Para realização dos experimentos referentes à reciclagem de cabos foram utilizados cabos do tipo coaxial RGC-59, adquiridos em uma empresa de Santa Maria, Rio Grande do Sul, Brasil. Os equipamentos utilizados, assim como suas especificações, estão presentes no Quadro 3, e a forma como cada um foi utilizado está descrita na seção 4.1.2 deste trabalho.
Quadro 3 - Equipamentos utilizados na reciclagem dos cabos coaxiais.
Equipamento Especificações
Balança analítica Bioscale, Modelo 2204
Câmera fotográfica Canon, Modelo SX530 HS
Analisador térmico Shimadzu, Modelo TGA-50
Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV)
Tescan, Modelo VEGA-3 com Espectroscopia de Raios-X por Dispersão em Energia
Moinho de facas Rone, Modelo N150
Sistema de peneiras vibratórias Produtest, Modelo T Separador eletrostático do tipo rolo Inbras, Modelo ESP-14/01S
Termo-higrômetro digital J Prolab, Modelo Sh-122
Separador magnético Inbras, Modelo RE 05/4-1
Fonte: Elaborado pelo autor.
Além destes equipamentos, também foram usadas algumas ferramentas como alicates e pinças para preparo e manuseio das amostras durante os experimentos e vidrarias de laboratório como placas de Petri para a pesagem de amostras.
4.1.2 Métodos
Os cabos coaxiais a serem reciclados passaram por diferentes etapas e operações unitárias de separação, com a finalidade de caracterizar e recuperar os metais presentes em sua composição. As etapas foram realizadas conforme o fluxograma apresentado na Figura 12, sendo descritas posteriormente.
Figura 12 – Fluxograma dos processos propostos para reciclagem dos cabos coaxiais.
Fonte: Elaborado pelo autor.
Foram empregados dois diferentes processos para reciclagem dos cabos coaxiais, conforme a Figura 12: um que apresenta cominuição no moinho de facas, peneiramento e separação eletrostática (Processo I) e outro que apresenta cominuição no moinho de facas, separação magnética e separação eletrostática (Processo II). Todas as operações testadas foram realizadas em triplicata.
4.1.2.1 Caracterização dos materiais
Inicialmente, os cabos coaxiais foram desmantelados manualmente com o auxílio de alicates para posterior quantificação em percentual mássico dos componentes presentes nos cabos, com o auxílio de uma balança analítica, sendo classificados em fração metálica (aço e alumínio) e fração polimérica. A quantidade foi a equivalente a aproximadamente 30 gramas de cabos. Após o desmantelamento, a caracterização da fração polimérica foi realizada através de análises termogravimétricas (TGA), sendo aplicada uma taxa de aquecimento da amostra de 20 °C.min-1 e uma vazão constante de nitrogênio de 100 mL.min-1. As temperaturas finais de análise foram 600 °C para o polietileno e 700 °C para os demais materiais poliméricos. A fração metálica foi caracterizada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) com espectroscopia de raios-X por dispersão em energia (EDS).
4.1.2.2 Cominuição e análise granulométrica
As amostras de cabos coaxiais a serem separadas foram cominuídas em um moinho de facas com a malha de saída do equipamento de 5 mm. Nesta etapa, uma amostra de 30 g de cabos foi utilizada. Depois da cominuição, as amostras foram submetidas à peneiramento em agitador vibratório com peneiras (Tyler 100, 28, 20, 14, 10, 8), para análise granulométrica do material a ser processado. O diâmetro médio foi calculado através da definição de Sauter dada por Foust et al. (2008), representada pela Equação (1):
𝐷̅𝑆𝑎𝑢𝑡𝑒𝑟 = 1
∑(∆𝑋𝑖/𝐷𝑚𝑖) (1)
Onde D̅Sauter é o diâmetro médio de Sauter (mm), Dmi é a média do diâmetro de duas peneiras consecutivas (mm) e Xi é a fração mássica das partículas com diâmetro Dmi.
4.1.2.3 Peneiramento e separação magnética
A operação de peneiramento relativa ao Processo I objetivou a separação do alumínio presente nos cabos do restante da mistura. Apenas duas peneiras, de Tyler 28 e 100, foram utilizadas no agitador vibratório. O tempo de operação das peneiras foi de 10 minutos, sendo constatado que estas condições foram suficientes para a separação de quase todo o alumínio.
A separação magnética, por outro lado, pertencente ao Processo II, tinha como objetivo separar o aço cobreado, que caráter magnético, do restante da mistura. Para tanto foi utilizado um separador magnético, com funcionamento similar ao apresentado na Figura 5, e os seguintes parâmetros mantidos constantes: alimentação vibratória a 30% de sua capacidade máxima e ângulo do defletor de 15°. A velocidade do rolo foi utilizada conforme um trabalho prévio e fixada em 250 rpm (TRIPATHY, et al., 2017). Tais condições foram suficientes para obtenção da eficiência de separação desejada.
Tanto para a etapa de peneiramento, quanto para a etapa de separação magnética foram realizados cálculos de pureza e eficiência de recuperação, de acordo com as Equações (2) e (3), respectivamente:
𝑃𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 (%) =𝑚𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙
𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑥100 (2)
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑐𝑢𝑝𝑒𝑟𝑎çã𝑜 (%) = 𝑚𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 𝑚𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙−𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑥100 (3)
Onde mmetal é a massa do metal presente na fração de interesse (g), mtotal é a massa total de materiais na fração de interesse (g) e mmetal-total é a massa de metal total em todas as frações advindas da operação (g).
4.1.2.4 Separação eletrostática
A operação de separação eletrostática esquematizada na Figura 13, foi realizada tanto para o Processo I quanto para o Processo II, com o intuito de avaliar a separação da fração metálica restante (condutora) da fração polimérica (não condutora), diferenciando o metal a ser separado para cada processo. O separador eletrostático do tipo rolo possui um eletrodo eletrostático, um eletrodo de ionização e um eletrodo aterrado na forma de rolo. Além disso, o equipamento utilizado apresenta três coletores, identificados como I (coletor da fração condutora), II (coletor da fração intermediária) e III (coletor da fração não condutora).
Figura 13 – Esquema ilustrativo do separador eletrostático do tipo rolo.
Fonte: Elaborado pelo autor.
Os parâmetros avaliados no separador eletrostático foram a rotação do rolo (n, em rpm), a distância do eletrodo eletrostático (D2, em cm), a tensão aplicada aos eletrodos (U, em kV) e o ângulo de defletor (γ, em °), conforme apresentado na Tabela 3.
Tabela 3 – Parâmetros avaliados para a separação eletrostática de metais de cabos.
Processo I
Devido à grande quantidade de parâmetros disponíveis, alguns parâmetros foram fixados durante os experimentos: a distância do eletrodo de ionização (D1) = 6 cm; o ângulo do eletrodo de ionização (θ1) = 25° e o ângulo do eletrodo eletrostático (θ2) = 75° (JIANG, et al., 2008; SILVEIRA, et al., 2017). Além disso, os experimentos foram sempre realizados e mantidos com umidade relativa do ar na faixa de 40-50% e temperatura entre 22-25 °C, medidos com auxílio de um termo-higrômetro. A alimentação vibratória foi mantida em 30% de sua capacidade máxima (SILVEIRA, et al., 2017).
Os valores de pureza e eficiência de recuperação foram adaptados e determinados para a separação eletrostática pelas Equações (4) e (5), respectivamente.
𝑃𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 (%) =𝑚𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙−𝐼
𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙−𝐼 𝑥100 (4)
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑐𝑢𝑝𝑒𝑟𝑎çã𝑜 (%) = 𝑚𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙−𝐼 𝑚𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙−𝐼+𝐼𝐼+𝐼𝐼𝐼
𝑥100 (5)
Onde mmetal-I é a massa de metal presente no coletor I, mtotal-I é a massa total de material no coletor I e mmetal-I+II+III é a massa de metal total nos três coletores.
4.2 LÂMPADAS DE LED