RECICLAGEM DO REJEITO DA EXTRAÇÃO DE AREIA DA REGIÃO ITAGUAI/SEROPÉDICA, RJ

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1 1 RECICLAGEM DO REJEITO DA EXTRAÇÃO DE AREIA DA REGIÃO ITAGUAI/SEROPÉDICA, RJ H. F. Mothé Filho 1, F. P. O. Lemos 1, H. Polivanov 2 & C. G. Mothé 3 1. Estrada Rio-São Paulo Km 47, Seropédica/RJ, CEP Departamento de Geociências/IA/UFRRJ 2. Departamento de Geologia/IG/UFRJ 3. Departamento de Processos Orgânicos/EQ/UFRJ Resumo A extração de areia nos municípios de Itaguaí e Seropédica, RJ, que já supriram em torno de 70% do consumo de areia da cidade do Rio de Janeiro, encontra-se hoje em declínio, mas mesmo assim continua gerando um grande volume de rejeito, denominado de goma, que é descartado em cavas ou em aterros que podem poluir o meio ambiente. Este trabalho visa à reciclagem e a caracterização deste rejeito, para sua utilização pela indústria da cerâmica vermelha. Para tanto foram coletadas amostras do rejeito, os quais foram submetidos a ensaios de Análise Térmica Diferencial (DTA), Análise Termogravimétrica (TG/DTG), análise por Difração de raios X (DRX) e análise química por Fluorescência de Raios X (FRX). Os corpos de prova preparados com o rejeito foram utilizados para determinação da porosidade aparente (PA), densidade aparente (DA), absorção de água (AA) e contração linear. Palavras-chave: rejeito, reciclagem, cerâmica vermelha, meio ambiente. INTRODUÇÃO O crescimento populacional e o processo de industrialização tornaram a sociedade moderna geradora de uma enorme quantidade de rejeitos e consumidora de volumes, cada vez maiores, de matérias primas. A indústria mineral, como todos os demais ramos industriais, produz rejeitos que, quando descartados no meio ambiente podem deteriorá-lo, causando danos ambientais que afetam a natureza e ao próprio homem. O acondicionamento de forma segura, permanente e economicamente viável desses rejeitos ou resíduos ou ainda efluentes, é o objetivo das indústrias, da sociedade civil, governos e organizações não governamentais.

2 2 Uma alternativa a disposição desses subprodutos no ambiente é a reciclagem que, desta forma reduz ou elimina a quantidade de material a ser descartado, consequentemente diminuindo os custos da empresa, e passa-se a utilizar uma matéria prima não convencional, a qual lhe é agregada um valor econômico. Desta forma ajuda-se a mitigar os problemas ambientais gerados pelo descarte de forma inadequada dos resíduos. O objetivo desta pesquisa e o rejeito da mineração de areia da região de Itaguaí- Seropédica no estado do Rio de Janeiro, que já foi responsável por cerca de 70% do fornecimento de areia para construção civil da região metropolitana da cidade do Rio de Janeiro. Esta atividade mineral existe a aproximadamente há 40 anos e estavam operando em conformidade com a lei 78 empresas no ano de 2002 (1). Por estar situado na proximidade de uma grande área consumidora, não haver outra fonte produtora em distância similar e existir infra-estrutura viária para escoar a produção, a extração de areia de Itaguaí-Seropédica deve ser pesquisada, assessorada e legalizada. Os resíduos dessa atividade são chamados, localmente de goma, que são descartados em cavas e em aterros e que se não tiveram sido adequadamente dimensionados causarão impactos ambientais, que podem afetar o lençol freático e o solo. Esse efluente que é uma mistura de água, minerais, materiais orgânicos e pode ser subdividido em dois tipos: Um argiloso e um outro mais arenoso, sendo que neste trabalho será apresentado o resultado referente à goma mais argilosa. Está será caracterizada quanto à composição, mineralogia, granulometria, índices de Atterberg, análise química, comportamento físico, térmico e de sinterização. MATERIAIS E MÉTODOS Rejeito Os rejeitos foram coletados em três empresas mineradoras de areia da cidade da região. Este rejeito é uma mistura de lamas descartadas ao acaso, em cavas e aterros, oriunda da extração da areia. Foram coletados cerca de 30 kg da goma argilosa em cada ponto. Cada amostra foi separada em quatro partes, e uma utilizada na pesquisa. Esta foi, novamente, dividida em duas partes, uma foi

3 3 devidamente acondicionada e a outra foi semi-seca ao ar por uma semana e depois desaglomerada. Posteriormente foi seca em estufa a 50ºC por 24 h. Em seguida destorroada, quarteada e peneirada. A fração menor que 0,053 mm foi a utilizada para as análises. Análise Granulométrica Utilizou-se o aparelho Granotest, com respectivo jogo de peneiras, com as aberturas de 2; 1; 0,5; 0,25; 0,125 e 0,053mm, para a análise convencional, com tempo de movimentação de 20 minutos e na intensidade de 6 (2). Para a análise granulométrica a laser, usou-se quarteador pequeno para separar 20g. A seguir, peneirou-se abaixo de 0,5mm, quarteou-se e foram coletadas 5g da fração passante. Este ensaio foi realizado usando-se um aparelho da marca Cilas, modelo 1064, faixa de análise de 0,04 a 500 micras. Foi colocada cerca de 2g de pirofosfato de sódio por litro com o objetivo de elevar o ph da solução e deflocular a argila. O tempo para homogeneização da mistura e realização de uma análise foi em média de quatro minutos. Difração de Raios X e Espectrometria Fluorescência de Raios X Os difratogramas obtidos a partir de amostras preparadas segundo as técnicas do esfregaço em lâmina de vidro, que por sua vez foram obtidas por sedimentação. Utilizou-se um aparelho Rigaku-Thermoflex modelo 2013, contador proporcional, 40KV, 30 ma, tubo de cobre, filtro de níquel e razão de 1º/min. As análises de espectrometria de fluorescência de raios X foram realizadas em um aparelho da marca Phillips, modelo As amostras para uma análise semiquantitativa, foram conformadas em um molde cilíndrico, com três centímetros de diâmetro, sob uma carga de até cinco toneladas, com uma quantidade de amostra entre 1,5 e 4g e, se o material fosse não-plástico, usava-se até 50% p/p de ácido bórico como aglutinante. As amostras, para uma análise mais precisa, foram aquecidas a 1000ºC, até peso constante e misturadas a tetraboreto de lítio e fundidas para obtenção de uma pastilha, que é denominada de corpo de prova. Os argilominerais, carbonatos e outros minerais de menores resistências térmicas sofrem decomposição neste procedimento.

4 4 Ensaios de Limites de Atterberg O limite de liquidez foi realizado segundo a norma DPT M44-64, estabelecido pelo DNER (1972). O limite de plasticidade foi realizado atendendo à norma DPT M82-63, estabelecido pelo DNER (1972). O Índice de Plasticidade é obtido pela diferença entre o Limite de Liquidez e o Limite de Plasticidade (IP = LL-LP), Vargas, 1978 (3). Este índice associado à porcentagem da fração argila fornece a atividade, segundo Skempton, in Mitchell, 1993 (4). Análise Térmica As análises de Termogravimetria (TG) e Análise Térmica Diferencial (DTA) das argilas e compósitos foram realizadas em um aparelho Thermflex-Rigaku, DTA modelo 848C2 e TG modelo 8110, em atmosfera de ar, razão de aquecimento de 10ºC/min., da temperatura ambiente até 1200ºC. Corpos de Prova Cerâmico Os corpos de prova foram obtidos pela conformação em moldes de aço, segundo Souza Santos (5) (1985), com dimensões de 6 x 2 x 0,5 cm 3. Cada resultado é a média de cinco análises, nas temperaturas de 800, 900 e 1000ºC, em razão de aquecimento de 10ºC/min., e patamar de uma hora. Ensaios dos Corpos de Prova Os ensaios de porosidade aparente (PA), absorção d água (AA) e densidade aparente (DA) foram realizados segundo a norma ABNT MB-67. Foi realizado O ensaio de tensão de ruptura à flexão foi aplicado segundo a norma ABNT MB 72. Utilizou-se o instrumento Emic, modelo DL 2000, para os ensaios. Os materiais cerâmicos foram preparados em cinco amostras para cada condição préestabelecida.

5 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO A análise da granulometria, via laser, do rejeito o ponto 3 está na tabela 1, mostrando que a fração silte é a mais abundante. O histograma de freqüência, Figura 1, vê-se que a fração menor que 30 micra corresponde a 80% da granulometria da amostra. Tabela 1: Análise granulométrica a laser da argila. Frações (mm) Argila Seropédica 0,053 2,32 0,002 80,67 Fundo 17,01 Figura 1: Curva acumulada de freqüência e histograma de freqüência do rejeito. Os difratogramas mostram que o argilo mineral predominante é a caulinita. Ocorrem ainda ilita, hidro-mica e interestratificado de ilita-esmectita. Com a finalidade de comprovar a presença de ilita a amostra foi colocada em atmosfera de etileno-glicol por 24 horas, feito um novo difratograma, e finalmente aquecida e tirado um outro difratograma. O pico no ângulo 2θ de, aproximadamente, 18º foi correlacionado a gibsita, que se decompõe em 280ºC e não aparece no difratograma relativo ao aquecimento da amostra, Figura 2.

6 6 Legenda: N = normal, GL = glicolada, A = aquecida; C = caulinita, Gb = gibsita, I = ilita, HM = hidromica e I-E = interistratificação ilita-esmectita. Figura 2: Difratogramas do rejeito argiloso. A análise química da amostra, por espectrometria de fluorescência de raios X da amostra do ponto 3 mostra que o silício, alumínio e o ferro são os principais cátions presentes, seja para amostra em pastilha prensada seja em amostra de fusão. Os teores de potássio, magnésio, cálcio e fósforo diminuíram no método de fusão o que era esperado. A perda de massa a 1000ºC de 12,93%, valor este muito próximo o encontrado pela termogravimetria de 12,90% da massa original, tabela 2. Os rejeitos dos pontos 1 e 3 apresentam alto índice de plasticidade, tabela 3, e talvez eles possam ser mais do que meros componentes de massas cerâmicas. A curva Termogravimétrica (TG) do ponto 1 indica três eventos de perda de massa. O primeiro associado a água de umidade, em torno de 100ºC, o segundo apresentase na forma de uma ligeira mudança na orientação curva de perda de massa, por volta de 280ºC e o principal evento entre 450 e 600ºC, desidroxilação das argilas. A análise térmica diferencial (DTA) mostra quatro eventos endotérmicos e um exotérmico. Os endotérmicos nas temperaturas de 100, 280, 500 e 570ºC, que

7 7 correspondem à saída de água, decomposição da gibsita, decomposição da caulinita e transformação polimórfica do quartzo alfa para beta (6). O evento exotérmico corresponde a pré-nucleação da mulita a 970ºC, figura 3. Tabela 2: Análise química por EFRX do rejeito do ponto 3. Rejeito ponto 3 Elemento % Pastilha Fusão SiO 2 44,44 49,07 Al 2 O 3 30,32 26,43 Fe 2 O 3 6,31 6,02 K 2 O 1,73 1,68 MgO 1,60 1,25 TiO 2 1,01 1,11 P 2 O 5 0,19 0,15 CaO 0,37 0,26 MnO 2 0,07 - ZrO 2 0,04 0,04 P.M. - 12,93 Tabela 3: Índices de Atterberg para rejeito do ponto três. Indicies de Atterberg LL LP IP% Ponto 1 60,5 24,2 36,3 Ponto 3 71,3 28,3 43,0 As curvas TG e DTA do ponto 2 mostram, respectivamente, três eventos de perda de massa, a 100, 280 e entre 430 e 550ºC, relacionados a perda de água, decomposição da gibsita e desidroxilação da caulinita e quatro eventos endotérmicos relacionados a saída de água de umidade (100ºC), decomposição da gibsita (280ºC), desidroxilação da caulinita (550ºC) e transição polimórfica do quartzo alfa para beta (570ºC). Um evento exotérmico, pré-nucleação da mulita (980ºC), Figura 4. A curva TG do ponto 3 indica três eventos de perda de massa, a 100ºC, água de umidade, 280ºC, decomposição da gibsita e entre 420 a 530ºC, decomposição das argilas. A curva DTA, até 800ºC, mostra três perdas de massa, a

8 8 100ºC, água não estrutural, 280ºC, decomposição da gibsita e a 540ºC, decomposição da caulinita. Figura 3: Curvas TG/DTA do rejeito do ponto 1. Figura 4: Curvas TG/DTA ponto 2. Figura 5: Curvas TG/DTA do rejeito do ponto 3. Os resultados dos ensaios de absorção de d água (AA), contração linear (CL), densidade aparente (DA), perda ao fogo (PF) e tensão de ruptura a flexão (TRF) indicam que o rejeito pode ser usado como material na massa cerâmica. Os resultados de DA e PA, ambos a 800ºC, que comparativamente são os mais baixos, mesmo assim ainda são resultados válidos para tijolo de vedação, tabela 4. Tabela 4: Resultados dos ensaios do ponto 3. Rejeito Temperatura AA% DA% CL% PA% PF% TRF(MPa) 800ºC 19,7 1,75 1,0 34,6 14,4 5,4 900ºC 19,1 1,77 2,0 32,2 15,6 5,5 1000ºC 17,3 1,84 3,3 31,9 17,1 6,6

9 9 CONCLUSÕES A goma é constituída essencialmente por argilominerais e é alto o seu índice de plasticidade. O estudo térmico mostrou que as gomas são essencialmente argilas, de comportamento e composição semelhantes. A temperatura de sinterização é importante para a qualidade do produto. A temperatura de 1000ºC em patamar de uma hora leva à obtenção das melhores propriedades finais. A goma argilosa da extração de areia apresenta propriedades que permitem a sua utilização em massa cerâmica e é possível que tenha propriedades de ser usada como material prima na indústria cerâmica. REFERÊNCIAS 1. M. Berbert, A mineração de areia no distrito areeiro de Itaguaí/Seropédica/RJ: Geologia dos depósitos e caracterização das atividades de lavra e dos impactos ambientais. Dissertação de mestrado, Departamento de Geologia/IG/UFRJ, 2004, meio digital (cd). 2. K. Suguio, Introdução à sedimentologia. Editora Edgard Blucher Ltda, São Paulo, 1973, 317 p. 3. M. Vargas, Introdução à mecânica dos solos. Editora da Universidade de São Paulo, São Paulo, 1978, 485 p. 4. J. K. Mitchell, Fundamentals of soil behavior. University of California, 2 nd ed., 1993, 437 p. 5. P. Souza Santos, Tecnologia das argilas. Editora Edgard Blucher Ltda, São Paulo, 1985, 480 p. 6. D. N. Todor, Thermal analysis of minerals. Abacus Press, Romania, 1976, 256 p. RECYCLING OF WASTE FROM SAND MINING OF ITAGUAI/SEROPÉDICA REGION, RJ

10 10 ABSTRACT Sand s deposits from Itaguaí/Seropédic a were mined for decades, and supplied 70% of Rio de Janeiro need until teen years ago. Since that time their production are declining, but they still produce a huge amount of waste, and it is put in decant lagoons or landfill, which is a cause of environment pollution. This research goal is to recycling and characterizing this waste and verifying the possibility of applying it in ceramic material. Samples of waste were collected and tested by thermal analysis, X- ray diffraction, and chemical analysis, apparent porosity, apparent density, water absorption, and linear contraction, by rules of ABNT MB 67, 68, and 72. Key-words: Waste, environment, recycle, and clay.