Palavras-chave: resíduos sólidos, pneu, cerâmica vermelha. Keywords: solid waste, tires, red ceramic

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1 INCORPORAÇÃO DE RESÍDUO PÓ DE BORRACHA DE PNEUS INSERVÍVEIS EM CERÂMICA VERMELHA Juliana S. de Faria 1* (M), Carlos M.F. Vieira 1 1 Laboratório de Materiais Avançados(LAMAV) - Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro UENF, Campos dos Goytacazes RJ, fariajuliana16@gmail.com Resumo: Este trabalho tem por objetivo avaliar o efeito da incorporação de pó de borracha de pneus nas propriedades físicas e mecânicas de cerâmica vermelha. Composições foram preparadas com 0; 0,5; 1; 1,5 e 2 % em peso de pó de borracha de pneus incorporado numa massa cerâmica caulinítica. Corpos-de-prova retangulares foram obtidos por pressão uniaxial para queima a 850 C. As propriedades físicas e mecânicas determinadas foram: tensão de ruptura à flexão e absorção de água. A microestrutura das cerâmicas queimadas foi avaliada por microscopia eletrônica de varredura. Os resultados mostraram que as incorporações alteraram significativamente a absorção de água e reduziu a resistência mecânica conforme o aumento das incorporações, devido ao elevado índice de porosidade. Palavras-chave: resíduos sólidos, pneu, cerâmica vermelha. Incorporation of rubber dust residue from unserviceable tires in red ceramic. Abstract: This study aims to evaluate the effect of tire rubber dust incorporation in the physical and mechanical properties of red ceramic. Compositions were prepared containing 0; 0,5; 1; 1,5 and 2% in tire rubber dust weight kaolinite incorporated into a ceramic mass. Rectangular bodies of the test piece were obtained by uniaxial pressure to burns at 850 C. The specific physical and mechanical properties were: flexural stress at rupture and water absorption. The microstructure of the fired ceramics was evaluated by electronic microscopy. The results showed that the incorporation significantly alter the water absorption and reduced mechanical strength according to the increase of the embodiments, due to the high porosity index. Keywords: solid waste, tires, red ceramic Introdução Atualmente, com o constante crescimento populacional, tem-se a necessidade de uma maior demanda por produtos industrializados, que possuem ciclos de vida cada vez menores e consequentemente gerando elevado volume de resíduos que são descartados de maneira inadequada. O pneus usado pode se tornar um resíduo indesejável e, quando não possui mais nenhuma possibilidade de reaproveitamento, ou seja, quando não possui mais utilidade na recauchutagem ou recapagem é classificado como pneu inservível, a inutilidade deste está se tornando um problema mundial. O descarte de pneus inservíveis cresce ano após ano em todo o mundo. Os pneus podem ser utilizados como combustível alternativo em caldeiras de indústrias cimenteiras, de forma inteira ou picada, aproveitando alguns óxidos contidos nos metais dos pneus radiais. Reciclado, o pneu pode servir como tapetes para automóveis, solado de sapato, pisos industriais e borrachas de vedação. Além disso, o pó gerado na recauchutagem e os restos de pneus moídos podem ser usados, na composição de asfalto de maior elasticidade e durabilidade, e ainda, como elemento aerador de solos compactados e pilhas de composto orgânico [1]. Dentre os setores que mais enfatizam a reciclagem de resíduos industriais e urbanos, a indústria cerâmica tem grande destaque em virtude de possuir elevado volume de produção, o que possibilita o consumo de grandes quantidades de rejeitos [2]. A incorporação de resíduos na

2 matriz cerâmica pode trazer diversas vantagens para a indústria, como economia de matéria-prima nãorenovável, obtenção de produtos com forte apelo ambiental, redução do consumo de energia e outros. Por outro lado, materiais com elevadas quantidades de substâncias carbonáceas e/ou orgânicas, sejam resíduos ou não, tendem a aumentar a porosidade da cerâmica após a queima. Estes materiais geralmente não são incorporados em grandes quantidades uma vez que podem acarretar danos às peças cerâmicas após a sinterização [3]. Considerando a problemática em relação ao volume de pneus descartados diariamente, a escassez de matéria-prima para produção da cerâmica, a facilidade do processamento e a possibilidade de melhorias na qualidade do produto final, bem como redução do gasto energético, vê-se que a incorporação de resíduos de pneu em cerâmica pode contribuir significativamente no processo de produção industrial e na preservação ambiental. Materiais e métodos As matérias-primas utilizadas para realização deste trabalho são: massa cerâmica, provenientes do setor cerâmico de Campos dos Goytacazes-RJ, e resíduo pó de borracha proveniente da recauchutagem de pneus fornecido pelo IDEA-Cíclica-Magé-RJ.As matérias-primas foram caracterizadas por difração de raios-x e microscopia óptica (MO). A massa cerâmica foi seca em estufa a 110 ºC por 24h, destorroada e peneirada manualmente em malha de 40 mesh (0,420 mm). Posteriormente, foram preparadas as composições 0; 0,5; 1; 1,5 e 2% elaboradas a partir da mistura das matérias-primas, conforme Tabela 1. Foram conformados 13 corpos de prova, para cada composição, com 8% de umidade nas dimensões 114,0 x 25,0 x 11,0 mm e pressão uniaxial a 20 MPa para queima a 850 ºC, com incorporações do resíduo de 0 a 2% em massa cerâmica.após conformação os corpos de prova foram secos em estufa a 110 ºC até adquirirem peso constante, para serem aferidas suas medidas e massas. Em seguida, foram queimados a 850 ºC, com uma taxa de aquecimento de 2 ºC/min e temperatura patamar de 120 minutos. O resfriamento foi realizado por convecção natural desligando-se o forno.foram realizados ensaios de absorção de água e tensão de ruptura à flexão. Os corpos de prova foram ainda analisados quanto às propriedades microestruturais, para investigar as fases cristalinas presentes na cerâmica após a queima através de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia óptica (MO). Resultados e Discussão A Tabela 1 apresenta a composição química da massa cerâmica. Observa-se que a composição química predominante é dada pela presença de sílica (SiO 2 ) e alumina (Al 2 O 3 ) os quais estão em sua maior parte combinados formando os aluminossilicatos como por exemplo, a mica muscovita e a caulinita [5]. Tabela 1: Composição química da massa cerâmica. Elemento SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 TiO 2 K 2 O CaO MgO P 2 O 5 MnO Na 2 O PF Teor(%) 45,52 28,67 8,05 1,35 1,47 0,24 0,87 0,15 <0,05 0,35 13,07 A Fig. 1 apresenta o gráfico de DRX da massa cerâmica utilizada neste trabalho. Podem ser observados picos de difração predominantes correspondentes à caulinita ( Al 2 O 3.2SiO 2.2H 2 O), quartzo (SiO 2 ), gibbsita (Al 2 O 3. 3H 2 O),mica muscovita (K 2 O.3Al 2 O 3.6 SiO 2.2H 2 O) e presença de montmorilonita [(Ca, Na) 0,3 Al 2 (Si, Al) 4 O 10 2(H 2 O)]. O quartzo ou sílica livre é um mineral encontrado naturalmente nas argilas e solos. Considerado uma impureza, atua como material inerte [5] e diminui a plasticidade do material e alguns efeitos nocivos devido às suas mudanças de fase cristalina com a elevação da temperatura. É possível observar o caráter amorfo do difratograma (Fig. 2), cadeias poliméricas amorfas, devido à presença de grande quantidade de carbono. As fases cristalinas

3 encontradas foram poliestireno, sulfato de chumbo, ferro, carbono e sulfeto de magnésio com presença de portlandita, zincita e sulfeto de alumínio e zinco. Deve-se ressaltar que, em consequência de uma composição química complexa, existem outras fases cristalinas, porém de difícil detecção devido à baixa intensidade e sobreposição dos picos. Figura 1: Difratograma de raios X da massa cerâmica. Figura 2: Difratograma de raios X do pó de borracha. Ao analisar a Tabela 2, com os resultados da análise química elementar do pó de borracha, verifica-se a existência de metais pesados como o chumbo (Pb), cromo (Cr) e cádmio (Cd), embora estes não apresentem valores muito expressivos. Nota-se que o magnésio (Mg), alumínio (Al), cálcio (Ca) e enxofre (S) têm uma concentração considerável e a presença destes elementos justificam a ocorrência e identificação dos picos de raios X, apresentados na Fig. 2. Os resultados encontrados estão de acordo com a literatura [4], que investigou a utilização de resíduos de pneus inservíveis em argamassa. Tabela 2: Composição química do pó de borracha. Composição Química Elementar (µg.g -1 ) Elementos concentração Padrão Al Ba Cd Cr Cu Fe Mn Ni Pb Percentual 8 2,5 0,09 0,8 2,4 28 2,6 0,7 2,4 Elementos concentração Padrão Ti V Zn P S Ca K Mg Na Percentual 1,6 0,4 18,2 8, ,4 8 6,2 Carbono total: 75,8 % Observa-se que, mesmo dentro do erro estatístico, a incorporação de resíduo de borracha de pneu alterou a absorção de água (Fig. 3) das peças, aumentando de acordo com a incorporação do mesmo. Esta propriedade é fortemente ligada à porosidade do material, indicando que a incorporação deste resíduo acarreta aumento da porosidade nas peças queimadas. As incorporações 0,5 e 1% comparadas

4 à 0% não alteraram de forma expressiva a absorção de água enquanto as incorporações de 1,5 e 2% estão bem acima dos valores recomendados que indica cerca de 25% a absorção de água para fabricação de tijolos [5]. Pela análise da Fig. 4 percebe-se que a resistência mecânica das peças cerâmicas é afetada conforme o aumento da incorporação do resíduo pó de borracha [2], este fato esta diretamente relacionado à porosidade do material. Através da microscopia eletrônica de varredura (MEV), Fig.5, é possível observar a ocorrência desses poros variando de acordo com o aumento das incorporações. Figura 3: Absorção de água Figura 4: Tensão de ruptura à flexão. Figura 5: Microscopias eletônicas de varredura (MEV) das peças, queimadas à 850 ºC, nas composições 0; 0,5; 1; 1,5 e 2% respectivamente. Aumento de 50x. Conclusões Com base nos ensaios realizados percebe-se que a adição de resíduo de borracha de pneu altera as propriedades tecnológicas de peças cerâmicas queimadas à 850 ºC. Pela análise das micrografias (MEV), é possível observar a ocorrência de poros variando de acordo com o aumento das incorporações. Mesmo dentro do erro estatístico, a incorporação de resíduo de borracha de pneu alterou significativamente a absorção de água das peças, aumentando de acordo com a incorporação deste. Pode-se observar que as incorporações 0,5 e 1% comparadas à 0% não alteraram de forma expressiva a absorção de água. Já as incorporações de 1,5 e 2 % estão bem acima dos valores recomendados. Esta propriedade é fortemente ligada à porosidade do material, indicando que a incorporação deste resíduo acarreta aumento da porosidade nas peças queimadas. A ocorrência de poros é justificada pela alta concentração de carbono do resíduo, que há altas temperaturas volatiliza acarretando a formação de poros. Pela análise da tensão de ruptura à flexão percebe-se que a resistência mecânica também é afetada conforme o aumento da incorporação do resíduo. Agradecimentos À UENF pela concessão da bolsa de mestrado e pela oportunidade de realização desta pesquisa.

5 Referências Bibliográficas 1. E. Kamimura, Dissertação, Universidade Federal de Santa Catarina,2002. Potencial de utilização dos resíduos de borracha de pneus pela indústria da construção civil. 2. R. R. Menezes et al., The use of granite wastes as ceramic raw materials. Cerâmica, v. 48, n. 306, p , M. Dondi, M. Marsigli; B. Fabri. Recycling of industrial and urban waste in brick production A Review (Part 2). Tile & Brick International, (1997 a e b) v. 13, n P. de S. Santos, Tecnologia de argilas: Fundamentos. Edgard Blücher Editora Ltda, São Paulo, vol. 1, J. A. Canova, R. Bergamasco, G. de A. Neto, A utilização de resíduos de pneus inservíveis em argamassa de revestimento. Acta Scientiarum. Technology, 2007, v. 29, n. 2, p