INFLUÊNCIA DE ALGUNS ADITIVOS NA RESISTÊNCIA APÓS SECAGEM DE MISTURAS TAGUÁ DE JARINU, SP/LODO DE ETA

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1 1 INFLUÊNCIA DE ALGUNS ADITIVOS NA RESISTÊNCIA APÓS SECAGEM DE MISTURAS TAGUÁ DE JARINU, SP/LODO DE ETA S.Cosin*, V.F.J; Kozievitch ** ;P.S.Santos **, F.R V.-Diaz **. (*) Consultora; Jundiaí, São Paulo, - s.cosin@zaz.com.br (**) Laboratório de Matérias-Primas Particuladas e Sólidos Não-Metálicos LMPsol Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais; Escola Politécnica da USP; Caixa Postal ; São Paulo, SP. RESUMO Uma das dificuldades encontradas para o uso de resíduos sólidos em massas cerâmicas é quanto à baixa resistência, após secagem, dos produtos conformados; além disso, nos processos de fabricação utiliza-se ainda hoje muita mão de obra braçal. O acondicionamento das peças no forno, pode levar a perdas de até 30% delas. Neste trabalho foram estudados os efeitos de diversos aditivos orgânicos em composições de um taguá, da região de Jarinu, SP, com um lodo de uma estação de tratamento de água de uma indústria petroquímica. Foram conformadas, manualmente, esferas de aproximadamente 23mm de diâmetro. As esferas foram secas à temperatura ambiente, em seguida em estufa a 60ºC e, finalmente, a 110ºC. Após secagem, foram ensaiadas quanto à resistência à compressão. Com as composições que apresentaram melhores resultados foram conformados corpos de prova por prensagem que foram secos à 110ºC e queimados à 950ºC e medidas as suas propriedades cerâmicas. Palavras chave.- Aditivos, Cerâmica Vermelha, Taguá, Resíduos orgânicos, Lodo de estação de tratamento de água.

2 2 INTRODUÇÃO O parque industrial do Estado de São Paulo, o mais complexo e diversificado da América Latina, produz efluentes industriais que hoje representam grande risco para a sociedade e o meio ambiente. A produção de lodo pelas estações de tratamento de água (ETAs) no Estado é de aproximadamente toneladas/ano, em base seca (1) Esse material tem elevado potencial poluidor e o seu manuseio e descarte representam um alto custo na operação das indústrias. Atualmente o tratamento de efluentes dentro das Indústrias, já se encontra em estágios satisfatório, mas ainda não apresenta, por outro lado, perspectivas quanto ao uso e utilização do lodo inevitavelmente gerado. A disposição mais comum dos lodos removido de decantadores e adensadores é o descarte em aterros, proporcionando alto risco, já que com o acúmulo, as chuvas podem transportá-lo para os rios e atingir o lençol freático. Essa solução é de baixo custo, mas implica em disponibilidade de grandes áreas, longe de centros habitacionais. Outras alternativas para o armazenamento ou disposição dos lodos seriam filtros-prensa ou outros equipamentos para a desidratação, reduzindo sensivelmente o volume, obtendo-se uma torta com concentrações de sólidos de 60 a 70%, tendo as tortas os seguintes fins: adubação, incineração, aterros sanitários de lixo urbano, compostagem com lixo urbano, lançamento aos rios ou ao mar (1, 2). A Indústria de Cerâmica Vermelha é um setor muito importante, empregando grande quantidade de mão de obra, não especializada, o que favorece o setor social, oferecendo oportunidade a uma parte expressiva da população (3) Cerâmicas de Alvenaria (olarias) se encontram no Brasil todo e utilizam como matéria-prima básica, em torno de 60 milhões de toneladas/ano de argila comuns (3). A argila comum é usadas como matéria-prima na fabricação de tijolos, blocos e telhas etc., porque possuem plasticidade, contêm fundentes (impurezas contendo metais alcalinos e alcalino terrosos) e possuem, em maior ou menor porcentagem, quartzo que funciona como enchimento e formador de vidro o qual é o fator principal para a resistência mecânica e a porosidade corpo cerâmico queimado. Vem sendo cogitada a incorporação de lodo de ETAs à massas cerâmicas como componentes não-plásticos, colaborando na resolução do problema ambiental gerado pelos lodos, pois a Indústria Cerâmica consome elevadas quantidades de matéria-prima. Além

3 disso, a incorporação do lodo traria redução dos custos com matéria-prima dos produtos cerâmicos, já que os lodos poderiam ser obtidos pelas cerâmicas (olarias) com custo negativo ou muito baixo. Se de um lado foi encontrado alguma alternativa de potencial de uso desse lodo, pois estudos já efetuados pelo LMPsol, demonstram esse potencial, esbarrou-se no processo produtivo desses materiais. A grande quantidade de mão de obra braçal utilizada faz com que as perdas do inicio do processo ao produto final cheguem à quase 30%. Verifica-se que na etapa após secagem e a enforna dos produtos (colocação dentro dos fornos de queima) é onde há a maior perda. O objetivo do presente trabalho é, assim, o de estudar além do potencial de uso do lodo proveniente de uma unidade de tratamento de água industrial como constituinte de massas para Cerâmica Vermelha, a base de um taguá de Jarinú, SP, verificar a influência da adição de aditivos orgânicos visando: 1. Melhorar a resistência após secagem na produção de peças de cerâmica vermelha 2. diminuição das perdas de peças antes da queima 3. diminuição do impacto ambiental gerado por lodos de ETAs 4. economia de argila 5. menor custo do produto acabado 3 MATERIAIS E MÉTODOS MATERIAIS - A argila utilizada neste trabalho é um taguá da Região de Jarinu que faz parte, normalmente, das massas de Cerâmica Vermelha das industrias locais. O lodo utilizado é proveniente de uma indústria petroquímica do Estado de São Paulo. Foi recebido com umidade de aproximadamente 68%. Possui tamanho de partícula inferior ao da peneira ABNT n.º 18 (abertura 1,00mm). A sua composição elementar (amostra seca a 110 C), assim como a composição do taguá se encontram na Tabela I. Os dois componentes, taguá e lodo foram examinados por Difração de Raio X (DRX).

4 Foram utilizados diferentes carbohidratos, como aditivos orgânicos, denominados de A,B,C e D. 4 Tabela I Composição química do Lodo e do Taguá : ELEMENTOS AMOSTRAS % LODO TAGUÁ SAMARONE SiO 2 31,86 % 54,45 % TiO 2 0,87 % 0,51 % Al 2 O 3 32,12 % 20,00 % Fe 2 O 3 10,61 % 9,00 % MnO 0,10 % -- MgO 0,52 % 2,03 % CaO 0,15 % 3,00 % Na 2 O 0,12 % 0,35 % K 2 O 0,64 % 4,34 % P 2 O 5 0,52 % ---- Perda ao fogo 22,52 % 6,32 % Soma 100,01 % 100,00 % Da análise química e da curva de Difração de Raio X (DRX) pode-se concluir que o lodo contém, predominantemente, sílica e alumina, com significante presença de Ferro (Fe 2 O 3 ) MÉTODOS - Para os ensaios as seguintes etapas foram seguidas: 1- preparação da argila 1.1 secagem em estufa a 110ºC 1.2 moagem em almofariz de porcelana 1.3 peneiramento em malha ABNT n.º 80 (abertura 0,180 mm) 2- preparação do lodo 2.1 secagem em estufa a 110ºC 2.2 desagregação em almofariz até passagem completa em peneira ABNT n.º 80. (abertura 0,180 mm) 3- Pesagem e preparação das misturas.

5 Foram preparadas composições, utilizando 100; 90; 80; e 70 % de taguá, e 0; 10; 20; e 30% de lodo, em base seca, e às mesma foram adicionados 4 (quatro) tipos de aditivos orgânicos, denominados de A, B, C, e D, os quais foram dissolvidos em água para melhor homogeneização, e incorporados as misturas. Essas misturas foram preparadas com teores de umidade variando de 20 a 25% para serem utilizadas na confecção de esferas. 4 - confecção de 3 esferas de aproximadamente 23 mm de diâmetro de cada composição 5- Secagem em temperatura ambiente durante uma semana ( 72 horas) 6- Secagem em estufa 60ºC durante 72 horas 7- Secagem em estufa a 110ºC durante 4 dias ( 96 horas) 8- Após secagem uma esfera de cada composição foi ensaiada quanto a resistência à compressão utilizando-se máquina universal de testes Panambra modelo Versat Com a mistura que apresentou melhor resultado mostrado na Tabela II prova com aditivo C e 10% de lodo de ETA foram confeccionados 12 corpos de prova de 6,0cm x 2,00 cm x 0,6.cm, por prensagem manual. 10- Foram conformados paralelamente 24 corpos de provas para o branco, utilizando-se para isso uma composição com 100% de taguá sem aditivo orgânico (12 corpos de prova), e outra com 10% de Lodo sem aditivo orgânico (12 corpos de prova). 11- Os mesmos foram confeccionados manualmente, secos à temperatura ambiente durante 72 horas, 48 horas em estufa à 60ºC e 24 horas em estufa 110ºC. 12- Seis corpos de prova secos à 110ºC foram ensaiados quanto a resistência à flexão utilizando-se máquina universal de testes Panambra modelo Versat Seis corpos de prova secos à 110ºC foram queimados à 950ºC em mufla elétrica, com aquecimento de 10ºC por minuto e patamar de 30 minutos, com resfriamento natural. 5

6 14- Após queima os corpos de prova foram submetidos ao ensaio de resistência à flexão utilizando-se máquina universal de testes Panambra modelo Versat Com os fragmentos foram ensaiados quanto à absorção de água, (AA) porosidade aparente (PA), volume aparente (VA) e massa especifica aparente(mea) 6 RESULTADOS E DISCUSSÕES A tabela II mostra os resultados da resistência à compressão das esferas secas à 110ºC. Prova/Aditivos RESITENCIA À COMPRESSÃO em MPa 0% Lodo 10% Lodo 20% lodo 30% Lodo Aditivo A 32,90 34,17 20,99 16,21 Aditivo B 55,34 n.e* 42,47 40,45 Aditivo C 43,40 79,65 19,89 11,78 Aditivo D 0,27 0,009 19,45 19,02 n.e não ensaiado A tabela III mostra a resistência à flexão dos corpos de prova secos à 110ºC e queimados à 950ºC, da melhor composição e dos brancos. Tabela III- Resistência à flexão dos corpos de prova secos à 110ºC e queimados à 950ºC: Prova Resistência à Flexão Secas à 110ºC Queimada 950ºC 100% Taguá Branco 7,45 MPa 26,73MPa 90/10% Lodo - Branco 5,52 MPa 13,71MPa 90/10% com Aditivo Orgânico C 22,87 MPa 13,098 MPa Na tabela IV a seguir estão listados os resultados da Absorção de Água (AA), Porosidade Aparente (PA), Volume Aparente (VA) e Massa Específica Aparente (MEA) dos corpos de provas queimados à 950ºC.

7 7 Tabela IV- Absorção de Água AA, Porosidade Aparente PA; Volume Aparente VA; e Massa Específica Aparente MEA; dos corpos de prova queimados à 950ºC: PROVA A.A. P.A V.A M.E.A 100% taguá 12,94 24,86 3,77 1,92 90/10% Lodo 19,41 33,03 3,92 1,69 90/10%/aditivo orgânico 15,00 28,07 3,55 1,87 1- O resultado da Resistência à Compressão da esfera com aditivo C, apresentado na Tabela II, (79,65 MPa) mostrou que tem potencial de uso de Lodo de ETA, em massas de Cerâmica Vermelha processadas com adição de aditivos. O alto valor pode proporcionar bons resultados na produção de peças contribuindo com isso para diminuição da perda durante o processo produtivo, na etapa de secagem. 2- Como pode ser observado na Tabela III, resultados dos ensaios de Resistência à Flexão de corpos de prova conformados manualmente (6,0cm x 2,0cm x 0,6cm) secos à 110ºC, mostraram também que há potencial de uso de Lodo de ETA, juntamente com aditivos orgânicos. O valor de 22,87 MPa apresentado é muito superior (três vezes maior) aos valores dos Brancos, 100% taguá.( 7,45 MPA) e da mistura 90/10% de lodo sem a adição do Aditivo (5,52 MPa). 3- O resultado da Resistência à Flexão dos corpos de prova conformados manualmente (6,0cm x 2,0cm x 06cm) e queimados à 950ºC, prova com 90/10/ mais aditivo orgânico, quando comparado com o resultado dos brancos 100% taguá, e 90/10 lodo sem aditivo orgânico mostrou que há potencial de uso do lodo, e que a adição de aditivo orgânico na composição melhorou em muito a resistência à verde (seco à 110ºC), e que após queima à 950ºC as propriedades cerâmicas se mantiveram dentro dos padrões estabelecidos. 4- As propriedades cerâmicas absorção de água (AA), porosidade aparente (PA), volume aparente (VA), e massa específica aparente (MEA), dos

8 corpos de prova conformados manualmente ficaram dentro dos padrões estabelecidos. 8 CONCLUSÕES Os resultados obtidos demonstraram que há potencial de uso de lodo, em adição a uma argila tipo taguá, juntamente com aditivos orgânicos. Mostrou ainda que aditivos orgânicos (carbohidratos), podem melhorar muito a resistência após a secagem. Os resultados obtidos nas propriedades cerâmicas, também mostraram potencial de uso desses materiais (lodo, aditivo orgânico), porque os mesmos ficaram dentro dos padrões estabelecidos. REFERÊNCIA: 1. 1-Tsutiya, M. T., Hirata, A. Y. Aproveitamento e disposição final de lodos de estações de tratamento de água do Estado de São Paulo, 21 Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, João Pessoa, Hammer, M. J., Hammer Jr., M. J. Water and Wastewater Technology, 3 a ed., Prentice Hall, Englewood Cliffs, Zandonadi, A. R. Cerâmica Estrutural, In Anuário Brasileiro de Cerâmica, Associação Brasileira de Cerâmica, São Paulo, 1996, pp Cosin, S., Souza Santos, H., Santos, P. S. Caracterização e propriedades de taguás da região de Jarinú, Jundiaí, SP Parte I Propriedades cerâmicas e análise térmica diferencial, Anais do 37 Congresso Brasileiro de Cerâmica, 1993, Curitiba, PR, vol. 1, Cosin, S., Toledo, S. P., Souza Santos, H., Vieira Coelho, A. C., Souza Santos, P. Caracterização dos argilominerais componentes de taguás da região de Jarinú, Jundiai, SP. Parte I, Cerâmica Informação, número 23, julho-agosto de 2002, p Santos, P. S. Ciência e Tecnologia de Argilas, 2 a ed., Edgard Blücher, São Paulo, 1989 (vol. 1) e 1992 (vol. 2 e 3). 7. Cosin, S., V. de F.J. Kozievitch, D.T. Tavares,. M.M.G.R., Vianna, S.M. Toffoli, P. Souza Santos, F. R. Valenzuela Diaz, - Incorporação de lodos de estação de

9 tratamento de água do Estado de São Paulo, CD- Rom Anais do 46º Congresso Brasileiro de Cerâmica, São Paulo, SP INFLUENCE OF SOME ADDITIVES IN THE RESISTANCE AFTER DRYING OF JARINU MIXTURES TAGUÁ, SP/ETA SLUDGE ABSTRACT One of the difficulties found for the incorporation of solid residues in ceramic bodies is how much they low the after drying mechanical resistance, more over, in the manufacture processes in many Brazilian ceramics much handwork is still used. Principally pleasing pieces in the oven though it can take the losses up to 30%. In this work some organic additives were added to mixtures of a common clay (taguá) from the region of Jarinu, SP, with the sludge of a petrochemical water treatment station. Spheres of approximately 23mm of diameter were manually formed and dried. After drying, they had been tested to compressive strength. With the compositions that presented better strengths presses bodies were formed, dried and tested for flexural strength and for ceramic properties after fired at 950ºC. Key.-words Organic additives, Structural ceramics, Taguá, Water treatment station sludge.