ICTR 2004 CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA EM RESÍDUOS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Costão do Santinho Florianópolis Santa Catarina

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1 ICTR 2004 CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA EM RESÍDUOS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Costão do Santinho Florianópolis Santa Catarina APLICAÇÕES DO REAPROVEITAMENTO DO REJEITO DA INDUSTRIA DE LOUÇAS SANITÁRIAS Ana Beatriz Amorim Dantas Lídia Yokoyama Valeria Castro de Almeida PRÓXIMA Realização: ICTR Instituto de Ciência e Tecnologia em Resíduos e Desenvolvimento Sustentável NISAM - USP Núcleo de Informações em Saúde Ambiental da USP

2 Aplicações do Reaproveitamento do Rejeito da Indústria de Louças Sanitárias Ana Beatriz Amorim Dantas 1, Lídia Yokoyama 2, Valeria Castro de Almeida 3 Resumo A indústria cerâmica de louça sanitária, assim como qualquer outro segmento industrial, é uma grande geradora de resíduos; não apenas devido às peças fora de especificação, mas também decorrente de perdas no transporte e descarregamento de matéria-prima, homogeneização da barbotina e lavagem de equipamentos. Em virtude das características do setor, o efluente líquido do processo produtivo apresenta uma elevada concentração em sólidos suspensos. Após tratamento na ETE; floculação com polieletrólitos, separação sólido / líquido e passagem em filtroprensa; gera-se um volume significativo de resíduo sólido. A crescente busca por produtos e processos ambientalmente corretos aliada à intensificação da legislação ambiental, tornam inaceitável o descarte deste lodo de ETE em corpos receptores. A minimização de resíduos surge então como uma solução para a correta disposição desse material, possibilitando, tanto o seu reaproveitamento dentro do ciclo produtivo da própria indústria cerâmica quanto em outros segmentos industriais. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo caracterizar o resíduo sólido gerado na Estação de Tratamento de Efluentes de uma indústria de louça sanitária, e propor possíveis aplicações para o mesmo. Com base nos resultados obtidos, verificou-se que o resíduo sólido além de ser classificado como Classe II- Não Inerte, apresentou, após queima a 1250 º C, valores de absorção de água, porosidade aparente e retração linear características que o tornam adequado não apenas para o reaproveitamento junto à matéria-prima virgem da indústria sanitária, mas também como insumo para o setor de revestimentos cerâmicos. Palavras - Chave: rejeito cerâmico, reuso, revestimento cerâmico. 1- M. Sc,Universidade Federal do Rio de Janeiro anaebia@uninet.com.br 2- D.Sc, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Departamento de Processos Inorgânicos, Centro de Tecnologia Bloco E - CEP , lídia@eq.ufrj.br 3- D.Sc, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Departamento de Processos Inorgânicos, Centro de Tecnologia Bloco E- CEP , valeria@eq.ufrj.br 3683

3 Introdução Um dos grandes desafios do mundo moderno é o trato do problema do resíduo sólido gerado no processo industrial. Nas últimas décadas, o crescimento do consumo e conseqüentemente o aumento da produção industrial têm acarretado não apenas a diminuição das reservas natural seja essas minerais ou energéticas, mas também a geração de uma grande quantidade e variedade de resíduos e subprodutos. A história industrial brasileira não difere do panorama global, visto que nunca dispôs corretamente os resíduos gerados, sendo estes, usualmente, despejados em rios, no mar, terrenos baldios, enterrados ou simplesmente abandonados em galpões da própria empresa geradora. A poluição advinda dessas práticas teve, e ainda tem, seus efeitos nocivos observados não apenas no meio ambiente, mas também na saúde do próprio homem. Com as novas normas e diretrizes para o gerenciamento de resíduos sólidos, a intensificação da legislação e a fiscalização muito mais presente e efetiva; torna se inadmissível o descarte e disposição direta desses materiais no meio ambiente. Em vista disto, a busca por alternativas menos agressivas, mais eficazes e ecoeficientes de tratamento dos resíduos sólidos tem sido o caminho trilhado para reverter, ou pelo menos amenizar, o cenário negativo estabelecido pela disposição incorreta destes materiais. Por se caracterizar como uma indústria baseada na tecnologia do pó, o efluente líquido gerado em diversas etapas da produção apresenta uma concentração de sólidos em suspensão elevadíssima. Após o adequado tratamento desse efluente em Estações de Tratamento de Esgoto (ETE), gera-se um volume considerável de resíduo sólido. Atualmente, esta lama residual não apresenta uma destinação definida. De maneira geral, ela é descartada de forma inadequada no meio ambiente, provocando assoreamento e contaminação dos rios. Considerando que o volume de resíduos sólidos gerados a partir do tratamento dos efluentes em Estações de tratamento de Esgoto ( ETE), não apresenta uma destinação final, o objetivo do estudo em questão é a caracterização deste resíduo demonstrando a possibilidade real de aproveitamento dessa lama de ETEs em diversas outras aplicações cerâmicas. Materiais e Métodos Na realização da parte experimental desta pesquisa foram utilizadas seguintes as matérias-primas: resíduo sólido (lodo) proveniente da ETE e misturas de argilas. A pesquisa foi dividida em duas partes; a primeira etapa consistiu na caracterização (mineralógica, química, física, etc.) de todos os materiais empregados no trabalho. Na segunda parte foram realizados ensaios tecnológicos nos quais pôde-se determinar possíveis aplicações tecnológicas para o resíduo sólido. Resultados 1-Caracterização dos materiais 1.1- Resíduo proveniente da ETE Os ensaios de teor de umidade e perda ao fogo (PF) mostraram que o resíduo perde, em média, 34% e 9,8% de massa, respectivamente. Por ser um lodo gerado 3684

4 na estação de tratamento de efluentes após passagem em filtro-prensa, a porcentagem de água retida no material tende a ser elevada. Como a PF foi realizada no resíduo pré-seco, seu valor é consideravelmente menor que o do teor de umidade, sendo aquele representado pela liberação de água de hidratação e/ou material orgânico. Pela distribuição granulométrica verificou-se que 26% do resíduo é composto por partículas com diâmetro de 0,177 mm. A composição química do resíduo da ETE apresentada na Tabela 1 mostra uma elevada concentração de oxigênio, sílica e alumínio e, em menores quantidades, carbono e potássio. Os outros elementos aparecem em concentrações abaixo de 1%. O teor de carbono é bastante elevado ( 5,2%), diferindo daquele normalmente encontrado em argilas para sanitário 0,5 a 0,7% (SANTOS, 1989). Essa quantidade de carbono é oriunda não de matéria orgânica, mas provavelmente do polieletrólito empregado no tratamento de efluentes da indústria cerâmica. Tabela1 - Composição química elementar do resíduo seco Componente % (massa) Componente % (massa) O 51.4 Zr Si 24.9 P Al 13.2 S C 5.18 Mn K 2.43 Zn Na Cl Fe Cr Mg Rb Ca Cu Ti Sr A análise química mostra que embora o resíduo sólido apresente uma composição à de uma massa padrão para louça sanitária, Tabela 2; os valores percentuais tendem a ser muito mais semelhantes aos de um filito cerâmico. Tabela 2 - Análise química do resíduo (R), de um filito cerâmico (F) e de uma massa padrão para sanitário (MS). Composição (%) R F * MS * SiO 2 62, ,9 Al 2 O 3 29, ,9 K 2 O 3,45 3,9-4,2 2,01 Na 2 O 1,42 0,1 1,49 Fe 2 O 3 1,24 1,6 0,84 TiO 2 0,52 n. d. - MgO 0,73 0,7-1,2 0,10 CaO 0,52 0,5 0,20 % C 6,1 - - *Fonte: SANTOS (1989) Com base na difração de raios- x observa-se que o resíduo da ETE é composto por quartzo (SiO 2 ) e pelos seguintes argilominerais: albita (Na 2 O.Al 2 O 3.6SiO 2 ) e anortoclase (K 2 O.Al 2 O 3.6SiO 2 ; CaO.Al 2 O 3.2SiO 2 ) ambos 3685

5 pertencentes ao grupo do feldspato ; montmorilonita ([Mg; Ca]O.Al 2 O 3.5SiO 2.nH 2 O) e caulinita (Al 2 O 3.2SiO 2.2H 2 O) pertencentes ao grupo dos filossilicatos. Os teores elevados de sílica e alumínio obtidos na fluorescência de raios-x são provenientes, principalmente, dos argilominerais da amostra. Parte da sílica encontrada é também decorrente do quartzo, mineral largamente empregado na indústria cerâmica. A presença do polieletrólito pode ser verificada pela curva DTA do resíduo em atmosfera de N 2 Figura 1. Em ambiente inerte ocorre a pirólise (decomposição térmica) do agente de floculação, há a junção das bandas de desidroxilação de caulinita e de pirólise do polieletrótico, dando origem a um único evento endotérmico ( º C). Figura 1 Curvas TG/DTA do resíduo sólido em ambiente inerte O comportamento térmico do resíduo sólido também foi analisado mediante difração de raios-x após queima a 1100 e 1220 º C, Figura 2 (a) e (b), respectivamente. A 1100 º C verifica-se a existência de quartzo e albita; a esta temperatura toda a caulinita presente no resíduo in natura já foi degradada a metacaulinita (amorfa), e a montmorilonita já teve seu reticulado cristalino destruído ( 880 º C). Há início de formação de mulita e cristobalita, contudo ainda não detectáveis. A 1220 º C os argilominerais feldspáticos foram totalmente degradados, a presença de mulita já pode ser identificada, e o quartzo é o único mineral original da amostra. 3686

6 Figura 2 : Difratogramas do resíduo sólido após queima a: (a) 1100 º C e (b) 1220 º C 3687

7 Os ensaios de periculosidade e toxicidade realizados segundo a norma NBR mostraram que o resíduo sólido após calcinação a 1250 º C apresenta metais com concentração abaixo do limite imposto pela norma Tabelas 3 e 4 ; sendo, portanto considerado resíduo Classe II Resíduo Não Inerte. Alguns elementos como zircônio, estrôncio e titânio não são contemplados pela norma, não apresentando, portanto limites de concentração. Tabela 3 Ensaio de lixiviação do resíduo Lixiviação ppm NBR Limite Máximo no Lixiviado (ppm) Zn Zn - Al Al - Zr Zr - Cr Cr 5.0 Ti Ti Fe < Fe - Cu < Cu - Sr < Sr - Tabela 4 Ensaio de solubilização do resíduo Solubilização ppm NBR Limite Máximo no Extrato (ppm) Al Al 0.20 Zr Zr - Zn Zn 5.0 Fe Fe 0.3 Cr Cr 0.05 Cu Cu 1.0 Ti Ti - Sr < Sr COMPÓSITOS FEITOS COM A MASSA PADRÃO E O RESÍDUO SÓLIDO Foram preparados compósitos feitos da mistura do resíduo sólido (R) com a massa padrão (MP); inicialmente o resíduo foi adicionado como carga, perfazendo na massa de referência concentrações de 3, 5, 10 e 15% e, a mistura sendo queimada a 1250 º C. À medida que a fração de resíduo na massa do biscoito aumenta, a retração linear aumenta Tabela 5. A incorporação de concentrações de carga crescentes introduz na massa quantidades de quartzo cada vez maiores; há a dissolução dos grãos desse mineral com formação de mais fase vítrea e, portanto maior união das partículas. Conseqüentemente, há diminuição tanto da absorção de água quanto da porosidade aparente. A introdução do resíduo promove em um primeiro momento a redução da resistência das peças devido à formação de poros fechados. Frações maiores de resíduo tendem a aumentar a TRF por causa da adição de quartzo à mistura. 3688

8 A influência da quantidade de massa padrão utilizada como carga em compósitos cuja massa de referência é o resíduo também foi avaliada. Pode-se observar que o aumento da fração incorporada (5 30%) contribui para a diminuição da AA, da PA e também da RL. Em contrapartida, a resistência das peças pouco varia até 10% de massa adicionada. A 15% observa-se um aumento de TRF. Tabela 5 Comportamento de queima de compósitos de R+MP com diferentes frações mássicas de carga incorporada % carga 1250 ºC incorporada RL(%) AA(%) PA(%) TRF(kgf/cm 2 ) (1) MP+ R (carga) 0 10,27 0,29 0, ,43 0,13 0, ,50 0,14 0, ,67 0,09 0, ,73 0,05 0, (2) R + MP (carga) 0 13,43 0,28 0, ,95 0,37 0, ,86 0,27 0, ,79 0,26 0, ,50 0,21 0, ,54 0,17 0, ,45 0,14 0, (1) carga incorporada: resíduo sólido (2) carga incorporada: massa padrão De maneira geral, verifica-se que o resíduo sólido quando empregado como carga age como um fundente, densificando as peças cerâmicas. A fase líquida formada a 1250 º C facilita a sinterização, promovendo o preenchimento mais eficiente dos poros abertos das peças REVESTIMENTO CERÂMICO Os ensaios foram realizados com peças cerâmicas obtidas nos ensaios de queima descrito anteriormente baseados nas Normas NBR e NBR13.818/ Na superfície das peças fixou-se um cano de borracha no qual adicionou-se um determinado volume de água, Figura 3. A montagem foi deixada em repouso e, ao final de uma semana, verificou-se a ocorrência ou não de vazamento de água através da peça. Altura de HB2BO 1 semana 3689

9 Figura 3 : Esquema do ensaio de infiltração nas peças cerâmicas queimadas A resistência das peças ao ataque químico foi estudada tanto para de uso doméstico quanto industrial. Para isso, imergiu-se por 24 horas os corpos de prova queimados nos seguintes produtos : Amoníaco (uso doméstico) ; Água Sanitária (uso doméstico) ; Ácido Sulfúrico P.A ; Com base nos resultados de absorção de água obtido todas as peças cerâmicas podem ser agrupadas segundo a NBR /1997, em BIa (0<AA<0,5), sendo portanto, classificadas como porcelanato. Segundo a resistência química, os cerâmicos são do tipo UA, pois apresentam alta resistência aos produtos de uso doméstico; e do tipo UHA, por serem altamente resistente a um produto industrial concentrado. Segundo a resistência ao manchamento, as peças podem ser enquadradas como classe %, apresentando máxima facilidade de remoção das manchas com água quente. Nenhuma peça apresentou sinais de vazamento, permanecendo a coluna d água intacta. Os corpos resistiram as baixas temperaturas sem danos. Tendo em vista os resultados acima, tanto as peças confeccionadas com resíduo sólido quanto os compósitos, em todas as concentrações, apresentam características que os tornam passíveis de serem utilizados como revestimento cerâmico do tipo porcelanato 5. Discussão A composição química do resíduo sólido evidenciou elevada concentração de sílica, vinda do quartzo e dos argilosminerais presentes e de carbono, oriundo do polímero adicionado para o tratamento dos efluentes. A percentagem de metais pesados encontrada foi extremamente baixa, ratificando o enquadramento da lama cerâmica como resíduo Classe II- não inerte 6. Nos compósitos de resíduo com massa de referencia, a absorção de água e a porosidade também diminuíram com o aumento da concentração da carga; já a retração linear apresentou um comportamento, não muito claro, de redução. 3690

10 Pelos ensaios específicos e pelos dados de absorção de água, pôde-se verificar que tanto o resíduo sólido quanto seus compósitos apresentam características que o tornam passíveis de serem empregados como placas cerâmicas do tipo porcelanato para revestimento 7. Conclusão O presente trabalho pôde constatar que o resíduo sólido proveniente da unidade de tratamento de efluentes de uma determinada indústria de louça sanitária demonstrou ter características que o tornam possível de ser reutilizado no setor de revestimento cerâmico, visto que tanto o resíduo sólido quanto os seus compósitos, nas concentrações pesquisadas demonstraram ter propriedades que o tornam passíveis de serem empregados como porcelanato. Referências Bibliográficas 1- Santos, P.S, 1989, Ciência e Tecnologia de Argilas, v. 1,2,3. São Paulo. Ed. Edgard blucher. 2- Associação Brasileira de Normas técnicas, NBR Associação Brasileira de Normas técnicas, NBR Associação Brasileira de Normas técnicas, NBR13818/ Dantas, A B A, Caracterização Tecnológica do Resíduo da Industria de Louça Sanitária. Tese de Mestrado, EQ/UFRJ, 2003, Rio de janeiro.rj 6- Dantas, a B A, Almeida V.C., Yokoyama, L.,Caracterização do rejeito da indústria de louças sanitárias XXII Jornada de Iniciação Científica, UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil. ABSTRACT In the same way as any other industrial sector, the ceramic ware industry generates large quantities of residues. This is not only due to rejected products (out of specification), but also because of losses in transportation and unloading of raw materials, homogenization of barbotine and cleaning of process equipament. The liquid effluent of such processes presents an elevated concentraction of suspended solids. After treatment by the ETU - floculation with polyelectrolytes, solid/liquid separation and passage through press filters - one is left with a considerable amount of solide residues. The continuous search for environmentally compatible products and process, allied to the progressive tightening of the environmental legislation, make the discard of such ETU mud in recieving bodies unacceptable. Mimimization of residuo volumes becomes the proper alternative for handling this material, aiminimg at its recycling, both in ceramic industry own production processes as well as in other industrial sectors. In this context, the present study had the purpose of characterizing the solid residue from an sludge ETU and suggesting possible uses for it. Observed results indicate that this solid residue can be classified as Class IInot inert. After roasting at 1250 o C, the values for water absorption, apparent porosity and linear contraction indicate a possible reuse of the residue, not only in the sanitaryware industry, mixed to fresh raw materials, but also in the ceramic tiling industry. Keywords: ceramic residue, reuse, ceramic tiling industry 3691