UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
NÚCLEO DE ESTUDO E PESQUISA EM RESÍDUOS SÓLIDOS
IISIMPÓSIO SOBRE RESÍDUOS SÓLIDOS –IISIRS(2011)
POSSIBILIDADE DE RECICLAGEM: APROVEITAMENTO DE RESÍDUO SÓLIDO DA INDÚSTRIA DE CELULOSE E PAPEL NA FABRICAÇÃO DE
COMPÓSITO FIBROCIMENTO
Diogo Aparecido Lopes Silva (1)
Mestrando em Ciências e Engenharia de Materiais – INTERUNIDADES – USP de São Carlos
Francisco Antônio Rocco Lahr
Professor Titular da EESC – USP de São Carlos
Endereço(1): R. São Paulo, 1437, Centro, São Carlos (15) 81127843, diogo@sc.usp.br.
INTRODUÇÃO
A questão da destinação dos resíduos industriais coloca a humanidade frente a problemas ambientais crônicos nos dias atuais, o que compromete sua relação com o meio físico e com seu próprio futuro no planeta. Além disso, as pressões ambientalistas e a necessidade de reduzir custos nas empresas incentivam a busca e adoção por novas tecnologias no tratamento de resíduos.
O Brasil está entre as maiores potências mundiais no setor de papel e celulose, sendo que a taxa de crescimento da produção brasileira no setor supera os 5% ao ano (BRACELPA, 2011). Durante as operações industriais, entre os resíduos gerados merece destaque um efluente sólido-líquido, resultante do processo de branqueamento da polpa celulósica kraft, cuja parte sólida é conhecida como polpa-rejeito. Já para a parte líquida, a maior porção do efluente é água, a qual é tratada, e reutilizada no processo industrial.
Este trabalho aborda o caso em que a destinação usual da polpa-rejeito é a queima em caldeiras auxiliares, para geração de energia, prática que provoca a emissão de poluentes gasosos diversos, como toxinas e gases de efeito estufa.
A abordagem tem como foco considerar estratégias mais nobres para o fim de vida do mencionado resíduo sólido. A proposta se refere à sua utilização como agregado em compósitos de fibrocimento, alternativa de interessante potencial econômico e ambiental.
Neste ponto, cabe registrar que Iwakiri (2005) classifica o compósito fibrocimento como um painel mineral, atualmente bastante difundido em grande parte da Ásia e Europa
no mercado de construção civil. Este painel é constituído basicamente por dois tipos de materiais, o aglomerante e o aglomerado. O tipo de aglomerante mais empregado é o cimento Portland. Como aglomerado, dotam-se partículas vegetais (madeira e outros lignocelulósicos) até componentes de origem mineral, como resíduos da construção civil.
Savastano Junior (2000) destaca como características dos painéis minerais a possibilidade de serem serrados, parafusados, colados, pregados, pintados, e revestidos com outros tipos de materiais. Iwakiri (2005) reforça ainda que os painéis feitos de aglomerado vegetal apresentam boa resistência ao fogo, fungos e insetos, boas propriedades isolantes, baixa densidade, fácil trabalhabilidade, baixo custo de produção entre outros. A Figura 1 exemplifica o produto e sua aplicação no setor da construção civil.
Figura 1: Painel mineral e seu emprego na construção civil. Fonte: PORTAL DA MADEIRA (2011).
OBJETIVO
O objetivo deste trabalho é apresentar a reciclagem da polpa-rejeito como alternativa de destinação deste resíduo sólido em substituição a prática usual de queima nas plantas de celulose e papel no país. A alternativa de reciclagem proposta é a fabricação de compósito fibrocimento.
MATERIAL E MÉTODOS
A polpa-rejeito é retirada em decantadores no processo de tratamento primário dos efluentes gerados no processo de branqueamento da polpa celulósica. Após esta etapa, o efluente passa por um processo de prensagem, para retirada da parte líquida remanescente, aumentando sua consistência. Em geral, após esta fase, o resíduo é levado para queima em caldeira para geração de energia térmica.
Neste trabalho foi realizado um estudo de caso, com a amostragem da polpa-rejeito obtida junto a uma empresa nacional de papel e celulose, em que a geração do resíduo equivale a 0,4-0,6 ton/hora. O resíduo amostrado foi utilizado como agregado, e o aglomerante adotado foi o cimento Portland CP-32. As quantidades em massa (g) das
proporções de polpa-rejeito e cimento foram de 1:1,43 e 1:2,72, produzindo-se corpos de prova de compósito fibrocimento em consonância com a norma NBR 5733:1991. Tal norma se refere aos materiais cimentícios (concreto), mas na literatura a mesma é muito utilizada para avaliação de painéis minerais à base de partículas vegetais.
Para análise da viabilidade técnica do compósito foram estabelecidos alguns indicadores de qualidade. Estes indicadores foram comparados com valores médios usuais disponíveis na literatura para compósitos do mesmo gênero, feitos de partículas de madeira de Eucalytptus spp (compósito cimento-madeira).
Os indicadores de qualidade estabelecidos foram: pH da parte cimentícia, teor de lignina no agregado, teor de extrativos no agregado, teor de sílica no agregado, porosidade do compósito, absorção de água do compósito, inchamento do compósito e densidade básica do compósito. Ressalta-se ainda, que estes indicadores foram avaliados em função do efeito do uso da polpa-rejeito, e não em função do aglomerante adotado (cimento Portland). Os ensaios físicos foram procedidos conforme o requerimento normativo seguido, e as propriedades químicas analisadas em termos dos resultados das análises químicas feitas para a polpa-rejeito, por parte da empresa estudada.
Cada indicador de qualidade escolhido recebeu um peso estabelecido da seguinte forma: 0 – Sem influência significativa; 1 – Com pouca influência; 2 – Com influência significativa; 3 – Imprescindível. Os indicadores considerados também foram agregados em grupos, onde foram-lhes atribuídos pesos: 0,45 – Propriedades químicas; 0,40 – Propriedades físicas; 0,15 – Outros.
Desse modo, o resultado na somatória dos pesos atribuídos a cada indicador de qualidade, multiplicados pelo respectivo peso atribuído ao grupo pertencente, forneceu um valor final denominado de indicador de desempenho. Este indicador parametriza a compatibilidade do uso do compósito fibrocimento de polpa-rejeito frente os resultados já conhecidos para um modelo de referência utilizado, no caso o produto compósito cimento- madeira. Quanto menor for o valor final deste indicador, melhor é a sua compatibilidade.
RESULTADOS OBTIDOS
Sobre as referências obtidas na análise química da polpa-rejeito, tem-se que sua composição alcança 90% em carboidratos e 10% em impurezas diversas (cinzas principalmente), sendo que o teor de lignina e extrativos, quando existente na polpa, é muito baixo (em PPM). O teor de cinzas é, em média, sete vezes maior do que o presente
na polpa utilizada na produção de papel (polpa-produto), sendo que mais de 80% são insolúveis em ácido clorídrico, o que indica alta concentração de sílica. Esta sílica traz alguns problemas, como o desgaste de equipamento, e ainda promove a formação de defeitos na celulose. O teor de cloreto é dez vezes superior ao verificado na polpa-produto e o principal efeito deste componente é a corrosão de equipamentos, além da formação de toxinas, as quais poluem o meio ambiente. Portanto, a utilização da polpa-rejeito para geração de energia mostra-se problemática, devido aos danos causados nos equipamentos industriais e às emissões decorrentes ao meio ambiente.
Em contrapartida, o resíduo sólido analisado apresentou importantes características para emprego como material para painéis minerais como mostrado na Tabela 1.
Tabela 1: Indicador de desempenho para o produto proposto.
Indicadores de qualidade Peso Compósito cimento-madeira
Compósito fibrocimento de polpa-rejeito
pH da parte cimentícia 0,45 2 3
Teor de lignina no agregado 0,45 0 3
Teor de extrativos no agregado 0,45 3 0
Teor de sílica no agregado 0,45 3 0
Absorção de água 0,40 2 3
Inchamento 0,40 2 3
Densidade básica 0,40 2 3
Indicador de desempenho - 6 6,3
De um modo geral, os resultados de propriedades físicas para os compósitos de polpa-rejeito e de cimento-madeira mostraram-se similares. Porém, os resultados para o compósito de referência foram superiores. Isto se deve ao grau de deterioração das fibras de madeira presentes em ambos os produtos, porém, em um nível superior para as provenientes da polpa-rejeito.
Sobre as propriedades químicas, houve um equilíbrio entre os compósitos comparados. O pH da parte cimentícia apresenta maior influência para a polpa-rejeito (peso 3), pois pode deteriorar materiais susceptíveis ao ataque do meio alcalino, como a madeira, o que causa uma rápida perda da resistência mecânica. No caso da polpa-rejeito, como sua composição é em 80% carboidratos, isto faz com que os álcalis ataquem diretamente as fibras, fato este não ocorrente para a madeira, que poderá resistir mais ao ataque álcali por possuir substâncias como a lignina, em teores apreciáveis.
O teor de extrativos, o principal responsável pela inibição da solidificação do cimento Portland, no caso do compósito de polpa-rejeito não mostrou influência significativa (peso 0), já que a quantidade destas substâncias encontradas na polpa é expressa em PPM, diferentemente de quando trabalha-se com partículas de madeira.
Também a presença de sílica aumenta a existência de forças de atração de Van der Waals, a principal fonte de resistência na parte cimentícia do compósito. No caso da polpa- rejeito, a quantidade de sílica é muito maior do que a encontrada naturalmente na madeira de Eucalipto e, por este déficit de sílica, recebeu peso 3 . O teor de sílica em alta concentração tende a aumentar a resistência do compósito.
CONCLUSÕES
Os indicadores de desempenho entre o compósito fibrocimento proposto e o de referência mostraram-se aproximados, indicando a compatibilidade para utilização do resíduo sólido polpa-rejeito como insumo para produção de painéis minerais.
Assim, a alternativa proposta de reciclagem deste resíduo sólido apresenta potencial de aplicação. Essa medida contribui não só no aspecto econômico, mas também no ambiental, na medida em que os impactos são minimizados pela não emissão de gases tóxicos com a prática usual da queima deste resíduo.
Sugere-se a realização de novas fases de experimentação considerando outros indicadores de qualidade, para melhor embasar as conclusões sobre a viabilidade do produto.
REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 5733. 1991.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CELULOSE E PAPEL – BRACELPA (2011). Papel e Celulose. Disponível em: < www.bracelpa.org.br>. Acesso em: 25 Jul. 2011.
IWAKIRI, S. (2005). Painéis de Madeira reconstituída. Curitiba: FUPEF, 247p.
SAVASTANO JÚNIOR, H. (2000) Materiais à base de cimento reforçados com fibra vegetal: reciclagem de resíduos para a construção de baixo custo. Tese de Livre- Docência – Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo.
