA DE FUNDIÇÃO E DE LODO DE CURTUME EM MATRIZES DE CIMENTO rreira Campos Maragno Ana Luiza *, Celante de Oliveira Roberta 2, Povinelli Jurayr 2 Universidade deral de Uberlâia Av. João Naves de Ávila, 26 DEECI, CEP: Uberlâia MG Brasil 2 Escola de Engenharia de São Carlos Universidade de São Paulo Av. Dr. Carlos Botelho, 465, CEP: São Carlos SP Brasil Este trabalho propõe um estudo para eliminação ou minimização dos efeitos ambientais causados pela areia gerada nos processos de fuição e pelo lodo gerado em curtumes. Tais resíduos, em sua grae maioria são descartados ou dispostos inadequadamente, podeo liberar os metais pesados neles presentes, cujos riscos potenciais ao meio ambiente e à saúde pública justificam a necessidade de manuseio e destino adequados. Como proposta de tratamento, optouse pela aplicação da técnica de solidificação de resíduos sólidos, teo como objetivos: avaliar a capacidade de retenção dos metais pesados presentes nesses resíduos pela matriz solidificada; determinar a evolução da resistência à compressão da matriz formada, verificao a possível influência dos componentes residuais; verificar a adequação do cimento à técnica de solidificação de metais pesados; propor formas de utilização da matriz solidificada em peças de cimento. As matrizes, confeccionadas com diversas proporções de resíduo e cimento, foram submetidas aos ensaios de lixiviação, solubilização e resistência à compressão, nas idades de 7, 28 e 9 dias. Todas as misturas ensaiadas, mesmo as mais pobres em cimento, apresentaram já aos 7 dias, redução nas concentrações dos metais pesados presentes nos resíduos. Iepeentemente de outras considerações, os resultados dos ensaios de lixiviação e solubilização demonstraram que a solidificação de areia de fuição e lodo de curtume com cimento é uma opção de tratamento eficiente, possibilitao uma destoxificação dos mesmos. Palabras claves: solidificação, metais pesados, resistência à compressão, solubilização, lixiviação INTRODUÇÃO De acordo com CLÁUDIO (987) a técnica de solidificação com cimento é notadamente eficiente para resíduos com elevadas concentrações de metais pesados. O ph elevado da pasta de cimento favorece a transformação de cátions em hidróxidos e carbonatos metálicos insolúveis, fixao assim, os poluentes na matriz eurecida. A estrutura cristalina do cimento eurecido ajuda, também, a reter os íons metálicos livres que reagem durante o processo de pega e eurecimento da mistura. A técnica de solidificação é empregada em muitos casos como uma alternativa de uso fácil e de custo razoável, esta técnica visa transformar os resíduos em materiais com melhores características físicas e de manuseio e principalmente, eliminar ou restringir a capacidade de solubilização dos contaminantes perigosos neles presentes, destoxificao os resíduos e tornaoos menos deletérios ao meio ambiente. A literatura apresentase confusa quanto a melhor definição para este processo, alternadamente denominado de solidificação, estabilização, fixação ou encapsulamento. Embora cada denominação traduza total ou parcialmente o conceito do processo, os termos foram considerados sinônimos neste trabalho.

2 Dentre os métodos de solidificação possíveis, a técnica baseada em cimento é, dúvida, o método mais econômico devido ao baixo custo da própria matériaprima, bem como do investimento inicial que, basicamente, requer equipamentos comuns de mistura. Como o processo ocorre à temperatura ambiente, também não há necessidade de energia auxiliar. Estas vantagens aliadas à tecnologia de manuseio, assim como às características do cimento que são conhecidas, tornam este processo um método econômico e tecnicamente viável, compatível com a realidade do Brasil. Neste trabalho, em particular, foram desenvolvidos estudos sobre solidificação com cimento, empregao a areia de fuição como agregado para composição de argamassas de cimento Portla e a adição de lodo de curtumes em pasta de cimento Portla. MATERIAIS E MÉTODOS Caracterização dos Resíduos Pesquisados Para o levantamento das características físicoquímicas do resíduo e sua classificação, foram empregados os procedimentos de amostragem e execução dos ensaios recomeados pelas especificações da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas). A areia de fuição empregada nesta pesquisa, é proveniente do setor de fuição da SICOM (Sociedade Intercontinental de Compressores Herméticos Ltda), iústria localizada em São CarlosSão Paulo e sua característica tóxica vem da possibilidade de apresentar traços de metais que foram fuidos nos moldes de areia. O lodo, resulta de uma das linhas de tratamento de efluentes do rtume Francouro, em Franca São Paulo, seo potencialmente perigoso por conter cromo em excesso, necessitao de espaço fisico para sua armazenagem. O lodo de curtume sofreu uma secagem prévia a C e posterior moagem, compoose dois tipos de materiais: lodo seco na estufa, moído e não peneirado (lodo com raspas) e lodo seco, moído e peneirado (lodo raspas). À seguir, definemse os procedimentos que guiaram esta investigação. Análise qualiquantitativa dos resíduos brutos. Tabela e da areia de fuição (resíduo bruto) elemento L.M 2 L.M Alumínio Cádmio omo Cobre rro Manganês Níquel Chumbo Zinco 3,69,2 4,8,2,5,, 3,,9,3 conc. 4 3,5 3 2,5 2,5 solub. ensaios lixiv. Al Mn, elemento não detectado figura : caracterização da areia de fuição 2 L.M Limite Máximo permitido pela NBR 4 (987) da ABNT

3 Tabela 2 e do lodo com raspas (resíduo bruto). Parâmetro L.M L.M cromo hexavalente cádmio cromo cobre ferro manganês niquel chumbo zinco, 2,43,4,,8 3,7,5,,,44,4,6,5,8 2,5 2,5 conc. solub. lixiv. ensaios Pb Cd Ni Mn figura 2: caracterização do lodo com raspas Tabela 3 e do lodo de curtume raspas (resíduo bruto). elemento L.M L.M cromo hexavalente cádmio cromo cobre ferro manganês níquel chumbo zinco,3,3,6,9,9,4,2,5,,,83,73,8,8,6,9,8,7,6,4,2, conc. solub. lixiv. ensaios Pb Cd Ni Mn figura 3: caracterização do lodo raspas Caracterização da areia de fuição como agregado para a utilização na composição de argamassas de cimento Portla. Foram realizados os seguintes ensaios: Análise granulométrica, Teor de materiais pulverulentos, Teor de materiais carbonosos e de impurezas orgânicas, Massa unitária no estado solto, Massa específica, Teor de umidade e Absorção de água. Os ensaios de granulometria foram realizados de acordo com os procedimentos estabelecidos pelo método MB7 (987) da ABNT, seo o resíduo classificado através das zonas de porcentagem de retenção acumuladas, como um agregado miúdo muito fino. O teor de materiais pulverulentos determinado para o resíduo, de acordo com o método MB9 (987) da ABNT, mostrouse relativamente alto, determinao um fator potencialmente prejudicial para o depenho das pastas de cimento Portla, quao voltadas para a utilização em composições de concretos estruturais. O teor de materiais carbonosos foi fornecido pelo departamento técnico do setor de fuição da própria empresa geradora do resíduo e não se apresenta como um fator prejudicial para as argamassas de cimento Portla. O teor de impurezas orgânicas, realizado seguo STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATION OF WATER AND WASTEWATER (992), foi muito baixo, praticamente ausente.

4 Os demais ensaios foram realizados de acordo com os procedimentos estabelecidos pela EB4 (982) da ABNT, especificação voltada para a determinação de parâmetros para certas características dos agregados visao sua utilização em argamassas de cimento. Propriedades das argamassas de cimento Portla compostas com os resíduos Proporções cimento:resíduo das misturas. Antes de se iniciar a moldagem dos corpos de provas que seriam utilizados para os ensaios tecnológicos da pesquisa, procurouse manipular no laboratório, misturas de resíduo e cimento. Estes estudos preliminares tiveram por objetivo apenas sentir a trabalhabilidade das misturas, aspecto que poderia fornecer subsídios adicionais para a determinação das proporções entre os materiais a serem ensaiados. Na definição das composições procurouse compreeer desde um traço rico em cimento, até um traço pobre. Desta forma, como uma primeira orientação para estes estudos adotouse as seguintes proporções: :, :3, :5 e :8, para os dois resíduos estudados. Em todos os procedimentos com a presença de cimento, o material utilizado foi o cimento Portla composto com escória, do tipo CPIIE32. Resistência à compressão. Os resultados do ensaio de resistência dos corpos de provas aos 7 dias foi satisfatório para os dois resíduos, conforme pode ser visto nas Tabelas 5 e 6, seo seu decréscimo coerente à composição dos traços. Desta forma, definiuse que as misturas a serem ensaiadas teriam as proporções: :3, :5, :8 e :, para a areia de fuição e teriam as proporções: :, :, :2, :3 e :4, para o lodo de curtume. Tabela 4 Resistência à compressão em função do traço (7 dias), para a areia de fuição. Traço Resistência (MPa) : 33,2 :3,5 :5 5,79 :8 3,32 Tabela 5 Resistência média aos 7 dias do lodo com e raspas. Traço Resistência média (MPa) lodo com raspas Resistência média (MPa) lodo raspas : 6,9 8,78 :3 3,69 3,64 :5 3,7 2,33 :8,38,35 Determinação das consistências das misturas resíduocimento. A quantidade de água utilizada, foi tal que mantivesse constante a consistência das argamassas para todas as composições. Estabeleceuse essa consistência em 6 ± 5 mm,para os dois resíduos, verificada através da mesa de abatimento e de acordo com o método de ensaio MB256 (992) da ABNT, seo que passouse a denominar essas argamassas de argamassas plásticas. Idade das matrizes ensaiadas. Foram estabelecidas as idades de 7, 28 e 9 dias para a realização de todos os ensaios.

5 Ensaios realizados para determinação da eficiência do processo: Ensaio de resistência mecânica à compressão MB3 (974) da ABNT, Ensaio de lixiviação NBR.5 (987) da ABNT e Ensaio de solubilização NBR.6 (987) da ABNT. RESULTADOS E DISCUSSÕES Os ensaios de solubilização e lixiviação, visam verificar o nível de estabilização dos metais pesados do resíduo, após o processo de solidificação, de acordo com os procedimentos estabelecidos pela ABNT no método de ensaio NBR 5 (987) e NBR 6 (987), conforme pode ser visto nas Tabelas 6 e 7. Tabela 6 Concentração dos íons metálicos nos ensaios de lixiviação e solubilização das matrizes solidificadas de cimento e areia de fuição aos 28 dias. elemento L.M. L.M. :3 :5 :8 : :3 :5 :8 : Al,33,5,7,4,2,7,,3 Cd,5,3,7,8,9.9,,,,,,,,,3,,4.3,3 Mn,,,3,3 Ni Pb,3,3,,3 conc.,5 Al :3 :5 :8 : traços figura 4: Concentração de íons metálicos no extrato solubilizado Tabela 7 Resultados dos ensaios de das matrizes solidificadas de lodo de curtume, traço : elemento L.M 7 dias 28 dias 9 dias,6,9,7,5 4,4 conc.,4,2, idade figura 5: Concentração no extrato lixiviado

6 Com o intuito de avaliar o comportameno do processo a longo prazo, foi introduzido um procedimento não normalizado, referido como Múltipla, seo assim designado por combinar múltiplas extrações dos extratos solubilizados das matrizes solidificadas. Os resultados demonstram, seguo Tabelas 8 e 9, que a repetição do ensaio implicou em uma redução das concentrações de metais iniciais, possivelmente pela melhoria das coições de hidratação da matriz cimentícia que pemaneceu imersa em água durante várias anas, com consequente aumento da característica aglomerante. Tabela 8 Resultado da Múltipla das matrizes de cimento e areia de fuição (traço :5) elemento a 28 dias 2 a 3 a 4 a L.M. a 9 dias 2 a 3 a 4 a,2 Al,,2,3,6,3,2,2,,4,97, 2, conc.,8,6,4 Al, anas figura 6: múltipla (areia de fuição) Tabela 9 Resultado da Múltipla das matrizes de lodo com raspas (traço :, 7 dias) elemento a 2 a 3 a 7 dias 4 a 5 a 6 a 7 a,27,22,3,2,3,,, conc.,25,2,5, anas figura 7: múltipla (lodo com raspas) Os ensaios de resistência mecânica, mostrados nas Tabelas e, consistiram em submeter as misturas solidificadas à carga de compressão, aplicadas no sentido do eixo longitudinal do corpo de prova, de acordo com os procedimentos estabelecidos pelo método de ensaio MB3 (974) da ABNT.

7 Tabela Ensaio de resistência à compressão das matrizes de areia de fuição traço Resistência compressão (MPa) 7 dias 28 dias 9 dias :3 :5 :8 4,29 6,22 2,92 6,5 8,26 4,36 2,27 2,57 7,8 fcd (MPa) :3 :5 :8 : :,8 3,45 4, idade figura 8: resistência compressão (areia de fuição) Tabela Resultados dos ensaios de resistência à compressão das matrizes de lodo de curtume com raspas. traço resistência compressão (MPa) 7 dias 28 dias 9 dias 25 : : 2,65 7,62 6,5, 24,8 fcd (MPa) 2 5 : : idade figura 9: resistência compressão (lodo com raspas) CONCLUSÕES Todas as misturas ensaiadas, mesmo as mais pobres em cimento, apresentaram já aos 7 dias, redução nas concentrações dos metais pesados presentes nos resíduos. Iepeentemente de outras considerações, os resultados dos ensaios de lixiviação e solubilização demonstraram que a solidificação de areia de fuição e lodo de curtume com cimento é uma opção de tratamento eficiente, possibilitao uma destoxificação dos mesmos e consequente reenquadramento em uma categoria menos agressiva ao meio ambiente. Conforme ficou evidenciado pelos ensaios de solubilização, para os traços ensaiados, o alumínio foi o metal de mais baixa fixação nas matrizes solidificadas de areia de fuição. No caso das matrizes de lodo de curtume foi o cromo. Isto sugere que, para resíduos com graes concentrações de alumínio e/ou cromo, esta técnica não seja a mais eficiente, requereo um estudo para melhoramento das matrizes cimentícias. Deve aqui ser lembrado que, para as coições ácidas utilizadas nos ensaios de lixiviação, os resultados de todos os ensaios realizados, apresentaram teores de metais no extrato lixiviado inferiores aos padrões estabelecidos pela NBR 5 (987) da ABNT. Os componentes da areia de fuição e do lodo de curtume, provavelmente interferem nas reações de hidratação do cimento, resultao em resistências mecânicas mais baixas que argamassas produzidas com cimento Portla e areia normal e pastas de referência de cimento e água. Contudo, os resultados preliminares iicaram que para alguns traços, as matrizes ensaiadas podem apresentar propriedades

8 similares a muitos materiais usualmente empregados na construção civil, o que viabilizou a continuidade dos estudos visao a inclusão desses resíduos em peças de cimento como tijolos, blocos e bloquetes. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, A.P.H.A. (992). Staard Methods for the Examination of Water a Wastewater. Boston, Mass, 8ª ed. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (987). Resíduos Sólidos Classificação, NBR.4. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (987). de Resíduos Sólidos, NBR.5. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (987). de Resíduos Sólidos, NBR.6. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (982). Agregados para Concreto: Especificação, EB4. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (987). Agregado: Determinação da composição Granulométrica, MB7. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (987). Agregados: Determinação do Teor de Materiais Pulverulentos, MB9. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (992). Concreto: Determinação da Consistência pelo Abatimento do Tronco de Cone, MB256. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS Prova Cilíricos de Concreto, MB3. (974). Ensaio de Compressão de Corpos de CLÁUDIO, J. R. (987). Resíduos Sólidos Perigosos. Solidificação de Lamas Tóxicas com Cimentos. Dissertação (Mestrado) Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo.