UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Faculdade de Engenharia Química
ANTÔNIO AUGUSTO MELO MALARD
AVALIAÇÃO AMBIENTAL DO SETOR DE
COPROCESSAMENTO NO ESTADO DE MINAS GERAIS
CAMPINAS
2016
ANTÔNIO AUGUSTO MELO MALARD
AVALIAÇÃO AMBIENTAL DO SETOR DE
COPROCESSAMENTO NO ESTADO DE MINAS GERAIS
Tese apresentada à
Faculdade de Engenharia Química da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Doutor em
ENGENHARIA QUÍMICA
Orientador: ELIAS BASILE TAMBOURGI
CAMPINAS
2016
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA TESE DEFENDIDA PELO ALUNO ANTÔNIO AUGUSTO MELO MALARD, E ORIENTADA PELO PROF. DR. ELIAS BASILE TAMBOURGIFicha catalográfica
Agência(s) de fomento e nº(s) de processo(s): FAPEMIG, 91701/12
Ficha catalográfica
Universidade Estadual de Campinas Biblioteca da Área de Engenharia e Arquitetura
Luciana Pietrosanto Milla - CRB 8/8129
Informações para Biblioteca Digital
Título em outro idioma: Environmental assessment of coprocessing sector in Minas Gerais
state
Palavras-chave em inglês:
Solid waste
Environmental pollution control Effluents - Minas Gerais (MG)
Área de concentração: Sistemas de Processos Químicos e Informática
Titulação: Doutor em Engenharia Química
Banca examinadora:
Elias Basile Tambourgi [Orientador] Luiz Carlos Bertevello
Juliana Ferrari Ferreira Secato Giovana da Silva Padilha Ana Paula Brescancini Rabelo
Data de defesa: 05-12-2016
Folha de aprovação
Essa versão corresponde a versão final da Tese de Doutorado defendida por
Antônio Augusto Melo Malard em 05 de dezembro de 2016.
____________________________________
Prof. Dr. Elias Basile Tambourgi
____________________________________
Prof. Dr. Luiz Carlos Bertevello
____________________________________
Prof
ª.Drª. Juliana Ferrari Ferreira Secato
____________________________________
Prof
ª.Drª. Giovana da Silva Padilha
____________________________________
Prof
ª.Drª. Ana Paula Brescancini Rabelo
Os originais das asssinaturas dos membros da banca se encontram no processo
acadêmico do aluno.
AGRADECIMENTOS
Os agradecimentos são a todos que de forma direta ou indireta contribuíram para arealização deste trabalho.
Ao meu orientador, Prof. Elias Tambourgi, pela valiosa orientação e ajuda fornecida no decorrer da pesquisa.
À minha esposa Luiza que sempre soube estar ao meu lado nos momentos difíceis, apoiando-me e incentivando-apoiando-me para a realização deste trabalho.
Aos meus pais Ronaldo e Marlene, pelo amor e incentivo. À FEAM, pelo apoio prestado para a realização do trabalho. À FAPEMIG,pelo suporte financeiro concedido para a pesquisa.
Aos colegas da FEAM, Adriana Cabral, Antônio Reis,Elias Soares, Flávio Ferreira, Isabela Luiz, Karine Marques, Robson Justino e Sarah Gusmãopor terem contribuído com o desenvolvimento do trabalho.
À Tânia Souza pelo apoio incondicional e pelas longas horas de discussão sobres os temas relacionados a tese.
À Ingrid Custódio pela enorme contribuição e ajuda na formatação.
Ao Humberto Lóes e Idalmo Montenegro, pelos conselhos e contribuições valiosas.
À todas as cimenteiras e blendeiras do estado de Minas Gerais, à ABCP e à FIEMG pelo suporte prestado.
RESUMO
O estado de Minas Gerais é o maior produtor de cimento do Brasil, possuindo doze empresas e dezoito fornos rotativos, totalizando uma capacidade instalada superior a dezenove milhões de toneladas de clínquer por ano. Desses empreendimentos, dez possuem licença ambiental para realizar o coprocessamento de resíduos, que consiste na substituição de matérias-primas e combustíveis convencionais por uma grande variedade de resíduos, incluindo os blends, que são misturas preparadas em unidades específicas para esse fim, denominadas popularmente de
blendeiras. No Estado existem oito dessas unidades, que juntas com as cimenteiras,
caracterizam o setor de coprocessamento. Tendo em vista a relevância desse setor, e considerando que o seu potencial poluidor é bem significativo, foi proposto a realização de uma avaliação ambiental, tomando como referência o gerenciamento dos resíduos sólidos nas cimenteiras e nas blendeiras, o controle das emissões atmosféricas geradas nos fornos rotativos das cimenteiras, com abordagem da influência dessas emissões na qualidade do ar no vetor norte da Região Metropolitana de Belo Horizonte, principal polo de fabricação de cimento do Brasil, o processo de licenciamento ambiental e a legislação aplicável ao coprocessamento em Minas Gerais, Deliberação Normativa COPAM nº 154/2010. As análises basearam-se em dados e informações obtidas nas visitas técnicas à todas as cimenteiras e
blendeiras existentes no Estado, por meio de um check list elaborado para essa finalidade, e
em investigação realizada no Sistema Integrado de Informação Ambiental (SIAM). Os resultados preliminares da investigação, subsidiaram a definição de quinze parâmetros ambientais, considerados os mais relevantes para avaliar as empresas que realizam o coprocessamento, para os quais foram definidas uma série de critérios, que permitiram pontuar os parâmetros em questão, e classificar as cimenteiras, levando em consideração o desempenho das blendeiras, suas fornecedoras. Nesse contexto, foram consideradas sete classes de desempenho ambiental – Péssimo, Muito Ruim, Ruim, Regular, Bom, Muito Bom e
Ótimo –, sendo que, duas empresas foram classificadas na classe Ruim e oito na classe Regular, demonstrando a necessidade de normas e procedimentos de operação mais efetivos,
bem como uma legislação mais abrangente e detalhada, além de modificações no processo de licenciamento ambiental, para o alcance de um desempenho ambiental mais eficiente nos empreendimentos.
Palavras chave:Coprocessamento; Combustíveis;Cimenteiras;Blendeiras; Resíduos Sólidos;Emissões atmosféricas;Controle ambiental; Desempenho ambiental; Minas Gerais.
ABSTRACT
The State of Minas Gerais is a major producer of cement in Brazil, with twelve enterprises and eighteen rotary kilns, with a total installed capacity of nineteen million tons of clinker a year. Ten of these enterprises have environmental license to carry out the co-processing of waste, consisting in the replacement of raw materials and conventional fuels by a wide variety of wastes, including blends, mixtures prepared in specific units for this purpose, popularly called blendeiras. In the State there are eight of these units, which with together the cement industry, characterize the co-processing sector. Given the sector relevance, and considering that their pollution potential is significant, it was proposed to do an environmental assessment, taking as reference the management of solid waste in the cement industry and in the blendeiras, the control of atmospheric emissions generated in the rotary kilns of cement plants, with approach to influence of these emissions on air quality in northern vector of the Metropolitan Region of Belo Horizonte, the main center for cement production in Brazil, the environmental licensing process and legislation applicable to co-processing in Minas Gerais, Deliberação Normativa COPAM nº 154/2010. The reviews were based on data and information obtained in technical visits to all the State cement plants and blendeiras through a
check list prepared to this purpose, and in research carried out in the Integrated Environmental
Information System (Sistema Integrado de Informação Ambiental – SIAM). The preliminary research results, subsidized a definition of fifteen environmental parameters, considered the most relevant to evaluate the performance level of the companies that perform coprocessing, for which a series of criteria were defined, which allowed to point such parameters, and to classify the cement plants, taking into account the performance of blendeiras, it’s suppliers. In this context, seven categories of environmental performance were taken into account – Poor,
Very Bad, Bad, Regular, Good, Very Good and Excellent –, where two enterprises were
included in the category Bad and eight in the category Regular, demonstrating the need for rules and more effective operating procedures, as well as a more embracing and detailed legislation, plus changes in the environmental licensing process, to achieve a more efficient environmental performance in the enterprises.
Keywords: Co-processing; Fuels; Cement industry;Blendeiras; Solid waste; Atmospheric emissions; Environmental control; Environmental performance; Minas Gerais.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 2.1: Consumo de cimento no Brasil ao longo dos anos. ... 27
Figura 2.2: Produção global de cimento e porcentagem da população mundial em áreas urbanas desde 1950. ... 28
Figura 2.3: Preço do cimento em 2012 em vários países (US$/tonelada). ... 31
Figura 2.4: Evolução do preço do cimento no Brasil em US$/tonelada. ... 31
Figura 2.5: Participação regional na produção de cimento. ... 32
Figura 2.6: Distribuição dos fornos rotativos no estado de Minas Gerais por faixas de capacidade instalada (t/mês). ... 34
Figura 2.7: Número de fornos rotativos nas empresas do estado de Minas Gerais. ... 34
Figura 2.8: Localização das cimenteiras e blendeiras no estado de Minas Gerais. ... 37
Figura 2.9: Vista de um forno rotativo. ... 39
Figura 2.10: Vista do sistema de pré aquecimento e resfriamento dos efluentes gasosos. ... 41
Figura 2.11: Vista da caixa de fumaça. ... 41
Figura 2.12: Zonas de reação com gradientes de temperatura e tempos de residência para um forno rotativo via seca com pré-aquecedor e pré-calcinador. ... 43
Figura 2.13: Esquema de um forno rotativo com torre de ciclones, pré-calcinador e resfriador. ... 44
Figura 2.14: Processo simplificado de fabricação do cimento. ... 45
Figura 2.15: Evolução da representatividade das principais fontes de energia usadas em cimenteiras do Brasil ao longo do tempo. ... 47
Figura 2.16: Combustíveis utilizados nos fornos de clínquer no estado de Minas Gerais. ... 49
Figura 2.17: Pontos de alimentação de resíduos para coprocessamento. ... 50
Figura 2.18: Estimativa do uso de combustíveis alternativos no período de 2006-2050. ... 55
Figura 2.19: Evolução da quantidade de resíduos coprocessados no Brasil em 1.000 t. ... 56
Figura 2.20: Exemplos de alimentação de combustíveis e matérias-primas alternativas. ... 56
Figura 2.21: Resíduos coprocessados no Brasil em 2014. ... 57
Figura 2.22: Modelo de Processamento de RSU. ... 63
Figura 2.23: Etapas de processamento de RSU município de Cantagalo-RJ. ... 63
Figura 2.24: Localização geográfica das UTC’s , blendeiras e Unidades de Coprocessamneto instadas no estado de Minas Gerais. ... 65
Figura 3.2: Tipologias de resíduos destinadas a atividade de coprocessamento no estado de
Minas Gerais. ... 72
Figura 3.3: Representatividade dos resíduos utilizados no coprocessamento no estado de Minas Gerais. ... 74
Figura 3.4: Resíduos processados nas blendeiras do estado de Minas Gerais no ano de 2014. ... 75
Figura 3.5: Origem dos resíduos recebidos pelas blendeiras do estado de Minas Gerais. ... 75
Figura 3.6: Procedimentos e operações nas blendeiras. ... 78
Figura 3.7: Armazenamento aleatório de resíduos, sem baias de separação e identificação dos resíduos a serem utilizados na mistura. ... 83
Figura 3.8: Armazenamento aleatório de resíduos químicos, com ausência de baia com dique de contenção e identificação. ... 83
Figura 3.9: Galpão com canaleta e caixa de contenção de líquidos instaladas em local inadequado (externo ao galpão). ... 84
Figura 3.10: Área de armazenamento sem cobertura e fechamento lateral, com impermeabilização precária. ... 84
Figura 3.11: Área de armazenamento aleatória, sem cobertura e fechamento lateral. ... 85
Figura 3.12: Galpão sem fechamento lateral , tanque de armazenamento de resíduos líquidos e pastosos no limite de capacidade e ausência de áreas de contenção. ... 85
Figura 3.13: Ausência de balança de pesagem e barreira de acesso da carga à entrada da empresa. ... 86
Figura 3.14: Sucatas metálicas contaminadas e embalagens primárias do processo a espera de destinação final. ... 87
Figura 3.15: Perfil dos resíduos gerados nas cimenteiras em 2014. ... 88
Figura 3.16: Diagnóstico dos resíduos declarados no inventário 2015 (ano base 2014). ... 89
Figura 3.17: Área de armazenamento irregular em todos os quesitos técnicos. ... 90
Figura 3.18: Área de armazenamento em condições precárias de infraestrutura e operação. .. 90
Figura 3.19: Área de armazenamento de resíduos perigosos com acondicionamento e identificação de resíduos de forma irregular. ... 91
Figura 3.20: Principais destinações dos resíduos gerados nas cimenteiras. ... 91
Figura 3.21: Vista longitudinal da área de armazenamento e mistura dos combustíveis alternativos utilizados nas cimenteiras. ... 92
Figura 3.22: Freqüência de envio de relatórios de automonitoramento de emissões atmosféricas realizados pelas cimenteiras em 2014. ... 95
Figura 3.23: Sistemas de despoeiramento por número de fornos rotativos em Minas Gerais. . 99
Figura 3.24: Emissão atmosférica em um forno rotativo no momento de desligamento do filtro eletrostático. ... 101
Figura 3.25: Croqui esquemático identificando os ciclos internos e externos de componentes voláteis no sistema-forno com pré-aquecedor – tipo torre de ciclones. ... 113
Figura 3.26: Localização das três cimenteiras situadas no vetor norte da RMBH. ... 123
Figura 3.27: Evolução das concentrações médias anuais para o parâmetro PTS em Vespasiano. ... 124
Figura 3.28: Evolução das concentrações médias anuais para o parâmetro PM10 em Vespasiano. ... 125
Figura 3.29: Evolução das concentrações médias anuais para o parâmetro PM10 em Pedro Leopoldo. ... 126
Figura 3.30: Evolução das concentrações médias anuais para o parâmetro PTS em Matozinhos. ... 127
Figura 3.31: Rosa dos ventos da região estudada. ... 129
Figura 3.32: Concentração média diária de MP. ... 130
Figura 3.33: Concentração média anual de MP. ... 131
Figura 3.34: Concentração média anual de SOx. ... 132
Figura 3.35: Concentração média diária de SOx. ... 132
Figura 3.36: Concentração média horária de NOx. ... 133
Figura 3.37: Concentração média anual de NOx. ... 134
Figura 3.38: Distribuição das emissões de GEE do setor energético por subsetores – ano base 2010... 135
Figura 3.39: Emissão no setor cimenteiro latino-americano cenário global - Potencial de redução de ações específicas. ... 138
Figura 4.1: Marco regulatório da atividade de coprocessamento no Brasil. ... 140
Figura 4.2: Resultados de automonitoramento de MP dos fornos de clínquer em 2014. ... 161
Figura 4.3: Resultados de automonitoramento de SOx dos fornos de clínquer em 2014. ... 162
Figura 4.4: Resultados de automonitoramento de SOx dos fornos de clínquer em 2014. ... 164
Figura 4.5: Resultados de automonitoramento de HF dos fornos de clínquer em 2014. ... 166
Figura 4.6: Resultados de automonitoramento de HCl dos fornos de clínquer em 2014. ... 167
Figura 4.7: Resultados de automonitoramento de THC dos fornos de clínquer em 2014. ... 168
Figura 4.8: Resultados de automonitoramento do somatório de tolueno, etilbenzeno e xileno dos fornos de clínquer em 2014. ... 169
Figura 4.9: Resultados de automonitoramento de benzeno dos fornos de clínquer em 2014. 169
Figura 4.10: Resultados de automonitoramento de dioxinas e furanos dos fornos de clínquer
em 2014. ... 171
Figura 4.11: Resultados de automonitoramento de mercúrio dos fornos de clínquer em 2014. ... 175
Figura 4.12: Resultados de automonitoramento de tálio dos fornos de clínquer em 2014. .... 176
Figura 4.13: Resultados de automonitoramento de cádmio dos fornos de clínquer em 2014. ... 176
Figura 4.14: Resultados de automonitoramento de metais classe 1 dos fornos de clínquer em 2014... 177
Figura 4.15: Resultados de automonitoramento de metais classe 2 dos fornos de clínquer em 2014... 178
Figura 4.16: Resultados de automonitoramento de metais classe 3 dos fornos de clínquer em 2014... 178
Figura 4.17: Resultados de automonitoramento de metais classe 1 + 2 dos fornos de clínquer em 2014. ... 179
Figura 4.18: Resultados de automonitoramento de metais classe 1 + 3 dos fornos de clínquer em 2014. ... 180
Figura 4.19: Resultados de automonitoramento de metais classe 2 + 3 dos fornos de clínquer em 2014. ... 180
Figura 5.1: Consumo de matérias-primas e combustíveis alternativos. ... 207
Figura 5.2: Histograma de notas aleatórias utilizando o método estatístico de Sturges. ... 209
Figura 5.3: Gráfico de distribuição normal. ... 210
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1: Produção de cimento no mundo. ... 30
Tabela 2.2: Produção de cimento no Brasil em 2013 por estado e região (em 1.000 toneladas). ... 33
Tabela 2.3: Principais características dos combustíveis convencionais usados nas cimenteiras. ... 49
Tabela 2.4: Parâmetros comparativos entre as características do forno de clínquer e do incinerador. ... 51
Tabela 2.5: Exemplos de poder calorífico de diferentes resíduos usados como combustível. . 57
Tabela 2.6: Composição química dos pneus inservíveis. ... 60
Tabela 2.7: Composição gravimétrica dos RSU no estado de Minas Gerais. ... 61
Tabela 3.1: Médias de emissões atmosféricas em fornos de clínquer na Europa. ... 94
Tabela 3.2: Emissões decorrentes de desligamentos de filtros eletrostáticos. ... 100
Tabela 3.3: Eficiência do uso de técnicas de remoção de SOx. ... 104
Tabela 3.4: Temperaturas de volatilização de metais. ... 112
Tabela 3.5: Equipamentos de controle de poluição do ar e suas eficiências (%) para captura de metais. ... 115
Tabela 3.6: Resultados de retenção de metais decorrentes de testes com inserção de combustíveis alternativos em forno de clínquer. ... 118
Tabela 3.7: Padrões de Qualidade do Ar. ... 119
Tabela 3.8: Índice da Qualidade do Ar por poluente. ... 119
Tabela 3.9: Estações de monitoramento da qualidade do ar das cimenteiras do estado de Minas Gerais. ... 120
Tabela 3.10: Distância dos empreendimentos localizados na RMBH de centros urbanos. .... 122
Tabela 3.11: Redes de monitoramento da qualidade do ar de cimenteiras localizadas no vetor norte da RMBH. ... 124
Tabela 3.12: Cenários de indicadores de desempenho no mundo. ... 138
Tabela 3.13: Geração de GEE a partir do uso de combustíveis. ... 139
Tabela 4.1: Grau de cumprimento de cada um dos pontos contidos na DN COPAM nº 154/2010. ... 145
Tabela 4.2: Teores máximos de metais para entrada no forno e PCI mínimo (substituição de combustível). ... 150
Tabela 4.4: Comparação entre os padrões de emissão para dioxinas e furanos (ng/Nm3, corrigido a 10% de O2). ... 170 Tabela 4.5: Padrões de emissões atmosféricas para coprocessamento em forno rotativo. ... 173
Tabela 4.6: Padrões de emissões de materiais particulados inorgânicos para coprocessamento em forno rotativo. ... 183
Tabela 5.1: Desvios padrão das notas aleatórias. ... 210
Tabela 5.2: Faixas para classificação do desempenho ambiental das cimenteiras ... 211
Tabela 5.3: Notas obtidas pelas cimenteiras do estado de Minas Gerais que realizam o coprocessamento de acordo com os parâmetros e os critérios estabelecidos. ... 212
Tabela 5.4: Resultado da classificação do desempenho ambiental das 10 cimenteiras que realizam o coprocessamento no estado de Minas Gerais. ... 212
LISTA DE QUADROS
Quadro 2.1: Desenvolvimento de sistemas de fornos para fabricação de cimento. ... 28
Quadro 2.2: Empresas fabricantes de cimento no estado de Minas Gerais. ... 36
Quadro 2.3: Empresas de blendagem no estado de Minas Gerais. ... 36
Quadro 2.4: Princípios do coprocessamento segundo GTZ-Holcim. ... 53
Quadro 3.1: Caracterização dos resíduos destinados para coprocessamento no estado de Minas Gerais. ... 72
Quadro 3.2: Vantagens e desvantagens da formação de blends. ... 80
Quadro 3.3: Classificação dos resíduos gerados. ... 87
Quadro 3.4: Principais tecnologias de controle das emissões de NOx. ... 103
Quadro 3.5: Classificação de metais pesados, segundo a volatilidade conforme o autor indicado. ... 114
Quadro 3.6: Classificação dos metais pesados. ... 116
Quadro 4.1: Critérios de enquadramentos das atividades de fabricação de cimento, coprocessamento de resíduos e UMPCR. ... 185
Quadro 4.2: Grau de cumprimento de cada um dos itens solicitados na Resolução CONAMA nº 264/1999 para o licenciamento das UMPCRs por empresa. ... 197
Quadro 5.1: Parâmetros selecionados no trabalho, divididos por grupos. ... 202
Quadro 5.2: Pesos aplicados aos parâmetros adotados. ... 203
Quadro 5.3: Parâmetros e critérios utilizados para classificação das cimenteiras que realizam coprocessamento no estado de Minas Gerais. ... 204
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
Ag Prata
AGV Amostrador de Grande Volume Al2O3 Alumina
ART Anotação de Responsabilidade Técnica
As Arsênio
Ba Bário
BAT Best Available Techniques
Be Berílio
BREF BAT Reference Documents
BTEX Benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos CaCO3 Carbonato de cálcio
CaO Óxido de cálcio
CCS Carbon Capture and Storage
Cd Cádmio
CDR Certificado de Destinação de Resíduos CDR Combustível Derivado de Resíduo
CETESB Companhia Ambiental do Estado de São Paulo CHN Carbono, hidrogênio e nitrogênio
Cl Cloro
CNTP Condições Normais de Temperatura e Pressão
CO Monóxido de carbono
Co Cobalto
CO2 Dióxido de carbono
COV Compostos Orgânicos Voláteis COT Total de Carbono Orgânico
CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente
COPAM Conselho de Política Ambiental do Estado de Minas Gerais
CP Cimento Portland
CPTEC Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos
CSI Cement Sustainability Initiative
Cu Cobre
DAE Diâmetro Aerodinâmico Equivalente DDT Diclorodifeniltricloroetano
DN Deliberação Normativa
ECPA Equipamento de controle de poluentes atmosféricos EDA Estudo da Dispersão Atmosférica
EDR Eficiência de destruição e remoção EIA Estudo de Impacto Ambiental EPA Environmental Protection Agency
EU European Union
F Flúor
Fe2O3 Óxido de ferro
FEAM Fundação Estadual do Meio Ambiente GEE Gases de Efeito Estufa
GNR Getting the Numbers Right
GTZ Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit GmbH HCl Ácido clorídrico
HF Ácido Fluorídrico
Hg Mercúrio
HPA Hidrocarbonetos Poliaromáticos
IBAMA Instituto Brasileiro de Meio Ambiente e Recursos Naturais Renováveis IGAM Instituto Mineiro de Gestão das Águas
INPE Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change IQA Índice de Qualidade do Ar
ISO InternationalStandardization forOrganization Kcal Quilocaloria Km Quilômetros LI Licença de Instalação LO Licença de Operação LP Licença Prévia MJ Milijoule Mn Manganês
MP Material Particulado
NBR Norma Brasileira Regulamentadora
Ni Níquel
NOx Óxidos de nitrogênio
OMS Organização Mundial da Saúde PAN Nitratos de Peroxiacetilas
Pb Chumbo
PCA Plano de Controle Ambiental PCB Policlorobifenilos
PCDD Dibenzo-para-dioxinas policloradas PCDF Dibenzofuranos policlorados
PCI Poder calorífico inferior
PCOP Principais Compostos Orgânicos Perigosos PM10 Partículas menores que 10 micrometros
PMEA Plano de Monitoramento de Emissões Atmosféricas PNRS Política Nacional de Resíduos Sólidos
POP Poluente Orgânico Persistente PQAr Padrão de Qualidade do Ar
Pt Platina
PTS Partículas Totais em Suspensão
RADA Relatório de Avaliação de Desempenho Ambiental RCA Relatório de Controle Ambiental
Rh Ródio
RIMA Relatório de Impacto Ambiental
RMBH Região Metropolitana de Belo Horizonte RSS Resíduos de serviço de saúde
S Enxofre
Sb Antimônio
SCR Redução Catalítica Seletiva
Se Selênio
SEMAD Secretaria Estadual de Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável de Minas Gerais
SiO2 Dióxido de silício
SNIC Sindicato Nacional da Indústria de Cimento SIAM Sistema Integrado de Informação Ambiental SOx Óxidos de enxofre
SPL Spent Pot Lining
SUPRAM Superintendência Regional de Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável TCDD Tetraclorodibenzo-p-dioxina
Te Telúrio
TEP Tonelada Equivalente de Petróleo TEQ Total de toxicidade equivalente THC Hidrocarbonetos Totais
Tl Tálio
TMB Tratamento Mecânico e Biológico TR Termo de Referência
UMPCR Unidades de Mistura e Pré-condicionamento de Resíduos UNEP United Environment Programme
V Vanádio
WBCSD World Business Council for Sustainable Development
SUMÁRIO
1.INTRODUÇÃO ... 20
1.1.Objetivos... ... 23
2.PANORAMA GERAL DA INDÚSTRIA CIMENTEIRA ... 25
2.1.Histórico da produção de cimento ... 25
2.2.Perfil da indústria de cimento no Brasil e em Minas Gerais ... 29
2.2.1.Localização do parque industrial em Minas Gerais ... 35
2.3.O processo produtivo do cimento ... 38
2.3.1.Matérias-primas ... 38
2.3.2.Descrição do processo produtivo ... 38
2.4.Combustíveis utilizados no setor de cimento ... 46
2.5.Coprocessamento de resíduos ... 50
3.AVALIAÇÃO AMBIENTAL DO SETOR ... 66
3.1.Avaliação do gerenciamento de resíduos sólidos ... 67
3.1.1.Resíduos industriais utilizados no coprocessamento no estado de Minas Gerais ... 70
3.1.2.Gerenciamento nas unidades de blends ... 76
3.1.3.Gerenciamento nas cimenteiras ... 87
3.2.Avaliação do controle das emissões atmosféricas ... 93
3.2.1.Emissão de poluentes e seu controle no coprocessamento ... 94
3.2.2.Qualidade do ar ... 118
3.2.3.Modelagem das emissões atmosféricas dos fornos de clínquer na região metropolitana de Belo Horizonte ...121
3.2.4.Geração de gases de efeito estufa ... 134
4.ANÁLISE DO LICENCIAMENTO E LEGISLAÇÕES AMBIENTAIS APLICÁVEIS AO SETOR NO ESTADO DE MINAS GERAIS ... 140
4.1.Avaliação da DN COPAM nº 154/2010 ... 141
4.1.1.Avaliação dos padrões de emissões atmosféricas da DN COPAM nº 154/2010 ... 158
4.2.Avaliação dos procedimentos de licenciamento ambiental das atividades relacionadas ao coprocessamento no estado de Minas Gerais ... 184
4.2.1.Coprocessamento nas cimenteiras ... 186
4.2.2.Unidades de mistura e pré-condicionamento de resíduos ... 192
5.PARÂMETROS E CRITÉRIOS PARA AVALIAR O DESEMPENHO AMBIENTAL DAS CIMENTEIRAS QUE REALIZAM COPROCESSAMENTO ... 201
5.1.Classificação das cimenteiras que realizam coprocessamento no estado de Minas Gerais ... 208
6.CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ... 214 REFERÊNCIAS... ... 222 ANEXO A...232 ANEXO B...237 ANEXO C...243 ANEXO D...244 ANEXO E...245 ANEXO F...246
1. INTRODUÇÃO
Com o crescimento da população mundial aliado à industrialização, é crescente a quantidade de resíduos industriais gerados no planeta, sendo que sua destinação ainda apresenta dificuldades a serem atenuadas.
A indústria do cimento surge neste contexto como uma alternativa para a correta destinação de resíduos, por meio da técnica do coprocessamento, que utiliza resíduos como substitutos de matérias-primas e combustíveis nos seus fornos de clínquer. Esses resíduos podem ser alimentados nos fornos separadamente, ou em forma de blends, que são misturas de vários resíduos, homogeneizados em unidades específicas para esse fim, denominadas Unidades de Mistura e Pré-condicionamento de Resíduos – UMPCR, ou popularmente,
blendeiras.
O estado de Minas Gerais tem um grande potencial de adoção da prática do coprocessamento, por ser o maior produtor de cimento do Brasil, possuindo, atualmente, doze indústrias em operação, totalizando dezoito fornos rotativos, que, juntos, são responsáveis por cerca de 20% da capacidade instalada do país.
Dados do World Business Council for Sustainable Development (WBCSD) indicam que para produzir uma tonelada de cimento, é necessário o equivalente a 60 a 130 kg de combustível e 110 kWh de energia elétrica, sendo 40% dessa energia elétrica usada nas operações de moagem (MADLOOLet al., 2013). Esse perfil de consumo justifica a preocupação do segmento cimenteiro com a busca por insumos energéticos alternativos, visto a representatividade da energia no custo final do produto (SOARESet al., 2015). Apesar do principal objetivo do setor ser o aproveitamento de resíduos nos fornos de clínquer em substituição aos combustíveis convencionais, o uso de resíduos como matérias-primas também é amplamente aplicado.
O coprocessamento em fornos de clínquer é um processo de tratamento de resíduos, configurando como uma das alternativas disponíveis para o adequado gerenciamento, mas que deve respeitar a hierarquia definida na Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS): não geração, redução, reutilização, reciclagem, tratamento e disposição final. Dessa forma, essa tecnologia somente deve ser utilizada quando não for possível várias ações de gerenciamento.
Entre as justificativas para a adoção da prática do coprocessamento, usadas principalmente pelo setor cimenteiro, citam-se a redução dos custos de produção; a redução do consumo de combustíveis fósseis e da emissão de CO2, principal gás do efeito estufa; o aproveitamento de resíduos que poderiam ser destinados a aterros ou ter disposições finais inadequadas; o aproveitamento do potencial energético dos resíduos; a ausência de cinzas no processo de coprocessamento e consequentemente minimização dos impactos associados à sua disposição em aterros.
Apesar dos inúmeros benefícios obtidos com o coprocessamento de resíduos, ainda existem muitos questionamentos quanto aos reais impactos ambientais gerados, principalmente relacionados às emissões atmosféricas. A indústria de cimento já possui elevado potencial poluidor associado a esse aspecto ambiental, que pode ser potencializado ao realizar o coprocessamento de determinados resíduos.
As emissões atmosféricas decorrentes da atividade de coprocessamento de resíduos em fornos de clínquer são compostas por diversas substâncias, tais como material particulado (MP), óxidos de enxofre (SOx), óxidos de nitrogênio (NOx), monóxido de carbono (CO) e dióxido de carbono (CO2), compostos orgânicos voláteis (COV), gases ácidos, metais e micro poluentes orgânicos. A falta de controle dessas emissões pode provocar danos a saúde humana, desde problemas na pele e irritação nos olhos, até doenças respiratórias, cardiovasculares e cancerígenas. De acordo com Siqueira (2005), a população pode ter contato com essas emissões pelo ar ambiente, quando os compostos podem ser inalados ou entrar em contato direto com a pele, ou em virtude de sua deposição no solo, águas superficiais e subterrâneas, a partir principalmente da ingestão de água ou alimento cultivado em solos com contaminantes depositados. Em Minas Gerais, vários empreendimentos estão localizados próximos a centros populacionais, fazendo com que o adequado controle dessas emissões seja ainda mais importante.
Além disso, a prática do coprocessamento, por trabalhar com resíduos perigosos, necessita que as cimenteiras e as blendeiras, tenham um excelente sistema de gerenciamento de resíduos, incluindo o transporte, manuseio e armazenamento temporário, de forma a minimizar os riscos associados a atividade.
Atenuar esses impactos é um desafio para as cimenteiras, sendo que no geral, muito ainda pode ser feito para o alcance de um desempenho ambiental mais satisfatório.
A escolha do tema desta tese de doutorado deve-se à necessidade de se realizar um diagnóstico ambiental atualizado do setor de coprocessamento em Minas Gerais, que tem grande relevância na economia estadual, além de ser uma atividade de elevado potencial poluidor. Além disso, o autor acompanha o setor como funcionário da Fundação Estadual do Meio Ambiente (FEAM), sendo que o conteúdo desta tese configurará um produto deste órgão ambiental.
O trabalho está dividido em seis capítulos. Esta introdução equivale ao primeiro. O segundo capítulo apresenta um breve histórico da produção de cimento e da atividade de coprocessamento no mundo e no Brasil, o perfil do setor no país e em Minas Gerais, destacando a localização do polo produtor e sua relevância na economia. Também nesse capítulo é feita uma descrição detalhada do processo produtivo.
O terceiro capítulo inicia-se com a descrição da metodologia aplicada no desenvolvimento deste trabalho de tese, a qual previu a revisão da literatura existente sobre o tema, o levantamento de dados e informações junto ao acervo da FEAM, e a pesquisa de campo, realizada por meio de vistorias técnicas às instalações industriais das doze cimenteiras e oito blendeiras do estado de Minas Gerais para aplicação de questionários (na forma de check list). Com esse universo de informações e dados, realizou-se uma série de avaliações sobre a utilização de matérias-primas e combustíveis alternativos nos fornos de clínquer, o controle das emissões atmosféricas, incluindo uma avaliação da qualidade do ar no vetor norte da Região Metropolitana de Belo Horizonte (RMBH), considerado o maior polo cimenteiro do país, e as práticas de gerenciamento de resíduos sólidos nas cimenteiras e nas blendeiras.
O check list contém inúmeras informações referentes ao processo produtivo, sistemas de controle ambiental, resultados de automonitoramento, além de informações administrativas. De maneira a complementar os dados coletados na pesquisa de campo, foram levantadas informações nos arquivos da FEAM, por meio do Sistema Integrado de Informação Ambiental (SIAM), no qual se tem acesso aos documentos que compõem os processos de licenciamento ambiental.
No quarto capítulo é realizada uma análise das legislações ambientais inerentes ao setor, com ênfase na Deliberação Normativa COPAM nº 154/2010, aplicável especificamente ao estado de Minas Gerais. Também é feita uma avaliação dos procedimentos de licenciamento ambiental da atividade em Minas Gerais.
O quinto capítulo refere-se a uma avaliação do desempenho ambiental dos dez empreendimentos cimenteiros no estado de Minas Gerais que realizam a prática de coprocessamento, complementando, portanto, o capítulo 3, que aborda uma avaliação setorial. Foram estabelecidos quinze indicadores relacionados a energia e matérias-primas, resíduos sólidos, emissões atmosféricas e estudos ambientais, que por meio de uma série de critérios, são pontuados.
Os critérios utilizados para a classificação e a avaliação do desempenho ambiental das cimenteiras foram aplicados a todos os dez empreendimentos que realizam o coprocessamento no estado de Minas Gerais, o que permitiu associar notas a cada um deles e estabelecer um ranking, sem no entanto identificar os nomes, haja vista que o objetivo do trabalho é avaliar o setor e não cada empreendimento isoladamente.
O sexto capítulo destaca as principais evidências reveladas pela pesquisa, apresentando conclusões para cada uma das avaliações realizadas, além de registrar recomendações para o órgão ambiental e desenvolvimento de trabalhos futuros, pois, em vista da quantidade excessiva de dados compilados e analisados, alguns deles necessitam ser mais detalhados, evidenciando uma enorme gama de oportunidades para a realização de outros estudos.
Os dados obtidos no levantamento realizado foram inseridos ao longo do trabalho, de acordo com os temas abordados, de modo a facilitar a leitura. Dessa forma, já no capítulo 2 esses dados são encontrados.
Este trabalho também é um meio de apresentar às empresas do setor informações e avaliações acerca das melhores tecnologias disponíveis para controle dos principais impactos ambientais e visa incentivar os empreendimentos a se adequarem conforme os critérios estabelecidos para o desempenho ambiental.
1.1. Objetivos
O objetivo principal deste trabalho foi fazer uma avaliação ambiental do setor de coprocessamento no estado de Minas Gerais. Como objetivos secundários destacam-se:
(a) avaliar as ações de gerenciamento dos resíduos sólidos nas cimenteiras e nas
(b) avaliar o controle das emissões atmosféricas geradas nos fornos rotativos das cimenteiras que realizam a atividade de coprocessamento;
(c) avaliar a influência das emissões atmosféricas das cimenteiras, localizadas no vetor norte da RMBH, na qualidade do ar;
(d) avaliar as legislações aplicáveis ao setor de coprocessamento, com ênfase na Deliberação Normativa COPAM n° 154/2010;
(e) avaliar os procedimentos do licenciamento ambiental para a atividade de coprocessamento no estado de Minas Gerais;
(f) classificar e avaliar o desempenho ambiental das cimenteiras que realizam o coprocessamento.
2. PANORAMA GERAL DA INDÚSTRIA CIMENTEIRA
2.1. Histórico da produção de cimento
De acordo com a Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP), o cimento é um pó fino com propriedades aglomerantes, aglutinantes ou ligantes, que endurece sob ação da água. O cimento é o principal responsável pela transformação da mistura dos materiais componentes dos concretos e das argamassas.
A história do cimento começa antes do século XVIII, mas o grande passo para o seu desenvolvimento ocorreu por volta de 1756 quando o inglês John Smeaton, por meio da calcinação de calcários moles e argilosos, obteve um produto de alta resistência. Na época, havia um grande empenho de cientistas europeus visando a descoberta da fórmula perfeita para a obtenção do ainda pouco desenvolvido cimento hidráulico (MANTEGAZZA, 2004).
Em 1824, o inglês Joseph Aspdin patenteou o cimento, que ele chamou de Cimento Portland, porque se parecia com uma pedra extraída na Ilha de Portland, na costa inglesa. A receita de Aspdin consistiu numa mistura de calcário e argila, pulverizados, queimados e retificados em cimento. Ele descobriu que essa mistura, transformada num pó fino, apresentava propriedades ligantes, que após a hidratação e a secagem tornava-se tão dura quanto as pedras utilizadas nas construções (VERMA, 2011).
As iniciativas pioneiras visando a produção de cimento Portland no Brasil datam de 1888, quando o engenheiro Louis Felipe Alves da Nóbrega e o comendador Antônio Proost Rodovalho iniciaram os trabalhos de prospecção de calcário. Nóbrega foi o primeiro a produzir o cimento, porém, durante apenas três meses em 1892. Rodovalho, por sua vez, acabou instalando uma fábrica em Santo Antônio/SP, a qual, após várias partidas e interrupções, encerrou as atividades por volta de 1918. Em 1912, uma terceira iniciativa para implantação de uma fábrica de cimento ocorreu no Espírito Santo, porém, sem sucesso, nunca conseguiu operar regularmente, tendo suas atividades definitivamente encerradas em 1958 (MANTEGAZZA, 2004).
A Companhia Brasileira de Cimento Portland, instalada no município de Perus/SP em 1924, é considerada o verdadeiro marco da atividade cimenteira no país. Seu produto, o cimento nacional, começou a ser comercializado em 1926, com uma produção anual de 13 mil toneladas, época em que a importação do produto atingia 400 mil toneladas anuais. Em 1929,
a empresa já produzia 96 mil toneladas, conquistando em definitivo o mercado que, no início, desconfiava da qualidade do produto nacional (BATTAGIN, s.d, apud MANTEGAZZA, 2004). Em 1933, a produção nacional começava a ultrapassar as importações. A participação de produtos importados oscilou durante as décadas seguintes, até praticamente desaparecer nos dias de hoje.
Entre 1945 e 1955 o setor inaugurou 16 novas fábricas no Brasil, e desde então o país se tornou autossuficiente no consumo de cimento (SNIC, 2013).
Conforme apresentado na Figura 2.1, a produção brasileira sofreu grandes variações de consumo e consequentemente de produção no decorrer dos anos, com grandes saltos na década de 70, conhecida como o milagre econômico, quando vinte e duas novas fábricas de cimento foram instaladas no país, e a partir de 2004 com o crescimento da economia brasileira. Após o ano 2000, houve uma queda devido à uma crise que afetou o setor de construção civil. A partir do ano 2004, com o marco regulatório da construção civil, o incentivo à construção imobiliária, entre outros fatores, a atividade da construção civil apresentou um forte crescimento e consequentemente a indústria de cimento também. Esse crescimento foi brevemente interrompido com a crise mundial de 2008, entretanto nos anos seguintes a produção no país bateu vários recordes, atingindo mais de 70 milhões de toneladas de cimento, acompanhando o crescimento da indústria de construção civil. Atualmente, o mercado não está favorável, devido à crise econômica e política instaurada no Brasil.
Figura 2.1: Consumo de cimento no Brasil ao longo dos anos.
Fonte: SNIC, 2013.
Em nível mundial, a indústria de cimento também tem crescido em ritmo acelerado, acompanhando o processo de urbanização. De 133 milhões de toneladas em 1950, a produção aumentou mais de sete vezes, alcançando 1 bilhão de toneladas em 1983, antes de atingir 2 bilhões em 2004 e 3 bilhões em 2010. Em 2014, cerca de 4,2 bilhões de toneladas foram produzidas, conforme apresentado na Figura 2.2.
Figura 2.2: Produção global de cimento e porcentagem da população mundial em áreas urbanas desde 1950.
Fonte: EDWARDS, 2015.
Atualmente, o cimento é produzido em mais de 150 países, sendo que seu processo tecnológico evoluiu no decorrer dos anos. Uma das principais modificações ocorridas refere-se a utilização do processo via seca, em substituição ao processo via úmida, visando uma melhor eficiência energética. Além dessa alteração de processo, outras melhorias surgiram como melhor rendimento de queimadores, pré-aquecedores mais eficientes com ciclones de baixa queda de pressão, entre outras, conforme apresentado noQuadro 2.1.
Quadro 2.1: Desenvolvimento de sistemas de fornos para fabricação de cimento.
Ano Sistema-Forno
1850 Forno de cuba intermitente
1864 Introdução do forno Hoffmann como primeiro passo para conversão de processo intermitente para contínuo
1877 Forno rotativo patenteado por Crompton
1895 Mais uma patente de forno rotativo desenvolvido por Ransome
1928 Tecnologia de pré-aquecedor de grelha - Forno Lepol (desenvolvido por Lelep)
1934 Forno com Pré-aquecedor em suspensão
1963-1966 Concepção de sistema de pré-calcinação
1985 Pré-aquecedores de cinco estágios com melhor pré-calcinação e queima 1990 Pré-aquecedores de cinco estágios com ciclones de baixa queda de pressão e
queimadores de baixa emissão deNOx
1995-2000 Pré-aquecedores de seis estágios com ciclones de baixa queda de pressão e melhor queimadores de baixa emissão de NO x
Outra grande inovação da indústria cimenteira foi a utilização de resíduos como substitutos de matérias-primas e combustíveis. As primeiras experiências de sucesso ocorreram no Canadá, na década de 70, em fornos de via úmida, seguidas pela França e Suécia em 1978 e Estados Unidos em 1979 (MANTEGAZZA, 2004). Ottoboni et al. (1998), por sua vez, destacam que o primeiro teste de queima em forno rotativo de clínquer foi realizado nos Estados Unidos em 1970 e que posteriormente essa técnica passou a ser empregada na Europa e Ásia.
No Brasil, há relatos que na década de 70 já eram utilizadas cascas de arroz em Goiás e Rio Grande do Sul, cascas de coco babaçu na região Nordeste, pneus inservíveis na Bahia, moinha de carvão vegetal da indústria siderúrgica em Minas Gerais, São Paulo e Rio de Janeiro e carvão com alto teor de cinzas (>30%) no Rio Grande do Sul, Santa Catarina, Paraná e São Paulo (MANTEGAZZA, 2004). Entretanto, pode-se dizer, de fato, que o coprocessamento de resíduos se iniciou no país na década de 90.
Minas Gerais é um dos estados pioneiros no país na adoção do coprocessamento de resíduos, sendo que o primeiro processo de licenciamento ambiental para a atividade foi da Ciminas - Cimento Nacional de Minas S.A., atual Holcim Brasil S.A., unidade de Pedro Leopoldo, para um de seus fornos. A licença de instalação foi concedida em 1989 e a de operação em 1991. Pelos registros do SIAM, a atividade foi enquadrada como incineração de resíduos industriais, tendo em vista não existir à época código específico para a atividade de coprocessamento na legislação mineira.
2.2. Perfil da indústria de cimento no Brasil e em Minas Gerais
De acordo com dados do Sindicato Nacional da Indústria do Cimento (SNIC), o Brasil é o quinto maior produtor de cimento do mundo, com uma produção de 71,2 milhões de toneladas em 2014 (SNIC, 2015). A frente dele, em ordem crescente, está o Irã, os Estados Unidos, a Índia e a China, como pode ser observado na Tabela 2.1.
Tabela 2.1: Produção de cimento no mundo.
País Produção anual (milhões de toneladas)
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 China 1.253,5 1.379,0 1.401,2 1.651,1 1.888,3 2.065,0 2.137,0 Índia 163,0 172,5 187,8 208,1 222,9 251,3 270,0 Estados Unidos 98,2 95,5 86,5 64,0 66,4 67,9 74,2 Irã 35,3 40,0 44,4 48,8 61,5 66,4 70,0 Brasil 42,4 47,2 52,3 52,1 59,2 64,1 68,8 Turquia 49,0 50,8 53,4 57,6 65,5 67,8 63,8 Vietnã 31,3 35,6 36,7 48,0 56,4 52,0 60,0 Japão 76,5 75,0 72,2 64,2 61,5 61,3 63,6 Indonésia 38,1 39,9 41,8 39,7 41,6 46,2 53,5 Rússia 55,2 60,1 53,6 45,7 52,3 57,1 61,5 Coréia do Sul 51,4 54,4 55,1 52,2 52,2 48,3 46,9 Egito 39,2 40,1 40,1 41,8 43,9 45,4 46,1 Arábia Saudita 27,1 30,4 37,4 37,8 42,2 48,4 43,0 México 37,9 38,8 37,1 35,1 34,5 35,4 36,2 Alemanha 35,0 35,5 35,8 31,4 31,3 33,5 32,4 Total Mundial 2.615,2 2.811,5 2.842,7 3.028,2 3.330,2 3.528,8 3.831,0 Fonte: Adaptada de SNIC, 2013.
A atividade tem grande relevância na economia de muitos países e no Brasil, em vários estados, como em Minas Gerais. A história do cimento é marcada pelas bruscas flutuações no preço do produto no mercado. A Figura 2.3 apresenta a comparação dos preços do produto em vários países. Já a Figura 2.4 apresenta a evolução dos preços praticados no Brasil.
Figura 2.3: Preço do cimento em 2012 em vários países (US$/tonelada).
Fonte: Adaptado de SNIC, 2013.
Figura 2.4: Evolução do preço do cimento no Brasil em US$/tonelada.
Fonte: SNIC (2005 a 2013).
No Brasil existem 88 empreendimentos de fabricação de cimento e moagem, controlados por alguns grupos industriais, sendo a região sudeste responsável por praticamente metade da produção nacional, seguida das regiões nordeste, sul, centro-oeste e norte, conforme aFigura 2.5. O faturamento bruto do setor em 2012 foi de 22 bilhões de reais, com geração de 27 mil empregos (SNIC, 2013).
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Ni gé ria Fr an ça Rú ss ia Ca na dá In gl at er ra Áf ric a do S ul Es pa nh a Méx ic o Ch ile EU A Ve ne zu el a Po rt ug al Au st rá lia Br as il Ín di a Ja pã o Ar ge nt in a Pr eç o (U S$ /t ) 0 20 40 60 80 100 120 140 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Pr eç o do c im en to (U S$ /t Ano
Figura 2.5: Participação regional na produção de cimento.
Fonte: Adaptado de SNIC, 2013.
O estado de Minas Gerais é o maior produtor de cimento do país, com capacidade instalada de 19,4 milhões toneladas de clínquer por ano (equivalente a cerca de 26 milhões toneladas de cimento por ano, considerando uso de 75% de clínquer no cimento), distribuída em doze indústrias, totalizando dezoito fornos rotativos1, correspondente a 22,3% da produção nacional (Tabela 2.2).
Tabela 2.2: Produção de cimento no Brasil em 2013 por estado e região (em 1.000 toneladas).
REGIÃO ESTADO Jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Total
NORTE Rondônia 50 50 57 35 55 33 53 59 43 45 43 30 553 Amazonas 62 51 74 72 58 49 65 80 58 64 74 65 772 Pará 139 126 152 132 133 135 150 146 147 153 146 150 1709 Tocantins 52 43 52 46 48 36 51 19 38 48 48 29 510 Total 303 270 335 285 294 253 319 304 286 310 311 274 3.544 NORDESTE Maranhão 75 60 68 60 65 72 70 95 91 92 92 99 939 Piauí 38 38 48 48 50 53 63 62 59 56 60 72 647 Ceará 188 149 175 149 187 151 173 196 195 189 186 191 2.129 Rio Grande do Norte 121 103 120 124 129 129 136 132 139 141 141 129 1.544 Paraíba 202 191 203 192 175 189 196 181 215 216 193 203 2.356 Pernambuco 102 99 118 108 92 68 83 99 114 109 108 106 1.206 Alagoas 90 65 68 55 55 56 70 72 72 72 74 69 818 Sergipe 256 256 306 262 269 191 268 313 304 300 302 283 3.310 Bahia 152 127 110 114 117 114 113 138 134 141 135 115 1.510 Total 1.224 1.088 1.216 1.112 1.139 1.023 1.172 1.288 1.323 1.316 1.291 1.267 14.459 CENTRO-OESTE
Mato Grosso do Sul 73 73 81 74 85 79 76 82 85 85 84 72 949 Mato Grosso 115 94 101 117 124 103 146 164 153 159 150 116 1.542 Goiás 131 126 118 118 132 137 150 173 160 166 129 110 1.650 Distrito Federal 226 295 318 334 346 344 378 398 408 392 373 310 4.122 Total 545 588 618 643 687 663 750 817 806 802 736 608 8.263 SUDESTE Minas Gerais 1.198 1.139 1.324 1.265 1.325 1.256 1.419 1.431 1.369 1.468 1.308 1.148 15.650 Espírito santo 196 202 231 221 223 253 241 250 229 242 195 184 2.667 Rio de janeiro 389 369 412 454 474 415 457 495 460 459 443 356 5.183 São Paulo 698 823 842 810 859 768 821 940 933 896 824 763 9.977 Total 2.481 2.533 2.809 2.750 2.881 2.692 2.938 3.116 2.991 3.065 2.770 2.451 33.477 SUL Paraná 411 470 503 508 550 446 534 556 532 554 572 507 6.143 Santa Catarina 134 136 139 154 151 129 152 154 155 168 174 137 1.783 Rio grande Do Sul 215 206 180 185 183 170 185 188 179 185 180 172 2.228 Ajustes* 15 21 15 23 25 21 25 25 25 23 26 20 264
Total 775 833 837 870 909 766 896 923 891 930 952 836 10.418 Total Brasil 5.328 5.312 5.815 5.660 5.910 5.397 6.075 6.448 6.297 6.423 6.060 5.436 70.161
Fonte: Adaptado de SNIC, 2013.
Conforme o levantamento realizado nesse trabalho, por meio do check list aplicado nas empresas, o setor cimenteiro no estado de Minas Gerais emprega diretamente 1.894 pessoas.
A capacidade instalada dos fornos rotativos de Minas Gerais varia de 1.266 t de clínquer/dia a 5.000 t de clínquer/dia, sendo a média2 igual a 2.951 t de clínquer /dia. Segundo
2 Média aritmética de todos os fornos rotativos do Estado de Minas Gerais. Ao longo do trabalho, sempre que aparecer o termo “média”, sem detalhamento de qual tipo, refere-se a média aritmética.
os dados apresentados no gráfico da Figura 2.6, 56% dos fornos possuem capacidade instalada acima de 2.000 t de clínquer /dia e abaixo de 4.000 t de clínquer/dia. Além disso, das doze unidades existentes, sete possuem apenas um forno (Figura 2.7).
Figura 2.6: Distribuição dos fornos rotativos no estado de Minas Gerais por faixas de capacidade instalada (t/mês).
Figura 2.7: Número de fornos rotativos nas empresas do estado de Minas Gerais.
Em 2012, o estado de Minas Gerais exportou 3.412 toneladas de cimento, correspondente a apenas 0,02% da produção e importou 5.844 toneladas, equivalente também a apenas 0,04% da produção (SNIC, 2013). Tal fato é explicado em virtude do valor unitário do cimento ser relativamente baixo, que aliado aos altos custos de transporte, fazem com que as fábricas abasteçam preferencialmente o mercado regional.
4 10 4 0 2 4 6 8 10 12 ≤ 2000 2000 < x < 4000 ≥ 4000 Nº d e fo rn os ro ta tiv os Capacidade instalada (t clínquer/dia) 7 4 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 Nº d e em pre sa s Nº de fornos rotativos
As cimenteiras localizadas no estado de Minas Gerais são, em sua maioria, de grande porte, conforme critérios estabelecidos na Deliberação Normativa COPAM nº 74/20043, tendo em vista possuírem capacidade instalada superior a 1.000.000 toneladas de clínquer por ano. Seu parque industrial é comparável aos principais produtores mundiais, apesar de haver grandes possibilidades de melhorias, conforme exposto ao longo deste trabalho.
2.2.1. Localização do parque industrial em Minas Gerais
Os fatores que levam uma indústria cimenteira a instalar-se em determinada região são: a facilidade de obtenção das matérias-primas e de escoamento da produção, fatores existentes em Minas Gerais.
As plantas são denominadas integradas haja vista a proximidade que se encontram às áreas de mineração, sendo interligadas por correias transportadoras ou vagonetes teleféricos que transferem o minério britado para as áreas industriais.
Durante o processo de produção de clínquer, o carbonato de cálcio (CaCO3) é decomposto termicamente em cal livre (CaO) e dióxido de carbono (CO2). Devido a aproximadamente 1/3 da massa calcária ser perdida como CO2 no forno rotativo, as plantas de cimento são localizadas, sempre que possível, próximas das fontes dessa matéria-prima. Uma das razões do estado de Minas Gerais ser o maior produtor de cimento no Brasil é a abundância e a excelente qualidade do seu calcário.
Em Minas Gerais, as indústrias produtoras de cimento estão distribuídas em várias regiões, sendo o principal polo localizado no vetor norte da RMBH, contemplando os municípios de Pedro Leopoldo, Matozinhos e Vespasiano. O Quadro 2.2apresenta os doze empreendimentos cimenteiros do Estado e respectivos municípios, sendo que dez unidades realizam a atividade de coprocessamento de resíduos sólidos.
3Estabelece critérios para classificação, segundo o porte e potencial poluidor, de empreendimentos e atividades modificadoras do meio ambiente passíveis de autorização ou de licenciamento ambiental no estado de Minas Gerais.
Quadro 2.2: Empresas fabricantes de cimento no estado de Minas Gerais.
Empresa Município
Cimento Tupi S.A. Carandaí
Companhia Nacional de Cimento - CNC Sete Lagoas CRH Sudeste Indústria de Cimentos S.A.
(Ex Lafarge Brasil S.A.) Arcos CRH Sudeste Indústria de Cimentos S.A.
(Ex Lafarge Brasil S.A.) Matozinhos
CSN Cimentos S.A. Arcos
Empresa de Cimentos Liz S.A Vespasiano Lafarge Brasil S.A. Montes Claros
Holcim Brasil S.A. Barroso
Holcim Brasil S.A. Pedro Leopoldo Intercement Brasil S.A. Ijaci Intercement Brasil S.A. Pedro Leopoldo Votorantim Cimentos S.A. Itaú de Minas
Além das cimenteiras, no estado de Minas Gerais existem oito blendeiras, sendo que em sua maioria, também estão localizadas na região metropolitana de Belo Horizonte, conforme apresentado no Quadro 2.3.
Quadro 2.3: Empresas de blendagem no estado de Minas Gerais.
Empresa Município
Desentupidora Palmira Betim
Essencis MG Soluções Ambientais S.A. Betim
Oxys Ambiental Ltda. Lagoa santa
Recitec - Reciclagem Técnica do Brasil Ltda. Pedro Leopoldo Renova Tratamento de Resíduos Ltda. (Ex TES
Tratamento de Resíduos Ijaci Ltda). Ijaci Resotec Soluções Ambientais Pedro Leopoldo SR Tratamentos de Resíduos Industriais Ltda. Lavras
Zoom Recycle e Serviços Ltda. Pouso Alegre
A Figura 2.8 mostra a localização de todas as cimenteiras e blendeiras do estado de Minas Gerais. Também foram elaborados mapas para as distribuições espaciais dos empreendimentos por bacias hidrográficas e por área de jurisdição das Superintendências Regionais de Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável (SUPRAM), que estão apresentados nos Anexos E e F, respectivamente.
Figura 2.8: Localização das cimenteiras e blendeiras no estado de Minas Gerais.
UFC: unidade de fabricação de cimento
UFC-COP: unidade de fabricação de cimento com coprocessamento
UFC-COP-UMPCR: unidade de fabricação de cimento com coprocessamento e unidade de mistura e pré-condicionamento de resíduos
UMPCR: unidade de mistura e pré-condicionamento de resíduos
Com relação ao zoneamento, oito cimenteiras estão localizadas na área rural, três em área urbana e uma em distrito industrial. Apesar da maioria das empreas estarem situadas em área rural, seis delas estão a menos de 500 metros de centros urbanos e as seis restantes estão a aproximadamente 5 km de distância de centros urbanos. Quanto as unidades de
2.3. O processo produtivo do cimento
2.3.1. Matérias-primasO clínquer junto com o gesso e a escória de alto forno4 (materiais de adição), constituem as matérias-primas básicas para a fabricação do cimento. Para a produção do clínquer são necessárias as matérias-primas calcário (75-80%), argila (20-25%), além de pequenas quantidades de óxidos de alumínio e ferro, sendo que suas proporções dependem do tipo de cimento a ser fabricado. Esses materiais após passarem pela moagem constituem a
farinha crua.
O calcário é uma rocha sedimentar que possui pelo menos 30% de carbonato de cálcio (CaCO3) em sua composição e pode conter várias impurezas, sendo as principais as sílicas, argilas, fosfatos, carbonato de magnésio, gipso, glauconita, fluorita, óxidos de ferro e magnésio, sulfetos, siderita, sulfato de ferro dolomita e matéria orgânica. As impurezas presentes e suas quantidades dependem da origem geológica do calcário (BELATO, 2013).
Assim como a argila, o calcário possui em sua composição, além dos constituintes principais, haletos e álcalis e elementos traços, como os metais pesados.
Além das matérias-primas básicas, outras podem ser adicionadas por meio do coprocessamento de resíduos, assunto abordado no item 2.5. A análise criteriosa das propriedades dos resíduos é fundamental, para que a natureza hidráulica e outras características do cimento sejam preservadas.
2.3.2. Descrição do processo produtivo
A fabricação do cimento pode ocorrer por meio de dois processos: via seca ou via úmida, em função do modo de preparação das matérias-primas calcário e argila antes de entrarem no forno rotativo (Figura 2.9). Atualmente, em Minas Gerais, todas as doze plantas existentes operam com processo a seco.
Figura 2.9: Vista de um forno rotativo.
No processo via úmida, o calcário britado e a argila destorroada são moídos com água em um moinho de bolas, chamado moinho de pasta, resultando em uma pasta com teor de água entre 30 e 40%. A pasta produzida nesse moinho é armazenada em grandes tanques, onde são corrigidos os teores de sílica, alumina e ferro. A pasta, equalizada, é então bombeada para sua alimentação no forno rotativo. A primeira parte do processo é a secagem da pasta, que ocorre na zona de correntes e em seguida inicia-se a descarbonatação e a clinquerização. O clínquer no processo via úmida, assim como no processo via seca, é resfriado bruscamente, sendo direcionado para a moagem de cimento.
O grande avanço existente na produção via seca em relação a via úmida é o ganho energético, uma vez que não há necessidade de energia térmica para secagem da água contida na pasta. A energia térmica consumida para a secagem, aquecimento e calcinação das matérias-primas na fabricação de cimento é de aproximadamente 90% do consumo total da planta de fabricação de cimento (MARINGOLO, 2001). A seguir é apresentado o detalhamento do processo via seca.
Inicialmente, a rocha de calcário é desmontada com explosivos e transportada até um britador, onde ocorre à redução dos blocos para a granulometria desejada. Essa etapa é importante, pois quanto menor a dimensão da partícula, maior a área de superfície de contato, favorecendo as reações dentro do forno rotativo. Além disso, a maior parte das impurezas presentes no calcário é eliminada nessa etapa (BELATO, 2013). Já a argila é somente destorroada, usualmente em um destorroador de facas.
Após a britagem do calcário e o destorroamento da argila, as duas matérias-primas são conduzidas para a pré-homogeneização, realizada em uma grande área, usualmente coberta. Esse processo visa garantir a uniformidade da matéria-prima.
Ao passar pela homogeneização, o material é encaminhado para o moinho de cru, podendo ser utilizados moinho de bolas ou de rolos. A moagem reduz o tamanho das partículas para 0,05 mm, produzindo um material conhecido como farinha ou cru. Esse material é homogeneizado em silos verticais.
A farinha homogeneizada é transportada para a torre de ciclones ou torre do pré-aquecedor onde é pré-aquecida antes de entrar no forno rotativo. Nessa etapa ocorrem às primeiras trocas térmicas do processo de cozimento da farinha que passa por uma série de ciclones verticais, entrando em contato com os gases de exaustão do forno rotativo que se movem em contracorrente. No estágio mais inferior dos ciclones a temperatura alcança 1.000ºC a 1.200ºC, enquanto no estágio mais superior atinge entre 300ºC e 400ºC. Esse processo é responsável por remover a umidade restante na farinha. Dependendo do teor de umidade presente na matéria-prima, uma torre de ciclones pode conter até seis estágios, sendo quanto maior o número de estágios, menor o tempo de permanência do clínquer no forno rotativo. O efluente gasoso proveniente do forno passa por um condicionamento, onde é resfriado e umedecido numa torre de resfriamento, depois conduzido para o sistema de despoeiramento, antes do seu lançamento para a atmosfera. Em Minas Gerais, dos dezoito fornos existentes, dez possuem torre de ciclones de quatro estágios, quatro têm torre de cinco estágios e quatro possuem torre de seis estágios. Além disso, dez unidades utilizam torre de arrefecimento para resfriamento dos efluentes gasosos do forno, conforme a Figura 2.10.
Figura 2.10: Vista do sistema de pré aquecimento e resfriamento dos efluentes gasosos.
A farinha pré-aquecida entra no pré-calcinador, uma câmara de combustão onde o material permanece a uma temperatura em torno de 800°C. Dentro dessa câmara ocorrem cerca de 90% da reação de calcinação, que consiste na decomposição do calcário em óxido de cálcio. O restante da calcinação, assim como o aquecimento final e o processo de clinquerização, ocorre no forno rotativo. O material pré-descarbonatado entra no forno em um local denominado caixa de fumaça (Figura 2.11), percorrendo as diversas zonas de temperatura do forno.
O pré-calcinador é uma instalação equipada com um maçarico, que tem por objetivo promover o pré-aquecimento da farinha, de forma a permitir a admissão de uma maior quantidade de material a ser calcinado no forno.
No forno rotativo, o processo termodinâmico faz com que o material passe, a velocidades variáveis e revoluções constantes, pelas várias zonas ao longo de sua extensão: zona de calcinação, a qual depende da existência ou não de pré-aquecedor e pré-calcinador no sistema; zona de transição, na qual começa a se formar a fase líquida; zona de fase líquida, na qual ocorre a nodulização e inicia-se a formação de alita; zona de queima, no interior da chama, em que se intensifica a formação e crescimento das partículas individuais de alita e sua sinterização; e zona de resfriamento, na qual o material perde temperatura e se aglomera devido à solidificação da fase líquida. A extensão relativa das várias zonas pode mudar, variando o perfil de temperaturas ou a composição química da farinha (MARINGOLO, 2001). A Figura 2.12 apresenta as zonas de reação com gradientes de temperatura e tempos de residência para um forno rotativo via seca com pré-aquecedor e pré-calcinador, modelo existente em todos os sistemas-fornos no estado de Minas Gerais.
Figura 2.12: Zonas de reação com gradientes de temperatura e tempos de residência para um forno rotativo via seca com pré-aquecedor e pré-calcinador.
Fonte: DUARTE, 1999 apud PAULA, 2009.
O clínquer sai do forno rotativo com temperatura em torno de 1.400ºC e entra no resfriador. A pressão negativa induz a sucção de ar frio por meio da terminação aberta do resfriador, sendo que esse ar passa em contracorrente ao movimento do clínquer, entrando no forno como ar de combustão. O clínquer então deixa o resfriador a temperaturas que variam de 65ºC a 300ºC, dependendo do tipo instalado (DUDA, 1985, apud MARINGOLO, 2001).
Existem três tipos de resfriadores: o rotativo, que está em desuso, o de grelha e o satélite, também conhecido como planetário. Os resfriadores rotativo e planetário têm conceitos similares, entretanto, o planetário possui diversos cilindros em volta do forno, enquanto o rotativo possui somente um cilindro, normalmente com diâmetro similar ao do forno.
Atualmente, o principal tipo de resfriador utilizado para novas instalações é o de grelhas, que tem apresentado grandes vantagens sobre os demais. Um moderno forno equipado com resfriador de grelhas pode chegar ao dobro da capacidade de um forno de mesmas dimensões equipado com resfriador satélite. Entretanto, a substituição do resfriador não é um procedimento simples (BARRETO, 2014). Em Minas Gerais, dos dezoito fornos, onze possuem resfriador de grelhas e sete têm resfriador satélite. A exemplificação esquemática do sistema-forno, com torre de ciclones, pré-aquecedor e resfriador é apresentada na Figura 2.13.
Figura 2.13: Esquema de um forno rotativo com torre de ciclones, pré-calcinador e resfriador.
Fonte: BELATO, 2013.
O clínquer, material cinza, granular e sinterizado, após resfriado, é moído finamente em moinhos de bolas ou rolos e durante essa moagem é feita a adição de gesso em quantidades suficientes para resultar numa concentração de 2% a 3% de sulfato no cimento, necessária para ajuste do tempo de pega do produto de modo a permitir sua utilização. Outras adições, como escória de alto forno, pozolanas e cinzas, são realizadas nessa etapa de
