REAPROVEITAMENTO DE RESÍDUO DA INDÚSTRIA SIDERÚRGICA NA FABRICAÇÃO DE CERÂMICA VERMELHA
F. M. Bertan1, O. R. K. Montedo1, F. J. Floriano1,2, R. Piccoli1 1
SENAI/CTCmat - Centro de Tecnologia em Materiais, R. General Lauro Sodré, 300 Cx. P. 3247, Bairro Comerciário, 88802330 Criciúma/SC – Brasil
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Universidade do Extremo Sul Catarinense/UNESC - Departamento de Engenharia de Materiais
RESUMO
As indústrias de fabricação e transformação de materiais produzem uma certa quantidade de resíduos que nem sempre são reaproveitados ou têm um destino ecologicamente incorreto. Um dos resíduos gerados pela indústria siderúrgica é conhecido como carepa, que contém 95 a 97% de ferro (forma metálica e de óxido). Uma das alternativas viáveis para diminuir os impactos ambientais é utilizá-lo no processo de fabricação de cerâmica vermelha. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é reaproveitar a carepa para a fabricação de produtos de cerâmica vermelha. Diferentes composições foram preparadas, moídas, compactadas e sinterizadas à 980ºC. Na seqüência, as composições foram caracterizadas com relação à absorção de água (AA), retração térmica linear e módulo de resistência à compressão (MRC). Os resultados mostraram que é possível reaproveitar o resíduo siderúrgico na produção de telhas e blocos cerâmicos.
Palavras-chave: cerâmica vermelha, resíduos, carepa.
INTRODUÇÃO
A Cerâmica tem um papel importante na economia do país, com participação no PIB (Produto Interno Bruto) estimado em 1%, correspondendo a cerca de 6 bilhões de dólares. A abundância de matérias-primas naturais, fontes alternativas de
energia e disponibilidade de tecnologias práticas embutidas nos equipamentos industriais, fizeram com que as indústrias brasileiras evoluíssem rapidamente e muitos tipos de produtos dos diversos segmentos cerâmicos atingissem nível de qualidade mundial com apreciável quantidade exportada. Entretanto, com o crescimento deste setor industrial, cresceu também a geração de resíduos industriais e a exigência dos órgãos ambientais e da sociedade por soluções ecologicamente corretas. Neste sentido, tem crescido a disseminação do conceito de conformidade ambiental e de ferramentas para redução da geração de resíduos, como Produção mais Limpa (P+L). Todavia, mesmo reduzindo-se a quantidade de resíduo gerada, precisa-se dar um destino racional e, preferencialmente, que valorize o resíduo atualmente produzido, como na confecção de produtos inertes e de maior valor agregado (1,2,3,4). Neste sentido, uma das alternativas poderia ser a produção de produtos de cerâmica vermelha (telhas, tijolos e blocos estruturais) com a utilização de carepa, objeto deste trabalho.
MATERIAIS E MÉTODOS
Para a realização deste trabalho foram, inicialmente, selecionadas duas matérias-primas (Taguá e Carepa). Na seqüência, as matérias-matérias-primas foram colocadas separadamente em um estufa de laboratório, CERAMIC INSTRUMENTS a 110 ± 5ºC por 2 h para a secagem completa. Após a secagem, a carepa foi moída a úmido em um moinho gira-jarro durante 8 h e o resíduo obtido ao final desta etapa foi de 5,0% em malha 325 mesh. Como o taguá já estava na forma de pó, foi somente determinado o resíduo cujo valor obtido foi de 35% em malha 325 mesh. Na seqüência, com auxílio de uma balança (precisão de 0,1 g) foram preparadas cinco composições. A Tabela I apresenta as composições preparadas a partir da carepa e do taguá. Cada composição foi homogeneizada a úmido (50% de água) em moinho gira-jarro por cerca de 1 h, secada em estufa 110 ± 5ºC por 2 h e desagregada. Para realizar a extrusão das composições P, A, B, C e D, foi necessário hidratá-las com 23, 20, 20, 17 e 14% em peso, respectivamente. A extrusão foi realizada em uma extrusora de laboratório NETZSCH, rotação do fuso 25 rpm e pressão de vácuo de 60 Pa. Os corpos de prova extrudados (em forma de tijolos) foram seccionados nas dimensões de aproximadamente 50 x 35 x 25 mm, medidos com auxílio de um paquímetro digital (resolução de 0,01 mm) para determinar a retração de secagem,
pesados em uma balança (0,01 g de precisão) para determinação da umidade após extrusão. Após esta etapa, os corpos de prova foram secos ao ar livre por 24 h, colocados em estufa por 2 h para a secagem completa e medidos novamente. A densidade aparente a seco foi determinada utilizando o princípio de Archimedes (empuxo de mercúrio). Na seqüência, os corpos de prova foram sinterizados em um forno MUFLA SCHALY a uma temperatura de 980ºC com taxa de aquecimento de 5ºC/min e patamar de 60 min. Após a sinterização do material, foi determinada a curva de retração térmica linear, densidade aparente, densidade real dos sólidos, módulo de resistência à compressão (máquina de ensaios mecânicos EMIC modelo DL 2.000, com capacidade de 2 tonf) de cada composição. Na seqüência, foram realizados testes para indução de eflorescência. As amostras foram colocas em um recipiente com água deionizada durante 1 h e posteriormente secas em estufa (110 ± 5ºC) por 2h. Durante o processo de secagem a água migra até a superfície do material e transporta os sais solúveis que estão no interior peça, tornando possível sua identificação. Este procedimento foi repetido 10 vezes para avaliar se o material apresenta ou não eflorescência.
Tabela I - Composições preparadas a partir da carepa e do taguá Composições Taguá (% em massa) Carepa (% em massa) P 100 - A 90 10 B 70 30 C 50 50 D 30 70 RESULTADOS E DISCUSSÃO
A Tabela II apresenta os resultados de umidade, retração térmica linear de secagem (RLs) e densidade aparente (Dap) a seco de cada uma das composições após a extrusão. Os resultados mostram que à medida que diminuiu o percentual de taguá, diminuiu o percentual de umidade necessário para a extrusão. Este resultado é esperado, já que a carepa não apresenta suficiente plasticidade para extrusão, o
que contribui para redução da plasticidade total da massa e também para a redução da retração de secagem.
Tabela II - Umidade, RLs e Dap a seco das composições preparadas Composições Umidade (% em massa) RLs (%) Dap a seco (g.cm-3) P 22,1 4,5 1,95 A 19,2 3,4 2,07 B 18,0 3,1 2,26 C 16,0 2,8 2,55 D 13,5 1,9 2,76
Como conseqüência disto, a RLs também diminuiu com a redução do percentual de material argiloso (taguá). Este fato indica que a adição de carepa ao taguá facilita o processo de secagem e reduz os riscos de aparecimento de defeitos oriundos desta etapa. Já o valor da Dap aumentou por que a carepa apresenta maior densidade real se comparada com o taguá.
A Figura 1 apresenta um comparativo entre retração térmica linear (RL) do taguá e das composições preparadas, sinterizadas a 980ºC (patamar de 60 min).
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 P A B C D Composições R e tr aç ão T é rm ica L in e ar ( % )
Nesta figura, podemos observar claramente que a RL diminuiu à medida que se aumentou a quantidade de carepa adicionada ao taguá. Isto mostra que a carepa proporciona ao material maior estabilidade dimensional, permitindo desta forma, controlar melhor o processo de queima na eventual fabricação de um determinado produto da indústria de cerâmica vermelha. Entretanto, a diminuição da RL não aumentou a absorção de água (AA) das composições. Pelo contrário, a adição de carepa ao taguá contribuiu para a redução da AA e a redução foi mais significativa nas composições com maior percentual de carepa (Figura 2).
6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5 11 P A B C D Composições Ab so rçã o D 'ág u a ( % ) 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Da p ( g .c m-3 )
Figura 2 - Absorção de água e Dap do taguá e das composições investigadas
Podemos observar ainda na Figura 2 que a Dap do material sinterizado aumentou gradativamente com a adição de carepa. Como já foi dito anteriormente, isso aconteceu porque a carepa apresenta maior densidade real se comparada com o taguá.
Os resultados do teste de indução a eflorescência demonstraram que a carepa não provoca esse efeito no material sinterizado. Para confirmar este fato, foram realizados mais 10 ciclos seguindo o mesmo procedimento já descrito anteriormente. A Figura 3 apresenta os resultados da resistência à compressão das composições. Observa-se claramente que a carepa afeta o módulo de resistência à compressão aumentando seu valor conforme a medida que o percentual de carepa adicionada ao taguá aumenta.
12 13 14 15 16 17 18 19 P A B C D Composições M .R. C ( M P a )
Figura 3 - Resistência à compreensão das composições elaboradas
CONCLUSÃO
Este trabalho apresentou um estudo do efeito da adição de carepa ao taguá. Os resultados mostraram que a composição contendo 70% em peso de carepa e 30% de taguá apresentou RLs de 1,9%, RL de 1,8%, AA de 7,6% e resistência à compressão de 18,3 MPa indicando potencial para emprego na indústria de cerâmica vermelha, para a produção de telhas e blocos cerâmicos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS
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Obtenção de pigmentos cerâmicos a base de óxido de ferro a partir de resíduos do setor siderúrgico. In: 48º Congresso Brasileiro de Cerâmica, 2004, Curitiba. Anais, 2004. v. 4. p. 1-7.
RECYCLING OF IRON INDUSTRY WASTE TO PRODUCTION OF ROOFS AND BRICKS
ABSTRACT
Materials manufacturing industry and transformation produce wastes that sometimes are no recycled or have an unsuitable ecological destination. The iron industry produces a kind of waste named steel scrap that has 95 to 97wt% of iron (metalic or oxide). One of the possible alternatives to diminuish the environmental impacts is to use it in the roof and brick manufacturing process. In this way, the objective of this work is to show the results of the recycling the steel scrap to the manufacturing of roofs and bricks. Different compositions were prepared, grounded, compacted, and sintered at 980ºC. In the following, the samples were characterized by water absorption, linear thermal shrinkage, and determination of compression resistance modulus. The results showed it is possible to recycle the steel scrap to manufacturing of roofs and bricks
