TRATAMENTO DE RESÍDUOS GERADOS PELO BENEFICIAMENTO DE ROCHAS ORNAMENTAIS

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1 TRATAMENTO DE RESÍDUOS GERADOS PELO BENEFICIAMENTO DE ROCHAS ORNAMENTAIS 1 Lorenzo Pratti Prando, 2 Iatahanderson de Souza Barcelos 1 Bolsista de Iniciação Científica BITEC/IEL/CNPq/FAACZ, discente do curso de Engenharia Química 2 Professor do Departamento de Engenharia Química da Faculdade de Aracruz/FAACZ 1 Av.Guaçui, 1592, Shell, Linhares - ES, CEP Av.Venâncio Flores, 967,Guaxindiba, Aracruz - ES, CEP iatabarcelos@gmail.com - Iatahanderson de Souza Barcelos RESUMO - devido à ascensão do setor de rochas ornamentais nos últimos anos, houve um aumento da preocupação com o impacto ambiental causado tanto na extração como no processo de beneficiamento de rochas. Levantamentos realizados comprovam que em uma obra o valor de agregados como o cimento representação 80% do custo total. Se o percentual de cimento utilizado for reduzido teremos uma diminuição do custo do concreto, sendo assim os investimentos voltados para a construção civil iriam se tornar mais acessíveis. Com a redução do custo será possível o estado e órgãos governamentais construir mais casas populares, ou direcionar verbas que estariam comprometidas com a construção para outras áreas, como a saúde, beneficiando diretamente a sociedade. Através de ensaios de tensão será possível analisar se a incorporação do resíduo altera as propriedades físicas quando adicionada ao concreto. Para tais testes, foram preparados corpos de prova contendo uma variação no teor de resíduo na faixa entre 5 a 25% em substituição ao percentual de cimento, aplicadas ao teste de tensão. Com a correta destinação, um subproduto que acarreta inúmeros problemas ao meio ambiente, transforma-se em matéria prima de grande qualidade. Palavras-Chave: caracterização, reaproveitamento e destinação. INTRODUÇÃO Com o acelerado aumento da concorrência e das preocupações com a melhoria da qualidade do meio ambiente, as indústrias vêm buscando alternativas de reduzir os gastos visando à redução dos impactos ambientais e o aumento da qualidade perante o mercado consumidor. Esse comportamento se ilustra em um contexto de uma legislação mais exigente, do desenvolvimento de políticas econômicas, de outras medidas destinadas a estimular a proteção ao meio ambiente e de uma crescente preocupação das partes interessadas em relação às questões ambientais e ao desenvolvimento sustentável. Muitas empresas têm efetuado análises ambientais a fim de avaliar seu desempenho ambiental. Para que sejam eficazes, é necessário que esses procedimentos sejam conduzidos dentro de um sistema de gestão estruturado e integrado ao conjunto de atividades de gestão. Hoje, sejam pela força da legislação ou mesmo por uma maior preocupação com os impactos que as indústrias geram ao meio ambiente, tanto empresa, empresários, quanto profissionais correlacionados a pesquisas para proteção, buscam desenvolver metodologias e processos com menor quantidade de resíduo possível, ou seja, menor impacto ambiental. Esse trabalho tem o objetivo de realizar a caracterização do resíduo gerado e desenvolver possíveis aplicações tecnológicas. A utilização destes materiais para a obtenção de um produto, ou inovação tecnológica apresenta, dentre outras, a vantagem de diminuir a quantidade de rejeito a ser descartada na natureza, além de agregar valor a um resíduo indesejável. No trabalho em questão foi estudada sua incorporação na fabricação de concreto, visando a sua implementação reduzindo o percentual de cimento. Com esta a- plicação no concreto passamos de um subproduto para uma matéria prima de grande qualidade, contribuindo assim para o desenvolvimento de novas tecnologias na fabricação e uso na área da construção civil, com propriedades que suportam o grande crescimento que essa área vem enfrentando nos últimos anos. CARACTERIZAÇÃO DO PROBLEMA Os resíduos industriais gerados nas serrarias das marmorarias são geralmente depositados em barragens ou acumulados ao redor das empresas. Estes são lançados em locais inadequa- VIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica 27 a 30 de julho de 2009 Uberlândia, Minas Gerais, Brasil

2 dos, gerando grande impacto ambiental e acarretando conflitos com órgãos ambientais e populações vizinhas. Na maioria das serrarias os efluentes gerados no processo são depositados dentro de caixas retentoras juntamente com o resíduo sólido, onde em conjunto passam por caixas de tratamento por decantação, sendo a água retornada ao processo. Empresas do setor de mármore e granito fazem uso de caçambas para a remoção dos resíduos, que proporciona custos mensais relativamente altos, deixando de desenvolver e implantar melhorias no processo. Uma das fontes de contaminação dos solos é o lodo da estação de tratamento de efluentes, e um dos principais problemas encontrados é a falta de locais adequados para o descarte do rejeito, o não cumprimento da destinação correta pode comprometer o funcionamento da empresa por órgãos de fiscalização ambiental. A literatura apresentou estudos sobre reaproveitamento de resíduos de marmoraria (Tenório, 2004) utilizando o resíduo do polimento e corte de mármore e granito, sem granalha, com adição mineral, na produção de argamassas, substituindo por resíduo, percentuais de 5% e 10% sobre o volume de cimento e 5% e 10% sobre o volume de areia. MATERIAIS E MÉTODOS Com o intuito de conhecer as propriedades do resíduo foram coletados cerca de 450 kg de rejeitos da lagoa de decantação de várias serrarias e acondicionados em grandes recipientes de plásticos e transportados para o laboratório, que através de ensaios, indicará quais os compostos presentes na amostra, ordenando assim um tipo de tratamento mais adequado. A amostra do material foi acondicionada em uma estufa com temperatura de 110ºC por 24 horas, para eliminar a umidade presente. Depois de desidratada, foi encaminhada para o processo de apiloamento, para reduzir a granulometria do material. Através de ensaios de tração e mecânicos, pode-se analisar se a sua incorporação na fabricação do concreto proporciona uma maior qualidade ao material. Para isso foi realizado a preparação de uma massa teste para serem verificadas na prática todas as suas funcionalidades de incorporação, o foco não está apenas na fabricação e sim na qualidade do produto final. Determinação da Densidade do Sólido por Picnômetria Em laboratório foi realizado a determinação da densidade do sólido por picnômetria. O experimento foi realizado em triplicata como mostra a Figura 1, para uma maior confiabilidade dos dados obtidos. Todo o procedimento foi realizado a uma temperatura de 25ºC e consistiu em determinar os pesos picnômetros vazios, logo depois, foi determinado o peso destes com adição de sólido. Na próxima etapa, foram pesados os picnômetros com adição de sólido e água para depois serem pesado somente com água. Figura 1 - Picnômetros Utilizados na Determinação da Densidade. Através das equações 1 e 2 foram determinados o volume de água e o volume do picnômetro. (1) (2) Através da equação 3 foi determinado o volume do sólido: (3) De acordo com a equação 4 foi determinada a densidade do sólido: Determinação e Análise da Granulometria (4) A análise granulométrica é um método utilizado para separar misturas heterogêneas de sólidos, onde o tamanho da partícula é o responsável por sua separação. Consiste em uma seguência de peneiras com tamanhos diferentes que permitem que alguns sólidos fiquem retidos e outros passem para a próxima peneira. O teste foi realizado em laboratório, em uma amostra com uma massa de 400g, com diferentes tamanhos de peneiras, para conhecer a distribuição de tamanho de partículas, através da qual é possível definir diâmetros médios que possam representar o comportamento de todos os tamanhos do material particulado.

3 Modelagem dos Cálculos A literatura apresentou estudos sobre modelos de distribuição (Frare et al). As análises granulométricas de sólidos podem ser representadas pelos seguintes modelos de distribuição: Gates Gaudin Schumann (GGS) e Rosin Rammler Bennet (RRB). Desta forma, os modelos GGS e RRB podem ser determinados por meio do cálculo dos coeficientes envolvidos na regressão. Os resultados típicos são apresentados na Tabela 1 e plotados nos Gráficos 1 e 2. Tabela 1 - Dados Experimentais da Granulometria. ANÁLISE GRANULOMÉTRICA dp (cm) m (g) Fração X(%) Y(%) Z(%) 0,1180 7,00 0,018 0,018 0,982 0, ,96 0,050 0,068 0,932 0, ,32 0,473 0,541 0,459 0, ,92 0,295 0,836 0,164 0, ,80 0,122 0,958 0,042 0, ,20 0,036 0,994 0,006 Fundo 2,80 0,006 1,000 0, Gráfico 1 Análise Granulométrica Modelo Gates Gaudin Schumann (GGS): Linearizando o modelo e plotando o gráfico obtemos a equação indicada no Gráfico 3, que interpreta a linearidade dos pontos experimentais. Gráfico 3 - Linearização do Modelo GGS. y = 2,2991x + 5,5167 Para obtenção da distribuição granulométrica do modelo GGS, através da equação 5 podemos determinar o cálculo do parâmetro : (5) A Equação 6 representa o cálculo do parâmetro k: (6) Onde a = coeficiente angular e b = coeficiente linear, encontrados na equação da reta obtida no Gráfico 3: 0,09076 Gráfico 2 Distribuição Granulométrica Os resultados dos dados da linearização e dos cálculos do modelo GGS, são apresentados na Tabela 2 e plotados no Gráfico 4. Tabela 2 - Parâmetros do Ajuste do Modelo GGS. MODELO GGS dp (cm) Z (%) LN Z (%) LN (dp) Zmod(%) 0,1180 0,9830-0,0180-2,1370 1,8280 0,0890 0,9330-0,0700-2,4190 0,9560 0,0450 0,4590-0,7787-3,1011 0,1990 0,0275 0,1650-1,8018-3,5936 0,0640 0,0225 0,0430-3,1466-3,7942 0,0410 0,0175 0,0070-4,9618-4,0456 0,0230

4 Gráfico 4 - Distribuição Granulométrica Modelo GGS. Tabela 3 - Parâmetros do Ajuste do Modelo RRB. MODELO RRB dp (cm) Z (%) LN Z (%) LN(LN(1/1-Z)) (dp/k)^a Zmod(%) 0,1180 0,9830-2,1371 1,3976 6,5431 0,9986 0,0890 0,9330-2,4191 0,9922 2,7605 0,9367 0,0450 0,4590-3,1011-0,4863 0,3426 0,2901 0,0275 0,1650-3,5936-1,7163 0,0759 0,0731 0,0225 0,0430-3,7942-3,1366 0,0411 0,0403 0,0175 0,0070-4,0456-4,9583 0,0190 0,0189 Modelo Rosin Rammler Bennet (RRB): Linearizando e calculando parâmetros que determinam o modelo RRB obtemos através do Gráfico 5 a equação que interpreta a linearidade dos pontos experimentais. Gráfico 6 Distribuição Granulométrica Modelo RRB. Gráfico 5 Linearização do Modelo RRB. Preparação dos Corpos de Prova y = 3,0597x + 8,4172 Para obtenção da distribuição granulométrica do modelo RRB, devemos determinar o cálculo do parâmetro através da Equação 7 : A massa teste foi preparada em uma betoneira, agitador basculante com capacidade de 320L, para garantir uma maior homogeniedade. Para determinar a quantidade de cimento que deverá ser substituída pelo resíduo de mármore, foram confeccionados corpos de prova, conforme Figura 2, para verificar na prática a sua composição e resistência. (7) Os valores de M são representados através da Equação 8: (8) Onde k é calculado na equação (6) cujo valor é 0, Os dados da linearização e os cálculos do modelo RRB, são apresentados na Tabela 3 e plotados no Gráfico 6. Figura 2 - Corpos de Prova Preparados em Laboratório. Os corpos de provas foram confeccionados em tubos PVC de 10x20cm onde um percentual de cimento foi substituído pelo resíduo da serraria. Os corpos foram submetidos a testes de

5 resistência para determinar qual tensão suportada por cada amostra. O teste foi realizado no laboratorio de materias da construção civil, testando assim a resistência em cada corpo de prova. A Figura 3 ilustra os corpos de prova antes do teste de tensão. Após a imersão do concreto no aparato experimental, aguardou-se um tempo de 30 segundos, onde foi deslocada a guilhotina e marcado em dois cronômetros o tempo de escoamento na horizontal até atingir as marcas de 20 cm e 40 cm, respectivamente t 20 e t 40. RESULTADOS E DISCUSSÕES Determinação da Densidade do Sólido por Picnômetria Os resultados típicos da determinação dos pesos dos picnômetros são apresentados na Tabela 4, no experimento realizado em laboratório. Figura 3 - Corpos de Prova Antes do Teste de Tensão. Experimento da Caixa L A literatura apresenta aparatos experimentais (Petersson, 2000), para avaliar as propriedades e capacidade de preencher formas e resistência à segregação do concreto através do tempo de escoamento, esse aparato é denominado caixa em L, ilustrada na Figura 4. Visa o preenchimento de uma caixa na forma de L por uma massa de concreto preparada com adição de resíduos das serrarias. Logo após o preenchimento o aparato contém uma alavanca que deve ser acionada para ocorrer o escoamento do concreto ao longo da caixa. Tabela 4 Determinação da Massa dos Picnômetros. Massa dos Picnômetros Vazio Sólido Sólido + Água Água 14,63 g 19,54 g 23,14 g 20,37 g 16,29 g 22,28 g 25,60 g 22,35 g 17,82 g 23,17 g 26,27 g 23,35 g Através das equações (1) e (2) determinamos o volume de água e volume do picnômetro, V a = 3,350 cm 3 e V p = 5,7871 cm 3. Através da equação (3) determinamos o volume do sólido, V s = 2,4371cm 3 e assim a sua densidade, ρ sólido = 2,2198 g/cm 3. Distribuição Granulométrica Com base nos dados coletados em laboratório e com a realização da distribuição granulométrica, temos a classificação do material de a- cordo com a Figura 5. Os resultados do ensaio em laboratório são apresentados na Tabela 6. Figura 4 - Caixa em L. A parte vertical da caixa possui dimensões de 0,69m x 0,32m x 0,15m (altura x largura x profundidade), com um volume de preenchimento de 14,9 litros de concreto. A parte horizontal da caixa possui dimensões internas de 79cm x 33cm x 21cm. Figura 5 - Esquema da Distribuição Granulométrica.

6 Tabela 06 Dados Experimentais da Granulometria. Simulação dos Modelos Dentre os modelos propostos que descrevem a distribuição de tamanhos de partículas o que apresentou o melhor coeficiente de correlação linear foi o modelo RRB. Esse modelo fornece a fração mássica de partículas menores que são determinadas pelo diâmetro de Stokes, possuindo assim uma maior linearidade, ajustando assim o modelo ao tipo de granulometria. Várias são as distribuições de tamanhos de partículas, que podem ser utilizadas para a caracterização de um material particulado. Ensaio de Resistência Mecânica Os testes de resistência mecânica foram realizados no laboratório de engenharia civil, os corpos de provas confeccionados, conforme Figura 6, foram submetidos ao teste de tensão, até a sua total ruptura, ilustrados na Figura 7. Figura 7: Corpos de Prova Após o Teste de Resistência. Podemos afirmar que o concreto de referência com 0% de resíduo, isto é, com 100% de cimento Portland, é que apresenta a maior resistência, conforme a Tabela 7. A diferença de resistência da amostra contendo 0% de resíduo para a amostra contendo 25% de resíduo foi de aproximadamante 13,5%. Tabela 07 Tensão de Ruptura Exercida por cada Corpo de Prova. Ensaios Identificação Ruptura (MPa) 01 0% resíduo 27,4 02 5% resíduo 26, % resíduo 22, % resíduo 22, % resíduo 22, % resíduo 21,6 Figura 6: Teste de Resistência no Corpo de Prova. Ensaio com a Caixa L Os parâmetros t 20 =1,67s e t 40 =3,39s atenderam aos valores que estão relacionados com a fluidez, estabelecidos na literatura (Petersson, 2000), que são de 2s e 4s respectivamente.

7 CONCLUSÃO O concreto teste com adições de 5 a 25% de resíduo em sua composição apresentou uma ligeira queda de resistência ao teste de ruptura. Esta eficiência menor não impossibilita a sua aplicação na área da construção civil, como uma nova alternativa para diminuir o passivo ambiental, causada pela destinação incorreta do resíduo das marmorarias. Com o grande volume de obras na construção civil no estado do Espírito Santo, apesar da crise econômica mundial, uma economia nessa escala pode representar uma enorme redução de gastos, proporcionando tanto ao estado quanto à iniciativa privada um maior investimento em outras obras Para determinar a quantidade real de resíduo que poderia ser substituída no concreto sem afetar a sua resistência mecânica, haveria a necessidade da realização de testes em campos, para avaliar na prática todas as suas propriedades, em condições reais ao ser expostas ao ambiente natural. No teste de fluidez foi utilizada uma concentração de 25% de resíduo, buscando assim diminuir a quantidade de cimento utilizada. Neste teste a movimentação da amostra dentro do aparato experimental foi muito satisfatória, com a retirada da guilhotina houve um excesso de formação do cimento próximo a área da grade, mais esse desvio do padrão normal pode ser compensada pelo deslocamento instantâneo da amostra em instantes. Levantamentos realizados comprovam que em uma obra o valor de agregados como o cimento representação 80% do valor total da construção. Se o percentual de cimento utilizado for reduzido, teremos uma diminuição do custo do concreto, sendo assim os investimentos voltados para a construção civil, seja de casas populares ou de mansões, ficariam mais acessíveis. Com a redução do custo seria possível o estado construir mais casas populares, podendo então direcionar estas verbas que estariam comprometidas com a construção para outras áreas, como a saúde, beneficiando diretamente a sociedade e diminuindo um dos grandes problemas do país. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS FRARE et al, Linearização do modelo lognormal para distribuição do tamanho de partículas. Departamento de Engenharia Química da Universidade Estadual de Maringá, MG, pág 02. PETERSSON, Design of Self-Compacting Concrete, Properties of the Fresh Concrete. In: Proceedings Seminar on Self-Compacting Concrete, pág TENÓRIO, J. J. L., Desenvolvimento de argamassa através da utilização do resíduo do beneficiamento de chapas de granito. Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal de Alagoas - UFAL. AGRADECIMENTOS Agradecemos aos colaboradores do SEBRAE/IEL/CNPq pela grande oportunidade nos dirigidas com o intuito de propiciar qualificação e aperfeiçoamento, gerando maior abrangência de conhecimentos. Parabenizamos o proprietário da empresa envolvida no projeto, pois seu engajamento foi fundamental para a conclusão do mesmo. NOMENCLATURA - Volume da Água - Volume do Picnômetro - Massa de Água - Massa do Picnômetro - Densidade da Água a 25ºC - Massa do Sólido - Volume do Sólido.