Análise de Microestruturas

4.2.3.3.1 Difratometria de Raios X

Usando o equipamento PHILIPS, com tubo de cobre e comprimento de onda (λ)1,5406 Å, ângulo de varredura de 4° a 120°, obteve-se uma correlação entre os espaçamentos interplanares (d’s) e a intensidade relativa dos raios difratados, identifica-se dessa forma o composto presente. Os valores são apresentados TABELA 36 e o difratograma correspondente encontra-se na FIGURA 45.

TABELA 36

Valor de distâncias interplanares e intensidades relativas na lama RE3

Distância interplanar (Å)

Intensidade relativa dos raios difratados (%)

3,13764 100,00

2,51280 27,49

1,92576 87,72

1,64192 32,82

1,47355 7,71

1,36310 11,71

1,25100 7,26

1,11273 11,09

1,0418 7,70

0,92245 5,60

0 50 100 150 200 250 300

0 20 40 60 80 100 120 140

Ângulo de varredura 

Intensidade (cp/s)

FIGURA 45- Difratograma de Raios X da lama R_E3

Condições: amostra 799, ângulo de varredura de 0^º a 120^º estep 0,02

As fases cristalinas identificadas foram: CaF2 -fuorita, FeO (OH,Cl) akaganeita, CaSO4.2H20 -gypsum e Fe3O4 –hematita. Observa-se um perfil indicativo de fases amorfas, identificadas por picos não definidos e distância interplanares não identificada no software padrão.

4.2.3.3.2 Microssonda Eletrônica (ME) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

A microssonda eletrônica permite identificar os elementos presentes numa microrregião da amostra e sua morfologia. Através de imagem no MEV pode-se observar as fases cristalinas e amorfas da amostra. Os elementos identificados em microrregiões da lama RE3 através da ME, encontra-se no TABELA 37 e FIGURA 46.

TABELA 37

Elementos identificados em partículas isoladas na lama RE3 usando Microssonda Eletrônica

Campo na amostra Elementos identificados Partícula - 03 Fe, Cr, Ca, S, Si, Ni, Mg Partícula - 15 Fe, Cr, Ca, O

Como resultados obtidos usando M.E, na análise da matriz e partículas isoladas, tem-se à presença dos elementos Fe, Cr e Ca em todas as situações analisadas.

FIGURA 46 – Elementos identificados na microrregião da lama RE3 por Microssonda Eletrônic

Usando-se a microscopia eletrônica por varredura, imagens de microrregiões da lama RE3 apresentam-se nas FIGURAS 47 e 48, na escala de 1μm.

FIGURA 47 – Imagem da microestrutura na lama RE3 usando Microssonda Eletrônica

FIGURA 48 - Micrografias da lama Re3 usando a microssonda eletrônica de varredura.

FIGURA 48 – Micrografias da lama RE3 usando a Microssonda Eletrônica de Varredura.

4.2.3.3.3 Tamanho e Distribuição de Partículas

A importância do conhecimento do tamanho e distribuição das partículas num material está associada ao nível de importância que essas variáveis possuem para a definição das propriedades da matéria.

FIGURA 48-a FIGURA 48-b

FIGURA 48-c

Utilizou-se o equipamento MALVEN e os resultados para os valores médios, em função do diâmetro médio da partícula equivalente no resíduo RE3, encontra-se no TABELA 38.

TABELA 38

Tamanho médio de diâmetros da partícula equivalente na lama RE3

Parâmetro Significado Resultado (m)

D [4, 3] Diâmetro do volume médio das partículas. 51,31

D [3, 2] Diâmetro da área superficial média. 10,67

D (v, 0.1) Diâmetro do volume médio em 10% das menores partículas. 8,19 D (v, 0.5) Diâmetro do volume médio em 50% das partículas. 33,75 D (v, 0.9) Diâmetro do volume médio em 10% das maiores partículas. 115,60

Inseriu-se ultrassom ao experimento para provocar a desagregação de possíveis aglomerados. Variou-se o tempo de inserção de 30 segundos, 60 segundos, 120 segundos e 180 segundos e através do software obteve-se valores estatísticos médios para diâmetro das partículas, TABELA 39.

TABELA 39

Diâmetros médio do volúme equivalente das partículas, no resíduo RE3, em experimentos com diferentes tempos de inserção de ultrassom

Diâmetro (m)

Tempo de ultrassom (seg)

zero 30 60 120 180

D 4, 3 51,31 39,87 36,64 32,88 29,69

D 3, 2 10,67 7,07 5,88 5,14 4,39

D ( V, 0,1) 8,19 5,69 4,88 4,02 3,32

D ( V, 0,5) 33,75 27,29 25,18 22,49 20,05

D (V, 0,9) 115,60 86,94 80,16 74,82 69,40

Tem-se uma variação representativa no diâmetro médio do volume das partículas quando se insere ultrassom por 30 segundos. À medida que se aumenta o tempo de inserção do ultrassom diminui o valor do diâmetro médio do volume da partícula e com 180 segundos de ultrassom nos experimentos evidencia-se uma a tendência de estabilização desse valor, TABELA 40 e FIGURA 49.

TABELA 40

Demonstrativo da variação percentual do diâmetro médio de partículas na lama RE3 com diferentes tempos de inserção de ultrassom,.

Diâmetro (m)

Tempo de inserção de ultrassom (segundos)

zero 30 60 120 180

Valor (m)

% redução

Valor (m)

% redução

Valor (m)

% redução

Valor (m)

% redução

Valor (m)

% redução D4, 3 51,31 100 39,87 77,70 36,64 71,41 32,88 64,08 29,69 57,86 D3, 2 10,67 100 7,07 66,26 5,88 55,11 5,14 48,17 4,39 41,14 D(V,0,1) 8,19 100 5,69 69,47 4,88 59,58 4,02 49,08 3,32 39,32 D(V,0,5) 33,75 100 27,29 80,85 25,18 74,61 22,49 66,63 20,05 59,41 D(V,0,9) 115,6 100 39,87 34,49 80,16 69,34 74,82 64,72 69,40 60,03

0 20 40 60 80 100 120

1 2Tempo de inserção do ultrassom (seg)3 4 5

Redução (%)

D[4, 3] D[3,2] D(V,0,1) D(V,0,5) D(V,0,9)

FIGURA 49 - Variação percentual do diâmetro médio das partículas no resíduo RE3, em experimento com inserção de ultrassom.

Na lama RE3, o diâmetro do volume médio equivalente, D4,3], é 22,3% maior que o valor encontrado no experimento com inserção do ultrassom pôr 30 segundos.

Comparando os resultados encontrados no ensaio usando ultrassom com tempo de análise de 30 segundos ao mesmo ensaio com tempo de análise de 180 segundos, observa-se um decréscimo de 25,12% no valor do diâmetro do volume médio das partículas.

Na análise da lama RE3 o resultado encontrado para o diâmetro da área superficial média equivalente, D[3,2], é 58,86% maior que diâmetro da área superficial média equivalente quando analisarmos a amostra da mesma lama usando ultrassom por 180 segundos e 33,74% maior quando o tempo de ultrassom é de 30 segundos.

O resultado obtido para o diâmetro do volume médio equivalente, D[V, 0,5], no resíduo RE3, mostra que 50% das partículas na amostra são 19,15% maiores

0 30 60 ^{120 180}

comparadas ao mesmo percentual de partículas, quando o experimento na lama RE3 utiliza ultrassom por 30 segundos. Comparando os resultados encontrados no ensaio usando ultrassom com tempo de análise de 30 segundos com o mesmo ensaio com tempo de análise de 180 segundos, observa-se que ocorreu um decréscimo de 25,54% no valor do diâmetro do volume médio das partículas.

O valor para o diâmetro médio das partículas que corresponde a 10% das maiores partículas - D[V, 0,9], sem o uso de ultrassom, é 65,51% maior que o diâmetro do volume médio das partículas quando inserimos ultrassom por 30 segundos.

Os valores médios encontrados para a concentração do volume médio das partículas no resíduo RE3 nos diferentes experimentos, em função dos tempos de inserção de ultrassom, encontram-se no TABELA 41 e FIGURA 50

TABELA 41

Concentração do volume médio das partículas na lama RE3

em função da variação do tempo de inserção de ultrassom

Concentração

% (volume)

Tempo de ultrassom (segundos)

zero 30 60 120 180

0,0521 0,0453 0,0409 0,0341 0,0285

0,0521

0,0453 0,0409

0,0341

0,0285

0 0,02 0,04 0,06

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Tempo de inserção de ultrassom (seg.) Concentração do volume médio (%)

FIGURA 50 - Concentração do volume médio das partículas na lama RE3 em função do tempo de inserção de ultrassom

O resultado encontrado para a concentração do volume médio das partículas no resíduo RE3 é 13,05% maior que a concentração do volume médio das partículas quando analisamos a amostra usando ultrassom por 30 segundos. Comparando os resultados encontrados no experimento usando ultrassom com tempo de 30 segundos ao ensaio com tempo de inserção de ultrassom de 180 segundos, observa-se que ocorreu um decréscimo de 32,25% no valor da concentração do volume médio das partículas, Os valores obtidos para os diâmetros das partículas presentes na lama RE3, nos respectivos intervalos, de encontram-se no ANEXO C.

Na FIGURA 51 é mostrada a distribuição percentual das partículas presentes na lama RE3 em função do diâmetro médio nos diferentes experimentos com ultrassom.

FIGURA 51 – Distribuição do diâmetro das partículas na lama RE3, em percentuais.

Na lama RE3, a variação do diâmetro entre as maiores partículas esta compreendida entre 200m < d < 500 m, porém o percentual de partícula é menor que 20%. O comportamento da modificação do diâmetro das partículas com a inserção do ultrassom apresenta o mesmo comportamento para os diferentes tempos de ultrassom, isto é, maior tempo de inserção menor o número de partículas aglomeradas, com aumento de partículas menores, com decréscimo da mediana. O maior número de partículas encontra-se no de 20 m < d > 80m.

4.2.4 Aplicação das Lamas em Bloco Cerâmico de Vedação

Conhecendo-se os resultados de caracterização das lamas RE1, RE2 e RE3, não é recomendável a utilização da lama RE1 no estudo proposto, devido à sua classificação como resíduo perigoso. Desenvolveu-se a pesquisa preparando corpos-de-provas para testar as propriedades exigidas pelas normas relativas a blocos cerâmicos de vedação. A fundamentação teórica e a metodologia sobre esse assunto encontram-se descritas nos itens 2.7.1 e 3.3. Não é o objeto desse trabalho a aplicação dos resíduos, justificando dessa forma, o experimento ser restrito a CPs

4.2.4.1 Umidade na matéria-prima para blocos cerâmicos de vedação

A umidade foi determinada por evaporação da água, em condições ambientais por 48 horas e em estufa por 24 horas. É recomendável para a mistura (argila, pó e resíduo) o valor da umidade entre 20 – 25%, base úmida. Os valores encontrados para as matérias-primas encontram-se na TABELA 42.

TABELA 42

Umidade das matérias-primas usadas nos CPs

Argila e pó Lama RE2 Lama RE3

Amostra I Amostra II Amostra I Amostra II 15,05g (úmida)

11,95g (seca) Umidade – 20,60%

10,020g (úmida) 8,670g (seca)

Umidade-13,40%

5,022g (úmida) 3,335g (seca)

Umidade-33,59%

10,009 g (úmida) 8,813g (seca) Umidade-11,95%

5,015g (úmida) 4,451g (seca) Umidade-11,25%

Valor Médio da umidade 20,60%

Valor Médio da umidade 23,49 %

Valor Médio da umidade 11,6 %

4.2.4.2 Secagem dos CPs para blocos cerâmicos de vedação

Depois de preparados os CPs , a primeira fase do experimento foi a secagem natural e em estufa à 110ºC. os resultados de variação de massa e o percentual de umidade encontram-se na TABELA 43

TABELA 43

Umidade dos CPs de blocos cerâmicos no processo de secagem

SECAGEM NATURAL Argila-pó coletor

Pesagem (g)

CP RE2 CpRE3

CP RE2- I CP RE2- II CP RE2- III CP RE3- I CP RE3- II CP RE3- III

163,054 (u) 149,824 (s) 13,230

190,084(u) 163,054g(

s) 27,030g

181,449 (u) 163,054g (s) 18,390g

176,808 (u) 163,054g (s) 13,750g

197,721(u) 163,054(s) 34,66g7g

188,468 (u) 163,054g(s) 25,414g

185,665(u) 163,054g(s) 22,611g

Umidade 8,110(%)

Umidade 14,22(%)

Umidade 10,14(%)

Umidade 7,78(%)

Umidade 17,53(%)

Umidade 13,48(%)

Umidade 12,18(%) Média da Umidade

10,71 (%)

Média da Umidade 14,40 (%) SECAGEM NA ESTUFA

Argila-pó-coletor

Pesagem (g) CP RE2 CPRE3

CP RE2- I CP RE2- II CP RE2- III CP RE3- I CP RE3- II CP RE3- III

149,824(u) 130,071(s)

19,753

Umidade 13,184(%)

Umidade total 21,184%

163,054g(u) 153,826g(s) 9,228g

163,054g(u) 146,780g(s)

16,274g

163,054g(u) 143,768g(s)

19,286

163,054g(u) 158,979g(s)

4,075g

163,054g(u) 151,751g(s)

11,303g

163,054g(u) 149,648g(s)

13,406g Umidade

5,66(%)

Umidade 9,98(%)

Umidade 11,828(%)

Umidade 2,499(%)

Umidade 6,932(%)

Umidade 8,212(%) Média da Umidade

9,154(%)

Média da Umidade 5,881(%) Umidade Total

19,86%

Umidade Total 20,28%

Os valores obtidos para a umidade dos CPs esta dentro da faixa exigida (20 -25%), como ideal. A pequena diferença no valor encontrado para RE2 encontra-se na tolerância.

4.2.4.3 Contração de volume dos CPs para blocos cerâmicos de vedação A contração de volume é um parâmetro importante para o produto final e ocorre ao submeter os CPs à variação térmica. A contração ocorre em consequência de perda total de água nas diferentes formas em que se apresenta e substancias voláteis. Determinou-se a contração de volume, medindo os CPs ao ser moldado e após a etapa de queima. Os resultados encontram-se na TABELA 44, onde tem-se a convenção: Ø- diâmetro (mm); H - altura (mm) e V – volume (cm³)

TABELA 44

Contração do volume dos CPs de bloco cerâmicos no processo de secagem SECAGEM NATURAL

Argila-pó coletor Diâmetro

(mm)

CP RE2

Diâmetro/altura(mm)

CPRE3

Diâmetro(mm)

CP RE2- I CP RE2- II CP RE2- III CP RE3- I CP RE3- II CP RE3- III

I-49,1 (u) I -49,3(u) I-49,1(u) I-47,5(u) I-49,30(u) I-49,30(u) I-49,10(u) I- 46,5(s) I-46,6(s) I-46,75(s) I-47,0(s) I-47,25(s) I-48,65(s) I-47,40(s) H-44,5(u) H-50,09(u) H-46,2(u) H-47,5(u) H-52,85(u) H-50,65(u) H-50,50(u) H-41,75(s) H-48,00(s) H-45,0(s) H-47,0(s) H-51,15(s) H-48,80(s) H-47,75(s) V-0,0842(u) V-0,0954(u) V-0,0874(u) V-0,0841(u) V-0,1008(u) V-0,0966(u) V-0,09557(u) V-0,0713(s) V-0,0818(s) V-0,0772(s) V-0,0815(s) V-0,0896(s) V-0,09067(s) V-0,08422(s)

Contração 0,0127cm³

Contração 0,0081 cm³

Contração 0,0095 cm³ Ø- diâmetro (mm) H - altura (mm) V – volume (cm³)

4.2.4.4 Resistência Mecânica à Compressão de CPs para Blocos Cerâmicos de Vedação

Os corpos-de-prova foram preparados de forma triplicada (I, II e III) e as dimensões resultantes encontram-se na TABELA 43. Os corpos-de-prova apresentaram aspecto homogêneo, sem defeito a olho nu e não ocorreu perda significativa de massa durante a moldagem.

Segundo a norma da NBR 7171/92, que enquadrada os blocos cerâmicos de vedação em classe 10, o valor da resistência à compressão mínima, na área bruta deve ser de 1,0 MPa. Os resultados apresentados pelos CPs nos ensaios, seguindo a metodologia da norma (NBR 6461/92) encontram-se na TABELA 45.

TABELA 45

Dimensões e resistência mecânica à compressão dos CPs de blocos cerâmicos de vedação

Corpos-de prova CP

Diâmetro (m)

Carga Aplicada

(N)

Área (m²)

Resistência à Compressão

(MPa)

Média da Resistência à Compressão

(MPa) Argila-pó coletor 0,0466 25000 0,00171 14,630 14,630

RE2

I 0,0466 1500 0,03828 0,039

II 0,0468 500 0,00172 0,291 0,206

III 0,0470 500 0,00174 0,288

I 0,0478 11500 0,00179 6,525

RE3 II 0,0472 20000 0,00175 11,460 8,135

III 0,0474 11500 0,00176 6,520

A lama RE3 apresentou valor de resistência à compressão superior ao valor da exigido na norma, (1MPa), quanto a lama RE2, nas condições exigidas pela metodologia de temperatura e tempo de queima não apresentou resultado viável para uso como bloco cerâmicos de vedação.

4.2.4.5 Teste de Lixiviação dos CPs para bloco cerâmicos de vedação

Os CPs após o teste destrutivo de compressão foram encaminhados para o teste de periculosidade na lixiviação. O resultado das concentrações obtidas para os elementos, conforme norma NBR-10005/87, encontra-se na TABELA 46.

TABELA 46

Concentração de elementos nos CPs no teste de lixiviação para blocos cerâmicos de vedação

O resultado quanto ao teste de periculosidade foi satisfatório, nenhum dos CPs estudado apresentou concentração superior ao limite da norma, conforme mostra a TABELA 46 acima.

Elemento

Lama RE2 Lama RE2 VMP*

Resultado (mg/L)

Resultado

(mg/L) (mg/L)

As <0,5 <0,5 5

Ba 0,4 0,2 100

Cd <0,02 <0,02 0,5

Pb <0,05 <0,05 5

Crt 3,5 1,2 5

Hg <0,01 <0,01 0,1

Ag <0,01 <0,01 5

Se <0,5 <0,5 1

Fluoreto 7,6 31,9 150

5 CONCLUSÕES

O entendimento do processo de formação da Lama da Estação de Tratamento de Efluentes proveniente da decapagem de aço inoxidável da Acesita propiciou uma solução para diminuir o impacto ambiental e econômico causado pelo seu descarte em aterro industrial. Das 2200 toneladas/mês descartadas apenas 88 toneladas/mês são consideradas como resíduo Classe I – Perigoso. A lama gerada, proveniente da decapagem com banho HNO3/HF – lama RE1, As lamas RE2

e RE3, respectivamente da decapagem com banho de H2SO4 e águas de lavagens dos dois processos anteriores e banho de HCl, foram classificados como Classe II – Não-inerte, portanto passíveis de reciclagem.

A caracterização física - química e microestrutural das diversas lamas poderão ser base para estudo de novos gerenciamentos. A lama RE1 é constituída predominantemente por cálcio, ferro, cromo e enxofre, quando tratada a 900°C apresenta resíduo fixo de 80% em massa, com fluorita, CaF2 como principal constituinte na fase cristalina, com partículas da ordem de 24,50 m de diâmetro médio, importante para o processo de empacotamento e reatividade. A lama RE2 é constituída por cálcio, ferro e enxofre, com 82% em peso de resíduo sólido fixo quando tratado termicamente a 900°C, partículas predominantes com 69,52m de diâmetro médio. A lama RE3 é constituída de ferro, cálcio, chumbo, magnésio e enxofre, com resíduo fixo de 62% em peso quando tratado a 1200°C, tamanho médio de diâmetro de partícula 51,31m.

A aplicação das lamas RE2 e RE3 na fabricação de blocos cerâmicos para vedação, com participação de 10% desse material em peso e temperatura de queima de 850°C, apresentou um bom resultado à resistência mecânica apenas para a lama RE3. Contudo, os ensaios de lixiviação mostraram resultados favoráveis para o uso dos dois resíduos.

No documento Maria Cândida de Oliveira Bello Corrêa (páginas 98-112)