Lã mineral é o termo geralmente utilizado para designar materiais isolantes, compostos por silicatos, fabricados a partir de fibras amorfas de vários comprimentos, entrelaçadas e unidas por uma resina. Dependendo da matéria-prima com que é fabricada, surge uma variedade de tipos de lã mineral, destacando-se a lã de rocha, lã de vidro, lã de escória e lã cerâmica. Estas lãs possuem como matérias-primas rochas, areia, escória, e mistura de sílica e alumina respectivamente (TRDIČ et al., 1999; BLAGOJEVIĆ; ŠIROK; ŠTREMFELJ, 2004; BAJCAR et al., 2007; SCALET et al., 2013). A Tabela 5 traz um comparativo das composições químicas das lãs de rocha descritas por alguns autores.
Tabela 5 - Composição química da lã de rocha encontrada em alguns trabalhos anteriores.
Composto Composição química (%)
Buck Luoto et al. Cheng et al. Medeiros et al.
SiO2 45,0-52,0 45,9 38,7 43,27 CaO 10,0-12,0 18,5 20,9 13,53 MgO 8,0-15,0 11,6 7,0 13,39 Al2O3 8,0-13,5 11,9 18,6 9,77 MnO 0,1-0,3 - - - Fe2O3 5,5-6,5 8,2 5,3 8,87 Na2O 0,8-3,3 1,8 - 0,59 K2O 0,8-2,0 0,6 - 0,96 TiO2 1,5-2,7 0,9 - 3,49 K2O + Na2O - - 2,0 - Outros - - 7,5 -
Fontes: Buck (1997); Luoto et al. (1998); Cheng et al. (2011); Medeiros et al. (2014).
Dentre as propriedades das lãs minerais é possível destacar o isolamento térmico e acústico e a proteção contra incêndio (BAJCAR et. al., 2007; DOVŽAN e ŠKRJANC, 2012). As propriedades térmicas e acústicas destes materiais facultaram a aplicação em diversos setores, tais como: construção civil, industrial, automotivo e eletroeletrônico (LUOTO et al., 1998). Por não propagarem chamas nem emitirem fumaças tóxicas, e apresentarem elevada resistência ao fogo, as lãs minerais, garantem a tranquilidade durante instalação, aplicação e utilização (MARABINI et al., 1998).
As lãs de rocha e vidro possuem aplicações e propriedades idênticas, porém a faixa de temperatura em que serão empregadas determina a escolha entre elas (ALVES, 2008). Estes materiais praticamente não têm sua forma e flexibilidade alteradas quando aquecidos a certa temperatura, como é o caso da lã de rocha que suporta temperaturas em torno de 1000ºC, em atmosfera oxidante (KARAMANOS; HADIARAKOU; PAPADOPOULOS, 2008; SMEDSKJAER; SOLVANG; YUE, 2010; ROCKWOOL, 2015a).
Resíduos de lã de rocha, advindos do isolamento térmico de caldeira e precipitadores eletrostático de uma usina termoelétrica, foram classificados ambientalmente por Medeiros et al. (2014), os quais foram considerados de acordo com a Norma Brasileira Registrada (NBR) 10004/04 como classe II A (não perigoso e não inerte), podendo ser reciclados.
Dentre as lãs minerais existentes, está pesquisa se dedica ao estudo da lã de rocha
3.2.1 Lã de rocha
A lã de rocha, denominada assim devido à presença de rochas em sua composição, é um material composto por finas fibras inorgânicas fundidas entre 1400ºC e 1600ºC, dispostas de forma vertical, horizontal e diagonal, formando um emaranhado multidirecional. A forma em que as fibras se encontram assegura a alta durabilidade de suas propriedades mecânicas, ou seja, a estabilidade dimensional e a rigidez (BAJCAR et al., 2007; SCALET et al., 2013; ALVES; ESPINOSA; TENÓRIO, 2015; CALORCOL, 2015).
O processo de produção da lã de rocha reproduz a ação natural de um vulcão, tendo como ponto de partida a fusão de uma mistura de rochas de aluminossilicatos (geralmente basalto), calcário ou dolomita. A Figura 8 demonstra um esquema da produção da lã de rocha, onde a mistura de matérias-primas é carregada em um forno de fusão em camadas alternadas com coque. O material fundido, composto pelas matérias-primas, é direcionado para um conjunto de rodas que giram com velocidade constante, onde as fibras são produzidas por centrifugação e posteriormente impregnadas com ligante (resina fenólica), em seguida o produto é
seco e o ligante curado em forno a cerca de 250ºC (KARAMANOS; HADIARAKOU; PAPADOPOULOS, 2008; DOVŽAN e ŠKRJANC, 2012; SCALET et al., 2013; ROCKWOOL, 2015a).
Figura 8 - Esquema do processo de produção da lã de rocha.
Fonte: Adaptado de Rockwool (2015a).
De acordo com Larocha (2015), a lã de rocha pode ser empregada em: forros, fachadas, pisos, tetos falsos, divisórias, dutos de ar condicionado, proteção de estruturas e em portas corta fogo. Os setores que a utilizam são os mais variados possíveis, destacando-se: residencial, industrial, comercial, administrativo, sanitário, transportes (naval, aeronáutico, automotivo e ferroviário). Podem ainda serem utilizadas para o cultivo semi-hidropônico fornecendo: cubos para sementes e placas de cultivos. A lã de rocha pode ser produzida em vários formatos, a Figura 9 apresenta algumas destas formas.
Figura 9 - Produtos de lã de rocha: (a) feltro flexível sem revestimento, (b) feltro flexível revestido com papel alumínio, (c) flocos de lã de rocha, (d) mantas, (e) painéis fit-wall, (f) painéis semi-rígidos, (g) tubos e (h) pré-moldados.
A lã de rocha pode assumir varias formas, dependo da aplicação a que se destina. De acordo com Rockwool (2015b), a lã de rocha pode manter as suas funções normais por mais de 50 anos, porém o seu descarte é considerado um problema para o meio ambiente, o qual vem sendo contornado com o reaproveitamento.
A lã de rocha apresenta excelentes propriedades, dentre as quais destacam-se (ROCKWOOL, 2015a):
Isolamento térmico: a capacidade de isolar termicamente está relacionada com a baixa condutividade térmica do ar, pois o fluxo de calor é impedido em função do aprisionamento de ar seco no interior da lã de rocha.
Isolamento acústico: a estrutura aberta e multidirecional, da lã de rocha, freia o movimento das partículas do ar, sendo responsável pela alta capacidade de absorção acústica e redução de ruídos.
Incombustibilidade: por ser um material constituído por fibras que suportam temperaturas superiores a 1000ºC, possuem excelente resistência ao fogo, também não contribuem com a sua propagação e não emitem gases ou cinzas tóxicas.
Todo RLR gerado durante a produção, montagem ou após utilização pode ser reaproveitado.
3.2.2 Reaproveitamento do resíduo de lã de rocha
Misturando resíduo de lã mineral (20% e 30%) e argila ilita (80% e 70%), Balkevičius; Pranckevičienė (2008) conseguiram obter uma massa cerâmica pastosa. Para estudar suas propriedades prepararam amostras com dimensões de 70×70×70 mm. Observaram que a adição de 30% de resíduo de lã mineral eleva a temperatura de fusão de 1115ºC para 1135ºC e que as fases resultantes da cristalização são anortita e diopsídio.
A compostagem com RLR (10%) foi estudada por, Kukenienė; Vaišis (2010), sendo misturada com lodo de tratamento de água (45,0%) e madeira (45%). Observaram não haver diferença entre o processo de compostagem com e sem o RLR e que são necessários 2 meses para ocorrer a degradação da resina do resíduo.
Cheng et al. (2011) utilizaram RLR substituindo a brita e a areia em proporções de 2%, 5%, 7% e 10% na massa do concreto. O material obtido apresentou significativas melhoras nas propriedades em relação ao concreto sem adição de resíduo.
Foi proposto por Väntsi; Kärki (2014) o reaproveitamento do RLR como enchimento em compósito de madeira-plástico. Produziram placas ocas por extrusão aglomerando RLR (20, 30 e 40%), fibra de madeira (64, 44, 34 e 24%), polipropileno (30%), ligante (3%) e lubrificante (3%). Após avaliar as propriedades mecânicas consideraram que o reaproveitamento do RLR como enchimento de compósito madeira-plástico é uma alternativa ambiental e economicamente viável.
4 MATERIAIS E MÉTODOS
Os procedimentos experimentais desta pesquisa foram realizados no Laboratório de Materiais Cerâmicos do Instituto Federal do Espírito Santo (IFES - Campus Vitória) e no Laboratório de Cerâmica da Universidade do Estado de Santa Catarina (UDESC - Joinville). Os ensaios para caracterização do resíduo e do vidro obtido foram realizados no Laboratório de Desenvolvimento e Caracterização de Materiais (LDCM) do Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial (SENAI), em Criciúma; na Universidade de São Paulo (USP) e nos Laboratórios de Materiais Cerâmicos, de Propriedades Mecânicas, de Caracterização de Materiais e de Análise Química do IFES - Campus Vitória.