A metodologia geral de processamento está apresentada no esquema da Figura 10, e descreve a obtenção de vidro sodo-cálcico a partir do resíduo de lã de rocha (RLR). No decorrer do trabalho, estes itens foram abordados detalhadamente.
4.1.1 Seleção e caracterização das matérias-primas
As matérias-primas utilizadas nas formulações dos vidros, juntamente com o RLR foram: areia, carbonato de sódio, carbonato de cálcio, sulfato de sódio e carbono (grafite).
O RLR, utilizado nesta pesquisa foi cedido pela Mineradora VALE, localizada em Vitória/ES. Este tipo de resíduo é gerado principalmente quando o forro dos fornos de pelotização e o revestimento das tubulações de óleo combustível são substituídos durante as paradas para manutenção das usinas que ocorrem a cada 18 ou 24 meses. Entre os anos de 2009 e 2014 a VALE descartou em média 26,4 t/ano de lãs minerais (lã de rocha e lã de vidro) (FRANK; MINCHIO, 2013; FRANK; BERNABE; 2015).
Fonte: Autor (2015).
Nota: Vidro 1 - Vidro obtido da mistura M1 (100 g de resíduo, sem adições);
Vidro 2 - Vidro obtido da mistura M2 (100 g de resíduo, com adição de Na2CO3 e CaCO3);
Vidro 2s - Vidro obtido da mistura M2s (100 g de resíduo, com adição de Na2CO3, Na2SO4 e CaCO3); Vidro 3 - Vidro obtido da mistura M3 (80 g de resíduo, com adição de Na2CO3 e CaCO3);
Vidro 3s - Vidro obtido da mistura M3s (80 g de resíduo, com adição de Na2CO3, Na2SO4 e CaCO3); Vidro 4 - Vidro obtido da mistura M4 (60 g de resíduo, com adição de Na2CO3 e CaCO3) e
A areia utilizada como fonte de sílica foi adquirida em lojas de materiais de construção e possui granulometria média, que conforme menciona a Norma Brasileira Registrada (NBR) 6502/95 se encontra na faixa entre 0,20 e 0,60 mm.
Para ajustar a composição das formulações definidas, foram adicionados Na2CO3 com 99,5% de pureza, e CaCO3 com 99% de pureza, ambos da marca Dinâmica, como fonte de Na2O e CaO, respectivamente.
Foi adicionado, como agente afinante (redutor de bolhas), Na2SO4 com 99% de pureza, da marca Dinâmica. Porém, para o enxofre poder atuar removendo as bolhas do vidro durante a fusão, é necessário o uso de uma atmosfera redutora, a qual foi obtida pela adição de carbono (grafite), com 99,5% de pureza e granulometria máxima de 50 µm, marca Dinâmica.
As matérias-primas, RLR e areia, foram caracterizadas utilizando fluorescência de raios X (FRX), difração de raios X (DRX), determinação do tamanho de partícula (DTP), análise térmica diferencial (ATD) e análise termogravimetrica (ATG). Estes ensaios serviram para avaliar a composição química e mineralógica, granulometria, comportamento térmico e a perda de massa durante o aquecimento. As demais matérias-primas não foram caracterizadas por serem reagentes químicos industriais com elevado grau de pureza.
4.1.2 Formulação e preparação das amostras
As formulações foram calculadas com base na composição química do resíduo (Tabela 10) e do vidro plano de referência (VP), cedido pela indústria vidreira Cebrace, que apresenta 72% de SiO2, 14% de Na2O, e 9% de CaO como óxidos majoritários, conforme informa o fabricante. Para ajustar a composição, foram adicionados ao RLR a areia, carbonato de sódio e carbonato de cálcio, como também sulfato de sódio para melhorar a homogeneização e auxiliar a remoção de bolhas.
Os cálculos das adições foram realizados por estequiometria, considerando as quantidades necessárias de SiO2, Na2O e CaO, de modo a obter a composição majoritária do VP. A Tabela 6 apresenta a composição química calculada, em gramas, das misturas testadas.
Tabela 6 - Cálculo das misturas testadas, em percentuais.
SiO2 Na2O CaO Outros
VP Referência 72,00 14,00 9,00 5,00 M1 Resíduo 60,21 13,14 7,23 19,42 Areia - - - - Reagentes industriais - - - - M2 e M2s Resíduo 60,21 13,14 7,23 19,42 Areia 11,79 0,04 0,02 0,51 Reagentes industriais - 0,82 1,75 - M3 e M3s Resíduo 48,17 10,51 5,78 15,54 Areia 23,83 0,07 0,04 1,03 Reagentes industriais - 3,42 3,18 - M4 e M4s Resíduo 36,13 7,88 4,34 11,65 Areia 35,87 0,11 0,06 1,55 Reagentes industriais - 6,01 4,60 - Fonte: Autor (2015).
Inicialmente foi considerado 100% de resíduo equivalente a 100,00 g, então foram elaboradas sete misturas. Sendo M1 com 100 g de RLR (sem adições); M2, M3, e M4 com 100 g, 80 g e 60 g de RLR, respectivamente (com adições de Na2CO3 e CaCO3), e M2s, M3s, e M4s com 100 g, 80 g e 60 g de RLR, respectivamente (com adições de Na2CO3, CaCO3 e Na2SO4). Lembrando que o “s” na nomenclatura da mistura indica que parte do Na2CO3 foi substituída por Na2SO4.
Para calcular as composições, os elementos majoritários foram fixados em função do VP. O primeiro componente calculado foi o SiO2, onde buscou-se compensar a variação entre o percentual de SiO2 do VP e do RLR, tendo como fonte a areia. No caso do Na2O, a compensação levou em consideração as quantidades presentes no RLR e na areia, que foram somadas, para assim fornecer a quantidade a ser adicionada na formulação. O Na2O foi adicionado sob a forma de Na2CO3 e Na2SO4. O cálculo para a adição do CaO seguiu conforme o procedimento adotado para o
Na2O, tendo apenas o CaCO3 como fonte de CaO. As quantidades das matérias- primas necessárias para fornecerem os valores calculados dos óxidos presentes nas composições das misturas testadas estão apresentadas na Tabela 7.
Tabela 7 - Composição das misturas testadas, massas em gramas de matérias-primas.
Matéria-prima M1 M2 M2s M3 M3s M4 M4s RLR 100,00 100,00 100,00 80,00 80,00 60,00 60,00 Areia - 12,36 12,36 24,97 24,97 37,60 37,60 Na2CO3 - 1,40 - 5,83 4,34 10,23 8,79 CaCO3 - 3,12 3,12 5,68 5,68 8,23 8,23 Na2SO4 - - 1,90 - 2,01 - 1,95 Grafite - - 0,11 - 0,12 - 0,12 Total 100,00 116,88 117,49 116,48 117,12 116,06 116,67 Fonte: Autor (2015).
O RLR e a areia foram moídos a seco em moinho de bolas MARCONI, modelo MA 590, por 30 e 120 min respectivamente, para que se aproximassem da granulometria dos reagentes químicos, favorecendo assim a homogeneização da mistura. As formulações (RLR, areia e reagentes) foram misturadas a seco em misturador em Y, por 30 minutos.
4.1.3 Obtenção dos vidros
As formulações testadas, conforme apresentadas na Tabela 7, foram fundidas separadamente, em cadinhos de alumina, em forno Deltech modelo DT-31-RS-VT- E2404, com taxa de aquecimento de 10ºC/min e atmosfera oxidante (ao ar). Cada mistura permaneceu na temperatura máxima de 1550ºC durante 1 e 2 h, sendo vertidas e prensadas, após fusão, em molde de carbono, a fim de se obter as amostras vítreas. Para identificar os vidros obtidos após as fusões o “M” das misturas foi substituído por “V” e ao final acrescido o tempo de permanência, 1 ou 2 h, na temperatura estipulada, 1550°C, conforme é apresentado na Tabela 8.
Tabela 8 - Nomenclatura dos vidros avaliados. Mistura Vidro Patamar de 1 h Patamar de 2 h M1 V1-1h V1-2h M2 V2-1h V2-2h M2s V2s-1h V2s-2h M3 V3-1h V3-2h M3s V3s-1h V3s-2h M4 V4-1h V4-2h M4s V4s-1h V4s-2h Fonte: Autor (2015).
Assim temos, por exemplo, que o vidro V1 foi obtido da mistura M1, sendo fundido a 1550ºC e permanecendo por 1 h (V1-1h) e 2 h (V1-2h) nesta temperatura. As propriedades destes vidros experimentais foram comparadas com as propriedades de vidros comerciais, sendo um vidro plano (VP) de cor verde, próprio para janelas e outro vidro de garrafa de cerveja (VG) de cor âmbar.