ESTUDO DAS CARACTERÍSTICAS DO
RESÍDUO DAS OPERAÇÕES DE
BENEFICIAMENTO DE ROCHAS
JOEL MARTINS DOS SANTOS (SENAI )
joel.martins@pr.senai.br
Eliane Jorge dos Santos (SENAI )
eliane.santos@pr.senai.br
ivanir Luiz de Oliveira (UTFPR )
ivanir@utfpr.edu.br
A crescente demanda de brita para a indústria da construção civil na região de Curitiba, com os adventos das obras públicas e privadas, construções residências seja pelo programa governamental, seja por particulares, aliadas às reformas e mutirões, construções de edifícios comerciais e de serviços, como shopping centers e hotéis. Um dos impactos relevantes deste processo é a geração de resíduo sólido resultantes das operações de beneficiamento de rochas, que representa um dos principais fatores de custo. O resíduo é uma camada de material intemperizado que recobre a rocha da pedreira e que durante as operações de beneficiamento da rocha é removido dentro dos limites da empresa, e que quando descartados indevidamente provocam impactos ao meio ambiente. No presente trabalho realizou-se um estudo para a caracterização e avaliação das possibilidades da utilização do resíduo resultante das operações de beneficiamento de rochas, gerados pela indústria da região metropolitana de Curitiba, como matéria-prima alternativa para a produção de agregado miúdo (areia), destinada para a produção de blocos e argamassas de revestimento e assentamento. Coletou-se 1 amostra representativa com cerca de 80 kg, em uma empresa da região metropolitana de Curitiba, a qual foi purificada. O resíduo passou pelos processos de homogeneização, quarteamento, secagem, e ensaios tecnológicos de atrição classificação por hidrociclones distribuição granulométrica, separação magnética, e análise química. Com base nos resultados obtidos, verificou-se que o resíduo apresenta características físicas e mineralógicas semelhantes as das matérias-primas areias convencionais e que a amostra testada de resíduo apresenta características dentro das especificações da normatização brasileira, tanto para areia utilizada na fabricação de argamassa, como para confecção de blocos de concreto.
Palavras-chaves: reciclagem, resíduo de brita, argamassa para assentamento, e reboco, bloco de concreto.
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1 Introdução
Os EUA são os maiores produtores de agregados para a construção civil (brita, areia, e cascalho) do mundo e, em 2012, a sua produção girava em torno de 2 bilhões de toneladas apresentando valor da ordem de US$ 17 bilhões. Esta produção foi sustentada por cerca de 1.600 empresas que operam 4.000 unidades de produção, distribuídas por 50 estados americanos (California Geological Survey1).
No Brasil, em 2012, o setor de agregados para a construção civil (brita, areia e cascallho) é constituído por cerca de 3.100 empresas produtoras – 2.500 de extração de areia e 600 de brita. Este setor produziu, em 2010, 631 milhões de toneladas de agregados, gerando 68.000 empregos diretos (REIS, 2011).
Os Estados de São Paulo, Minas Gerais, Rio de Janeiro e Paraná são os maiores produtores e consumidores de rocha britada do Brasil segundo ANEPAC (2012). Dentre as rochas extraídas e beneficiadas nas diversas regiões do Paraná, as da região metropolitana de Curitiba merecem destaque, por ser um dos principais insumos da construção civil, chegando a representar cerca de 60% da produção Paranaense.
Normalmente o processo de produção de brita consiste na remoção da cobertura de solo arável que deve ser separado e cuidadosamente removido e estocado para ser aproveitado no trabalho futuro de recuperação da área degradada. Dependendo do relevo e das condições climáticas da região, do comportamento estrutural e tectônico da rocha extraída, geram espessas coberturas de solo que requerem um manejo mais apropriado nas operações decapeamento (KOPE; COSTA, 2012).
O aproveitamento do resíduo gerado nas operações de beneficiamento de rochas é importantíssimo para a indústria de agregados não somente como fonte alternativa de agregado miúdo (areia), mas também sob aspectos ambientais. Promovendo-se o uso de materiais que quando disposto ilegalmente traz problemas ambientais, principalmente na malha urbana, tais como assoreamento de rios, entupimento de bueiros, esgotamento de áreas de aterro, e também econômicos para geradores de resíduos.
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3 O reaproveitamento do resíduo oriundo das operações de beneficiamento de rochas para extrair a areia contido tem muito a contribuir para com a redução da extração de areia de rios (CETEM, 2005).
O presente trabalho realizou estudo sobre a recuperação do agregado miúdo (areia), contido no resíduo gerado durante as operações de beneficiamento de rochas, por meio de atrição e lavagem em tambor rotativo (tromel); classificação por Hidrociclones, seguido das operações auxiliares homogeneização, quarteamento, secagem. Adicionalmente, estudou-se a composição mineralógica dos produtos obtidos.
1.1 Justificativa
Quando as rochas da pedreira de brita são processadas, isto é está coberta por uma camada de material residual intemperizado na fase de decapeamento da pedreira gera resíduo sólido num volume crescente e significativo, esse resíduo quando dispostos em áreas adequadas (bota fora), ainda compromete o uso posterior do solo, permitindo apenas atividades de reflorestamento. Quando simplesmente abandonados no entorno da área da lavra gera um impacto visual, na presença de chuvas são carreados para os rios e lagos causando assoreamento nos mesmos.
Não obstantes os problemas apresentados, algumas características especificas desse resíduo vislumbram potencialidades favoráveis à sua utilização industrial. Citam-se como exemplos as propriedades físicas ou químicas das partículas minerais que constituem o resíduo, tais como densidade, susceptibilidade magnética, cor, fina granulometria. As vantagens práticas dessas características são, respectivamente, as possibilidades de seu aproveitamento para obtenção de agregado miúdo (areia), por meio de eventuais processos de beneficiamento de minérios, como atrição e lavagem em tromel, roda desaguadora e classificação em classificador espiral ou hidrociclones, e emprego como carga mineral, em diversos processos industriais.
2 Lavra de rochas para a produção de brita
Normalmente o processo de industrialização dos materiais consolidados e sedimentares para a produção de brita e areia compreende a remoção da cobertura de solo e processos de britagem e moagem até, atingir as especificações granulométricas requeridas pela construção civil.
4 Em algumas situações, a rocha da pedreira está coberta por uma camada de material intemperizado e na fase de decapeamento da pedreira esse material deve ser separado e cuidadosamente removido e estocado em bota-foras, que podem ser aproveitado no trabalho futuro de recuperação da área degradada e na manutenção e revestimento de estradas.
O aproveitamento dos resíduos gerados em pedreira representa proteção ambiental e economia de recursos naturais, com menor emissão de poluentes na natureza, porque novos produtos estarão sendo gerados a partir de materiais pré-descartados, minimizando sensivelmente os impactos hoje existentes (DUTRA, 2005).
Há uma série de resíduos minerais com possibilidade de serem agregados às massas cerâmicas. Da indústria mineral, alguns materiais que já vêm sendo estudados referem-se aos rejeitos de serragem de rochas para revestimento e de finos de mineração (brita e areia para construção civil). De maneira geral, são materiais inertes e podem ser incorporados em quantidades definidas por parâmetros tecnológicos. Dependendo da composição mineralógica e química essas substância são misturadas às argilas em determinadas proporções (5 a 20%, por exemplo), de forma que não haja prejuízos no processo cerâmico e na qualidade dos produtos (CETEM, 2005).
3 Materiais e métodos de análises
Este trabalho iniciou-se com visitas a uma pedreira de brita da região metropolitana de Curitiba. Identificou-se o processo de extração e beneficiamento das rochas, e estudou-se as características tecnológicas do resíduo de capeamento da rocha resultante do processo. O material estudado foi pré-selecionado dentro do universo de produtos disponíveis, próximo ao pólo de rochas destinadas a produção britas de Curitiba no Paraná. A primeira parte deste trabalho envolveu o levantamento dos trabalhos realizados e publicados sobre o Complexo Alcalino do primeiro planalto. Em especial a caracterização petrográfica, faciológica e tecnológica das rochas do primeiro planalto destinadas à produção de britas, realizado pela MINEROPAR (1999). Identificando-se os aspectos de geologia regional, local, estrutural, petrografia, geoquímica e geocronologia, além dos trabalhos referentes às suas rochas destinadas a produção de britas. Constitui-se na seleção das matérias-primas, que representam
5 aproximadamente 60% da produção estadual de brita do Paraná. (Oportunidade de negócios2, 2014).
A segunda parte deste trabalho envolveu a coleta de uma amostra de resíduo de capeamento de brita, em seu estado, tendo como objetivo a caracterização através de ensaios tecnológicos. Os trabalhos executados consistiram em: amostragem, análise granulométrica, ensaios de beneficiamento, análises químicas.
Um quadro geral da execução dos ensaios desde a coleta e preparação das amostras até a caracterização pós-processamento é demostrado no fluxograma da figura 1. Destacam-se as atividades de amostragem, ensaios de beneficiamento, separação magnética e análises químicas. Estas atividades serão detalhadas a seguir.
Figura 1 – Fluxograma.
Fonte: Autoria própria.
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Disponível em: < http://www.expominerais.com.br/index.php/noticias/62-noticia-destaque-1>, acessado em 02/05/2014.
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3.1 Amostragem do material
Coletou-se uma amostra representativa com cerca de 80 kg no seu estado natural aqui denominada de “resíduo”. Esta amostragem foi realizada numa pedreira de brita na região metropolitana de Curitiba ao longo de “bota-foras” utilizando-se um trado manual. Após a coleta as amostras foram identificadas e acondicionadas em sacos reforçados com aproximadamente 20 kg cada, e submetidas a ensaios específicos de beneficiamento.
3.2 Procedimento de Homogeneização e quarteamento do resíduo
O material foi homogeneizado pelo método de pilha alongada (LUZ; SAMPAIO; ALMEIDA, 2004). Por este método, o material foi depositado sobre uma lona em camadas sucessivas, no formato de uma fileira. Pelo método, a cada camada concluída iniciava-se uma nova camada ao final da anterior e assim sucessivamente até se obter a pilha, uma vez finalizada, o material das pontas da pilha era retirado e colocado novamente sobre a mesma, assim se obteve uma pilha homogênea e com uma espessura uniforme. A Figura 2 mostra uma pilha alongada obtida.
Após a operação anterior, realizou-se o corte transversal da pilha para obtenção de uma alíquota de aproximadamente 60 kg, considerada representativa do total foi retirada da pilha, como é mostrado na Figura 2. Uma alíquota de aproximadamente 20 kg foi obtida por meio de um quarteador mecânico QT- 16 (Inbrás), a alíquota foi embalada conforme mostra a Figura 3, e utilizada para os ensaios de caracterização do material através dos ensaios de beneficiamento.
Figura 2 – Pilha alongada de resíduo de decapeamento de pedreira de brita obtida mediante homogeneização e quarteamento.
7 Figura 3 – 1 alíquota que foi utilizada para os ensaios.
Fonte: Autoria própria
3.3 Ensaios de beneficimento
3.3.1 Ensaio tamboramento do residuo
O ensaio de atrição por tamboramento foi realizado em uma amostra de resíduo com cerca de 20 kg, utilizou-se um tambor rotativo do Laboratório de Tecnologia Mineral do SENAI - Ponta Grossa, com volume de 50 litros, fixou-se para o teste os seguintes parâmetros: porcentagem de sólidos: de 55,0 a 57,0% em peso rotação do tambor: 38 rpm, em um tempo total de 1 hora para a verificação do comportamento do material quanto à limpeza das frações grosseiras e desagregação das partículas mais frágeis, remoção da cobertura de pulverulentos, individualização das partículas. O material obtido no tamboramento foi submetido em um Hidrociclone classificador mecânico.
3.3.2 Ensaio de separação por Hidrociclone do material
O ensaio de separação de partículas por hidrociclonagem foi realizado no material obtido no processo de tamboramento com aproximadamente 20 kg, o ensaio foi realizado utilizando-se um Hidrociclone “Cimag” do Laboratório de Tecnologia Mineral do SENAI - Ponta Grossa. Operando-se em circuito fechado de bancada acoplado a uma tubulação de 38 mm de diâmetro. A pressão foi controlada por meio de registro e o percentual de sólidos foi 27%,
8 com a abertura inferior de saída ápex (underflow) ajustada para 5000µm, enquanto que a abertura superior de saída vórtex (overflow) regulada para corte inferior a 45µm. A figura 4 mostra uma vista geral equipamento utilizado.
Uma vez separadas as 2 frações: sendo a fração grossa superior 5000µm, e a fração fina inferior a 45µm cada uma foi reservada em sacos plásticos, e cada uma foi pesada utilizando uma balança marca OHAUS modelo ARD 110.
Figura 4 – Vista geral do ciclone utilizado no ensaio.
Fonte: Autoria própria
3.3.3 Ensaio de separação granulométrica do material
A fração de material superior a 5000µm, obtida no ensaio de classificação por hidrociclonagem com aproximadamente 8 kg foi utilizada para a separação granulométrica com objetivo de caracterizar o material quanto ao tamanho máximo dos fragmentos e determinar o módulo de finura. Para isto, utilizou-se de um peneirador mecânico vibratório circular tipo Syncro-Sizer da Inbras/Eriez, do Laboratório de Tecnologia Mineral do SENAI - Ponta Grossa, com diâmetro de 609,50mm rotação de 40 rpm, motor de 5 CV, rendimento de 90%, sendo o tempo de peneiramento de 1 horas.
As peneiras utilizadas foram de abertura de: 0,075 mm, 0,15 mm, 0,212 mm, 0,30 mm, 0,60 mm, 1,20 mm, 2,40 mm, 4,80 mm, resultando em 9 frações granulométricas. Para facilitar a identificação das amostras a seguinte nomenclatura foi utilizada: EG que significa estéril separação granulométrica seguida de um número que representa a faixa granulométrica a que pertence a amostra. Sendo EG1 para a faixa mais fina (-0,075mm), EG2 para a seguinte
9 (+0,075mm-0,15 mm), e assim sucessivamente até EG9 que representa a faixa granulométrica mais grossa (+4,80 mm). Obteve-se assim a seguinte denominação para as amostras de distribuição de granulometria sem processamento prévio. Tabela 1 de identificação das amostras.
Uma vez separadas as 9 frações granulométricas cada uma foi reservada em sacos plásticos, e cada uma foi pesada utilizando uma balança marca OHAUS modelo ARD 110.
Tabela 1 - Denominação das amostras da distribuição granulométrica.
EG 9 EG 8 EG 7 EG 6 EG 5 EG 4 EG 3 EG 2 EG 1 AB NT ( mm) - 4,80 - 2,40 - 1,2 - 0,6 - 0,3 - 0,212 - 0,15 - 0,075 + 4,80 + 2,40 + 1,2 + 0,6 + 0,3 + 0,212 + 0,15 + 0,075 + 0,045
Fonte: Autoria própria
3.3.4 Ensaio de separação magnética do resíduo
A fração de material inferior 45µm obtida na classificação por hidrociclonagem com aproximadamente 8.737,25 (g), foi utilizada para a separação magnética Com o objetivo de retirar materiais ferrosos. Para isto utilizou-se um separador magnético vía úmida (L4) Inbras/Eriez, do Laboratório de Tecnologia Mineral do SENAI-PG com matrizes intercambiáveis, adequadas para operar com diferentes granulometrias.
Os produtos obtidos: não magnéticos e magnéticos foram secados a 110ºC, durante 24 horas e reservado em sacos plásticos, e cada um foi pesado utilizando uma balança marca Gehaka modelo 440.
3.3.5 Fluorescência de raios-x do material
O ensaio de fluorescência de raios-x (FRX) foi realizado com o objetivo de determinar os elementos presente na fração de material inferior a 45µm não magnético. Enquanto que a
10 fração magnética representando menos de 2% em peso do material ensaiado foi arquivada. Foi determinada por espectrometria de fluorescência de raios-X e espectrometria de absorção atômica. Ensaio realizado segundo as normas: PR-CC-097, PR-CC-098 e PR-CC-103, realizaram-se análises para determinação dos principais óxidos (SiO2, Al2O3, TiO2, CaO,
MgO, Na2O, K2O). Tais análises foram efetuadas pelo Centro de Tecnologia em Materiais
(CTMAT) SENAI-SC.
4 Resultados e discussão
Nesta série preliminar de experimentos, destacam-se os ensaios de beneficiamento do residuo, que objetivaram a desagregação da fração argilosa do rejeito, acompanhados de separação por hidrociclone, granulométrica, magnética e de análises químicas para observação da eficácia do processo e das caracteristicas dos produtos obtidos.
Quanto ao beneficiamento, o processo de atrição por tamboramento mostrou-se eficiente para se obter a desagregação dos “torrões” de argila e remover satisfatóriamente as ipregnações de materiais argilosos da fração superior 45µm.
4.1 Distribuição do tamanho de partículas
A Tabela 2 apresenta as distribuições de massas obtidas nos ensaios de separação de partículas por Hidrociclone, e granulométrica. Nesta estão representados os percentuais retidos em cada peneira utilizada. A curva de distribuição granulométrica está mostrada na Figura 5.
Pode-se observar na tabela 2 nos valores dos percentuais em peso retido que mais de 42% é inferior a 45µm. Conclui-se que a atrição por tamboramento no tempo de residência de 1 hora foi o suficiente para se obter a desintegração dos “torrões” de argila e remover satisfatoriamente as impregnações de materiais argilosos da fração superior 45µm, após a Ciclonagem e peneiramento vibratório.
Segundo a NBR 7217 classifica as areias (agregados miúdos) para uso em concreto em:
Grossa (MF > 3,9)
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Fina (MF < 2,4)
Quanto aos resultados demostrado na tabela 2 podemos concluir que:
A amostra testada apresente Módulo de Finura de 2,475, próximo à referência média, que credencia a amostra para uso em trabalhos de desenvolvimentos de composições de acabamento em reboco, argamassa para assentamentos de blocos cerâmicos e de concreto, e para fabricação de argamassa colante.
Tabela 2 – Distribuição granulométrica do resíduo.
Nome da Mostra Designação ABNT (mm) (Retido (g)) % (Peso) retido % (Peso) retido acumulado % (Peso) retido acumulado Resíduo + 4,80 83,01 0,40 0,40 0,40 - 4,8 + 2,40 393,34 1,91 2,32 2,70 - 2,40 + 1,20 1.021,46 4,96 7,28 10,0 - 1,20 + 0,60 2.006,83 9,75 17,03 17,03 - 0,60 + 0,30 2.650,27 12,88 29,91 56,94 - 0,30 + 0,212 1.248,71 6,07 35,98 92,92 - 0,212 + 0,15 1.280,26 6,22 42,20 135,12 - 0,15 + 0,075 2.600,90 12,64 54,84 189,96 - 0,075 + 0,045 554,25 2,69 57,54 247,50 - 0,045 8.737,25 42,46 Módulo de finura 247,50: 100=2,475 Alimentação 0.576,28 100,00 100,0
12 Figura 5 – Distribuição granulométrica.
Fonte: Autoria própria.
4.1.1 Ensaio de separação magnética do resíduo
A tabela 3 apresenta os resultados da separação magnética, na qual se verificou que o material não magnético representa 98,09% em massa da fração inferior a 45µm, e que em relação à amostra total de 20.576.28(g) tabela 2, a recuperação foi de 41,65 % conforme tabela 3. A fração de material magnético representa 1,91% e em relação a recuperação em percentual 0,81% retido na malha magnética é inferior a 2% em peso da amostra. Conforme mostra a tabela 3.
Tabela 3 – Recuperação do produto não magnético e magnético em relação à alimentação total.
Fração Produto Massa (g) Distribuição (%) Recuperação (%)
- (45µm) Não Magnético 8.570,66 98,09 41,65
13 Fonte: Autoria própria.
4.1.2 A composição química (% em peso) resíduo
As composições químicas dos resíduos são dadas na Tabela 4 . Verifica-se que o resíduo é constituído basicamente por SiO2, Al2O3, e óxidos fundentes, que é típico de rochas graniticas
que se distribuem no campo dos Sienitos, situando-se entre as faixas das rochas intermediárias em relação ao conteúdo de sílica. O conteúdo de óxidos alcalinos (K2O e Na2O) é
relativamente da ordem de 9,84%. Estes óxidos são importantes nas formulações cerâmicas. Atuam como agentes fundentes ajudando a sinterização das peças cerâmicas. Os óxidos alcalinos são provenientes principalmente dos feldspatos e micas presentes no rejeito.
Tabela 4 – Composição química do rejeito. AMOSTRA (% em peso) SiO2 % TiO2 % Al2O3 % Fe2O3 % MnO % MgO % CaO % Na2O % K2O % P2O5 % Total Resíduo 48,20 0,29 32,50 2,10 0,27 0,23 2,69 5,29 4,55 0,07 100,01
Fonte: Autoria própria.
5 Conclusão
Os resultados demostrados na tabela 2 leva a conclusão de que a amostra testada apresenta Módulo de Finura de 2,475, próximo à referência média, que credencia a amostra para desenvolvimento de argamassa para assentamentos e revestimento e para fabricação de argamassa colante.
A facilidade de separação da fração magnética cujas principais fases cristalinas presentes são sílicas, aluminas e feldspatos e, além disso, o resíduo tem composição química rica em agentes (K2O, Na2O e Al2O3), importante como matéria-prima para indústria da cerâmica. Referências
Anuário ANEPAC 2012.
California Geological Survey. Disponível em: <http://www.consrv.ca.gov/CGS/Pages/Index.aspx, acesso em 02/05/2014.
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DUTRA, R. Rochas Ornamentais Feldspato e Quartzo. Revista Rochas, 2005.
KOPPE, J. C.; COSTA, J. F. C. L. Operações de lavra em pedreiras. 2ª edição. Rio de janeiro: CETEM/MCTI, 2012.
LUZ, A. B.; SAMPAIO, J. A.; SILVA, S. L. M.Tratamento de minérios. 4a edição. Rio de Janeiro: CETEM/MCTI, 2004.
Manual de agregados para construção civil, 2ª edição/ Ed. Adão Benvindo da Luz e Salvador Luiz M. De almeida. Rio de janeiro: CETEM/MCTI, 2012.
MINEROPAR. Minerais do Paraná S.A. Programa de desenvolvimento da indústria mineral paranaense, 1999. Oportunidades de Negócios. Disponível em: < http://www.expominerais.com.br/index.php/noticias/62-noticia-destaque-1>, acessado em 02/05/2014.
REIS, R. L. G. Agragados para construção – Produção é recorde e alcança 631 milhões de toneladas em 2010. Brasil Mineral, julho de 2011, n° 309, p. 16-17.
