Gestão de resíduos industriais: aplicação de técnicas de processamento mineral à separação e classificação de resíduos

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1 Gestão de resíduos industriais: aplicação de técnicas de processamento mineral à separação e classificação de resíduos Belarmino Barbosa Lira (1) e Robson Arruda (2) (1) Departamento de Engenharia de Civil, UFPB, Brasil. belarminoblira@yahoo.com.br (2) Departamento de Engenharia Civil, UFPB, Brasil. robson_arrudacz@hotmail.com Resumo: O processamento mineral consiste em uma série de operações físicas aplicadas aos bens minerais, visando a concentração relativa das espécies minerais presentes, sem alterar suas propriedades físicas e químicas. Os métodos de separação e classificação são essencialmente físicos para que não se altere a estrutura interna da matéria. O processamento mineral é iniciado pela cominuição e na seqüência dispõe de várias técnicas para tratar os minérios, separando soluções líquido-liquido, líquido-sólido e sólido-sólido. O objetivo deste trabalho é mostrar a viabilidade da aplicação das técnicas de processamento mineral à separação e classificação dos resíduos industriais, seja de construção e demolição ou de qualquer outro processo produtivo. No decorrer do trabalho discorreremos sumariamente a cominuição, peneiramento, concentração gravimétrica, magnética, eletrostática, espessamento, filtração, flotação e a floculação seletiva. Estas técnicas são utilizadas amplamente pela indústria mineral e podem ser viabilizadas adquadamente para o processo de reciclagem de resíduos. Este trabalho mostra através de uma revisão das aplicações das técnicas de tratamentos de minérios a viabilidade de usar as mesmas para classificar resíduos, obtendo êxito em suas aplicações. Oe trabalho apresenta em uma visão interdisciplinar entre as engenharias de minas e civil, apresentando as aplicações dos conhecimentos de ambas com o objetivo comum, a gestão ambiental. Palavras-chave: Processamento Mineral; Resíduos Industriais; Gestão Ambiental. Abstract: The mineral processing consists of a series of physical operations applied to the minerals, in order to obtain concentrated minerals, without changing their physical and chemical properties. The methods of separation and classification are mainly physical and do not change the internal structure of material. The mineral processing is initiated by comminution and after that several techniques are available to treat the ore, separating liquid-liquid solutions, liquid-solid and solid-solid. The objective of this work is to show the feasibility of application of mineral processing techniques to the separation and classification of industrial waste generated by building construction and demolition or any other production process. This work briefly discuss the mineral processing techniques such as comminution, screening, concentration (gravimetric, magnetic and electrostatic), thickening, filtration, flocculation and selective flotation. These techniques are used widely by the mineral industry and can be properly used to the process of waste recycling. This paper shows through a review of applications of techniques for ore processing the feasibility of their use to sort wastes, that can be successfully applied in this field. The work presents interdisciplinary vision of the mine and civil engineering, showing the applications of knowledge of both of them with the common goal, the environmental management. Key-words: Mineral Processing; Industrial waste; Environmental Management. 1. INTRODUÇÃO Este trabalho fará uma explanação de algumas técnicas usadas no Tratamento de Minérios fazendo uma ponte entre o beneficiamento destes minérios na indústria e a aplicação da mesma tecnologia para separar e classificar os resíduos gerados pelo processo industrial. No decorrer do trabalho discorremos sobre algumas das técnicas de separação e classificação de minerais e para isto é necessário antes conceituar separação e classificação no contexto do processamento mineral. Segundo CARRISSO (2004) na classificação a separação é realizada tomando-se como base a velocidade que os grãos atravessam um meio fluido, enquanto outros métodos de separação como o peneiramento existe uma separação segundo o tamanho geométrico das partículas. Sendo assim o método de separação

2 por classificação é aplicado, habitualmente, para populações de partículas com granulometria muito fina, onde o peneiramento ou outras técnicas não funcionam de forma eficiente. O beneficiamento ou tratamento de minérios ou processamento mineral é o campo que se dedica à redução e separação de tamanhos de produtos minerais e à separação das espécies minerais presentes nos minérios, para obtenção de concentrados e produtos aceitáveis pelo mercado, dentro das especificações demandadas pela sua utilização final. O mineral ao passar pelo processo de beneficiamento há alterações relacionadas na sua granulometria, mas não são alteradas suas características químicas, os métodos e separação e classificação são essencialmente físicos para que não se altere a estrutura interna da matéria (LUZ, 2005; CHAVES, 2006). A produção de resíduos pelas industriais cresce aceleradamente a cada dia e torna o problema do tratamento destes ainda maiores como ressalta CHAVES (2006), quando diz que O volume de resíduos industriais ou domésticos vem crescendo de maneira assustadora, em todo o mundo, de modo que a sua disposição torna-se problemática devido ao volume demandado, à inexistência de áreas capazes de recebê-los, ao elevado custo desta disposição e ao impacto ambiental dos depósitos de resíduos. Das indústrias, a construção civil, é a que mais explora recursos naturais e também a que mais gera resíduos, consequentemente agredindo o meio ambiente, quando a estes resíduos não são dados o devido tratamento. Quantitativamente temos uma grande diferença entre os países desenvolvidos e o Brasil em geração de resíduos pela construção civil. Enquanto em paises desenvolvidos a produção média de resíduos oriundos de novas edificações é inferior a 100 kg/m² edificado, o Brasil gera em torno do triplo desse montante (MONTEIRO, 2001). Analisando o montante de resíduos produzidos pelas indústrias vemos que é preciso dar a devida atenção ao destino dos mesmos. No caso da construção civil temos a Resolução do CONAMA nº 307, que estabelece diretrizes, critérios e procedimentos para a gestão dos resíduos da construção civil, e a para a mineração temos a NRM 18 que trata especificamente do beneficiamento de minérios. Estas resoluções dão direcionamentos de como minimizar os impactos gerados pelas respectivas indústrias, sendo que existem várias normas e resoluções com a mesma orientação. Este trabalho faz uma integração dos conhecimentos de diversos ramos da engenharia, a exemplo da engenharia de minas e civil, para apresentar uma alternativa de como trabalhar com os resíduos das atividades industriais, fazendo com que se agregue valor ao que seria um problema para o meio ambiente. Das técnicas de processamento mineral discorreremos da cominuição, peneiramento, hidrociclonagem, concentração gravimétrica, separação magnética, eletrostática, espessamento, filtração e flotação, onde serão apresentados os conceitos e aplicações.. 2. COMINUIÇÃO A operação unitária de cominuição está presente na maioria dos procedimentos de processamento mineral. A operação de fragmentação, no campo de beneficiamento de minérios, agrupa um conjunto de técnicas que tem por finalidade reduzir, por ação mecânica externa e algumas vezes interna, um sólido, de determinado tamanho em fragmentos de tamanho menor (FIGUEIRA, 2004). Podemos destacar a cominuição de dois tipos de materiais, homogêneos e heterogêneos. A cominuição de materiais heterogêneos visa separar os minerais mais valiosos dos minerais de ganga, mineral sem interesse econômico, enquanto que no mineral homogêneo o objetivo é reduzir à granulometria requerida para liberação do mineral-minério (LIRA, 1990,2005). Os processos de cominuição são basicamente divididos em 2 classes distintas: britagem, que corresponde à etapa inicial, e moagem, etapa final da cominuição Britagem Britagem é um processo que se aplica quando a redução de tamanho envolvida visa a obtenção de um produto com granulometria superior a 10 mm. A mesma se desenvolve em estágios seguintes: britagem

3 primária, secundária, terciária e eventualmente quaternária. Em cada estágio obtém-se uma determinada relação de redução, definida pelo quociente da dimensão da alimentação pela dimensão do produto. A relação ideal é a de 4 para 1. Os mecanismos envolvidos compreendem basicamente impacto, compressão e cisalhamento. Os equipamentos tradicionalmente utilizados são os britadores giratórios, de mandíbulas, cônicos, de rolos e de impacto, horizontal e vertical (DUTRA, 2008) Moagem Enquanto a britagem se aplica quando a redução de tamanho envolvida visa a obtenção de produtos com granulometria superior a 10 mm, a moagem se aplica à granulometria inferior a 10 mm. A moagem também se desenvolve em gradativos estágios, considerando-se as relações de redução pertinentes. Os mecanismos envolvidos compreendem basicamente impacto, compressão e cisalhamento, como na britagem. Os equipamentos mais usados são os moinhos tubulares rotativos (bolas e barras), vibratórios, de rolos e de impacto (DUTRA, 2008, LIRA,1990). 3. CLASSIFICAÇÃO 3.1 Peneiramento O peneiramento consiste na separação de um material em duas ou mais classes, estando estas limitadas uma superior e outra inferiormente. No peneiramento a úmido adiciona-se água ao material a ser peneirado com o propósito de facilitar a passagem dos finos através da tela de peneiramento. O material retido na tela da peneira é denominado oversize e o passante, undersize. (CARRISO, 2004). Os peneiramentos industriais a seco são realizados, normalmente, em frações granulométricas de até 6 mm. Entretanto, é possível peneirar a seco com eficiência razoável em frações de até 1,7 mm. A úmido, o peneiramento industrial é normalmente aplicado para até 0,4 mm, mas recentemente tem sido possível peneirar partículas mais finas, da ordem de 50 µm (CARRISO, 2004). 3.2 Hidrociclonagem Os hidrociclones são equipamentos de classificação que dividem as partículas do fluxo de entrada, imersas em líquido, em duas correntes: uma superior, que leva ao overflow do classificador, e transporta as partículas mais leves; e uma inferior, que leva ao à descarga, ou underflow, do classificador, e transporta as partículas mais pesadas. Dezenas de variáveis determinam a eficiência de classificação, incluindo fatores relacionados à geometria do hidrociclone, às condições operacionais e as características do material a ser classificado. 4. SEPARAÇÃO GRAVIMÉTRICA A concentração gravimétrica, ou gravítica, foi a principal ferramenta de beneficiamento de minérios até o início do Século XX, quando ocorreu o advento da flotação. Atualmente ainda é um método importante, principalmente por apresentar bons resultados com baixo custo. É um processo que se baseia na diferença de densidade existente entre os minerais presentes, utilizando-se de um meio fluido, água ou ar, para realizar a separação. Os equipamentos tradicionalmente utilizados são os jigues, mesas vibratórias, espirais, cones e sluices (DUTRA, 2008).. 5. FILTRAGEM A filtragem é uma importante fase do processamento industrial em praticamente todos os campos de produção de materiais. É definida como a operação de sólidos contidos numa polpa onde a fase liquida, denominada filtrado, é forçado a passar através de um meio poroso, chamado de meio filtrante, enquanto que a fase sólida, torta da filtração, forma uma camada sobre a superfície do meio poroso (LUZ, 1995). O processo pode ser conduzido de forma contínua ou intermitente, sob a ação de vácuo ou pressão induzida. Os equipamentos tradicionalmente utilizados são os filtros à vácuo (tambor, disco, correia, etc.) o os filtros prensa (DUTRA, 2008).

4 6. FLOTAÇÃO A aplicação dos princípios da termodinâmica para o sistema de flotação tem contribuído significativamente para o entendimento dos princípios básicos do sistema de flotação. Quando aplicado a sistemas físicos e químicos, a flotação,os princípios termodinâmicos seguem os seguintes tópicos: As condições químicas da substância, ou os diferentes estados físicos da mesma substância existem equilíbrio. Quando especificado as condições químicas da reação, ou a mudança de fase ocorre de forma espontânea. A relação entre a mudança de calor e outras formas de energia em uma reação química por mudança de fase. O efeito da temperatura nas reações químicas e na fase de equilíbrio (GOLDAN, 1976). Atualmente é usado no tratamento de quase todos os tipos de minérios, devido à sua grande versatilidade e seletividade. Permite a obtenção de concentrados com elevados teores e expressivas recuperações. É aplicado tanto no beneficiamento de minérios com baixo teor, quanto nos que exigem moagem fina para se atingir a liberação desejada. O processo se baseia no comportamento físico-químico das superfícies das partículas minerais presentes numa suspensão aquosa. A utilização de reagentes específicos, denominados coletores, depressores e modificadores, permite a recuperação seletiva dos minerais de interesse por adsorção em bolhas de ar. Os equipamentos tradicionalmente adotados se dividem em 2 classes, mecânicos e pneumáticos, dependendo do dispositivo utilizado para efetivar a separação. A flotação é adotada na produção de areias quartzosas de elevada pureza, cloretos, feldspatos, fluorita, fosfatos, magnesita, sulfetos, talco, etc (DUTRA, 2008).. 7. SEPARAÇÃO MAGNÉTICA A separação magnética é um método consagrado na área de processamento de minérios para concentração e/ou purificação de muitas substâncias minerais. Pode ser empregada, dependendo das diferentes respostas ao campo magnético associadas às espécies mineralógicas individualmente, no beneficiamento de minério e na remoção de sucata. (LUZ at al, 1995) A propriedade de um material que determina sua resposta a um campo magnético é chamada de susceptibilidade magnética. Com base nessa propriedade os materiais ou minerais são classificados em duas categorias: aqueles que são atraídos pelo campo magnético e os que são repelidos por ele. No primeiro caso tem-se os minerais ferromagnéticos, os quais são atraídos fortemente pelo campo, e os paramagnéticos, que são atraídos fracamente. Aqueles que são repelidos pelo campo denominam-se de diamagnéticos. O procedimento pode ser feito tanto a seco como a úmido. O método a seco é usado, em geral, para granulometria grossa e o a úmido para aquelas mais finas. (LUZ, 1995) A separação magnética é adotada na produção de areias quartzosas, feldspatos, nefelina sienitos e para separar do lixo objetos de metal que serão reciclados. 8. SEPARAÇÃO ELETROSTÁTICA A separação eletrostática é um processo de concentração de minérios que se baseia nas diferenças de algumas de suas propriedades, tais como: condutibilidade elétrica, susceptibilidade em adquirir cargas elétricas superficiais, forma geométrica, densidade entre outras. Para promover a separação é necessária a existência de dois fatores elétricos: um campo elétrico de intensidade suficiente para desviar uma partícula eletricamente carregada, quando em movimento na região do campo; carga elétrica superficial das partículas, ou polarização induzida, que lhes permitam sofrer a influência do campo elétrico. (LUZ,1995). O termo eletrostático é empregado com freqüência porque os primeiros separadores eram de natureza puramente eletrostática, sem o chamado fluxo iônico. Atualmente são usados equipamentos avançados,

5 com maior aplicação comercial, em que a energia elétrica é aplicada em forma de fluxo iônico e denominada de eletrodinâmica. O sucesso da separação eletrostática dos minerais está relacionado à eficiência do mecanismo de eletrização dos mesmos. As espécies mineralógicas devem responder de forma diferente tanto ao carregamento superficial de cargas como ao campo elétrico aplicado a elas, e, ainda, à sua natureza, composição química, etc. (LUZ, 1995). Para que ocorra a separação dos minerais os mesmos devem estar individualizados, o que favorece a sua eletrização seletiva. Outro fator a ser considerado é o limite inferior da granulometria de liberação que deve ser da ordem de 20 µm. Em tais condições deve haver uma quantidade mínima de massa, suficiente para que haja uma atração efetiva por parte da força elétrica aplicada. Dentre os processos de eletrização, três deles apresentam relevância para o método de separação. São usadas eletrizações por contato ou atrito, por indução e por bombardeamento iônico. Cada processo proporciona, certo aumento na carga superficial das partículas; no entanto, as operações práticas são levadas a efeito por dois ou mais mecanismos conjuntamente. (LUZ,1995). 9. FLOCULAÇÃO SELETIVA As partículas finas, que, durante muito tempo, foram simplesmente descartadas pela clássica etapa da deslamagem, tornaram-se alvo de uma atenção especial na década de 1970, quando o processo de floculação seletiva passou a gerar enorme expectativa, considerado quase como uma panacéia universal. Tal processo foi aplicado industrialmente no tratamento dos taconitos americanos, mas não se revelou o processo revolucionário que parecia destinado a ser. O controle do tamanho de bolhas, cada vez menores, passou a ser enfocado, com ênfase, nas propostas de eletroflotação, flotação por ar dissolvido e flotação com microbolhas do tipo coloidal gás aphrons. (OLIVEIRA, 2007). Devido o mog de moagem e outras condições físico-químico da polpa (principalmente o ph, temperatura, tempo de retenção, intensidade de agitação) mais circuitos hidrometalúrgicos geram alguns coloidal sólidos. Assim, na separação das substâncias liquidas ricas em sólidos nos rejeitos, um floculante é quase sempre necessário para a matéria coloidal. Como os custos operacionais são contínuos, o tipo de floculante e o método de mistura é sempre importante. Felizmente, tem ocorrido um grande aumento no número e tipo de floculantes disponíveis no mercado, particularmente do tipo sintético. Floculantes podem ser divididos nas seguintes categorias: inorgânicos, naturais, naturais modificados quimicamente e sintéticos (WEISS,1985). 10. TÉCNICAS DE PROCESSAMENTO MINERAL X REAPROVEITAMENTO DE RESÍDUOS INDUSTRIAIS Citamos no decorrer do trabalho os principais métodos de separação e classificação de minerais. Estes processos estão presentes em praticamente todas as indústrias que se utilizam da tecnologia de processamento de minérios. As aplicações dos resíduos reaproveitados são muito vastas, por exemplo, os agregados de resíduos de construção e demolição (RCD) reciclados. Normalmente estes são utilizados para pavimentação de obras públicas, sendo que no Brasil é capaz de absorver apenas 30% do total do RCD gerado, enquanto que também na construção civil, os setores de argamassas e concretos podem consumir integralmente a quantidade de RCD gerada como agregado. (Angulo et al., 2002, Angulo et al. 2005). Já se tem resultados com a reutilização dos resíduos industriais do beneficiamento do caulim, pó cerâmico, vindo da indústria de porcelanato e gesso, da construção civil. Estes resíduos estão estudados na composição de uma argamassa com propriedades termo acústicas e também, a partir dos resíduos de gesso, produzir anidrita 1 (LIRA, 2009). Antes destes resíduos serem aplicados passaram por um processo de separação e classificação para concentrar o material desejado. 1 (CaSO4). Forma anidra da gipsita, diidratado do sulfato de cálcio (CaSO4.2H2O). Um dos principais minerais de sulfato de cálcio e, na natureza, é freqüentemente encontrado associado à gipsita. Em laboratório é obtido pela desidratação da gipsita.

6 Uma representação esquematiza dos processos de tratamento de minérios partindo deste até o depósito do rejeito, mas sintetizando a idéia da aplicação das técnicas de tratamento de minérios para o reaproveitamento dos resíduos das indústrias temos o seguinte esquema: Figura 1- Esquema de beneficiamento de minérios. A figura 1 mostra as etapas do processamento mineral até o deposito de rejeito, sendo que este volta para o começo do processo, fechando o ciclo. 11. RESULTADOS E/OU DISCUSSÕES Aplicando todos os conceitos e técnicas referenciadas neste trabalho, destacamos o seu uso na classificação dos resíduos de gesso, caulim e pó cerâmico, utilizados em outros trabalhos pelo grupo de pesquisa Tecnologia Mineral da UFPB. Para poder utilizar os resíduos de gesso, por exemplo, é preciso fazer uma separação do material das impurezas, para se garantir o bom desempenho na aplicação. Para tal separação, o material foi cominuído para se obter a granulometria desejada. Os resíduos de caulim e pó cerâmico também passaram por um

7 tratamento com as técnicas de processamento mineral, dependo da quantidade de impurezas a técnica utilizada foi diferente, sendo que as principais consistiram na separação magnética e gravimétrica, devido à presença de minerais metálicos e diferença de densidade, respectivamente. Os resíduos foram aproveitados na confecção de uma argamassa especial, com propriedades termo acústica, tendo como constituintes resíduos de gesso, caulim e pó cerâmico. Para obter o isolamento término e acústico foi adicionada na argamassa a vermiculita expandida e moída. Podemos destacar também a utilização de gesso para produção de anidrita (LIRA, 2005). 12. CONSIDERAÇÕES FINAIS As técnicas de processamento mineral podem ser utilizadas em sua totalidade na separação dos constituintes de resíduos industriais em destaque o da construção civil, pelo grande volume de resíduos que esta produz, visto que se trata de ma mistura pincipalmente de sólido-sólido. O tratamento de resíduos de gesso, cerâmico, dentre outros, podem sofrer um pré-tratamento através de uma coleta seletiva, auxiliando o beneficiamento na usina de beneficiamento destes resíduos sólidos. O uso de tecnologias limpas visando à sustentabilidade nos meios de produção é um dos pontos principais em discussão na comunidade acadêmica e industrial, tendo destaque o desenvolvimento de novos processos e tecnologias, com o objetivo de fazer uso dos recursos naturais de forma sustentável. Por fim, enfocamos a importância da reutilização dos resíduos, fazendo com que estes voltem ao processo industrial e o que antes era um problema se converte em lucro para empresa e o uso da tecnologia certa viabiliza esse processo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ÂNGULO, S. C. Aperfeiçoamento da reciclagem da fração mineral dos resíduos de construção e demolição uso em concretos. II SUFFIB - SEMINÁRIO: O Uso da Fração Fina da Britagem, Cuchierato et al MONTEIRO, J. H. P. Manual de gerenciamento integrado de resíduos sólidos. Rio de Janeiro: IBAM, CARRISSO, R. C. C.; & CORREIRA, J. C. G. Classificação e peneiramento, capítulo 5. In: Tratamento de Minérios, 4ª Edição, CETEM/MCT, Rio de Janeiro/RJ, CHAVES, A. P. et al. Tecnologia Mineral e suas Aplicações na Reciclagem de Resíduos de Construção e Demolição. In: 61º Congresso Anual da ABM, Rio de Janeiro, CONAMA, resolução nº 307, de 5 de Julho de DUTRA, R. Beneficiamento de Minerais Industriais. In: 2º Encontro de Engenharia e Tecnologia dos Campos Gerais, FIGUEIRA, H. V. O. et al. Tratamento de Minérios, Cominuição. Capítulo 4. CETEM/MCT, Rio de Janeiro, LIRA, B. B.; DANTAS, J. D. F.; DINIZ, L. A. & ARRUDA, R. Reaproveitamento do rejeito de gesso gerado na construção civil: produção de anidrita e argamassa termo-acústica utilizando gesso e vermiculita expandida. In: 64º Congresso Anual da Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais. Belo Horizonte, 2009 LIRA, B. B. Amostragem e modelamento dos circuitos de cominuição e classificação. XXI Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia. Vol. 02, Natal/RN, 2005.

8 LIRA, B. B. The development and application of an energy based ball mill simulation and design technique. University of Queensland, Australia, GAUDIN, A. M. Flotation, LUZ, A. B. et al. Tratamento de Minérios. CETEM/CNPq, Rio de Janeiro, NAPIER-MUNN, T. J. mineral Comminution Circuits Their Operation and Optimisation, OLIVEIRA, J. F. Flotação. In: Francisco R. C. Fernandes; Gerson M. M. de Matos; Zuleica C.Castilhos; Adão B. da Luz. (Org.). Tendências Tecnológicas Brasil CETEM/MCT, Rio de Janeiro, WEISS, N. L. SME Mineral Processing Handbook, 1985.