UTILIZAÇÃO DE REJEITO DE COBRE, CINZA E CARVÃO NA FABRICAÇÃO DE CERÂMICA ESTRUTURAL

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1 UTILIZAÇÃO DE REJEITO DE COBRE, CINZA E CARVÃO NA FABRICAÇÃO DE CERÂMICA ESTRUTURAL Amoury-Neto, J.S. (1); Cristo, K.C.C. (2); Oliveira, J.C.M. (3); Simões, F.B. (4); Fagury-Neto, E. (5); Hildebrando E.A. (6) Trav. Lauro Sodré, 310, CEP , Marabá-PA yussiff93_gtm@hotmail.com UNIFESSPA (1), UNIFESSPA (2), UNIFESSPA (3), UNIFESSPA (4), UNIFESSPA (5), UFPA (6) RESUMO Este trabalho teve por objetivo analisar o efeito da incorporação de resíduos sólidos, tais como: o rejeito de cobre, cinza e finos de carvão em cerâmicas estruturais. Inicialmente determinaram-se três formulações distintas, a partir dos quais se preparou os corpos de provas, após a confecção, os mesmos foram sinterizados em temperaturas de 1050 e 1100 C, com patamar de queima de 3 horas, com o objetivo de determinar suas propriedades tecnológicas, como: absorção de água, massa específica aparente, e porosidade aparente, bem como em ensaios mecânicos, através do teste de ruptura a compressão. Os resultados mostraram que os materiais obtidos apresentaram boas propriedades quanto à introdução das matérias primas utilizadas, com valores de 13 Mpa de tensão de ruptura a compressão e 9,41% de absorção de água, dai a importância do estudo da incorporação de rejeitos para a produção de materiais cerâmicos estruturais. Palavras-chave: rejeito de cobre, cinza, carvão, resíduos sólidos, cerâmica estrutural. INTRODUÇÃO Os resíduos gerados pelas atividades industriais crescem em importância no cenário ambiental, uma vez que são produzidos por vários tipos de indústrias, tais como a metalúrgica, a química, a petroquímica, a papeleira, a alimentícia, etc. Tais resíduos são bastante variados, podendo ser representados por cinza, lodo, óleos, resíduos alcalinos ou ácidos, plástico, papel, madeira, fibras, borracha, metais, escórias, vidro, cerâmica e outros. (1) Dentre os diversos tipos de rejeitos, será abordado neste trabalho dois em especial, o rejeito de cobre e cinza, e então irá analisar-se o efeito que a sua incorporação apresentará em cerâmicas estruturais. A indústria siderúrgica gera grandes quantidades de resíduos durante os seus processos produtivos, sendo que alguns destes resíduos são pós de granulometria 1833

2 finas e ricas em óxidos de ferro que como manuseio, forma uma névoa de poeiras dificultando a sua reutilização no processo produtivo. (5) O desenvolvimento de tecnologias para redução, reciclagem e reutilização destes resíduos torna-se necessário para eliminar e/ou minimizar o passivo ambiental causado por sua disposição no solo. Neste contexto, o setor siderúrgico está destinando parte dos seus resíduos como matéria-prima na produção de cerâmica, com isso, as condições do processo produtivo de peças de cerâmica e a proximidade das instalações dessas áreas fabris tornam economicamente viável o transporte e o uso destes resíduos, mas não selam a alternativa como ambientalmente correta. (5) No que diz respeito ao rejeito de cobre, os principais impactos que eles causam ao meio ambiente são a erosão, subsidência, abandono de resíduos perigosos, a devastação de extensas áreas de vegetação, perda de biodiversidade e contaminação de aquíferos e cursos de água. Além dos impactos causados pela mina em funcionamento também é preciso levar em consideração quanto esta é abandonada sem um plano de desativação. (4) As cinzas produzidas pelas indústrias cerâmicas são descartadas em terrenos, aterros não preparados e lixões provocando a poluição de rios, solos e, até mesmo, o ar, prejudicando a qualidade de vida das populações que vivem próximos a estes locais. (4) A cerâmica vermelha ou estrutural, como conhecida, compreende os materiais cerâmicos formados por blocos de vedações e estruturais, tijolos, telhas, lajotas, manilhas, pisos rústicos e materiais ornamentais, Sua fabricação utiliza matériasprimas como argilas e siltes argilosos, com certo teor de impurezas. Possui boa durabilidade e resistência mecânica à compressão, baixo custo, o que torna um dos principais materiais utilizados na construção civil. A incorporação de resíduos de diversas atividades industriais em produtos de cerâmica estrutural é uma alternativa tecnológica para reduzir o impacto ambiental causado por sua disposição indiscriminada. (6) MATERIAIS E MÉTODOS Os materiais empregados foram rejeito de cobre obtido da mina do Sossego (Serra dos Carajás), cinza, carvão e argila; sendo esta última utilizada a fim de se 1834

3 melhorar a plasticidade. As formulações foram desenvolvidas paralelamente e os produtos foram caracterizados segundo a metodologia a seguir. A princípio foram estabelecidas três formulações distintas e então se processou as matérias primas que se utilizaria, o pó resultante foi peneirado de forma a apresentar a granulometria adequada de 100 mesh Tyler. Após essa etapa realizouse os cálculos necessários para realização das formulações. Os cálculos foram referentes à fabricação de 18 corpos de provas para cada formulação, determinouse que seriam necessários 200g dos componentes a serem utilizados, os resultados, expressos em porcentagens, estão descritos na Tab. 1. Tab. 1 - Formulações propostas. FORMULAÇÃO REJEITO DE COBRE (%) CINZA (%) CARVÃO (%) ARGILA (%) I II III Definidas as porcentagens de rejeito de cobre, cinza, carvão e argila e aos poucos se acrescentou água para conferir plasticidade à massa cerâmica, aproximadamente 5% de umidade, então se passou para a próxima etapa, que foi a confecções dos corpos de provas. Misturaram-se as quantidades estabelecidas de matérias primas, os corpos de provas foram moldados manualmente em forma de pequenas esferas, levados a estufa para secagem. Após a secagem dos corpos de provas realizou-se a sinterização de metade de cada formulação nas temperaturas de 1050ºC e 1100 ºC, em forno mufla. RESULTADOS E DISCUSSÕES A Fig. 1 (a) mostra os principais picos de cada fase da argila. A presença de maior teor de caulinita confirma a classificação desta argila. É possível observar a grande quantidade de quartzo, evidenciada pelo alto teor de sílica livre encontrada em argilas de várzea. Diferente do filito, a argila apresenta menos muscovita, o que explica o retardamento da formação da fase mulita. (3) 1835

4 Fig. 1 Difratograma de raios-x e análise térmica diferencial/termogravimétrica da argila respectivamente. (3) A Fig. 2 mostra o DRX da cinza onde observamos uma predominância de calcita, vindo em menor porcentagem o quartzo e a Tab. 2 mostra a análise química da cinza apresentando uma grande porcentagem de óxido de silício e oxido de cálcio. (6) Fig. 2- Difratograma de raios-x da cinza em percentagem. (6) Tab. 2- Análise química da cinza. (6) SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 K 2 O Na 2 O CaO MgO TiO 2 P 2 O 5 MnO 27,82 2,90 1,39 10,09 0,66 42,83 2,66 0,27 1,81 0,31 Para determinação das propriedades cerâmicas dos produtos foram realizados testes de massa específica aparente, absorção de água, porosidade aparente, e ensaios mecânicos que serão descritos a seguir. DENSIDADE APARENTE (DA) A densidade aparente consiste na relação entre a massa seca do corpo e o seu volume interior, o que inclui a porosidade aberta presente. A densidade aparente será determinada através do método de Arquimedes, segundo a expressão: (3) (A) Onde ms corresponde a massa seca, mu a massa úmida e mi a massa imersa da amostra. 1836

5 DENSIDADE APARENTE (g/cm³) 21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais A Fig. 3 apresenta os resultados da densidade aparente em função das temperaturas de sinterização em 1050 e 1100 C para as formulações I, II e III. Na primeira temperatura a formulação I apresentou maior densificação, 1,74 g/cm³, isso acontece devido esta formulação conter o maior percentual de rejeito de cobre, mostrando que o rejeito de cobre favorece positivamente para a densificação do material, com o aumento da temperatura a densificação obtida foi de 1,93 g/cm 3. Em contra partida, a formulação III apresentou menor densidade por conter alto teor de cinza em sua composição. De acordo com Effting a densificação das três formulações esta enquadrada para a produção de agregado leve, a partir daí deve ser feita uma análise da porosidade e das tensões. 2,0 1,9 FORMULACAO 1 FORMULACAO 2 FORMULACAO 3 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0, TEMPERATURA ( C) Fig. 3 - Densidade Aparente. ABSORÇÃO DE ÁGUA (AA) A absorção de água é definida como o ganho percentual de massa que tem a amostra, quando está absorve o máximo de água. Estes ensaios serão realizados mergulhando-se a amostra em água por 24 horas, e após este período verificandose sua massa, de acordo com a relação a seguir: (2). (B) De acordo com a Fig. 4 a absorção de água apresenta resultados contrários à densificação, pois a mesma tende a diminuir quando a densificação aumenta. Isto ocorre, pois a AA está diretamente ligada a porosidade, quanto maior a quantidade de poros, maior será a capacidade do mesmo de absorver água. A formulação I teve menor absorção de água, 16,21% a 1050ºC e 9,41 % a 1100ºC. 1837

6 POROSIDADE APARENTE (%) ABSORCAO DE AGUA (%) º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais FORMULACAO 1 FORMULACAO 2 FORMULACAO TEMPERATURA ( C) Fig. 4 - Absorção de água. POROSIDADE APARENTE (PA) A porosidade aparente é definida como o percentual volumétrico de porosidade aberta existente na amostra. Exprime a relação entre a massa úmida menos a massa seca, sobre a massa úmida menos a massa imersa. (C) A Fig. 5 apresenta os resultados de porosidade aparente presente nas amostras. A formulação I apresentou menor porosidade em relação às outras formulações, 28,16% à 1050ºC e 18,18% à 1100ºC. Agregados muito porosos, que estão na extremidade mais leve do espectro, são geralmente fracos e, portanto, mais adequados para a produção de concretos isolantes não estruturais ou agregados ornamentais. As cerâmicas estruturais também devem apresentar uma baixa porosidade para sua aplicação. 55 FORMULACAO 1 FORMULACAO 2 FORMULACAO TEMPERATURA ( C) Fig. 5 - Porosidade aparente (PA). TENSÃO DE RUPTURA O ensaio mecânico de compressão foi realizado na máquina universal de ensaio Emic, e consiste em ensaiar o corpo-de-prova até a sua ruptura. De acordo com a Fig. 6 a formulação I apresentou maior tensão de ruptura média, 4,33 MPa à 1050ºC e com um grande aumento a 1100 ºC suportando 13 MPa. Este resultado mostra que com maior quantidade de rejeito de cobre temos um 1838

7 TENSAO DE RUPTURA (MPa) 21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais aumento significativo das propriedades mecânicas do material. Pelo fato de as tensões não serem adequadas para a produção de agregados sintéticos para concreto estruturais, dessa forma comparando os resultados os agregados podem se enquadrar para a produção de concretos isolantes não estruturais e ornamentais, a 1100ºC e possível a incorporação dos rejeitos até mesmo para a fabricação de cerâmica estrutural vermelha FORMULACAO 1 FORMULACAO 2 FORMULACAO TEMPERATURA ( C) Fig. 6 - Tensão de Ruptura. CONCLUSÃO Para a preparação dos corpos de prova, a argila foi adicionada para conferir plasticidade às formulações, uma vez que as demais matérias-primas não apresentaram essa característica. No ensaio mecânico, observou-se que em maiores temperaturas a tensão de ruptura é maior. Portanto, quando o objetivo for aumentar a tensão de ruptura das formulações é indicada a sinterização das formulações em temperaturas maiores que 1100 ºC e a análise dos resultados obtidos. De uma forma geral, os resultados mostraram que é possível compatibilizar tais resíduos para compor massas com grande potencial de aplicação, em temperaturas mais elevadas, e com respeito ao meio ambiente. Em particular, a formulação III se destaca, com propriedades otimizadas para aplicações de agregados sintéticos, visto a grande demanda de resíduos atualmente gerados. Todavia a incorporação de rejeito de cobre afeta todas as propriedades verificadas no presente trabalho, pois foram os corpos de prova que apresentaram maior densificação, menor porosidade aparente e menor absorção de água. A formulação. As formulações I e II mostraram um grande aumento nas propriedades com o aumento da temperatura de sinterização podendo ser incorporadas para a fabricação de cerâmica estrutural vermelha, como telhas e tijolos. No entanto é interessante a sinterização em temperaturas superiores para estudo, visto que se pode haver maior aumento das propriedades. 1839

8 REFERÊNCIAS 1. LUCAS, D.; BENATTI, C.T. Utilização de resíduos industriais para a produção de artefatos cimentícios e argilosos empregados na construção civil. Revista em Agronegócios e Meio Ambiente, Vol. 1, n.3, p , SANTOS, P. S. Ciência e Tecnologia de Argilas. São Paulo: Edgard Blucher, RODRIGUES, L. C.; Caracterização Tecnológica de Um Filito da Região de Marabá-PA para Aplicação Cerâmica, 10p. 57º Congresso Brasileiro de Cerâmica, Maio/ REMACRE, Armando Zaupa. Cobre-Disciplina GE902. Apostila Online. Disponível em: < Acesso dia 28/11/ GUEDES, J. B.: Caracterização do Resíduo Sólido Oriundo da Fabricação de Ferro-Gusa para Utilização em Cerâmica na Construção Civil Instituto de Educação Tecnológica, Minas Gerais. 6. LUCENA, M.M.: Efeito da Introdução de Resíduo de Cinza de Forno Cerâmico em Massa para Cerâmica Estrutural Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Natal, EFFTING, C.; Agregados. 2013, 45p. Laboratório de Materiais de Construção. Departamento de Engenharia Civil DEC. UDESC. Joinville USE OF COPPER WASTE, ASH AND COAL IN THE MANUFACTURE OF STRUCTURAL CERAMICS ABSTRACT This work aimed to analyze the effect of the incorporation of solid residues, such as the copper tailings, ash and coal fines in structural ceramics. Initially were determined three different formulations and elaborated the test samples, after preparation, these were sintered at and K for 3 hours. The technological properties determined were: water absorption, density, porosity and compression strength. Results indicated that the materials obtained present good properties, with values of MPa for mechanical resistance, and water absorption of 9.41%, hence the importance of studying the incorporation of waste for production of structural ceramic materials. Key-words: Copper Wast, Ash, Coal, Solid Residues, Structural Ceramics. 1840