MARESSA BUDAL ARINS BRUNO
EFEITO DA ADIÇÃO DE PÓ DE EXAUSTÃO DO PROCESSO DE MOLDAGEM A VERDE EM BLOCOS CERÂMICOS
JOINVILLE - SC 2015
Dissertação apresentada ao Curso de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, da Universidade do Estado de Santa Catarina, como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais.
B898e Bruno, Maressa Budal Arins
Efeito da adição de pó de exaustão do processo de moldagem a verde em blocos cerâmicos / Maressa Budal Arins Bruno. – 2015.
89 p. : il.; 21 cm
Orientadora: Marilena Valadares Folgueras Coorientadora: Raquel Luisa Pereira Carnin Bibliografia: 86-89 p.
Dissertação (mestrado) – Universidade do Estado de Santa Catarina, Centro de Ciências Tecnológicas, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Joinville, 2015.
1.Pó de exaustão. 2. Areia verde. 3. Cerâmica vermelha. 4. Resíduos sólidos I. Folgueras, Marilena Valadares. II. Carnin, Raquel Luisa Pereira. III. Universidade do Estado de Santa Catarina. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. IV. Título.
AGRADECIMENTOS
A Deus pelo dom da vida e pela saúde.
A meu esposo pelo incentivo e compreensão nos momentos de ausência.
A Profª Drª Marilena Valadares Folgueras, minha orientadora e companheira, pela total dedicação e apoio em todas as etapas desta pesquisa.
A minha Coorientadora, Drª Raquel Raquel Luisa Pereira Carnin, pela motivação e incentivo em ingressar no programa de mestrado.
Aos professores do Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade do Estado de Santa Catarina, que de forma direta ou indireta contribuíram para a realização deste trabalho.
Aos amigos e alunos do PGCEM, Franciele Rossetti Cunico, Thais Schmitt Ballmann e Roni Cardoso da Silva, pela ajuda na parte experimental e também pelo companheirismo durante o decorrer das aulas do mestrado.
A Cerâmica CEGEL na pessoa do Sr. Enio, pela liberação em realizar os testes experimentais dentro da sua empresa e também ao Sr. Osni e Kalvin que acompanharam o processo produtivo dos blocos cerâmicos.
À Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC e ao Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PGCEM pela realização da presente pesquisa.
Aos laboratoristas e técnicos do laboratório da empresa Tupy S.A, pela de realização dos ensaios necessários para a concretização desta pesquisa.
Ao Laboratório de Caracterização de Materiais do Departamento de Engenharia Mecânica da UDESC onde foram realizadas as análises de microestrutura e composição mineralógica dos materiais.
Ao Laboratório de Materiais de Construção do Departamento de Engenharia Civil da UDESC onde foram realizados ensaios de resistência mecânica.
“Quando não há nada que detenha você, as coisas começam a acontecer.”
RESUMO
BRUNO, Maressa Budal Arins. Efeito da adição de pó de exaustão do processo de moldagem a verde em blocos cerâmicos. 2015. 89 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia dos Materiais – Área: Cerâmicas) – Universidade do Estado de Santa Catarina. Programa de Pós graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Joinville, 2015.
O processo de moldagem em areia verde gera grande quantidade de pós de exaustão. Estes pós contêm sílica, carbono, óxido de ferro, e argila, ou seja, em sua composição estão presentes os elementos predominantemente encontrados em matérias primas empregadas na fabricação de: tijolos, telhas, cimentos e revestimentos cerâmicos. Entretanto, o pó de exaustão apresenta-se como um pó de granulometria muito fina e elevado teor de materiais não plásticos que podem interferir no desempenho de processamento e de uso dos materiais em que sejam empregados. Inicialmente foram caracterizados as argilas e o pó de exaustão proveniente de uma mesma empresa de fundição através de análises da composição química, mineralógica e distribuição granulométrica. Em laboratório foi utilizado um planejamento experimental para avaliar a influência das variáveis: efeito da adição de pó de exaustão e temperatura sobre as propriedades mecânicas. Desta forma, foram confeccionados corpos de prova com adição de 0, 10 e 20% de pó de exaustão na massa cerâmica e submetidos à queima a 800, 900 e 1000ºC. Em seguida foram avaliadas as propriedades de retração linear, absorção de água, porosidade, densidade e resistência a flexão a 3 pontos. O pó de exaustão foi avaliado também quanto a sua classificação ambiental e os resultados atenderam aos requisitos da norma. Em escala industrial foram produzidos blocos cerâmicos de oito furos com adição de 0, 10 e 20% de pó de exaustão na massa cerâmica e queimados na temperatura de 800ºC. Foram avaliadas as propriedades de resistência a compressão e absorção de água. Em laboratório os melhores resultados de resistência mecânica foram obtidos com adição de 20% de pó de exaustão e temperatura de 900ºC. Em escala industrial os melhores resultados de resistência mecânica foram obtidos com 10% de pó de exaustão. Por fim, os resultados mostraram a viabilidade do uso deste resíduo para a preparação de materiais cerâmicos.
ABSTRACT
BRUNO, Maressa Budal Arins. Effect of addition of exhaustion powder from green molding process in ceramic blocks. 2015.89 f. Dissertation (Mestrado em Ciência e Engenharia dos Materiais – Área: Cerâmicas) – Universidade do Estado de Santa Catarina. Programa de Pós graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Joinville, 2015.
The molding process of green sand generates large amount of exhaustion powders. These powders contain silica, carbon, iron oxide, and clay, that is, in their composition are present the elements predominantly found in raw materials employed on the fabrication of: bricks, tiles, cement and ceramic coatings. However, the exhaustion powder is presented as a powder of very fine particle size and higher level of non-plastic materials that can interfere in the performance processing and use of materials in which they are employed. Initially were characterized clays and exhaustion powders from one casting company through analysis of the chemical composition, mineralogy and grain size distribution. In laboratory was used an experimental design to evaluate the influence of the variables: effect of addition exhaustion powder and temperature on the mechanical properties. Thus, test samples were prepared with the adding 0, 10 and 20% powder exhaustion on the ceramic mass and submitted to firing at 800, 900 and 1000 °C. And then were evaluated the properties: linear shrinkage, water absorption, porosity, density and flexural strength at three points. The exhaustion powder was also evaluated as to its environmental classification and the results attended the requirements of the standard. Were produced at the industrial scale holes eight of ceramic blocks with added 0, 10 and 20% exhaustion powder and the ceramic mass burned at 800ºC temperature. The compressive strength and water absorption properties were evaluated. In the laboratory the best strength results were obtained with the addition of 20% of exhaustion powder and temperature of 900ºC. In industrial scale the best strength results were obtained with 10% of exhaustion powder. Finally, the results showed the feasibility of using this waste for the preparation of ceramic materials.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Origem dos resíduos ... 19
Figura 2 - Fluxograma do processo de fundição e a geração de resíduos ... 23
Figura 3 - Representação da hidratação da montmorilonita cálcica e sódica ... 27
Figura 4 - Origem e ocorrência das argilas ... 31
Figura 5 - Fluxograma do processo produtivo de blocos cerâmicos ... 35
Figura 6 - Aspecto de bloco cerâmico com formação de coração negro ... 37
Figura 7 - Representação dos blocos cerâmicos de vedação ... 41
Figura 8 - Fluxograma representativo das principais etapas do trabalho realizado em laboratório ... 44
Figura 9 - Padrão visual do halo para ensaio de argila ativa ... 46
Figura 10 - Fluxograma representativo das principais etapas do teste piloto realizado na olaria CEGEL. ... 50
Figura 11 - Ciclo de queima utilizado na fabricação dos blocos cerâmicos para as três diferentes mistura. ... 51
Figura 12 - Esquema de amostragem dos blocos produzidos ... 52
Figura 13 - Fotografia das matérias primas utilizadas nos experimentos: (a) Argila A1; (b) Argila A2; (c) Pó de exaustão ... 54
Figura 14 - Análise termogravimétrica da mistura de pó de exaustão das unidades B e C ... 57
Figura 15 - Difratograma das amostras de pó de exaustão da unidade fabril C ... 58
Figura 16 - Difratograma das amostras de pó de exaustão da unidade fabril B ... 58
Figura 17 - Difratograma das amostras de pó de exaustão da unidade fabril Blocos ... 59
Figura 18 - Difratograma das argilas A1 e A2 ... 60
Figura 19 - Curva de distribuição granulométrica das amostras de pó de exaustão ... 61
Figura 20 - Micrografias das amostras de pó de exaustão da unidade B ... 63
Figura 21 - Micrografias das amostras de pó de exaustão da unidade C ... 63
Figura 22 - Micrografias das amostras de pó de exaustão da unidade Blocos ... 64
Figura 23 - Aspecto dos corpos de prova obtidos em laboratório após secagem a 100ºC ... 67
Figura 24 - Aspecto dos corpos de prova obtidos em laboratório das 3 misturas nas temperaturas de: 800, 900 e 1000ºC ... 68
Figura 25 - Curva de gresificação dos corpos de prova das 3 formulações ... 68
Figura 26 - Porosidade aberta em função da temperatura de queima para as 3 formulações: M1, M2 e M3 ... 69
Figura 27 - Densidade aparente em função da temperatura de queima para as 3 formulações: M1, M2 e M3 ... 70
Figura 28 - Resistência a flexão em função da temperatura de queima para as 3 formulações: M1, M2 e M3 ... 71
Figura 29 - Micrografias dos corpos de prova retangulares obtidos em laboratório queimados a 800ºC... ... 72
Figura 30 - Gráfico da influência dos fatores % de resíduo em substituição a argila A2 e temperatura sobre a absorção de água (AA) ... 74
Figura 31 - Gráfico da influência dos fatores % de resíduo em substituição a argila A2 e temperatura sobre a porosidade aberta (PA) ... 75
Figura 32 - Gráfico da influência dos fatores % de resíduo em substituição a argila A2 e temperatura sobre a retração linear (RL) ... 75
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Classificação das argilas segundo o uso ... 32 Tabela 2 - Valores médios de absorção de água para blocos de seis furos de regiões de Santa Catarina... ... 39 Tabela 3 - Características exigidas para blocos cerâmicos de vedação ... 42 Tabela 4 - Desenho do planejamento fatorial 32, variando-se os valores do teor de resíduo em
substituição a argila A2 e temperatura de calcinação ... 46 Tabela 5 - Matriz do planejamento fatorial 3² ... 47
LISTA DE ABREVIATURAS
AA Absorção de água
PA Porosidade aparente DA Densidade aparente DRX Difração de raios X FRX Fluorescência de raios X RL Retração linear
RF Resistência à flexão
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 15
1.1 OBJETIVO ... 15
1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO ... 16
2 REVISÃO DA LITERATURA ... 17
2.1 DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL ... 17
2.1.1 Resíduos ... 19
2.1.1.1 Política nacional de resíduos sólidos ... 20
2.1.1.2 Classificação de resíduos ... 21
2.2 PROCESSO DE FUNDIÇÃO E A GERAÇÃO DE RESÍDUOS ... 21
2.2.1 Resíduos gerados no processo de fundição. ... 23
2.2.2 Moldagem em areia verde ... 24
2.2.2.1 Areia base ... 25
2.2.2.2 Bentonita ... 25
2.2.2.3 Pó de carvão ... 27
2.2.2.4 Água ... 28
2.2.3 Panorama de utilização de resíduos como matéria prima alternativa na fabricação de blocos cerâmicos ... 28
2.2.4 Legislação para uso de resíduo de areia verde e seus derivados ... 30
2.3 CERÂMICA ... 30
2.3.1 Argilas ... 30
2.3.2 Cerâmica vermelha ... 33
2.3.2.1 Processamento de blocos cerâmicos ... 33
2.3.2.2 Propriedades avaliadas em cerâmica vermelha ... 37
2.3.2.3 Características dos blocos cerâmicos ... 40
2.4 ASPECTOS TEÓRICOS DO PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL ... 42
2.4.1 Verificação do modelo ... 43
3 MATERIAIS E MÉTODOS ... 44
3.1 ENSAIOS PRELIMINARES ... 44
3.1.1 Caracterização física e química das matérias-primas ... 45
3.1.2 Classificação ambiental ... 46
3.1.3 Planejamento experimental ... 46
3.1.4 Confecção dos corpos de prova ... 47
3.1.5 Secagem e queima dos corpos de prova ... 47
3.1.6 Avaliação das propriedades físicas e mecânicas ... 48
3.1.7 Microscopia eletrônica de varredura ... 49
3.2 TESTE EM ESCALA INDUSTRIAL ... 49
3.2.1 Produção dos blocos cerâmicos ... 50
3.2.2 Avaliação das propriedades tecnológicas ... 52
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 54
4.1 CARACTERIZAÇÃO DAS MATÉRIAS PRIMAS ... 54
4.2 AVALIAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA PRODUZIDOS EM LABORATÓRIO ... 67
4.2.1 Análise dos resultados através do programa Statistic 7.0 ... 73
4.3 AVALIAÇÃO DOS BLOCOS CERÂMICOS PRODUZIDOS NA OLARIA ... 80
CONCLUSÃO ... 84
1 INTRODUÇÃO
Os órgãos de licenciamento ambiental têm se preocupado de modo especial com o impacto ambiental que os resíduos industriais podem causar no meio ambiente. O efeito pode ser percebido na atmosfera, no solo, no lençol freático, no ecossistema e o reflexo é percebido na saúde pública. O impacto ambiental deve ser avaliado com base em todo o ciclo de vida do produto, desde a fabricação nas dependências da empresa, bem como nas etapas de destinação final.
Assim, as principais diretrizes ambientais preconizam a importância da redução do volume de resíduos gerados, o controle de sua destinação e a reciclagem. Desta forma, a reciclagem de resíduos torna-se prática de muita importância na preservação de recursos naturais e redução dos impactos ambientais, tendo em vista que a redução apesar de ser prioritária, é tecnicamente limitada. A reciclagem é essencial para o desenvolvimento sustentável, pois é impossível imaginar uma sociedade que não gere resíduos.
A indústria de fundição é considerada grande fonte recicladora de materiais metálicos, mas é também uma grande geradora de resíduos sólidos. Por este fato, existe uma preocupação em buscar alternativas de reuso e aplicação ou tecnologia de transformação. Diversos estudos de reutilização já foram realizados, alguns até mesmo já foram implantados. Segundo a ABIFA (1999), experiências de uso de areia de fundição já tem elementos comprobatórios do sucesso, inclusive normas já desenvolvidas. Contudo ainda existe uma quantidade considerável de resíduos sólidos que são destinados a aterros industriais, uma opção que afeta a sustentabilidade do planeta.
Dentre os resíduos sólidos gerados na indústria de fundição destacam-se os pós de exaustão formados durante o processo de moldagem em areia a verde. A obtenção dos moldes em areia verde é originada através da mistura da bentonita (argila), pó de carvão, areia e água, e durante este processo são emitidos pós de diâmetro reduzido que são coletados por um sistema de exaustão, os quais arrastam grande quantidade de poeira, sendo a emissão desta abundante.
Este resíduo é constituído principalmente por sílica, na forma de quartzo, carbono, ferro, na forma metálica ou de óxido, e argila, na forma de bentonita. Em sua composição estão presentes os elementos predominantemente encontrados em massa cerâmica utilizada na fabricação de produtos, tais como, tijolos, telhas, cimentos e revestimentos cerâmicos. Sendo assim, o setor de cerâmica vermelha, destinada a construção civil, tem sido um dos setores em potencial para absorver este tipo de resíduo. Além do mais, a incorporação do mesmo na massa cerâmica reduz o uso de matérias primas originais e consequentemente pode resultar na redução de custo.
Neste contexto, este trabalho propõe desenvolver um material incorporando o pó de exaustão proveniente da indústria de fundição Tupy, como matéria prima alternativa na confecção de blocos cerâmicos, procurando avaliar o efeito da interação entre o resíduo e o material argiloso, bem como o desempenho do material obtido. Segundo dados da Tupy a geração anual de pó de exaustão do processo de moldagem a verde fica em torno de vinte mil toneladas por ano.
1.1 OBJETIVO
O presente trabalho tem como objetivo geral avaliar o efeito da adição de pó de exaustão proveniente do processo de moldagem em areia a verde na confecção de blocos cerâmicos. E como objetivos específicos:
• Apresentar e analisar a caracterização dos pós de exaustão gerados no processo de moldagem em areia a verde através de técnicas laboratoriais como: análise da distribuição granulométrica, determinação do teor de argila ativa, da perda ao fogo, análise térmica diferencial (ADT/TG), difração de raios X e fluorescência de raios X;
• Através do planejamento experimental, analisar a influência das variáveis: efeito do teor de resíduo em substituição a uma das argilas e temperatura sobre as propriedades mecânicas e correlacionar estas com as propriedades físicas como: absorção de água, porosidade, densidade e retração linear.
• Avaliar o desempenho dos blocos produzidos em escala industrial com adição de diferentes teores de pó de exaustão.
1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO
2 REVISÃO DA LITERATURA
2.1 DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL
O termo sustentabilidade se originou da conscientização crescente, durante a década de 1980, de que os países precisavam descobrir maneiras de promover o crescimento de suas economias sem agredir o meio ambiente ou sacrificar o bem estar das futuras gerações. Desde então, o termo sustentabilidade se transformou num assunto de ampla gama de causas sociais e ambientais, sobretudo no mundo dos negócios, onde denota uma idéia poderosa e objetiva: empresa sustentável é aquela que gera lucro para acionistas, ao mesmo tempo em que protege o meio ambiente e melhora a vida das pessoas com quem mantém interações. Suas atividades promovem a interseção entre os interesses de negócios e os interesses do meio ambiente e da sociedade (SAVITZ, 2007).
De acordo com Savitz (2007), sustentabilidade significa “operar a empresa, sem causar danos aos seres vivos e sem destruir o meio ambiente, mas, ao contrário, restaurando-o e enriquecendo-o”.
O papel das empresas na promoção de um desenvolvimento que respeite o meio ambiente não resulta apenas da necessidade de resolver os problemas ambientais acumulados ao longo dos anos em conseqüência das suas atividades. As empresas se tornaram as principais condutoras da sociedade em todos os níveis de abrangência, do global ao interior dos lares, dos acordos multilaterais comerciais às decisões corriqueiras do dia-a-dia de bilhões de pessoas em todas as partes do mundo. Daí a emergência de uma nova concepção de responsabilidade social empresarial que rejeite a velha fórmula que satisfazia em produzir bens e serviços dentro da lei (BARBIERI, 2007).
Uma das formas de inserir o setor industrial no universo da sustentabilidade está relacionado à implementação da gestão ambiental que é a forma pela qual a empresa se mobiliza, interna e externamente, na conquista da qualidade ambiental desejada. A estratégia mais indicada para atingir a meta, ao menor custo, de forma permanente é o sistema de gestão ambiental (SGA) (ALMEIDA, 2000). A gestão ambiental passa a fazer parte da responsabilidade social de cada empresa, e como tal deve refletir o poder ampliado das empresas de modo que elas possam de fato se tornar parceiras do desenvolvimento sustentável (BARBIERI, 2007).
O Sistema de Gestão Ambiental (SGA) pode ser definido como um conjunto de procedimentos para gerir ou administrar uma organização, de forma a obter o melhor relacionamento com o meio ambiente (NASCIMENTO, 2008, apud CONCEIÇÃO et al., 2011, p.3).
Conforme as normas ISO 14001 e ISO 14004, o SGA prevê a adoção de ações preventivas e corretivas à ocorrência de impactos adversos ao meio ambiente (ALMEIDA, 2000).
Segundo Nicolella et al. (2004), para a implementação de um Sistema de Gestão Ambiental o
primeiro passo deve ser a formalização por parte da direção da empresa, perante sua corporação do desejo da organização adotar um SGA, deixando claro suas intenções e enfatizando seus benefícios. As etapas de implantação de um SGA são resumidamente descritas abaixo:
• Princípio 1 - Política Ambiental: é a declaração da organização, expondo suas intenções e princípios em relação ao seu desempenho ambiental global, que provê uma estrutura para a ação e definição dos seus objetivos e metas ambientais (NICOLELLA et al., 2004).
• Princípio 2 - Planejamento: a ISO 14001 recomenda que a organização formule um plano para cumprir sua Política Ambiental. Este plano deve incluir os seguintes tópicos: aspectos ambientais, requisitos legais e outros requisitos, objetivos e metas; e programas de gestão ambiental.
a) Aspectos Ambientais: onde a empresa deve fazer um levantamento de todos os impactos ambientais significativos, reais e potenciais relacionados com suas atividades, produtos e serviços (NICOLELLA
b) Requisitos legais e outros requisitos: destacam-se o atendimento a legislação, normas ambientais aplicáveis e outros requisitos ambientais. Nesta etapa, são definidos critérios para o cadastramento e a divulgação da legislação ambiental, dos códigos de conduta aplicáveis a situações específicas da empresa, e dos compromissos ambientais assumidos pela corporação (NICOLELLA et al., 2004).
c) Objetivos e metas: esta etapa está relacionada aos objetivos e metas a serem alcançados em um determinado período de tempo além de seguir criteriosamente as fases do planejamento (NICOLELLA
et al., 2004).
d) Programas de Gestão Ambiental: é um roteiro para implantar e manter um sistema de gestão ambiental que permita alcançar os objetivos e metas previamente definido. Deve conter cronograma de execução, recursos financeiros, definição de responsabilidade e prazo para o alcance de objetivos e metas (NICOLELLA et al., 2004).
• Princípio 3 - Implementação e Operação: esse princípio sugere que para que haja uma efetiva implantação da Série ISO 14001 é necessário atender o que está previsto em sua política, metas e objetivos (NICOLELLA et al., 2004).
a) Estrutura Organizacional e Responsabilidade: esse sistema é definido pelas funções, responsabilidades e autoridades que devem ser definidas, documentadas e comunicadas, a fim de facilitar uma gestão ambiental eficaz (NICOLELLA et al., 2004).
b) Treinamento, Conscientização e Competência: a empresa deve proporcionar aos seus empregados a conscientização da importância e responsabilidade de atingir a conformidade com a política ambiental, em avaliar os impactos ambientais reais e potenciais, os benefícios ao meio ambiente e ao trabalhador. c) Comunicação: a empresa deve manter procedimentos de comunicação interna e externa. A empresa deve receber documentar e responder toda documentação recebida pela parte externa interessantes no aspecto ambiental e no sistema de gestão ambiental (NICOLELLA et al., 2004).
d) Documentação do Sistema de Gestão Ambiental: deve ser compreendida pelo público interno e externo, na qual a empresa mantém relações. Recomenda-se que a empresa defina os vários tipos de documentos, estabeleça e especifique os procedimentos e controle a eles associados (NICOLELLA et al., 2004).
e) Controle de Documentos: os documentos devem obedecer a procedimentos para seu controle, de maneira que toda a documentação possa ser localizada, analisada e periodicamente atualizada quanto à conformidade com os regulamentos, leis e outros critérios ambientais assumidos pela empresa (NICOLELLA et al., 2004).
f) Controle Operacional: a empresa deve identificar as operações e atividades potencialmente poluidoras. Esse controle visa garantir o desempenho ambiental da empresa, deve ser realizado abordando as principais atividades que impliquem em controle ambiental: resíduo, efluente líquidos, emissões atmosféricas, consumo de água e energia (NICOLELLA et al., 2004).
g) Preparação e atendimento a emergências: a organização deve manter mecanismos que possam ser acionados em caso de emergência e eventos não controlados. Isso implica em identificar as possíveis situações emergenciais, definir formas de mitigar impactos ambientais e treinar periodicamente uma brigada de emergência (NICOLELLA et al., 2004).
• Princípio 4 - Verificação e Ação Corretiva: Este item da norma cria condições para verificar se a empresa está de acordo com o programa de gestão ambiental previamente definido, trata as medidas preventivas identifica aspectos não desejáveis e mitiga quaisquer impactos negativos. A verificação (NICOLELLA et al., 2004).
e ação Corretiva são orientadas por quatro etapas do processo de gestão ambiental:
acompanhamento do desempenho ambiental da empresa são ferramentas úteis no sentido de gerenciar as atividades ambientais (NICOLELLA et al., 2004).
2) Não-conformidade e Ações Corretivas e Preventivas: não-conformidade significa qualquer evidência que foge dos padrões estabelecidos com base nos aspectos legais. Ações Corretivas são procedimentos que possibilitem a eliminação da não-conformidade e sua não reincidência. Ações Preventivas apoia-se na possibilidade de ocorrência da não-conformidade, estabelecendo procedimentos para verificação de suas causas potenciais (NICOLELLA et al., 2004).
3) Registros: a empresa deve estabelecer procedimentos para registro de atividades do SGA, incluindo informações de treinamentos realizados, estes registros devem ser claros quanto ao seu conteúdo, mantidos em ambientes seguros, estarem prontos para consulta (NICOLELLA et al., 2004).
4) Auditoria do Sistema de Gestão Ambiental: é o procedimento de verificação dos cumprimentos das etapas de implementação e manutenção do Sistema de Gestão Ambiental, devem ser periódicas e recomendam-se duas auditorias internas por ano (NICOLELLA et al., 2004).
• Princípio 5 - Análise Crítica: É o momento em que a administração após a auditoria identifica a necessidade de possíveis alterações na Política Ambiental, nos seus objetivos e metas, ou em outros itens do sistema, onde o processo de gestão é revisado, bem como o processo de melhoria contínua exercitado (NICOLELLA et al., 2004).
2.1.1 Resíduos
De acordo com Formosinho et al. (2000 apud OKIDA, 2006, p.26) “identificamos os resíduos
tendo origem ou como restos de um processo de produção ou como substâncias, produtos ou objetos que ficaram incapazes de utilização para os fins que foram produzidos (figura 1)”.
Figura 1- Origem dos resíduos.
Fonte: Formosinho et al. (2000 apud OKIDA, 2006, p.26).
Segundo NBR 10004 (2004, p. 1) resíduos sólidos são:
A disposição de resíduos em aterro é a solução mais antiga e tradicional adotada pelo homem para dar destinação aos resíduos que gera. É a solução indicada para resíduos estáveis, não perigosos com baixo teor de umidade e que não contenham valores a recuperar (VALLE, 1995).
É notório que a destinação dos resíduos gerados pela sociedade se torna mais complexa à medida que aumentam a população, o nível de industrialização e o consumo de materiais produzidos em grande diversidade (VALLE, 1995).
Como conseqüência, para se enfrentar a carência de locais adequados para lançar esses resíduos iniciou-se a busca por soluções mais eficazes do que a dispersão do mesmo no meio ambiente. Ao invés de simplesmente dispor seus resíduos, o homem passou a procurar novas alternativas, que se propõem a:
1- Tratar; 2- Reutilizar; 3- Reciclar; 4- Recuperar;
5- Valorizar (VALLE, 1995).
O tratamento de resíduos visa uma alteração nas suas características, neutralizando seus efeitos nocivos. Pode conduzir a uma valorização dirigida para extrair valores materiais ou energéticos, que contribuem para diminuir os custos de tratamento e, em alguns casos, podem gerar receitas superiores a estes custos (OKIDA, 2006).
Os processos de tratamento de resíduos industriais são agrupados em três grandes classes: - Processos de tratamentos físicos;
- Processos de tratamentos químicos;
- Processos de tratamentos biológicos (LORA, 2002).
“A reutilização consiste no aproveitamento do produto ou parte, no mesmo ou em outro, a fim de cumprir funções idênticas ou similares” (MATOS, 2002, apud OKIDA, 2006, p.29).
Reciclar permite refazer o ciclo, ou seja, trazer de volta à origem, sob forma de matérias primas, aqueles materiais que não se degradam facilmente e que podem ser reprocessados, mantendo suas características básicas. Esta solução é a mais indicada para materiais de fácil reprocessamento e comercialização que podem retornar ao mercado sob a forma de matérias-primas recicladas (VALLE, 1995).
Alguns resíduos, principalmente aqueles gerados na produção industrial, podem ser tratados com a finalidade de recuperação de frações ou substâncias, que conseqüentemente serão reaproveitadas no processo produtivo, em condições econômicas mais ou menos vantajosas (VALLE, 1995).
Os metais constituem bons exemplos de recuperação a partir de seus resíduos. Mais de 60% do chumbo consumido atualmente no mundo provem de processos de recuperação, superando, portanto o chumbo primário, produzido a partir de minérios. A recuperação é também a solução mais indicada para os resíduos que contenham metais e substâncias valiosas, que possam ser purificadas para a venda ou reaproveitamento pela própria indústria (VALLE, 1995).
Se for tecnicamente viável, a valorização de um resíduo, é sempre uma alternativa superior ao seu descarte, pois, além de contribuir para a solução de um problema ambiental, pode ajudar a reduzir os custos de produção e os custos de disposição final dos resíduos não valorizados, aplicando o conceito da valorização, e em alguns casos, gerar novos produtos (VALLE, 1995).
De acordo com Valle (1995), “a valorização, quando bem administrada, permite que um resíduo de uma empresa seja utilizado como a matéria-prima de outra”.
2.1.1.1 Política nacional de resíduos sólidos
de Resíduos Sólidos (PNRS), na qual dispõe sobre seus princípios, objetivos (Art. 7º, Inciso II) e instrumentos, bem como sobre as diretrizes relativas à gestão integrada e ao gerenciamento de resíduos sólidos, incluídos os perigosos, às responsabilidades dos geradores e do poder público e aos instrumentos econômicos aplicáveis.
O Art. 9º descreve a ordem de prioridade que deve ser observada na gestão e gerenciamento de resíduos sólidos, a qual consiste em (PNRS, 2010):
1- Não geração 2- Redução 3- Reutilização 4- Reciclagem
5 -Tratamento dos resíduos sólidos e disposição final ambientalmente adequada dos rejeitos (PNRS, 2010).
2.1.1.2 Classificação de resíduos
A classificação de resíduos sólidos envolve a identificação do processo ou atividade que lhes deu origem, de seus constituintes e características, e a comparação destes constituintes com listagens de resíduos e substâncias cujo impacto à saúde e ao meio ambiente é conhecido. A identificação dos constituintes a serem avaliados na caracterização do resíduo deve ser criteriosa e estabelecida de acordo com as matérias-primas, os insumos e o processo que lhe deu origem (NBR 10004, 2004).
A norma brasileira NBR 10004 (2004, p.3) classifica os resíduos sólidos em:
(i) Classe I, perigosos – aqueles que apresentam periculosidade com risco a saúde pública ou riscos ao meio ambiente, que apresentem características de inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade, patogenicidade, nas condições em que estão estabelecidas na norma ou que estão relacionadas em tabelas contendo a relação de resíduos perigosos de fontes não específicas e a relação de resíduos perigosos de fontes específicas;
(ii) Classe II não perigosos, estes podendo ser:
• Classe II A (não-inertes) – aqueles que não se enquadram nas classificações classe I ou classe II B. Podem ter propriedades como: biodegradabilidade, combustibilidade ou solubilidade em água.
• Classe II B, (inertes) – aqueles que quando tiverem uma amostra segundo norma NBR 10007 e solubilizados segundo norma NBR 10006 não tiverem nenhum de seus constituintes solubilizados a concentrações superiores aos padrões de sustentabilidade da água, excetuando-se os padrões de aspecto, cor, turbidez dureza e sabor (OKIDA, 2006).
2.2 PROCESSO DE FUNDIÇÃO E A GERAÇÃO DE RESÍDUOS
Pode-se chamar de fundição o processo pelo qual se obtêm peças com a forma de um molde. A base de todos os processos de fundição consiste em alimentar o metal líquido, no interior de um molde com o formato requerido seguindo-se um resfriamento a fim de produzir um objeto sólido resultante de solidificação (CHEGATTI, 2004).
A fundição de uma peça de acordo com Siegel (1977 apud D´ ELBOUX, 2000, p. 14) “pode ser resumida em essência nas seguintes operações”:
•Modelação – É a confecção do modelo de acordo com o desenho da peça. O modelo trata-se de uma réplica perfeita da peça que será produzida e pode ser fabricado em madeira, metal, resinas ou outros materiais (PERINI, 1986, apud CARNIN, 2008, p.11);
coloca-se no interior dos moldes de areia, peças sólidas ou machos feitos de uma mistura compatível com o metal a ser vazado e com o tamanho da peça fundida. Após o vazamento, o macho é removido do interior da peça, deixando a forma interna desejada (KONDIC, 1973, apud CARNIN, 2008, p.12); •Moldes- Confecção dos moldes – A função do molde é proporcionar o formato negativo da peça na qual será vazado o metal líquido. O molde é feito por empacotamento de areia, em torno do modelo, toda a estrutura estando contida numa caixa de moldagem e é feito em duas partes: uma superior (caixa superior) e outra inferior (caixa inferior) (CAMPOS FILHO, 1978 apud CARNIN, 2008, p.12);
•Moldagem - No processo de moldagem a produção de uma peça fundida de projeto simples é feita por meio das seguintes etapas: a partir do desenho da peça, fabrica-se o modelo, em torno do qual soca-se a mistura de moldagem, contendo areia e aditivos como a bentonita e o pó de carvão, usando-soca-se caixas de moldagem para suportar as faces laterais do molde; remove-se o modelo, posicionam-se os machos, fecham-se as duas partes do molde (superior e inferior) e verte-se o metal na cavidade resultante. O material da moldagem mantém a forma da cavidade até a solidificação do metal vazado nele (CARNIN, 2008);
•Fusão- Nesta etapa é obtido o metal líquido através da utilização de fornos de fusão. A alimentação do metal é feita por meio de um sistema de canais existentes no molde. Estes canais de alimentação alargados ou massalotes são abertos para permitir que o metal escorra para a cavidade do molde (CARNIN, 2008);
•Vazamento- Enchimento do molde com metal líquido (CARNIN, 2008);
•Desmoldagem - Após a solidificação e resfriamento a peça passa pelo processo de desmoldagem, por meio da vibração do conjunto de moldagem, onde ocorre a quebra do molde de areia e a separação da peça fundida (D´ ELBOUX, 2000).
•Quebra de canais - A quebra de canais consiste no ato de colocar a peça em local adequado para então quebrar manualmente, com marreta e martelo, os canais, que não fazem parte da peça e que são classificados como sucata (CHEGATTI, 2004 apud CARNIN, 2008, p.12).
•Acabamento - Limpeza e Rebarbação - Nesta etapa a areia é removida e a limpeza é operacionalizada através de jateamento, escovação e esmerilhação. O jateamento com granalha de aço consiste em colocar a peça, já sem canais em uma câmara na qual se realiza o jateamento com granalha de aço (pequenas esferas de aço) a fim de deixar a peça mais limpa. No acabamento final a escovação e a esmerilhação consistem em métodos para a remoção das rebarbas (CHEGATTI, 2004).
Figura 2 - Fluxograma do processo de fundição e a geração de resíduos.
Fonte: Adaptado de CARNIN et al., 2013.
2.2.1 Resíduos gerados no processo de fundição
A indústria de fundição de ferro fundido tem grande importância desde o final do século XVI e principalmente nos dias atuais, fornecendo produtos para indústrias de diversos segmentos como automobilística, construção ferroviária e naval, bens de capital (principalmente máquinas e implementos agrícolas), mineração e fabricação de cimentos e extração e refino de petróleo.
Entretanto, possui um alto potencial poluidor por consumir grandes quantidades de recursos naturais e de gerar grande volume de resíduos poluentes, mas em contrapartida a mesma consiste numa fonte de reciclagem de sucatas metálicas, transformando em bens e consumo de capital (BIOLO 2005).
Atualmente, o grande problema das fundições, em termos ambientais, são os resíduos sólidos (BIOLO, 2005). Conforme ilustrado na figura 2, os resíduos gerados durante o processo de fundição são: escórias, refratários, areias de moldagem e macharia, pó de ferro, refugo de macharia, pó de exaustão dos diversos processos envolvidos e pó da regeneração de areia de moldagem (CARNIN et al.
2013).
bentonita, pó de carvão, areia e água na fabricação de moldes em areia verde para a produção de peças metálicas nas indústrias de fundição.
Após estes componentes serem misturados em proporções previamente estabelecidas, os finos desta mistura que não farão parte da confecção dos moldes são capturados por um sistema de exaustão interligado em todo o processo de moldagem, desde a preparação da areia, passando pela etapa de desmoldagem até a etapa de acabamento. Estes pós são retirados, pois apresentam granulometria reduzida e por este fato prejudicariam a fabricação das peças metálicas uma vez que estes impediriam a saída dos gases contidos no ferro fundido, fazendo com que surgissem bolhas no interior das peças. Além do mais, estes pós não podem ser lançados diretamente na atmosfera sem antes serem submetidos ao devido tratamento, ou seja, capturados por um sistema de exaustão e posteriormente encaminhados através de dutos e dispostos em caçambas que são destinados a aterros (RIBEIRO, 2008).
Este resíduo é constituído principalmente por sílica, na forma de quartzo, carbono, ferro, na forma metálica ou de óxido, e argila, na forma de bentonita. Em sua composição estão presentes os elementos predominantemente encontrados em massa cerâmica utilizada na fabricação de produtos, tais como, tijolos, telhas, cimentos e revestimentos cerâmicos. Sendo assim, o setor de cerâmica vermelha, destinada a construção civil, tem sido um dos setores em potencial para absorver este tipo de resíduo. Além do mais, a incorporação do mesmo na massa cerâmica reduz o uso de matérias primas originais e conseqüentemente resulta na redução de custo.
2.2.2 Moldagem em areia verde
Antes da fusão do ferro, é necessária a preparação do molde, cuja função consiste em receber o metal líquido e transformá-lo através da solidificação na peça correspondente ao modelo que serviu de base para sua formação (BIOLO, 2005).
De acordo com Siegel (1997 apud D’ ELBOUX, 2000, p.15), “a moldagem em areia a verde é o processo mais conhecido e também o mais empregado na fundição para peças em ferro fundido cinzento e nodular. Seu custo é menor e permite a produção de peças de qualidade para a maioria dos metais, tanto ferrosos como não ferrosos, além de proporcionar benefício à produção em série”.
Os principais componentes da areia de moldagem a verde são: areia base, areia regenerada, aglomerantes e aditivos. Para o caso das areias a verde, em que se utilizam argilas como aglomerantes surge um quarto componente importante que é a água (OKIDA, 2006).
O termo “verde” refere-se ao fato de que o molde contém umidade no momento do vazamento, indicando que o molde não está queimado nem seco (ZANETTI E FIORE, 2002 apud ADEGAS, 2007, p.15).
Para fabricação de ferro fundido, usualmente prepara-se a areia a verde misturando os componentes nas seguintes proporções de areia base: (BIOLO, 2005).
- Areia do sistema regenerada: 93,23 - 96,25% - Areia base ou lavada: 3,00% - 4,8%;
- bentonita: 0,50% - 1,40% - Pó de carvão: 0,18% - 0,50%; - água: conforme necessidade;
Os valores acima são de caráter orientativo, e todos os componentes são acrescentados a cada mistura produzida, e conforme a necessidade de produção, exceto a areia regenerada (BIOLO, 2005).
A mistura combinada destes componentes deve proporcionar características de perfeita trabalhabilidade para formação da caixa de moldagem, a qual é confeccionada por compactação, manual ou mecânica. Conforme Bonin et al. (1995 apud BIOLO, 2005, p.10 ), “ para atender ao
Após a desmoldagem a peça metálica é separada da areia, que retorna quase que integralmente para ser repreparada e destinada a confecção de novos moldes. Assim, a areia de moldagem é quase totalmente proveniente da reciclagem interna da areia já usada, porém existe uma vida útil desta areia, e é neste momento que se torna necessário o descarte e destinação em aterros (BIOLO, 2005).
Os pós de exaustão do processo de moldagem a verde são formados desde a preparação da areia passando pela da desmoldagem até o acabamento. Por serem muito finos, não retornam para o processo, ou seja, são capturados por um sistema de exaustão e destinados a aterros industriais.
2.2.2.1 Areia base
“O principal constituinte da areia de moldagem a verde utilizada nas fundições é a areia base, um agregado fino, mineralogicamente puro, ao qual são misturados ligantes ou aglomerantes que tem a finalidade de garantir a forma dos moldes durante o processo de fundição” (REINERT, 1996, apud CARNIN, 2008, p.4).
A origem da areia silicosa é secundária, ou seja, é proveniente da desintegração de rochas pré-existentes ricas em quartzo, sobre as quais houve a ação de intempéries naturais, tais como sol, chuva, as águas e o vento. Neste caso, as águas e os ventos tendem a arrastar as partículas mais finas com forças regulares, permitindo que se encontre nas praias e dunas, areias com granulometria mais ou menos uniformes (D’ELBOUX, 2000), (OKIDA, 2006).
A composição mineralógica das areias a base de sílica é essencialmente de quartzo (acima de 99%) e impurezas com menos de 1% (predominando feldspatos, K2O, Al2O3 e argila) (D’ELBOUX,
2000).
A cada mistura processada acrescenta-se conforme a necessidade, uma nova quantidade de areia. Os motivos de sua reposição na mistura são: perda das características refratárias devido às altas temperaturas no momento do vazamento do metal, acerto do percentual dos demais elementos em excesso, reposição das perdas volumétricas ocorridas durante o processo. A granulometria típica compreende grãos que podem variar de 3,36 a 0,053mm (ou seja, 6 a 270 malhas por polegadas na medida do sistema inglês) (BIOLO, 2005).
Para ser usada no processo de moldagem a verde, a areia deve estar isenta de impurezas e argilominerais, portanto, é necessário o processo de lavagem da areia com hidróxido de sódio (NaOH), que promove a saponificação da fase orgânica e o arraste da fase mineral (argila) (CARNIN, 2008). 2.2.2.2 Bentonita
A bentonita é constituída essencialmente por silicatos de alumínio hidratados, denominados argilominerais, que podem conter sílica livre e outras impurezas e pertencem ao grupo das esmectitas. O principal argilomineral contido na bentonita é a montmorilonita (aproximadamente 80%), ligada a alguns elementos e impurezas como metais alcalinos terrosos, matéria orgânica e argila silicosa sob forma de grãos finos (D’ELBOUX, 2000).
A bentonita é o principal aglomerante da mistura na areia de moldagem, sendo o responsável pela coesão da areia quando em contato com a água. Sua função coesiva permite que a resistência da caixa de moldagem seja suficiente durante o vazamento, não permitindo assim que a mesma se rompa durante o processo (BIOLO, 2005).
Conforme Guesser (1982 apud CARNIN, 2008, p.6) “geralmente as bentonitas são caracterizadas por apresentar: partículas muito finas, elevada carga superficial, alta capacidade de troca catiônica, elevada área superficial e inchamento quando em presença de água”.
As bentonitas mais comuns são:
a) Bentonitas naturais: com predominância de cátions de cálcio (Ca++).
b) Bentonitas cálcicas naturais: Além do cálcio (Ca++), apresentam cátions de magnésio (Mg++).
c) Bentonitas sódicas naturais: com predominância de sódio (Na++) no estado natural (D’ELBOUX, 2000).
A montmorilonita, que é o argilomineral mais freqüente nas bentonitas, pertence ao grupo dos filossilicatos com estruturas cristalinas em forma de camadas, sendo duas camadas tetraédricas de sílica com uma camada octaédrica central de alumina (2:1), ambas unidas entre si por átomos de oxigênio (SILVA E FERREIRA, 2008).
Através de forças polares relativamente fracas e por força de van der walls ocorre o empilhamento dessas camadas, e entre elas existem lacunas denominadas de galerias ou camadas interlamelares onde ficam os cátions trocáveis como: Na+, Ca2+, Li+ (SILVA E FERREIRA, 2008).
As superfícies das lamelas estão disponíveis para a hidratação e troca de cátions, então o inchamento interlamelar da bentonita ocorre quando as moléculas de água são adsorvidas na superfície das camadas de sílica, que são então separadas umas das outras. O fator mais importante do poder de inchamento está associado ao cátion ligado na estrutura da argila. A espessura da camada de água interlamelar, varia com a natureza do cátion adsorvido e da quantidade de água disponível (CARNIN, 2008) (SILVA E FERREIRA, 2008).
Figura 3 - Representação da hidratação da montmorilonita cálcica e sódica.
Fonte: Adaptado de SILVA e FERREIRA, 2008.
Este poder de inchamento proporciona melhores propriedades aglomerantes a areia, ou seja, a bentonita sódica apresenta maior vantagem para a utilização em fundição do que as cálcicas. Por este motivo, muitas vezes é realizado um tratamento em algumas bentonitas cálcicas naturais, transformando-as em bentonitas sódicas. A este tratamento, que consiste essencialmente numa troca de cátions ligado à bentonita, dá-se o nome de ativação (D’ELBOUX, 2000).
2.2.2.3 Pó de carvão
O pó de carvão é normalmente adicionado às areias verdes para moldagem de ferros fundidos (ADEGAS, 2007). São materiais que se decompõem numa grande variedade de produtos sob a influência do calor, a temperaturas geralmente compreendidas entre 315 e 980ºC. Na temperatura de 315 a 650ºC o carvão absorve grande quantidade de calor para passar do estado sólido ao estado plástico semi-líquido e a maioria dos gases do pó de carvão são desprendidos. Este desprendimento cria uma atmosfera redutora, favorecendo uma melhoria no acabamento superficial das peças fundidas (D’ELBOUX, 2000).
O pó de carvão tem aproximadamente 30% de voláteis com grande capacidade de expansão, e estes voláteis são principalmente hidrocarbonetos que reagem facilmente com o oxigênio (CARNIN, 2008) (ADEGAS, 2007).
É adicionado com a finalidade de melhorar o acabamento superficial, a desmoldabilidade e também produzir uma atmosfera de redução para a prevenção de defeitos provocados por atmosfera oxidante, como sinterização, reação metal/molde e porosidades. Além disso, o pó de carvão evita a aderência da areia a peça fundida e a penetração do metal líquido no molde, além de reduzir a ocorrência de defeitos devido à expansão da sílica (CARNIN, 2008).
Sílica Alumínio Sílica
Montmorilonita de cálcio
2.2.2.4 Água
O principal objetivo da adição de água na mistura da areia de moldagem é possibilitar a coesão dos componentes da mistura, ativando a ação de ligação da argila na areia, proporcionando plasticidade a mistura (SIDDIQUE E SINGH, 2011).
A adição de água deve ser controlada a cada mistura para não prejudicar o processo de moldagem: quanto menor a umidade, menor será o poder de inchamento da mistura, dificultando o trabalho de moldagem e desidratando o agente coesivo (DUARTE, 1996, apud CARNIN, 2008, p.10). 2.2.3 Panorama de utilização de resíduos como matéria prima alternativa na fabricação de blocos cerâmicos
Atualmente há uma crescente preocupação com a questão ambiental. Muitos países têm incentivado pesquisas sobre reciclagem de resíduos de fundição e têm buscado encontrar novas alternativas para preservar o meio ambiente e minimizar o problema (LEONARDO, 2006).
Vários estudos relatam experiências de utilização de resíduos de fundição na construção civil, em substituição de parte do agregado fino em concretos de baixa resistência, como enchimento em pavimentação asfáltica, como fonte de sílica na fabricação de lã de rocha ou lã de escória (RIBEIRO, 2008).
Tijolos convencionais são produzidos a partir de argila ou de concreto de cimento Portland comum (OPC), queimados em forno a alta temperatura, que consome alta energia incorporada e possuem elevedas emissões de carbono. Em muitas áreas do mundo já existe uma escassez de material de origem natural para a produção dos tijolos convencionais. Para a proteção do meio ambiente e do desenvolvimento sustentável, Zhang (2013) conduziu uma extensa pesquisa sobre produção de tijolos a partir de materiais de resíduos.
Apesar de muita pesquisa já ter sido realizada, a produção comercial de tijolos de resíduos ainda é muito limitada. Isto está relacionado com os métodos de produção de tijolos de resíduos, a contaminação potencial dos resíduos utilizados, a ausência de normas e a lenta aceitação de tijolos de materiais à base de resíduos, tanto pela indústria quanto pelo público. Para aumentar a produção e aplicação de resíduos em tijolos, é necessário mais investigação e desenvolvimento, não apenas nos aspectos técnicos, econômicos e ambientais, mas também sobre a normalização, a política de governo e educação pública em relação à reciclagem de resíduos e desenvolvimento sustentável (ZHANG, 2013).
Segundo Zhang (2013) uma ampla variedade de resíduos têm sido estudados para a produção de tijolos com diferentes métodos, os quais são: calcinação, cimentação e geopolimerização. Através da pesquisa realizada, Zhang (2013) concluiu que os métodos de calcinação e cimentação para a produção de tijolos a partir de resíduos ainda tem os inconvenientes de alto consumo de energia e maiores emissões de carbono do que os métodos convencionais de produção de tijolos. O método da geopolimerização para a produção de tijolos a partir de resíduos parece ser a tendência em termos de energia e interesses ambientais.
norma vigente. Concluiu que a reciclagem do resíduo sólido de fundição “areia a verde”, mostrou-se perfeitamente possível para fabricação de produtos de cerâmica vermelha para construção civil.
Ribeiro et al. (2006), pesquisaram a utilização de resíduos de fundição (areia a verde e pó de
exaustão) e de indústria metal-mecânica (vidro residual de jateamento galvânico e sais de inertização de ácido de baterias) para obtenção de compósitos cerâmicos. Os corpos de prova foram testados em flexão de três pontos, analisados por microscopia eletrônica, micro análise química (EDAX), raios X de fluorescência e difratometria, além de ensaios de lixiviação e solubilização. Os resultados comprovaram a formação de estruturas vítreas que explicam as características obtidas: alta resistência, baixos valores de absorção de água, retração, solubilização e lixiviação.
Lin (2006) estudou a utilização da escória de incineradores urbanos para substituir parcialmente a argila na produção de tijolos de argila queimada. As amostras de tijolos foram aquecidas a temperaturas entre 800 e 1000°C durante 6h, a uma taxa de aquecimento de 10°C/min. Ensaios físicos, mecânicos e de lixiviação foram realizados nas amostras de tijolo. Os resultados indicaram que as concentrações de metais pesados no lixiviado atendia os limites de regulamento. Com o aumento da quantidade de escória há uma diminuição na taxa de absorção de água e um aumento na resistência à compressão dos tijolos. A taxa de absorção e resistência à compressão dos blocos sinterizados a 1000°C atendeu o padrão nacional chinês de requisitos de construção de tijolos de segunda classe. A adição de escória também reduziu o grau de retração de queima. Concluiu que a escória era adequada para substituição parcial de argila na fabricação de tijolos de argila queimada.
El-Mahllawy (2008) investigou a produção de tijolos utilizando resíduo fino de pedreira de caulim (RFPC), combinada com escória de alto-forno granulada (EAF) e resíduo de pedreira de granito fino-basalto (RPG). Amostras de tijolo foram preparadas misturando 50% de RFPC, 10 - 40% de EAF e 10 - 40% de RPG, em seguida, a mistura foi colocada num molde cúbico de 50mm aplicando uma pressão de conformação de 22MPa. As amostras formadas foram secas a 80°C durante 24 h, e em seguida queimadas em diferentes temperaturas de 1100, 1125, 1150 e 1175°C com taxa de queima de 5°C/minuto por 4 horas. Foram realizados testes para avaliar as características físicas, químicas e mecânicas dos tijolos queimados conforme as exigências da especificação padrão egípcia (ESS). Os resultados mostraram que os tijolos contendo 50% RFPC, 20% EAF e 30% RPG queimados a 1125°C apresentaram as propriedades mais satisfatórias que atendem aos requisitos do ESS.
Alonso-Santurde et al. (2011) pesquisaram a incorporação de areia a verde e núcleo de areia
misturados com argila em proporções de 0 a 50% e queimados a 850-1050ºC para produzir tijolos cerâmicos. As amostras foram avaliadas fisicamente e mineralogicamente, e analisadas em escalonamento, e um estudo de otimização foi desenvolvido. Tijolos de argila com areia a verde queimados a 1050°C apresentaram melhores valores de propriedades físicas, enquanto que a mineralogia não foi significativamente afetada. Segundo os autores, o tijolo de qualidade industrial pode ser estimado com os ensaios de laboratório, e a quantidade ideal de areia é encontrada em 35% de areia verde e 25% de areia de núcleo.
Chen et al. (2011) estudaram a viabilidade da utilização de rejeitos de hematita e cinzas
volantes classe F juntamente com a argila para a produção de tijolos. Prepararam amostras de tijolos usando 77-100% de rejeitos de hematita, 0-8% cinzas volantes e 0-15% de argila. Realizaram testes para determinar a força de compressão, a absorção de água e densidade de amostras de tijolos preparados em diferentes condições. Com base nos resultados, para produção de tijolos de boa qualidade, é recomendado a razão de rejeitos de hematita:cinzas volantes:argila de 84:6:10, teor de água para conformação de 12,5 - 15%, pressão conformação de 20 - 25 MPa, e temperatura de queima de 980 - 1030°C durante 2h.
Chen et al. (2012) estudaram a produção de geopolimerização de tijolos utilizando as cinzas da
aplicando uma força de compressão de 60kN durante10 segundos. Em seguida, as amostras foram armazenadas a 40 ºC e 100% de umidade para tratamento. A mesma quantidade de líquido em relação à massa sólida de 0.3 foi utilizado para todas as amostras de tijolo. Os resultados indicaram que o ativador alcalino utilizado tem um grande efeito sobre a resistência à compressão dos tijolos. A maior resistência à compressão após 7 dias de 18,8MPa, foi obtido para amostras de tijolos preparadas com solução de hidróxido de potássio 10 molar.
O resíduo pó de exaustão proveniente do processo de moldagem a verde apresenta um grande potencial para aplicação na indústria cerâmica, isto é decorrente principalmente porque as massas argilosas são por natureza heterogêneas, constituídas de argilominerais (materiais plásticos) e minerais não argilosos (materiais não plásticos, com ampla variação mineralógica, física e química). Desta forma, as massas argilosas para cerâmica vermelha são tolerantes e aceitam a presença de materiais residuais de diversos tipos e origens (OLIVEIRA, 2004 apud BIOLO, 2005, p.26).
De acordo com Ribeiro (2008) a utilização destes resíduos como matéria prima na construção civil possibilita: a redução de uso de recursos naturais, a redução de demanda de energia para sua extração, a redução de transporte dos mesmos, o aumento da vida útil dos aterros sanitários e industriais pela redução do volume ocupado pelos resíduos e a redução dos custos totais, diretos e indiretos na construção civil.
2.2.4 Legislação para uso de resíduo de areia verde e seus derivados
A Resolução Consema Nº 26, de 06 de setembro de 2013, Artigo nº 1, estabelece as diretrizes para a autorização ambiental de processos decorrentes da utilização da ADF como insumo ou matéria prima em outros processos industriais e obras.
A resolução tem como premissa contribuir para o desenvolvimento sustentável com vistas a harmonizar os componentes do crescimento econômico, equidade social e qualidade ambiental (CONSEMA, 2013).
No Art. 5º da resolução Consema nº 26, o pó de exaustão é citado como despoeiramento e é conglomerado no conceito de areia descarta de fundição (ADF).
De acordo com o item d, art. 2º da resolução Consema nº 26, uma das alternativas de aplicação para a utilização do pó de exaustão seria na fabricação de telhas, tijolos e outros artigos de barro cozido para fabricação de artigos em cerâmica.
2.3 CERÂMICA
Cerâmica compreende todos os materiais inorgânicos, não metálicos, obtidos geralmente após tratamento térmico em temperaturas elevadas. O setor cerâmico é amplo e heterogêneo, estes materiais podem ser classificados em sub-setores ou segmentos em função de diversos fatores como matérias-primas, propriedades e áreas de utilização. Dessa forma, a seguinte classificação, em geral, é adotada: cerâmica vermelha, materiais de revestimento (placas cerâmicas), cerâmica branca, materiais refratários, isolantes térmicos, fritas e corantes, abrasivos, vidro, cimento e cal, além da cerâmica avançada- alta tecnologia (ABC, 2014).
No universo da cerâmica vermelha, as argilas são a espinha dorsal da cerâmica, portanto, é importante conhecer os tipos de argila, sua composição mineralógica e suas propriedades (NORTON, 1973).
2.3.1 Argilas
apud CAMPREGHER, 2005, p. 20). É um material proveniente da decomposição ocorrida durante milhões de anos das rochas feldspáticas, graníticas e basálticas, muito abundantes na crosta terrestre.
São materiais que possuem a propriedade de quando misturados com água, em devidas proporções, apresentarem a possibilidade de serem amassados e trabalhados mantendo a forma que se deseja. Quando secos e ainda não sinterizados, basta adicionar água para que possam recuperar a plasticidade (BITENCOURT, 2004).
A classificação das argilas pode ser feita sob dois pontos de vista: uma baseada na origem geológica, ou seja, no método de formação na crosta terrestre e outra baseada no uso das argilas na indústria cerâmica. A Figura 4 apresenta a classificação quanto à origem geológica (NORTON, 1973).
Figura 4 - Origem e ocorrência das argilas
Fonte: Adaptado de NORTON, 1973.
Baseada na origem geológica as argilas podem ser classificadas em: residuais (ou primárias) e transportadas (ou secundarias). As argilas residuais são encontradas no mesmo local da rocha da qual derivou, são conhecidas também como “argilas primárias”. Supõe-se que sejam formadas por uma série de reações causadas pela percolação de água subterrânea através da massa, ajudada por outros fatores de intemperismo, por exemplo, o congelamento (NORTON, 1973). Possuem partículas mais grossas e coloração mais clara, são pouco plásticas e possuem grande pureza, com alta fusibilidade. O caulim é um exemplo deste tipo de argila (BITENCOURT, 2004).
Material residual Material transportado Sem movimento durante a formação Produto de intemperismo ordinário
O mesmo que acima, com ação química adicional De rochas cristalinas De rochas sedimentares De rochas cristalinas De rochas sedimentares
Argila residual impura Caulim primário
Argila residual impura Argila caulinítica
Bauxita
Bauxita Diásporo
Depositado em água parada com pequena ou nenhuma ação de correntes, mares, lagos, pântanos, etc.
Depositado por um movimento lento de água, correntes, etc.
Depositado por ação glacial
Depositado pelo vento
Produto do intemperismo ordinário
O mesmo que acima, com uma intensa ação química adicional
Caulim sedimentar Argila tipo Ball Clay Alguns bauxitos Argila sob formações de carvão
Diásporo
Folhelho argiloso Silte argiloso
Produtos de moagem com algum
intemperismo
Produtos de abrasão com pouco
intemperismo Produtos de abrasão com pouco
intemperismo
Folhelhos silicoso Silte silicoso
Argila glacial ou till
“As argilas transportadas (secundárias) são depósitos que foram se formando pela influência das intempéries, como: ação das chuvas, dos ventos, dos lagos, dos mares e até mesmo degelo de geleiras (NORTON, 1973) (BITENCOURT, 2004). Particularmente, a água fragmenta a argila em diferentes tamanhos, fazendo com que as partes mais pesadas se depositem primeiro e as outras vão se depositando de acordo com suas densidades, sendo que as menos densas se depositam onde a água para. “As argilas sedimentares são mais finas e plásticas do que as primárias, podendo, no entanto, conter impurezas ao se misturarem com matérias orgânicas” (PORTO ROSSI, 2003, apud BITENCOURT, 2004, p.3).
A Tabela 1 apresenta a classificação segundo o uso na indústria cerâmica (NORTON, 1973).
Tabela 1 - Classificação das argilas segundo o uso.
A. Argilas que queimam com cor branca (usadas em cerâmica branca) 1. Caulins
a) residual b) sedimentar 2. Argilas tipo Ball clay
B. Argilas refratárias (tendo um ponto de fusão acima de 1600ºC, porém não necessariamente queimando com cor branca)
1. Caulim (sedimentar) 2. Argilas refratárias a) sílica (flint)
b) plástica
3. Argilas de alta alumina a) Gibsita
b) Diásporo
C. Argilas para materiais de construção civil ou cerâmica vermelha (de baixa plasticidade, porém contendo fundentes)
1. Argila e folhelhos para tijolos de pavimento 2. Argilas e folhelhos para manilhas
3. Argilas e folhelhos para telhas e tijolos furados
D. Argilas para louça de pó de pedra (plástica, contendo fundentes) E. Argilas para tijolos (plástica, contendo óxido de ferro)
1. Argilas para terracota
2. Tijolo comum e para revestimento
F. Argilas fundentes (contendo mais óxido de ferro)
Fonte: Adaptado de NORTON, 1973.
A composição química das argilas varia de acordo com a jazida de onde é retirada, ou seja, da formação geológica do terreno, da era de formação e da influência hidrotérmica exercida sobre o material (BITENCOURT, 2004).
A argila Ball clay consiste essencialmente de caulinita com pequena quantidade de mica e
quartzo e tem uma elevada quantidade de matéria orgânica (CAMPREGHER, 2005). São de origem sedimentar, encontradas em regiões pantanosas. São usadas exclusivamente em massa cerâmica branca por conferir elevada resistência mecânica e plasticidade antes da queima (NORTON, 1973).
“O quartzo é um dos minerais mais abundantes e está presente na maioria das massas cerâmicas, a partir de argilas naturais ou como matéria-prima separada. Os materiais que possuem quartzo desempenham funções nas massas e nos produtos cerâmicos, como diminuição da plasticidade da mistura de matérias-primas e aumento da permeabilidade da peça crua e do coeficiente de expansão térmica linear da peça queimada, evitando assim que esta se deforme ou se retraia demasiadamente, tanto a seco como durante a queima” (FERNANDES, 2002, apud CAMPREGHER, 2005, p.20).
A bentonita é uma argila constituída essencialmente por montmorilonita, pobre em ferro, é o produto de decomposição de cinzas vulcânicas ácidas. Incham muito quando molhadas devido ao cátion sódio trocável. O principal uso dessa argila em cerâmica é como plastificante em misturas refratárias de cerâmica branca, melhorando a plasticidade, facilitando a extrusão e o poder ligante, e aumentando a resistência mecânica nas peças úmidas e secas (NORTON, 1973).
Algumas argilas residuais são consideradas como sendo derivadas da dissolução de calcários contendo a argila como impureza. Outras originam-se da desintegração de folhelhos argilosos (NORTON, 1973).
Folhelhos argilosos são de origem sedimentar e têm composição variável, são duros e muitas vezes contêm o argilomineral ilita. Embora alguns sejam bastante puros, do ponto de vista do teor de argilominerais, a maioria deles contém considerável quantidade de minerais de ferro (NORTON, 1973). “Os materiais com elevados teores de ferro resultam em uma cor vermelha após a queima. Quando essa argila é queimada á 110°C, apresenta uma cor cinza-escuro, e na queima à 950°C apresentam cor vermelha. De uma maneira geral, são argilas para cerâmica vermelha (tijolos de vários tipos, blocos cerâmicos, telhas, pisos cerâmicos ou manilhas; cerâmica utilitária)” (SOUZA SANTOS, 1989, apud CAMPREGHER, 2005, p. 21).
O óxido de ferro (Fe2O3), apesar de oferecer cor vermelha ou amarelada na maioria das argilas, reduz a plasticidade, mas também diminui a retração e facilita a secagem. Ele também diminui a resistência mecânica, mas o pouco que funde na sinterização proporciona dureza ao material (BITENCOURT, 2004).
2.3.2 Cerâmica vermelha
Segundo a ABC (2002 apud BASTOS, 2003, p. 8), as argilas ideais para fabricação de cerâmica vermelha devem, de modo geral, ser: de fácil desagregação e permitir moldagem adequada, apresentar granulometria fina e distribuição granulométrica conveniente (para garantir o controle das dimensões finais do produto), possuir teor de matéria orgânica que possa conferir, juntamente com a granulometria, boa plasticidade e resistência mecânica suficiente para evitar deformações e permitir o manuseio das peças cruas, apresentar baixo (ou nenhum) teor de carbonatos, sulfatos e sulfetos.
Especificamente na fabricação de tijolos, as argilas devem apresentar boa moldabilidade, ter resistência à flexão antes e após a sinterização, apresentar cor avermelhada após a sinterização, com um mínimo de trincas e empenamentos. Não devem apresentar ferro divalente, elementos alcalinos e alcalino-terrosos, pois estes causam excessiva retração, reduzem a faixa de sinterização e provocam coloração indesejada (SANTOS, 1989, apud BITENCOURT, 2004, p. 5).
2.3.2.1 Processamento de blocos cerâmicos
