AVALIAÇÃO DO EFEITO DA PRESSÃO E DA MASSA NA REMOÇÃO DA FRAÇÃO LÍQUIDA (ÓLEO E ÁGUA) PRESENTE NO RESÍDUO DA SERRAGEM DE ÁGATAS

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AVALIAÇÃO DO EFEITO DA PRESSÃO E DA MASSA NA REMOÇÃO DA FRAÇÃO LÍQUIDA (ÓLEO E ÁGUA) PRESENTE NO RESÍDUO DA SERRAGEM DE ÁGATAS

Marcos Felipe Maule Bedin – marcosfbedin@hotmail.com

Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Laboratório de Tecnologia mineral e Ambiental Av. Bento Gonçalves, 9500, Agronomia

91501-970 – Porto Alegre – Rio Grande do Sul Fernanda Vilasbôas– fernandavilasboas@gmail.com

Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Laboratório de Tecnologia mineral e Ambiental

Ivo andre Homrich Schneider – ivo.andre@ufrgs.br

Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Laboratório de Tecnologia mineral e Ambiental

Resumo: Soledade consolidou-se como centro estadual de industrialização, comercialização e exportação de pedras preciosas. As empresas beneficiam a ágata através das operações de serragem, tingimento, lixamento e polimento, produzindo diversos artefatos para comercialização. Nesses processos são gerados resíduos sólidos e líquidos, o que demanda em estudos para encontrar soluções para minimizar o impacto ambiental. Neste contexto, a etapa de serragem da ágata produz um resíduo sólido – o lodo oleoso que é composto basicamente por sílica (pó de ágata), óleo diesel (lubrificante utilizado na máquina de serra) e, muitas vezes, água (quando esta é empregada no processo de recuperação de óleo). Esse resíduo é enquadrado como Classe I – Perigoso, conforme da NBR 10.004, em virtude da quantidade de óleo associado. Assim, o objetivo do trabalho foi estudar, em escala de laboratório, a separação da parte líquida da parte sólida, através em um equipamento de compressão.

As principais variáveis avaliadas foram a pressão (2,0 MPa, 4,2 MPa e 6,4 MPa) e a massa de resíduo presente no equipamento (150 g, 225 g e 300 g). Observou-se que a remoção do fluido é altamente influenciada pela pressão aplicada. As maiores remoções da fração líquida ocorreram com 300g de amostra e pressão de 6,4 MPa. Em termos ambientais, o processo de separação permite a redução do volume e da massa do resíduo, proporciona melhores condições de manuseio e amplia o potencial de aproveitamento do resíduo, como por exemplo na incorporação de materiais cerâmicos.

Palavras-chave: ágata, remoção de óleo, resíduo sólido.

EVALUATION OF THE EFFECT OF PRESSURE AND WEIGHT FOR REMOVING THE LIQUID FRACTION (OIL AND WATER)

ASSOCIATED TO THE AGATE SAWDUST WASTE

Abstract: Soledade established itself in recent years as regional center of industrialization,

commercialization, and export of gems. Currently 170 companies remain active in the sector, processing

geodes by sawing, dyeing, sanding, and polishing; producing several artifacts for sale. These processes

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generate solid and solid wastes, demanding actions to minimize the environmental impact. The sawing operation produces a solid residue (oily sludge). This residue is basically composed bysilica (agate powder), diesel oil (lubricant used in the saw machine), and often by water (used for oil recovery).This residue is classified as Class I – Dangerous, accordingly to NBR 10.004. In order to provide a solution, the present study aimed to separate the liquidf rom the solid phase using a pressure device. The main parameters considered were the pressure

(2.0 MPa, 4.2 MPa , and 6.4 MPa) and the amount of waste inside the equipment (150 g, 225 g, and 300 g). It was observed that liquid separations is highly dependent of the pressure applied. Best performance was reached with the pressure of 6.4 MPa and 300 g.. The process allows reducing volume and weight of waste and a better condition for handling and reuse of the material, such as incorporation in ceramics.

Keywords: agate, oil removal, solid waste

1. INTRODUÇÃO

O Brasil é reconhecido mundialmente pela diversidade de pedras preciosas em seu território, se destacando no cenário mundial por possuir uma das maiores e mais importantes Províncias Gemológicas do planeta, contribuindo com cerca de 60% das gemas de cor para o mercado internacional (IBGM, 2008).

No Rio Grande do Sul ocorrem várias reservas de ágata e de ametista em geodos nas rochas vulcânicas da Formação Serra Geral. Este fato torna o estado um dos principais fornecedoras dessas gemas (em quantidade e qualidade) para o mercado internacional (Juchem et al., 2009). O Arranjo Produtivo Local (APL) Gaúcho de Gemas e Joias é considerado um dos cinco principais aglomerados do setor no país. Destacando-se por seu potencial exportador e como importante fonte de emprego nas regiões onde se localiza (Batisti & Tatsch, 2008).

Soledade é a cidade pólo do Arranjo Produtivo Local de Pedras, Gemas e Jóias do Rio Grande do Sul. Consolidou-se nos últimos anos como o centro estadual de industrialização, comercialização e exportação de pedras preciosas, sendo reconhecido como “Capital das Pedras Preciosas” (Lei estadual nº 12.874/07). No município, 170 empresas continuam ativas no setor e estão associadas à APPESOL (Associação dos Pequenos Pedristas de Soledade) e/ou ao SINDIPEDRAS (Sindicato das Indústrias de Joalheria, Mineração Lapidação, Beneficiamento e Transformação de Pedras Preciosas do Rio Grande do Sul). Estas empresas beneficiam ágata através das atividades de serragem, tingimento, lixamento e polimento; produzindo diversos artefatos para comercialização. Nesses processos são gerados resíduos sólidos e líquidos, os quais têm sido alvo de ações para minimização do impacto ambiental.

A etapa de serragem da ágata, utiliza-se um grande volume de óleo para a lubrificação e refrigeração da máquina de corte/serragem. Nesta operação é gerado um resíduo sólido (lodo oleoso), popularmente chamado pelos empresários de “barro da serra”. Esse resíduo é composto basicamente por óleo diesel (lubrificante utilizado na máquina de serra) e sílica (pó da ágata) que, se não forem bem gerenciados, possuem um grande potencial de contaminação do meio ambiente (Tramontina et al., 1997). Atualmente, mais de 40 empresas associadas à APPESOL realizam o processo de serragem, resultando numa produção mensal de mais de 14.000 kg de lodo oleoso. Ainda, estima-se que o passivo do lodo nas empresas é superior a 51.000 kg (Vilasbôas et al., 2013). É freqüente a recuperação parcial de óleo pela mistura do pó com óleo em água. Após a agitação, o sistema é mantido em repouso e parte do óleo é recuperado por decantação. Neste contexto, o pó de ágatas residual encontra-se misturado com óleo e água (Figura 1).

O lodo oleoso e o lodo oleoso aquoso ficam acondicionados em tambores nas empresas, pois a

destinação adequada desse resíduo demanda em custos, sendo esse o principal motivo da maioria das

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empresas armazenarem o resíduo. Esse resíduo é enquadrado como Classe I - Resíduo Perigoso - conforme a NBR 10004 (ABNT, 2004) e demanda soluções tanto do ponto de vista de gerenciamento do processo quanto da manutenção do passivo acumulado.

Visando buscar soluções para esta problemática, o presente estudo teve por objetivo tentar separar a fração líquida da parte sólida do lodo. Empregou-se uma amostra que foi submetida ao processo de recuperação de óleo diesel, de forma que continha óleo residual e água. Para tal, construiu- se um equipamento para a remoção de fluidos por compressão onde foram efetuados ensaios de laboratório variando a pressão e a massa de material em seu interior. A eficiência do processo foi monitorada pelo percentual de fluido removido.

Figura 1: Imagem do lodo oleoso obtido na serragem de ágatas (esquerda) e aspecto do lodo após a remoção parcial do óleo por via aquosa (direita).

2. Materiais e Métodos

A amostra do lodo oleoso (resíduo sólido) utilizada neste experimento foi coletada em uma máquina de serragem típica de uma empresa situada no município de Soledade-RS. A amostra passou por um processo de recuperação do óleo excedente, baseado em um procedimento empírico aplicado na região. A operação consistiu em misturar o lodo oleoso a água e agitar em uma betoneira por aproximadamente 30 min. Após, o resíduo foi colocado em um recipiente limpo e seco, sendo acondicionado em temperatura ambiente sem exposição ao sol.

No laboratório LEGG da UFRGS, a amostra do lodo oleoso foi pesada em balança de precisão

e separada nos seguintes pesos: 150 g, 225 g e 300 g. As amostras, antes de serem alocados no cilindro,

foram envoltas em tecido de TNT. A função do tecido era proporcionar a saída do fluido sem a perda

do pó de rocha. Todos os ensaios foram realizados em triplicata, em um equipamento automático de

compressão onde as amostras de lodo oleoso foram submetidas a diferentes pressões (2,0 MPa, 4,2 MPa

e 6,4 MPa). Imagens do equipamento estão apresentadas na Figura 2 e os detalhes construtivos na Figura

3.

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Figura 2: Imagens do equipamento de compressão utilizado nos ensaios e do fluido removido.

Figura 3: Detalhes construtivos do equipamento (em centímetros) utilizado para a remoção do óleo.

Para quantificar a parte líquida separada da sólida, o líquido foi coletado em provetas, mensurado e pesado em uma balança de precisão. Análises de óleos e graxas foram efetuadas com extração em hexano em Soxhlet. A análise de umidade (teor de água) água foi realizada por gravimetria, por secagem em estufa a 105

o

C.

As análises estatísticas foram realizadas pelo programa OriginPro 8. A Figura 4 apresenta um

diagrama do planejamento dos experimentos.

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Figura 4: Planejamento experimental.

3. Resultados e Discussão

Para a determinação da eficiência do processo de separação do líquido da fase sólida foram consideradas a massa inicial do resíduo sem ser presando e a massa coletada nas provetas ao final de cada ensaio. Os valores de fluido coletado (uma mistura de água e óleo), expressos em gramas, após a execução dos ensaios, estão apresentados na Tabela 1.

Tabela 1: Valores de remoção de fluido expressos em gramas

Pressão Massa

150 g 225 g 300 g

2 MPa 15,76 17,48 16,95 20,96 21,32 21,11 23,36 24,76 25,18

4,2 MPa 28,38 27,58 27,08 31,27 33,18 32,82 37,77 38,25 38,13 6,4 MPa 40,86 39,23 38,8 43,77 44,21 44,68 55,16 53,37 53,84

A Figura 5 apresenta um gráfico ilustrando os valores médios de percentagem de fluido

removido em função da pressão aplicada para as três quantidades de resíduo avaliadas. Observa-se que

as maiores remoções de fluido ocorreram com a pressão de 6,4 MPa, sendo que a maior remoção ocorreu

com 300 g de amostra e pressão de 6,4 MPa. Além disso, os resultados demonstram que há uma relação

linear e positiva entre a pressão e a massa de fluido removida, ou seja, quanto maior a pressão maior a

quantidade óleo/água removida

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Figura 5: Porcentagem média de remoção da fração líquida em função das diferentes pressões.

Como forma de verificar se há diferenças estatísticas entre as pressões utilizadas e o peso das amostras, os resultados foram submetidos a uma análise de variância (ANOVA) com dois critérios de classificação (two way) usando o teste de Tukey como forma de verificar se as médias diferem entre si.

De acordo com Callegari-Jacques (2003), para que os resultados da ANOVA sejam válidos, é necessário que os dados apresentem uma distribuição normal. Com base dessa informação foi realizado uma análise de normalidade dos dados através do teste de Shapiro-Wilk (Tabela 2). Os dados possuem uma distribuição normal a uma significância de 0,05 uma vez que o valor calculado (0,95268) é maior que o valor tabelado (0,24883).

Tabela 2: Teste de normalidade pelo método de Shapiro-Wilk.

Após a confirmação da normalidade dos dados, os mesmos foram submetidos a uma análise ANOVA. Os resultados são demonstrados na Tabela 3. É possível afirmar que há diferença entre as variáveis do Fator A ( massa das amostras -150 g, 225 g e 300 g) e do Fator B (pressão - 2MPa, 4,2 MPa e 6,4 MPa) uma vez que o valor de F é maior que o valor de P. Com posse dessas informações, foi realizado o teste de Tukey visando identificar quais as médias que diferem significativamente entre si cujos resultados são demonstrados na Tabela 4.

Tabela 3: Resultado da análise estatística ANOVA.

0,00%

2,00%

4,00%

6,00%

8,00%

10,00%

12,00%

14,00%

16,00%

18,00%

20,00%

2 M P A 4 , 2 M P A 6 , 4 M P A

% DE MA SS A R EMO V IDA

PRESSÕES

300 g

225 g

150 g

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Tabela 4: Resultados do teste de Tukey (A= peso das amostras em g; B = pressão aplicada em MPa)

Através dos resultados da análise estatística, pode-se afirmar que há diferença significativa entre as médias uma vez que Sig é igual a 1, ou seja, os resultados obtidos com diferentes pesos e com diferentes pressões diferem entre si estatisticamente (150g ≠ 225g ≠ 300g e 2 MPa ≠ 4,2 MPa ≠ 6,4 MPa). Portanto é possível afirmar que os melhores valores de remoção da fração líquida ocorreram com uma pressão de 6,4 MPa e uma amostra de 300g.

Como forma de avaliar a quantidade de óleo e água no resíduo bruto e após o melhor resultado de extração do fluido (pressão de 6,4 MPa e massa de 300g), amostras foram submetidas a análises de óleos e graxas e umidade. Na Tabela 5 estão resumidos os resultados. A operação reduziu em aproximadamente 32% o teor de óleo e em 30% o teor de água. Em termos gerais, a amostra passou de um teor de fluidos de 36,5% para 25,4, passando de um estado liquefeito para uma situação mais compacta (torta).

Tabela 5: Valores de óleos e graxas e umidade.

Amostra bruta

Amostra prensada

Óleos e Graxas (%) 5,1 3,5

Umidade (%) 31,4 21,9

Em estudos anteriores, diferentes técnicas têm sido usadas para alterar as características, reduzir

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o volume e incorporar este resíduo em outra atividade industrial.

Cehin (2011) e Thome et al. (2012) realizaram um sistema adaptado de lavagem de solo (“Soil Washing”) com hidróxido de sódio para remoção da carga poluente existente no lodo oleoso. Os autores atingiram eficiência de remoção superior a 95% do contaminante oleoso numa temperatura de 60 ºC empregando uma solução de hidróxido de sódio com a concentração 0,22 mols/L.

Uma alternativa para o reuso do resíduo seco é descrita nos trabalhos de Bruxel (2011) e Bruxel et al. (2012), os quais propõem a sua incorporação na massa cerâmica. O estudo avaliou a incorporação de diferentes quantidades de lodo (sem a remoção prévia de óleo ou água) na massa cerâmica, sendo os corpos de prova produzidos em escala industrial. Os melhores resultados foram atingidos com a incorporação de 5% de lodo na massa cerâmica. Os autores comentam que o uso de percentuais superiores poderiam comprometer a qualidade, a resistência e a estética do tijolo; pois a fase oleosa, por ser volátil, aumenta a porosidade da peça cerâmica.

Para Bruxel (2011), a incorporação do resíduo na massa da cerâmica vermelha representa um destino final ambientalmente correto e que contribui para a inertização de elementos potencialmente tóxicos. Observa-se também que este procedimento pode gerar retornos financeiros tanto para as empresas beneficiadoras de gemas, a qual reduz o seu gasto para tratá-lo e dar o destino correto, como para a empresa produtora de cerâmica, a qual necessita comprar uma quantidade inferior de argila utilizada no processo de produção da cerâmica.

Acredita-se que, com o procedimento de extração parcial do óleo estudado neste trabalho, índices maiores de incorporação poderão ser utilizados.

4. Conclusão

Desenvolveu-se, em escala de laboratório, um equipamento capaz de remover parcialmente (aproximadamente 30%) do fluido existente no resíduo da operação de corte das ágatas. Observou-se que a remoção do fluido é altamente influenciada pela pressão aplicada. As maiores remoções da fração líquida ocorreram com 300g de amostra e pressão de 6,4 MPa. Os resultados obtidos mostram-se úteis para o dimensionamento de um equipamento de prensagem em escala industrial para atender a demanda regional. Em termos ambientais, o processo permite a redução do volume e da massa do resíduo e proporciona melhores condições de manuseio e amplia o potencial de aproveitamento do resíduo, como por exemplo na incorporação de materiais cerâmicos.

5. Agradecimentos

Os atores agradecem a empresa Gonsan Pedras por disponibilizar o lodo oleoso, ao CNPq pela concessão de bolsas de estudo e à Fapergs pelo apoio financeiro para o desenvolvimento do presente projeto de pesquisa.

6. Referencias Bibliográficas

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