4. METODOLOGIA
4.1.2. Estratégias de seleção das referências
A pesquisa de seleção dos periódicos, foi delimitado seguindo o conjunto de procedimentos utilizados na avaliação de periódicos criado pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) um sistema que faz a classificação da produção científica dos programas de pós-graduação no que
diz respeito aos artigos publicados em diversos periódicos, revistas, e livros científicos, englobando todas as áreas do conhecimento, definindo assim: A1 e A2 contempla periódicos de excelência internacional; B1 e B2 abrange os periódicos de excelência nacional; B3, B4 e B5 considera os periódicos de média relevância, e por fim, C contempla periódicos de baixa relevância, ou seja, considerados não científicos e inacessíveis para avaliação. Para obter resultados mais relevantes a opção por qualificações entre A1 e B5 foi a mais favorável, também ocorreu delimitações dos artigos publicados, do ano de 2012 até 2022, para que os resultados estejam atualizados e as referências dentro das normas.
Posterior a isto, ocorreu a exclusão dos artigos que não atenderam os critérios previamente determinados, como as qualificações dos periódicos publicados fora do especificado, teses e dissertações e propriamente trabalho de conclusão de curso (TCC) também foram excluídos considerando não ter o mesmo critério de avaliação comparados com os periódicos avaliados por essas plataformas para serem publicados.
Aqueles que agregaram conhecimento para a construção do projeto foi armazenado como banco de dados com seus respectivos títulos, revistas e periódicos publicados e qualificações dos periódicos. De forma a ser aprovado, os artigos foram separados e entregue ao orientador para análise geral.
Os artigos aprovados nesta etapa foram lidos novamente, desta vez para enfim serem adicionados no trabalho, todos eles referenciados, para uma melhor organização.
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1. Composição química do dregs
Para uma análise das informações foi construída a tabela 2, que se deu através da verificação dos artigos selecionados, está tabela seguirá como base, pois nela é possível consultar os principais componentes químicos encontrados quando foram analisados pelos seus respectivos autores.
Tabela 2: Composição em massa (wt %) das amostras de dregs
Elem. [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]
Ca 35,410 23,000 30,450 30,000 24,510 24,940 23,300 22,100 Mg 0,9200 1,3000 30,200 1,0000 6,5700 3,5800 3,5300 1,3600 Na 1,0200 6,7000 1,4700 3,4000 1,5600 7,0400 6,1900 3,6100 K 0,1200 0,6400 0,0600 0,2300 <0,080 0,3100 0,1700 0,1100 Fe 0,3000 - 0,1300 0,2900 0,4300 0,4100 0,3100 0,4775
Mn 0,4800 - - 0,4000 3,2600 0,0500 0,2200 1,6425
S - 1,5000 0,300 0,7100 1,4400 0,0000 1,8100 0,7000
Si - - 0,3900 - 0,1100 0,0000 1,4100 -
Al - - 0,2100 - 1,0300 0,2500 0,8000 -
P - - 0,3100 - 0,0000 0,1600 0,2000 0,5600
Cl - - 0,0150 - - - - -
Sr - - - - - - 0,1400 -
Zn 0,0235 0,0256 0,0088 0,0189 0,3197 0,0160 - 0,0975
Cu 0,0054 0,0123 0,0055 0,0061 0,0229 0,0102 - 0,0485
Pb 0,0062 <2E-5 0,0017 0,0003 0,0006 0,0013 - -
Cd 0,0005 <5E-6 0,0000 9E-5 0,0004 0,0009 - -
Cr - 0,1800 0,0015 0,0284 0,0295 0,0056 0,2300 -
Ni - - 0,0033 0,0099 0,0233 0,0189 - -
B - - - 0,0006 - - - 0,0064
Mo - - - - 3E-5 0,0000 - 0,0030
Total 38,2856 33,35793 63,5558 36,09425 39,3864 36,7929 38,31 30,7154
Fonte: ([1] RODRIGUES et al., 2019, [2] BANDARA et al., 2019; [3] IZIDIO et al., 2014; [4]
MAKITALO et al., 2014; [5] BRANCO et al., 2013; [6] QUINA et al., 2020; [7] FARAGE et al., 2020; [8] RODRIGUES et al., 2020.)
A tabela 2 consiste na caracterização química dos resíduos dregs, verificada pelos autores mencionados na referência. Nesta tabela são dispostas as composições químicas em forma decrescente. Destacando o teor de Ca por ter uma quantidade expressiva, percebe-se uma variação da composição química do Ca de um autor para o outro, a explicação para isso é o processo produtivo em que foi gerado os resíduos dregs, dependendo da localização em que foram geradas, irá influenciar diretamente nesta variação. Destaca-se também a presença dos elementos químicos Pb, Cd e Cr, a presença desses elementos químicos é um indicativo de toxicidade dos resíduos dregs caracterizado, trazendo consequências, como possíveis contaminações caso seja ultrapassado o limite de utilização.
Essa caracterização química viabiliza uma melhor incorporação dos resíduos dregs devido ao comportamento químico desse resíduo. Um exemplo de verificação e aplicação é verificando o elemento com a maior quantidade, neste caso o Ca, a alta presença do elemento químico Ca, que está caracterizada nos resíduos dregs na forma de carbonato de cálcio (CaCO3) e quando é queimada se decompõem em óxido de cálcio (CaO) e dióxido de carbono (CO2), o CO2 em sua forma gasosa gera poros, o que é um indicativo do que irá ocorrer na incorporação, um aumento na porosidade nos materiais cerâmicos, que no caso em questão não é um indicativo positivo.
5.2. Localização das unidades das plantas de celulose que geram dregs.
Devido à escala de produção da indústria de celulose e suas diversas localizações, existem algumas diferenças no processo de produção, resultando em diferentes composições químicas. Alguns dos autores pesquisados basearam-se em alguns desses locais, para verificar tais diferenças, como mostra a Figura 12.
Figura 12 - Mapa de localização de algumas plantas de celulose
Fonte: (Elaborado pelo autor, 2022)
Em destaque, 4 plantas de produção localizadas no Brasil, mas especificamente na América do Sul e 2 plantas de produção localizadas na Europa. A partir dessas localizações é possível detectar que existem variações na composição química do resíduo Dregs, como é possível verificar na tabela 2, que foi feita com base nos artigos de alguns autores destacados. Isso ocorre pela diferença de solo e o processo produtivo que a indústria celulósica adota, esses dois fatores contribuem para que haja a diferença, tendo em vista que são dois fatores muito importante, atuando desde o princípio do ciclo de produção, ou seja, no plantio, que entra em questão o solo que é cultivado uma das matéria-prima dessa produção, além disso, o processo produtivo em sí pode variar bastante, podendo ser uma produção moderada, ou até mesmo uma alta produção, o que impacta nos resíduos gerados.
Esses estudos em diferentes localidades corroboram para uma análise mais amplificada sobre os resíduos dregs, e o que isto impacta em suas aplicações futura, seja ao seu destino primário, que são os aterros industriais e o efeito que ela pode ocasionar no solo, ou possíveis reaproveitamento.
5.3. Aplicação de dregs na indústria de cerâmica.
Tabela 3: Uma visão geral das características das cerâmicas segundo os autores em relação a utilização do resíduo Dregs.
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]
Absorção de água
Favorável Não avaliado
Favorável Não avaliado Não avaliado Inadequada Não avaliado
Favorável
Densidade Não avaliado
Não avaliado
Favorável Não avaliado Não avaliado Não avaliado Não avaliado
Não avaliado Porosidade Alta
porosidade
Não avaliado
Não avaliado
Não avaliado Não avaliado Não avaliado Alta porosidade
Alta porosidade Resistência
Mecânica
Melhor resistência
Não avaliado
Melhor resistência.
Insuficiente Não avaliado Melhor resistência
Não avaliado
Melhor resistência Toxicidade Não
avaliado
Possível Perigo
Não avaliado
Inofensivo Possível Perigo
Possível Perigo
Não avaliado
Não avaliado Granulometria Influência Não
avaliado
Não avaliado
Não avaliado Não avaliado Não avaliado Não avaliado
Não avaliado
Fonte: ([1] RODRIGUES et al., 2019, [2] BANDARA et al., 2019; [3] IZIDIO et al., 2014; [4]
MAKITALO et al., 2014; [5] BRANCO et al., 2013; [6] QUINA et al., 2020; [7] FARAGE et al., 2020; [8] RODRIGUES et al., 2020.)
A tabela 3 foi construída analisando as características das cerâmicas segundo os autores após a incorporação dos resíduos dregs. Foram verificadas as características de Absorção de Água, Densidade, Porosidade, Resistência Mecânica, Toxidade, Granulometria.
A absorção de água foi destacada por 3 autores como favorável após a incorporação do resíduo, isso indica que não houve uma absorção de água, o que é bom para o material cerâmico, apenas 1 autor citou que a incorporação foi inadequada, nesse caso, o estudo desse autor apontou que houve absorção de água após a incorporação.
Em relação a densidade, apenas 1 autor avaliou a incorporação dos resíduos dregs, e classificou como favorável, neste caso, houve uma diminuição da densidade, deixando o material cerâmico mais leve. E uma observação em relação a essa característica no material cerâmico, a densidade e a porosidade são inversamente proporcionais, quando a densidade diminui a porosidade aumenta.
A porosidade foi avaliada por 3 autores, e classificada com alta porosidade, o que não é bom para o material cerâmico, isso ocorre pela concentração de Ca em sua grande quantidade encontrada nesse resíduo, o Ca está presente no resíduo dregs na forma de carbonato de cálcio, quando queimado ela se decompõe reagindo e formando o CaO e CO2, o CO2 na forma gasosa gera poros, por isso que combinado com a grande quantidade de Ca e sua reação gerou uma alta porosidade como classificados pelos autores em suas observações.
Outra característica que foi analisada e classificada após a incorporação do resíduo, foi a resistência mecânica, que é um dos principais pontos a serem observados nos materiais cerâmicos, os 4 autores que classificaram que houve uma melhora na resistência mecânica estão destacando as seguintes melhoras:
resistência ao cisalhamento, resistência a flexão e a ruptura, apenas 1 autor avaliou como insuficiente a resistência mecânica.
Sobre a toxidade, 3 autores classificaram como um possível perigo devido a presença dos elementos Pb, Cd e Cr, e um autor definiu como inofensivo, um ponto a ser considerado, é que um desses autores também tem como base a incorporação em outra área, mais especificamente no solo, por conta disso a observação sobre a toxicidade é ainda maior.
A granulometria foi avaliada por 1 autor e classificada como uma influência diretamente na resistência mecânica caso a granulometria dos resíduos dregs incorporados seja superior a 20 µm, nesse caso é preciso controlar a granulometria dos resíduos. Portanto, a tabela 3 permite que essas classificações geradas pelos autores podem ser utilizadas para uma escolha de aplicabilidade.
A tabela 4 destaca as conclusões dos autores em relação as características verificadas após a incorporação, porém, agora será destaca de forma resumida, essas conclusões serviram de base como construção da tabela 3.
Tabela 4: Resumo dos resultados dos artigos citados.
Autor Resultados
RODRIGUES et al., 2019
Considerando os ciclos de queima avaliados, é recomendado que o uso de dregs seja limitado em 30% para que a queda na resistência mecânica, em relação à argila pura, não seja significativa. Contudo, o ciclo de queima deve ser realizado em 950°C e com patamar de pelo menos 300 min. Esse tempo longo para reação não é um problema para indústrias de cerâmica vermelha, pois normalmente são usados ciclos longos de queima, os quais podem ultrapassar 24 h, entre aquecimento e resfriamento, porosidade aparente foram detectadas e a absorção de água muito favorável a substituição.
BANDARA et al., 2019
Este estudo reforça que uma bateria de testes é fundamental para uma melhor compreensão do comportamento dos resíduos no meio ambiente e que esses resultados devem prevalecer sobre os resultados da análise química para avaliação da toxicidade.
A análise química indicou o resíduo dregs analisado como um “Perigo Possível”, enquanto a bateria de testes mostrou altos efeitos tóxicos para três dos cinco organismos. A correção do pH testados para valores neutros não modulou os efeitos observados. Globalmente, os resultados sugerem que o dregs deve ser classificado como tóxico. No entanto, a legislação europeia sobre resíduos deve fornecer diretrizes para aplicar os critérios de fim de resíduos e evitar o aterro, mesmo para materiais como o resíduo dregs.
IZIDIO et al., 2014
A partir dos resultados obtidos em bancada, foram comprovadas as reais melhorias dos testes físicos, maior resistência mecânica à flexão do material cerâmico, podendo ser utilizado parte do resíduo substituindo a argila nas indústrias de cerâmica, reduzindo a quantidade de resíduo descartado para aterro. As análises dos resultados
obtidos neste estudo permitem concluir que é possível a incorporação de resíduos do tipo dregs proveniente da fabricação de celulose em argilas comuns utilizadas em indústria cerâmicas para a fabricação de produtos de cerâmica vermelha ou estrutural, tais como tijolos, blocos e telhas cerâmicas.
MAKATALO et al., 2014.
A resistência ao cisalhamento do dregs foi avaliada em 11,8 kPa após um mês de cura, o que é baixo em comparação com a resistência ao cisalhamento da argila. Essa baixa resistência ao cisalhamento é insuficiente para aplicações de engenharia. É importante que o material exiba resistência à compressão suficiente para suportar o peso de uma camada protetora, mas também apresente plasticidade para resistir a trincas que podem ser causadas por assentamentos diferentes no aterro. O uso do resíduo dregs é inofensivo, desde que sua utilização seja controlada.
BRANCO et al., 2013
Percebe-se que cada lote de resíduo comercializado apresenta uma composição química diferente, como os teores de sódio (10,2 e 34 g kg-1), zinco (235,5 e 189 g kg
-1), chumbo (62,9 e 3,0 mg kg-1) e cádmio (5,6 e 0,9 mg kg
-1), respectivamente, entre os outros elementos sendo que aplicações sucessivas deste resíduo podem gerar desequilíbrio nutricional.
O valor encontrado neste experimento de derivados fenólicos totais liberados pelo dregs, foi de aproximadamente 2,43 mg L-1; o valor determinado neste experimento mostra que os compostos fenólicos encontrados no resíduo da indústria de papel e celulose solúveis em água, estão muito acima do permitido pelas resoluções NBR 10004/04 (ABNT, 2004a) e CONAMA (2008). A NBR 1004/04 prevê que o máximo de fenol total em água seja de 0,01 mg L-1 e na Resolução CONAMA no 397/08 o máximo permitido é de 0,5 mg L-1. Este pode ser
um indicativo da periculosidade do uso do dregs na agricultura, como corretivo da acidez do solo. A presença desses compostos no dregs pode ser atribuída à degradação química da lignina que produz compostos fenólicos
QUINA et al., 2020
Os materiais analisados mostraram uma perda ao fogo relativamente elevada e semelhantes, fato que já era antecipado, uma vez que ambos contêm carbonatos oriundos das reações apresentadas e discutidas na revisão da literatura. Assim, a perda ao fogo refere-se principalmente à decomposição dos carbonatos em CaO (sólido) e CO2 (gasoso). A argila mostra-se como uma argila caulinítica com poucas impurezas, uma vez que se constitui quase somente de SiO2 e Al2O3.
Deve-se destacar que tanto o sódio quanto o cálcio, elementos químicos classificados respectivamente como alcalino e alcalino terroso, possuem uma ação fundente nas massas cerâmicas onde estão presentes. O mesmo autor destaca ainda que, devido à sua ação de acelerar o processo de sinterização, os fundentes diminuem, consequentemente, as temperaturas necessárias para a queima, permitindo significativas reduções no custo com energia no processo de fabricação, fazendo com que seu uso seja sempre investigado na formulação de massas cerâmicas em escala industrial. Além disso, a melhor sinterabilidade da massa cerâmica contendo fundentes leva a uma redução na porosidade e absorção de água do produto final, aumentando, assim, a resistência mecânica desses produtos. O dregs é um pouco mais carbonático, possuindo, consequentemente, uma maior perda ao fogo correspondente.
Os resultados de tensão de ruptura à flexão (TRF) para as peças após secagem, mostra haver melhoria na resistência
dos materiais produzidos com até 10% de resíduos. Os valores decresceram para a taxa de incorporação de 20%, ficando próximo dos valores para os corpos de prova com 100% de argila apenas, voltando a apresentar leve aumento para as amostras contendo 40% de resíduos. Uma observação ao impacto ambiente do resíduo dregs ao meio ambiente é um fato a ser constatado.
FARAGE et al., 2020
A porosidade total de dregs foi de 66%. Porosidades superiores a 70% foram encontradas para dregs geradas em uma fábrica de celulose na Suécia. A alta porosidade desse material tem relação positiva direta com a remoção de contaminantes em meio aquoso, principalmente devido ao fenômeno de difusão intrapartícular.
RODRIGUES et al., 2020
Nota-se que a Absorção de Água, teve tendência a aumentar com o percentual de dregs adicionado. Devido à absorção de água estar relacionada à porosidade aberta do corpo de prova, esse comportamento também indicou aumento na porosidade, que foi decorrente de parte do resíduo ser volatilizado durante a queima, devido à presença de CaCO3. A liberação de gases permite a formação de uma rede de poros na amostra, o que leva à redução na resistência mecânica. Foi observada redução na resistência à flexão com o aumento do teor de resíduo.
Fonte: ([1] RODRIGUES et al., 2019, [2] BANDARA et al., 2019; [3] IZIDIO et al., 2014; [4]
MAKITALO et al., 2014; [5] BRANCO et al., 2013; [6] QUINA et al., 2020; [7] FARAGE et al., 2020; [8] RODRIGUES et al., 2020.)
As conclusões dos autores na Tabela 4 auxilia o entendimento da incorporação e aplicabilidade dos materiais cerâmicos juntamente com a tabela 3. Por exemplo, quando for verificar as conclusões do autor 1 sobre as características das cerâmicas (tabela 3), basta seguir o resumo disposto na tabela 4 referentes ao autor 1. Essa ação contribui para um entendimento geral sobre a ideia da incorporação dos resíduos dregs.
6. CONCLUSÕES
A localização e a seleção das referências ocorreram de forma gradativa, primeiro localizando as referências, nessa etapa não foi possível mensurar a quantidade de artigos selecionados, só após a estratégia de uma melhor seleção das referências que foi possível quantificar os artigos, foram selecionados em relação a sua relevância internacional e nacional, por conta disso houve uma limitação de artigos para serem utilizados, porém essa limitação não afetou a construção do trabalho, pois a sua classificação gerou uma relevância adequada para o trabalho. A princípio o número de referências selecionadas foram 23 artigos com linguagens pré-definidas como português e inglês, porém foram detectados como apud (citação de citação) e por conta disso o número final de artigos verificados foram 8, essa quantidade de artigos é considerável boa para uma construção de uma revisão bibliográfica pois a variabilidade de resultados e conclusões ajudam diretamente na viabilidade da incorporação.
A revisão da composição química dos resíduos dregs proporcionou verificar de forma mais técnica a sua utilização, observando desde as quantidades de elementos químicos presentes, podendo observar qual a influência desse elemento químico e suas reações, verificando elementos químicos tóxicos e com influência direta na incorporação dos resíduos dregs.
Sobre a localização dos resíduos dregs, para cada localização foi constatado que houve uma variabilidade na composição dos resíduos dregs devidos diferentes fatores, como o processo produtivo e o solo, isso influencia diretamente na característica química dos resíduos dregs e consequentemente na utilização na incorporação, pois essas características irão influenciar na escolha do quantitativo de um determinado elemento químico.
Dito isso, a caracterização química para efeito de comparação pode ser utilizada, neste caso, é comparada a composição química do resíduo dregs com outros componentes químicos semelhantes que podem atuar da mesma maneira ou algo próximo a isso. Então nesse caso, a caracterização química é válida, pelos resultados que foram verificados nos artigos.
A incorporação do resíduo dregs de forma geral é viável, pois a sua utilização, mesmo, variando entre 5% e 40% da massa de cerâmica, mostrou ser favorável, observando em conjunto com algumas características físicas e químicas, como:
• Resistência mecânica: Assim como classificados pelos autores, concluindo que a resistência mecânica melhorou após a incorporação dos resíduos dregs, o que mostra ser um indicativo para a viabilidade, pois os materiais cerâmicos precisam apresentar boa resistência mecânica.
• Absorção de água: Um dos aspectos mais relevantes para uma peça cerâmica, também mostrou ser favorável segundos os autores, com isso, juntamente com a resistência mecânica é um dos pontos positivos dessa substituição.
• Densidade: Foi favorável após a incorporação do resíduo dregs.
• Porosidade: Neste caso, a incorporação dos resíduos dregs apresentou alta porosidade, por apresentar tal aspecto, fica um alerta para a viabilidade da incorporação do resíduo dregs, porém este fator pode ser revestido, pois a porosidade tem uma redução quando é tratada termicamente a temperatura de 1500°C, que no caso dos estudos, foi a temperatura utilizada para caracterizar uma melhor substituição. Concluindo que não é um problema para a incorporação, desde que seja caracterizada a temperatura de 1500°C.
• Granulometria: Como o dregs contém maior fração de partículas com granulometria superior a 20 μm, o aumento no seu teor começa a ter influência negativa no empacotamento físico dos grãos, sendo prejudicial para a densificação e consequentemente na resistência mecânica. Portanto, é preciso verificar a granulometria do resíduo dregs quando for incorporada, precisando ser inferior a 20 μm.
No geral, levando em consideração essas características e suas relevâncias para a incorporação no material cerâmico, verifica-se que para a incorporação ocorrer é preciso que haja resultados como aqueles apresentados nas tabelas 3 e 4. Verifica-se que é viável, a incorporação do resíduo dregs, em produtos cerâmicos, desde que respeitando os parâmetros pertinentes as normas técnicas para produção deste tipo de material.
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