Processo I: peneiramento e separação eletrostática

5.1.3.1 Peneiramento

Pela análise granulométrica foi possível perceber que existe uma diferença considerável de tamanho entre as partículas de alumínio e as restantes, havendo apenas partículas de alumínio retidas na peneira de Tyler 100. Com isso, a utilização de duas peneiras para separação do material foi realizada: a primeira com Tyler 28, que impede a passagem da maioria das partículas com exceção do alumínio, e a outra com Tyler 100, para reter as partículas de alumínio, principal produto de interesse desta operação.

Os resultados do peneiramento estão apresentados na Tabela 7. Na peneira de Tyler 28 ficaram retidos majoritariamente os polímeros e o aço cobreado (84,18 ± 0,81 wt.% e 15,12 ± 0,51 wt.%, respectivamente), sendo que o alumínio passou quase totalmente, ficando em menor quantidade nesta peneira (0,70 ± 0,34 wt.%). A peneira de Tyler 100, que apresentou o material passante em Tyler 28, por sua vez, obteve uma grande quantidade de alumínio, conforme esperado para esta operação, alcançando 99,51 ± 0,44 wt.% de alumínio em sua composição e quantidades irrisórias dos outros materiais (0,21 ± 0,20 wt.% para o aço cobreado e 0,27 ± 0,33 wt.% para a fração polimérica).

Tabela 7 – Dados do peneiramento do Processo I.

Fonte: Elaborado pelo autor.

Os dados da Tabela 7 são referentes à pureza dos materiais (visto que apresentam um valor de massa percentual em relação à massa total de materiais presentes em cada peneira). O valor de eficiência de recuperação do alumínio, isto é, quanto do total de alumínio ficou na peneira desejada Tyler 100, foi 94,53 ± 3,22 wt.%. Estes resultados demonstram que a operação

Peneiras

Retido em Tyler 28 Passante em Tyler 28

Material wt.% wt.%

Aço cobreado 15,12 ± 0,51 0,21 ± 0,20

Alumínio 0,70 ± 0,34 99,51 ± 0,44

Polímeros 84,18 ± 0,81 0,27 ± 0,33

Total 100 100

de peneiramento é atrativa para concentração e recuperação do alumínio dos cabos coaxiais, visto que é possível obter este metal com altos graus de pureza e eficiência de recuperação.

5.1.3.2 Separação eletrostática

A separação eletrostática do Processo I teve como objetivo coletar a maior quantidade de aço cobreado na fração condutora (coletor I), enquanto a fração não condutora (coletor III) era destinada a todos os polímeros restantes. A análise dos parâmetros avaliados para otimização desta etapa está apresentada a seguir.

5.1.3.2.1 Rotação do rolo (n)

Com a finalidade de avaliar a influência da rotação do rolo na separação dos cabos coaxiais, os parâmetros de distância do eletrodo eletrostático (D2), tensão do eletrodo (U) e ângulo do defletor (γ) foram mantidos fixos (8 cm, 25 kV e 0º, respectivamente).

A Figura 20 apresenta os resultados de grau de pureza obtidos em função do aço cobreado nos testes de rotação do rolo para os três coletores. É perceptível que valores extremos de rotação (10 e 40 rpm) resultaram em menores valores de pureza de aço cobreado no coletor I (82,70 ± 5,55 wt.% e 73,19 ± 3,97 wt.%, respectivamente), enquanto o valor de rotação de 30 rpm foi o que atingiu maior pureza (94,47 wt% ± 1,48 wt%).

Os resultados podem ser explicados pelo comportamento das partículas em relação à rotação do rolo. Quando a partícula entra em contato com o rolo, devido à rotação, ela está sujeita à ação da força centrífuga. Um aumento na rotação do rolo indica maior ação da força centrífuga sobre a partícula. A maior rotação no rolo, apesar de favorecer a coleta das partículas condutoras no coletor I, também aumenta a quantidade de partículas não condutoras neste coletor. Isto porque, em vez das partículas não condutoras aderirem ao rolo pela ação do campo elétrico, elas são mais influenciadas pela força centrífuga, sendo lançadas erroneamente. Por outro lado, uma rotação muito baixa também pode ser prejudicial ao processo, pois as partículas condutoras possuem seu lançamento prejudicado pela falta de força centrífuga adquirida, caindo em maior quantidade no coletor II em vez de lançadas ao coletor I (JIANG, et al., 2008).

Estes efeitos são perceptíveis nos experimentos: na menor rotação (10 rpm) houve menor quantidade de partículas condutoras no coletor I, o que resultou em baixa pureza; a maior rotação (40 rpm), resultou em maior quantidade de partículas não condutoras no coletor I, o que também diminui a pureza do material.

Em termos de eficiência de recuperação (Figura 20), os maiores valores foram obtidos com o aumento da velocidade de rotação, a 30 e 40 rpm (99,22 ± 0,72 wt.% e 99,39 ± 0,62 wt.%, respectivamente). Estes resultados são plausíveis, pois o aumento da rotação faz partículas condutoras adquirirem maior força centrífuga, sendo lançadas em maior quantidade para o coletor I. Comportamento similar foi observado anteriormente no estudo de reciclagem de baterias de lítio, no qual o aumento da rotação levou a menores quantidades de metal em II e III (SILVEIRA, et al., 2017).

Para continuação dos experimentos, optou-se por escolher a rotação do rolo igual a 30 rpm, pois esta rotação apresentou os maiores valores de pureza e eficiência de recuperação.

5.1.3.2.2 Distância do eletrodo eletrostático (D2)

Com o valor de rotação escolhido, foi realizado o estudo do parâmetro de distância do eletrodo eletrostático (D2). A escolha deste parâmetro é importante por estar diretamente ligada ao comportamento das partículas condutoras quando sujeitas ao campo elétrico, e, consequentemente ao parâmetro de tensão aplicada aos eletrodos (SILVEIRA, et al., 2017).

Os resultados referentes à distância do eletrodo eletrostático estão apresentados na Figura 21. A pureza do aço cobreado coletado no coletor I possui uma tendência de decréscimo com aumento da distância do eletrodo eletrostático, sendo o melhor valor obtido para a distância

de 6 cm (95,17 ± 0,99 wt.%). A distância de 8 cm também apresentou bons resultados de pureza, porém com um valor um pouco menor (94,47 ± 1,48 wt.%). A queda na pureza encontrada com o aumento da distância do eletrodo eletrostático está relacionada à diminuição da intensidade do campo elétrico agindo sobre as partículas. Isto propende às partículas condutoras, principalmente de maior diâmetro, a queda no coletor II e consequente menor pureza no coletor I (YOUNES, et al., 2007).

Figura 21 – Pureza e eficiência de recuperação de aço cobreado no coletor I em função da distância do eletrodo eletrostático na separação eletrostática (n = 30 rpm; U = 25 kV; γ = 0°).

Fonte: Elaborado pelo autor.

Em relação à eficiência de recuperação, a distância de 8 cm (99,22 ± 0,72 wt.%) foi superior à distância de 6 cm (98,13 ± 1,64 wt.%). Quanto menor a distância do eletrodo eletrostático, maior a intensidade do campo e maior a atração das partículas em direção ao eletrodo. Porém, a uma distância muito próxima, o eletrodo eletrostático funciona como um anteparo para as partículas condutoras, principalmente as de menor tamanho (YOUNES, et al., 2007). Sendo assim, as partículas colidem e caem no coletor inadequado diminuindo a eficiência de recuperação. Comportamentos semelhantes foram encontrados nos estudos de separação eletrostática para diferentes materiais (RICHARD, et al., 2017b; TRIPATHY, et al., 2017; WU, et al., 2012).

Optou-se, portanto, por escolher a distância de 8 cm, visto que tal distância apresentou valores similares aos demais de eficiência de recuperação e valores satisfatórios de pureza, além

0

de diminuir o possível efeito de trajetória alterada com uma distância menor de eletrodo eletrostático.

5.1.3.2.3 Tensão aplicada aos eletrodos (U)

Após a escolha da distância do eletrodo, foi realizada a etapa referente à tensão aplicada aos eletrodos e seus resultados estão apresentados na Figura 22. O aumento da tensão do equipamento proporcionou uma maior pureza do material separado, alcançando seu valor máximo em uma tensão de 30 kV, com 96,79 ± 0,74 wt.%. O comportamento encontrado foi devido ao campo elétrico gerado ser mais intenso quando a tensão é aumentada, maximizando os efeitos dos mecanismos de indução e do bombardeamento iônico nas partículas descritos anteriormente, afetando tanto as partículas condutoras quanto as não condutoras. Desta forma, o aumento da tensão favoreceu uma maior separação e pureza do material, conforme observado e predito pela literatura (XUE, et al., 2012).

Figura 22 – Pureza e eficiência de recuperação de aço cobreado no coletor I em função da tensão aplicada aos eletrodos na separação eletrostática (n = 30 rpm; D2 = 8 cm; γ = 0°).

Fonte: Elaborado pelo autor.

Deve-se mencionar que a escolha da maior tensão devido à pureza implica em um maior custo agregado ao processo (maior gasto energético envolvido); a vantagem, porém, é o

0 20 40 60 80 100

15 20 25 30

Aço cobreado (%)

Tensão aplicada aos eletrodos (U) [kV]

Pureza Recuperação

aumento obtido na pureza do produto. Se fosse necessário escolher um parâmetro que diminuísse os custos, a tensão aplicada poderia ser diminuída para os 25 kV, levando em consideração que esse valor resulta em menor pureza obtida (ainda que em nível satisfatório), bem como a sua influência econômica no processo. Porém, como as duas maiores tensões apresentaram valores próximos de eficiência de recuperação (99,22 ± 0,72 wt.% para a tensão de 25 kV e 99,68 ± 0,55 wt.% para a tensão de 30 kV), adotou-se como critério de escolha a maior pureza. Desta forma, a tensão de 30 kV foi aplicada para os demais experimentos do Processo I.

5.1.3.2.4 Ângulo do defletor (γ)

O parâmetro de ângulo do defletor foi o último parâmetro analisado no Processo I e seus resultados estão disponíveis na Figura 23. A melhor pureza observada foi obtida para o valor que já tinha sido fixado anteriormente de 0°, com 96,79% ± 0,74 wt.%. Outros valores de angulação do defletor também obtiveram valores de pureza altos. Contudo, em termos da eficiência de recuperação, uma tendência de queda no maior valor de angulação de 5° é perceptível. Isto ocorreu porque o aumento do ângulo do defletor impossibilitou que algumas partículas condutoras caíssem no coletor I, diminuindo a eficiência de recuperação, conforme descrito por Silveira et al. (2017).

Figura 23 – Pureza e eficiência de recuperação de aço cobreado no coletor I em função do