UTILIZAÇÃO DE REJEITOS DE CELULOSE E PAPEL NA CONFECÇÃO DE BLOCOS CERÂMICOS

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1 1 UTILIZAÇÃO DE REJEITOS DE CELULOSE E PAPEL NA CONFECÇÃO DE BLOCOS CERÂMICOS A.R.V. Silva 1 ; D. F. G. Papafanurakis 1 ; F.N. Silva 1 ; J. Dantas 1 ; R. S. Macedo 2 Av. Aprígio Veloso, 882 Campus I Campina Grande Paraíba reginaldo@dema.ufcg.edu.br Universidade Federal de Campina Grande 1 Alunos do Curso de Graduação de Engenharia de Materiais 2 Unidade Acadêmica de Engenharia de Materiais RESUMO As aparas do processamento de papel reciclado constituem um rejeito que não pode ser descartado no meio ambiente, e a sua utilização, na indústria cerâmica, reduz a quantidade de matéria-prima convencional. O uso deste resíduo na confecção de blocos cerâmicos possui, em princípio, duas vantagens: o enriquecimento da massa argilosa por um plastificante e o aproveitamento de rejeitos que seriam descartados no meio ambiente. Este trabalho tem por objetivos avaliar a influência da incorporação do rejeito da indústria de celulose e papel nas etapas de conformação, de secagem e de sinterização da massa argilosa na confecção de blocos cerâmicos, determinando o efeito da adição sobre as propriedades tecnológicas dos corpos confeccionados em laboratório. Os resultados evidenciam que se pode adicionar o resíduo da indústria de celulose e papel à massa cerâmica, na proporção de até 10% em peso, em que são obtidas melhores propriedades físico-mecânicas. Palavras-chave: Rejeitos de celulose e papel, massa cerâmica, blocos cerâmicos

2 2 INTRODUÇÃO Os resíduos industriais, materiais residuais do processo produtivo de qualquer indústria, podem ser reciclados dentro do próprio processo (regeneração), podem ser tratados e/ou classificados para serem utilizados como insumos em outros processos e produtos (reciclados), ou finalmente podem ser transformados em rejeitos, que devem receber tratamento adequado para evitar sua transformação em poluentes. Preocupados com os rejeitos não tratados e não administrados, os órgãos de controle ambiental trabalham no sentido de disciplinar seu destino final, evitando que contaminem o meio ambiente, e desta forma causem agressões ao ser humano. Segundo CANASSA & CASTILHO (1991) (1), no Brasil, a geração de resíduos é ainda uma atividade não muito controlada; portanto, não é dada a ela a importância merecida. Para quem produziu o resíduo, este passa a ser parte de seu passivo, ou seja, é de sua propriedade e responsabilidade, mesmo depois de ser enviado para tratamento ou ficar à disposição de terceiros, como afirma LAGE (2000) (2). Há certos rejeitos que, por si só, justificam qualquer utilização ecologicamente viável e correta ou eliminação integral, pois a sua disposição, mesmo que controlada, acarreta impactos de tal magnitude que induzem à extinção dos seres vivos, pela progressiva contaminação dos recursos naturais ou pelo contato direto. Existem ainda utilizações não controladas de rejeitos com contaminantes, como disposição em aterros não apropriados (aterros sanitários, por exemplo) e uso no meio agrícola. Neste caso, a mistura direta ao solo destinado à agricultura contamina o mesmo, os mananciais e até os vegetais produzidos, causando impacto direto sobre animais ou sobre o ser humano, como os poluentes orgânicos. O lodo de tratamento de efluentes líquidos provenientes da fabricação de celulose e papel, utilizado como matéria-prima no processo que origina o resíduo das aparas de papel e branqueadores, é aqui denominado de rejeito da indústria de papel e celulose. Esta indústria produz aproximadamente 10 toneladas por dia (dados fornecidos pelo fabricante de papel higiênico), que tem como matéria-prima 100% de papel reciclado A indústria paraibana de cerâmica vermelha é um setor importante, empregando grande quantidade de mão de obra não especializada, o que favorece

3 3 o setor social, oferecendo oportunidades de emprego a uma boa parte da população. Neste Estado, há cerca de 60 fábricas de produtos de cerâmica vermelha em atividade, distribuídas em pelo menos 30 municípios, oferecendo cerca de empregos diretos. O processo produtivo na maioria das fábricas, é simples: envolve uma mistura de um ou dois tipos de argila com água, processa em uma maromba com secagem natural; e a queima é feita na maioria em fornos do tipo Hoffmann, usando lenha como combustível. O processo, em sua totalidade, na maioria das cerâmicas, não tem controle eficaz, havendo imensas perdas em todas as suas fases. Nos municípios de Boa Vista e Juazerinho, localizados nas imediações da bacia hidrográfica do rio Taperoá, há atividade de cerâmica vermelha com uma produção voltada sobretudo para a fabricação de blocos de vedação, conforme demonstrado em MACEDO (2005) (3). MACEDO et al. (2004) (4) vêm estudando a incorporação de aditivos orgânicos, como componentes auxiliadores de processamento na extrusão de massa cerâmica vermelha. Nesse sentido o rejeito da indústria de celulose e papel será mais um aditivo a ser incorporado às massas cerâmicas, como componente não-plástico, colaborando na resolução do problema ambiental gerado pelo rejeito, uma vez que a indústria cerâmica consome elevadas quantidades de matéria-prima. Esse rejeito contribui para adequar a trabalhabilidade da massa, e para a otimização das propriedades físico-mecânicas, na fase de pré-queima dos produtos de cerâmica vermelha. Dentro deste contexto, o presente trabalho tem por objetivos avaliar a influência da incorporação do rejeito da indústria de celulose e papel, como constituinte de massas para cerâmica vermelha, nas etapas de conformação, de secagem e de sinterização da massa argilosa, na confecção de blocos cerâmicos, determinando o efeito da adição sobre as propriedades físico-mecânicas dos corpos de prova confeccionados em laboratório. MATERIAIS E MÉTODOS MATERIAIS O rejeito da fabricação de celulose e papel, que é caracterizado como resíduo sólido prensa desaguadora (lodo), é classificado como classe II A não inerte, conforme a norma técnica da ABNT (5), e produzido durante o beneficiamento

4 4 do papel reciclado (aparas de papel e branqueadores), proveniente de uma fábrica de papel higiênico da cidade de Campina Grande Paraíba. Para a avaliação do comportamento das adições do rejeito em massa cerâmica, foi utilizada uma massa argilosa usada na produção de blocos cerâmicos, de oito furos, que utiliza, como matéria-prima, massa plástica vermelha formada por uma mistura de duas argilas: uma mais plástica, coletada na limpeza de barreiros e outra menos plástica, coletada nas várzeas da micro-região da cidade de Boa Vista - Paraíba. MÉTODOS Preparação da massa A amostra do rejeito utilizado neste estudo foi recebida com uma umidade de aproximadamente 65%, foi seca à temperatura ambiente e em estufa a 110ºC, quando foi desagregada em almofariz de porcelana e passada em peneira ABNT nº. 50 (abertura 0,297 mm). Foram elaboradas duas composições com mistura de massa argilosa, passada por via seca em peneira ABNT nº. 50 (abertura 0,297 mm) e o rejeito de celulose papel, conforme a Tabela I. Estas composições foram homogeneizadas a seco em um misturador do tipo planetário por 20 min. Tabela I - Composições estudadas (% em peso). COMPOSIÇÕES (%) MATÉRIAS-PRIMAS 0R 5R 10R Massa argilosa Rejeito de celulose e papel R = rejeito A massa cerâmica foi submetida à etapa de homogeneização, onde foi utilizado um misturador do tipo planetário para a realização da mistura a frio com velocidade de 90 rpm por 20 min. A quantidade de água adicionada para conformação da massa cerâmica foi igual ao limite de plasticidade da mistura (Tabela II), tirando-se as umidades de cada componente. As massas foram acondicionadas em sacos plásticos, por um período de 24 h, para uma melhor distribuição da umidade.

5 5 Preparação dos corpos de prova Foram confeccionados corpos de prova retangulares nas dimensões (10,0 x 2,0 x 1,0) cm 3 por extrusão a um vácuo de 84,66 KPa, com hélices de 10 cm de diâmetro, a uma velocidade constante de 5 cm/s, em boquilha de seção retangular, em extrusora de laboratório tipo Verdés, modelo BR 051. Na etapa seguinte, todos os corpos de prova ficaram em repouso, à temperatura ambiente, por um período mínimo de 24 h, quando foram secos em estufa a 110ºC, por mais um período de 24 h, e posteriormente, sinterizados nas temperaturas de queima de 800ºC, 900ºC e 1000ºC, em atmosfera oxidante, com uma taxa de aquecimento de 1,6ºC/min, a partir da temperatura ambiente (~ 30ºC), até a temperatura máxima, onde foi mantido em patamar por 2 h, completando assim um ciclo de queima de aproximadamente 10 h. O resfriamento foi realizado naturalmente. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura I, apresenta a distribuição granulométrica por tamanho de partículas da massa industrial ensaiada. Nota-se que a amostra apresenta um alto percentual da fração argila. Analisando a curva da citada figura, nota-se que a amostra estudada é composta de 62,82% de argila; 5,42% de silte e 31,76% de areia. Observa-se que a massa plástica analisada apresenta um alto teor da fração argila, o que resultará em produtos cerâmicos com boa resistência mecânica, após secagem. 100 % DE MASSA ACUMULADA Argila Silte Areia 0 0, DIÂMETRO DAS PARTICULAS (µm) Figura I: Distribuição granulométrica da massa argilosa estudada por tamanho de partículas a laser.

6 6 A Tabela II apresenta o resultado do ensaio de plasticidade, das formulações (com 0, 5 e 10% do rejeito), onde se nota um aumento do limite de plasticidade (LP) com a adição do rejeito, de modo a aumentar a plasticidade da mistura. Segundo a literatura (6), quanto maior o índice de plasticidade (IP), mais plástica será a massa cerâmica; e, para cerâmica vermelha, são sugeridos índices de plasticidade de 10 a 20%, logo, observa-se, na Tabela II, que todas as formulações apresentam índices de plasticidade dentro da faixa de limite recomendada (6). Para MELO (2004) (7) com o aumento do percentual do rejeito, o IP tende a um menor valor, e, consequentemente, a uma menor retração. Tabela II Classificação das formulações de acordo com o índice de plasticidade % DE REJEITO LL(%) LP (%) IP(%) CLASSIFICAÇÃO 0 37,00 23,38 13,62 medianamente plástica 5 39,80 22,05 17,85 altamente plástica 10 43,50 32,14 11,36 medianamente plástica Para a análise e interpretação do comportamento das adições do rejeito à massa cerâmica, será usada a Tabela III, que mostra, como valores de referência, os dados preconizados em laboratório para massas cerâmicas vermelhas (8). Tabela III Valores-limites preconizados por BARZAGHI & SALGE (1982) (8), tendo como base a temperatura de 950ºC. MASSA CERÂMICA EXTRUDADA PARA TIJOLOS DE ALVENARIA PARA BLOCOS CERÂMICOS PARA TELHAS Tensão mínima de ruptura a 110ºC (MPa) 1,5 2,5 3,0 Tensão mínima de ruptura após queima (MPa) 2,0 5,5 6,5 Absorção máxima de água (%) A Tabela IV apresenta os resultados dos ensaios físico-mecânicos dos corpos de prova extrudados e secos em estufa a 110ºC. Pode-se observar que há um aumento de todos os parâmetros analisados na pré-queima com o incremento do rejeito de celulose e papel. Isso se deve, possivelmente, a uma maior coesão entre as partículas da mistura proporcionada pelas partículas do rejeito em estudo. O aumento da resistência após secagem é um fator importante no manuseio e empilhamento, durante as etapas de produção, até à colocação dos produtos no forno.

7 7 Tabela IV Propriedades físico-mecânicas dos corpos de prova extrudados e secos à temperatura de 110ºC. AMOSTRAS UMIDADE DE EXTRUSÃO(%) RETRAÇÃO LINEAR DE SECAGEM (%) TENSÃO DE RUPTURA À FLEXÃO (MPa) Com 0% R 16,29±0,03 4,50±0,70 8,77±0,47 Com 5% R 18,88±0,05 5,06±0,95 10,80±0,11 Com 10% R 20,80±0,32 6,61±0,14 12,40±0,65 A Tabela V, apresenta os valores numéricos das propriedades físico-mecânicas resultantes dos ensaios cerâmicos, realizados nos corpos de prova processados por extrusão e queimados nas temperaturas de 800ºC, 900ºC e 1000ºC. Analisando os resultados das características cerâmicas constantes nesta tabela, nota-se que não se manteve uma relação coerente entre os valores crescentes da massa específica aparente com as reduções da propriedade aparente e da absorção de água, com o aumento da temperatura de queima. O que normalmente tem sido observado em estudos anteriores (3), (9), (10) com massa de cerâmica vermelha. Tal comportamento, possivelmente, seja devido ao aumento crescente da fração do aditivo usado, pois os melhores valores foram registrados com a menor fração do rejeito de celulose e papel. Tabela V Propriedades físico-mecânicas dos corpos de prova extrudados e sinterizados às temperaturas de 800, 900 e 1000ºC. AMOS- TQ AA PA MEA RLQ PF TRF TRAS (ºC) (%) (%) (g/cm 3 ) (%) (%) (MPa) 800 9,73±0,20 20,01±0,35 2,06±0,01 0,36±0,22 4,06±0,06 5,34±0,31 M ,95±0,41 22,17±0,35 1,86±0,03 1,69±1,47 4,21±1,10 5,71±0, ,23±0,18 16,87±0,26 2,05±0,01 4,92±0,02 4,42±0,66 4,42±0, ,81±0,19 24,20±0,02 1,89±0,03 0,46±0,23 6,90±0,03 6,35±0,05 M ,33±0,01 27,62±0,04 1,80±00 0,31±0,44 7,04±0,08 6,21±0, ,48±0,25 21,76±0,36 1,90±0,01 1,85±0,17 7,12±0,07 5,20±0, ,15±0,04 22,71±0,13 1,87±00 0,41±0,15 9,02±0,09 6,05±0,17 M ,62±0,34 25,13±0,45 1,85±0,01 0,41±0,43 9,05±0,06 6,15±0, ,23±0,48 21,36±0,098 1,90±0,01 0,57±0,66 9,34±0,01 5,09±0,17 TC = temperatura de queima; AA = absorção de água; PA = porosidade aparente; MEA = massa específica aparente; RLQ = retração linear de queima; PF = perda ao fogo e TRF = tensão de ruptura à flexão. E Mn = com n%rejeito, sendo n=0, 5 e 10 e M=mistura.

8 8 As Figuras II(a, b) mostram os resultados dos ensaios de absorção de água (a) e de tensão de ruptura à flexão (b), apresentados na Tabela V, incluindo a tensão das amostras secas, para se ter uma melhor visão da curva descendente da resistência à flexão, fruto da influência da incorporação do rejeito à massa cerâmica. Observando as curvas da figura (a), nota-se que a adição do rejeito de celulose e papel na massa cerâmica (até 5% em peso) resultou em um valor máximo de absorção de água, à temperatura de 900ºC, o que atende ao valor máximo especificado, conforme a Tabela III, sendo indicado para a produção de blocos e telhas cerâmicas, queimados nesta temperatura. Já as curvas da figura (b) demonstram a influência do rejeito na pré-queima das formulações que têm grande importância tecnológica em um processo produtivo desses produtos cerâmicos. ABSORÇÃO DE ÁGUA (%) (a) (M0) (M5) (M10) TRF(MPa) (b) (M0) (M5) (M10) TEMPERATURA (ºC) TEMPERATURA(ºC) Figura II: Gráficos representativos: (a) absorção de água e (b) tensão de ruptura à flexão dos corpos de prova secos e queimados. M0 = com 0%R, M5%R e M10%R. Quanto à tensão de ruptura à flexão das formulações queimadas, observa-se dessa figura (b) que a adição do rejeito na massa cerâmica (até 10% em peso) resultou em um ganho de resistência à flexão, especialmente para a formulação (M5), que apresentou a resistência máxima do ensaio à temperatura de 900ºC, provavelmente por apresentar uma maior plasticidade. Nota-se ainda que os valores encontrados nas formulações aditivadas são superiores aos da amostra original e atendem aos valores mínimos de referência, conforme Tabela III, salvo pequenas diferenças de valores. O que na prática haverá no mínimo uma economia de argila e um beneficiamento para o meio ambiente, com uma aplicação direta do rejeito de celulose e papel, em uma indústria de transformação a um custo mínimo.

9 9 CONCLUSÕES Neste trabalho, foi observado que a incorporação do rejeito de celulose e papel, em até 10% em peso, possibilita uma melhoria nos parâmetros de préqueima. A adição do rejeito não alterou significativamente a trabalhabilidade da massa cerâmica, de forma que pudesse prejudicar o processo de extrusão. Estes aspectos contribuem para otimizar a etapa de secagem de produtos de cerâmica vermelha, possibilitando um aumento da produtividade com conseqüente redução de desperdício de produtos na etapa de secagem. A avaliação conjunta dos resultados permite concluir que o rejeito utilizado possui potencial para ser adicionado à massa cerâmica para produção, por extrusão, de tijolos, blocos e telhas cerâmicas. A incorporação de até 10% do rejeito de celulose e papel à massa cerâmica indicou ser viável tecnicamente, refletindo num ganho de resistência à flexão, para temperaturas de queima de 900ºC de 14,19%(5% de adição) e de 4,67%(10% de adição), com relação à amostra de massa sem adição. De acordo com os resultados obtidos, neste estudo, verifica-se a possibilidade de solucionar-se um problema de impacto ambiental, uma vez que é tecnicamente viável a reciclagem do rejeito de celulose e papel gerado, pelo uso do papel reciclado na fabricação de papel higiênico. Logo se pode afirmar, que a utilização do citado rejeito é uma forma, antes de tudo, de se evitar danos ao meio ambiente. Pois, o aproveitamento do resíduo de celulose e papel contribui para uma menor utilização de matérias primas argilosas, possibilitando-lhe uma economia de recursos naturais de boa qualidade que podem apresentar-se seriamente comprometidos em algumas áreas. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à IPELSA Indústria de Celulose e Papel da Paraíba S/A - e à Cerâmica Quatro Folhas, pela cessão das matérias-primas.

10 10 REFERÊNCIAS 1. E.M. Canassa, A.B. Castilho, Anais do 3º. Encontro Nacional de Estudos Sobre o Meio Ambiente, Londrina, PR, H. Lage, Meio Ambiente Industrial 26, 27 (2000), R.S. Macedo, Estudo comparativo entre massas cerâmicas industriais e aditivadas para uso em blocos cerâmicos f. Tese (Doutorado em Engenharia de Processos), CCT/UFCG, Campina Grande, R.S. Macedo, K.R. Barboza, G.A. Neves, H.C. Ferreira, Anais do 48º Congresso Brasileiro de Cerâmica, Curitiba, PR, Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 10004: Classificação de resíduos sólidos avaliação dos resultados. Rio de Janeiro, F.B. Alves, C.M.F. Vieira, S.N. Monteiro, Anais do 17º Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, Porto Alegre, RS R.M. Melo, T.S. Santos, D.C. Silva, E.P. Rodrigues, Anais do 48º Congresso Brasileiro de Cerâmica, Curitiba, PR, L. Barzaghi, A. Salge, Cerâmica 28, 151 (1982), L.F.A. Campos, R.S. Macedo, H.C. Ferreira, Anais do 13º Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, Curitiba, PR, J.M.D. Soares, M. Reichert, R.R. TomazettI, I.S. Tavares, Anais do 45º Congresso Brasileiro de Cerâmica, Florianópolis, SC, THE USE OF REJECTS FROM CELLULOSE AND PAPER INDUSTRY IN THE PRODUCTION OF CERAMIC BLOCKS ABSTRACT The scrap from recycling paper processing is a residue that can not be discharged in the environment but it can be used as raw material in the ceramic industry. The use of this residue in the production of ceramic blocks has two advantages: the improvement of the clay body as a plasticizer and the use of the rejects that are discharged in the environment. The aim of this work is to study the

11 11 influence of the incorporation of the rejects from the paper and cellulose industry in the processing, drying and sintering of the clay body in the production of ceramic blocks, by measuring the technological properties of the specimens made in laboratory. The results show that the residue from paper and cellulose industry when added to the ceramic body in the content of 10% w/w can give the best physical and mechanical properties. Keywords: reject for paper and cellulose industry, ceramic body, ceramic blocks