EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CINZA DE RESÍDUO SÓLIDO URBANO (RSU) NAS PROPRIEADES DA CERÂMICA VERMELHA

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1 EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE CINZA DE RESÍDUO SÓLIDO URBANO (RSU) NAS PROPRIEADES DA CERÂMICA VERMELHA Nicolle C. Coutinho 1* (D), Carlos Maurício F. Vieira 1 1 Universidade Estadual do Norte Fluminense UENF, Campos dos Goytacazes RJ, nicollepetro@gmail.com Resumo: Este trabalho teve como objetivo avaliar a viabilidade de incorporar cinza (70% cinza de fundo e 30% cinza volante) de resíduo sólido urbano em uma massa cerâmica argilosa para obtenção de produtos cerâmicos. O resíduo foi adicionado à massa cerâmica em percentuais de 0, 5, 10 e 20% em massa. Corpos de prova foram preparados por prensagem uniaxial a 20MPa e posteriormente submetidos ao processo de queima a 950 C. Foram avaliadas propriedades tecnológicas como retração linear, absorção de água e tensão de ruptura à flexão dos corpos de prova queimados. O aproveitamento de cinza de resíduo sólido urbano na indústria cerâmica vermelha é promissor, podendo assim se tornar um destino ambientalmente correto para este resíduo. Este estudo mostra resultados que sugerem a incorporação de quantidades em torno de 5%, em massa, de cinzas na cerâmica para não prejudicar o comportamento mecânico das peças, bem como evitar o aparecimento de porosidade aberta excessiva. Palavras-chave: Cerâmica Vermelha, Cinzas,Incorporação, Resíduos. Incorporation of Municipal Solid Waste Incineration (MSWI) Ash in Red Ceramic Abstract: This study aimed to evaluate the viability of incorporating urban solid waste ash (70% bottom-ash and 30% fly-ash) in a clayey bodies to obtain ceramic products. The residue was added to the ceramic mass in a percentage of 0, 5, 10 and 20wt.%. Samples were prepared by uniaxial pressing at 20MPa and then subjected to the firing process at 950 C. The physical and mechanical properties such as linear shrinkage, water absorption and flexural rupture strength of the fired specimens were evaluated. The utilization of urban solid waste ash in red clay industry is promising and could become an environmentally friendly destination as well. This study shows results that suggest the incorporation of amounts around 5wt.% by mass of ash in ceramics in order to not harm the mechanical behavior of clayey and avoid the appearance of excessive open porosity. Keywords: Red Ceramic, Ashes, Incorporation, Waste. Introdução Os processos industriais originam resíduos que são próprios de suas atividades e as indústrias têm buscado alternativas para a disposição dos resíduos sólidos gerados, devido às exigências dos órgãos ambientais ou pelo fato de adquirirem aumento da credibilidade ante o mercado consumidor [1,2]. A USINAVERDE S/A é uma empresa de capital privado situada no Rio de Janeiro, na cidade universitária da UFRJ - Ilha do Fundão. Implantada em 2004, a empresa tem o objetivo de apresentar soluções ambientais para a destinação final dos resíduos sólidos urbanos (RSU), e alguns tipos de resíduos sólidos industriais (RSI) através do processo de incineração com geração de energia. Matéria orgânica e resíduos combustíveis não recicláveis são remetidos ao forno para incineração a uma temperatura de 950 C. Esta tecnologia gera cinza de fundo e cinza volante [3]. Apesar de a incineração ser considerada como uma forma de disposição final, este processo não deveria se apresentar como uma solução completa e definitiva, visto que durante a queima dos

2 Retração Linear (%) resíduos são geradas cinza de fundo e cinza volante, que acabam necessitando de outra forma de disposição. Além disso, por estarem normalmente contaminadas com metais pesados, requerem processos de estabilização e solidificação antes de sua disposição direta nos aterros [4]. A prática da reciclagem através da utilização de resíduos industriais na fabricação de materiais da construção civil pode trazer inúmeros benefícios ambientais por substituir o emprego de recursos naturais por resíduos recicláveis [1]. Experimental Para a realização deste trabalho foi utilizada uma massa argilosa caulinítica da região de Campos dos Goytacazes - RJ, além das cinzas de fundo e volantes do processo de incineração de RSU, fornecida pela empresa USINAVERDE S/A. As cinzas e a massa cerâmica foram desagregadas, peneiradas em 40mesh (0,420mm) e secas em estufa a 110 C até massa constante. Foram preparadas composições com 0, 5, 10 e 20% (em massa) de incorporação de cinza à massa cerâmica. As composições foram homogeneizadas a seco em galga misturadora de pista lisa e umedecidas a 8%. Foram confeccionados corpos de prova por prensagem uniaxial a 20 MPa em matriz de aço no tamanho 114,3 x 25,4 x 10mm. Os corpos de prova foram secos em estufa a 110 C até massa constante para queima em forno tipo mufla a 950 C, com taxa de aquecimento de 3 C/min e isoterma de 60 minutos. O resfriamento foi realizado por convecção natural desligandose o forno. As cerâmicas queimadas foram submetidas a ensaios físicos e mecânicos para a determinação da retração linear, absorção de água [5] e tensão de ruptura à flexão em três pontos [6]. Resultados e Discussão A retração linear dos corpos cerâmicos em função da quantidade de cinzas incorporadas pode ser vista na Fig. 1. A incorporação das cinzas na massa cerâmica praticamente não alterou a retração linear das peças. 0,85 Retração Linear 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0, Composição (% em massa) Figura 1: Retração Linear das peças queimadas em função da composição. A Fig. 2 apresenta a absorção de água das cerâmicas em função da quantidade de cinzas incorporadas. Houve um pequeno incremento na absorção de água devido a maior quantidade de cinza na massa, já que a argila é a principal responsável pela consolidação das partículas da cerâmica [9]. Para fabricação de tijolos, de acordo com a norma (ABNT NBR , 2005) [10] o

3 índice de absorção de água não deve ser inferior a 8% nem superior a 22%. E para fabricação de telhas, tal como na norma (ABNT NBR 15310:2009) [9], o limite máximo admissível da absorção de água é de 20%. É possível observar que os valores de absorção de água das peças em todas as temperaturas e composições investigadas se enquadraram nas normas para fabricação de tijolos e telhas, considerando-se os erros estatísticos. 23 Absorção de Água 22 Limite máximo para blocos de vedação Absorção de Água (%) Limite máximo para telhas Composição (% em massa) Figura 2: Absorção de Água das peças queimadas em função da composição. A Fig. 3 mostra a tensão de ruptura à flexão das cerâmicas. A incorporação das cinzas causou um decréscimo na resistência mecânica das peças. Este fato pode ser devido ao aparecimento de trincas causadas pela transformação alotrópica do quartzo, que se dá em temperaturas da ordem de 570 C, causando redução da resistência mecânica da cerâmica [11].

4 Tensão de Ruptura à Flexão (MPa) Tensão de Ruptura à Flexão 3,2 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1, Composição (%) Figura 3: Tensão de Ruptura à Flexão das peças queimadas em função da composição. Conclusões A incorporação de cinza de RSU na cerâmica vermelha praticamente não alterou a retração linear das peças, causou um pequeno incremento na absorção de água e um decréscimo na resistência mecânica das peças. Os resultados indicam que a incorporação deste tipo de cinza em cerâmica vermelha é promissora, podendo assim se tornar um destino ambientalmente correto para este resíduo. Este estudo mostra resultados que sugerem a incorporação de quantidades em torno de 5%, em massa, de cinzas na argila para não prejudicar o comportamento mecânico da cerâmica, bem como evitar o aparecimento de porosidade aberta excessiva. Agradecimentos Os autores agradecem a USINAVERDE S/A pelo fornecimento das cinzas utilizadas e à CAPES, pelo apoio financeiro. Referências Bibliográficas 1. V. Tallini Jr in Anais do 51º Congresso Brasileiro de Cerâmica, Salvador, 2007, CD-ROM. 2. A.S.C. Morais, Tese de Doutorado, Universidade Estadual do Norte Fluminense, USINAVERDE. Disponível em < Acesso em 5 fev B. Scheetz; E. Russell. Current Opinion in Solid Waste. 1998, 3, ASTM C AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Test method for water absorption, bulk density, apparent porosity and apparent specific gravity of fired whiteware products a.

5 6. ASTM C AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Flexural properties of ceramic whiteware materials a. 7. C.M.F. Vieira; R.M. Pinheiro. Cerâmica. 2011, 57, H.H. Murray in Applied Clay Mineralogy Occurrences, Processing and Application of Kaolins, Bentonites, Palygorskite-sepiolite, and Common Clays, Elsevier, Bloomington, ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 15310:2005/Em.1:2009. Componentes cerâmicos Telhas Terminologia, requisitos e métodos de ensaios. Rio de Janeiro, ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR :2005. Blocos cerâmicos para alvenaria de vedação Terminologia e requisitos. Rio de Janeiro, W.M. Carty; U. Senepati. J. Am. Ceram. Soc. 1998, 81, 3-20.