CARACTERIZAÇÃO E MOAGEM DE VIDRO PROVENIENTE DO RESÍDUO DA TRITURAÇÃO DE SUCATA EM SHREDDER DE INDÚSTRIA METALÚRGICA

(1)

CARACTERIZAÇÃO E MOAGEM DE VIDRO PROVENIENTE DO RESÍDUO DA TRITURAÇÃO DE SUCATA EM SHREDDER DE INDÚSTRIA METALÚRGICA

G. D. da Costa¹, S. P. Taguchi¹, M. A. A. Martins¹, L. A. Borges-Jr1_{, G. Pratti}2

1. Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, BR-465, Km 7, CEP 23897-000, Seropédica-RJ, Brasil. 2. Universidade Federal Fluminense, Av. dos Trabalhadores, 420, Vila Santa Cecília, CEP 27225-125, Volta Redonda – RJ, Brasil.

gabriela.costa1532@gmail.com.br1

Resumo

Foi estudado o resíduo de vidro proveniente da trituração de sucata em Shredder de uma baia de aproximadamente 180 mil toneladas. Estima-se que este resíduo apresente 827 toneladas de vidro. O objetivo deste trabalho foi caracterizar e moer o resíduo de vidro, para possível aproveitamento na indústria cerâmica, mitigando os impactos ambientais causado pelo seu descarte. Os vidros foram caracterizados quanto à massa específica e morfologia, ambos separados por cor e granulometria. Posteriormente os vidros foram misturados e moídos em moinho de bolas e em moinho de alta energia. Após cada moagem os pós passaram por peneiras vibratórias sendo submetidos à análise de difração de raios X, para avaliar possível contaminação durante o processamento. O vidro foi classificado como cortante, com massa específica média variando de 1,5 a 2,9 g/cm3_{. Os pós obtidos permaneceram}

amorfos, com granulometria entre 0,2-0,8 mm, sendo promissor para aplicação como matéria-prima na indústria cerâmica.

Palavras-chave: Vidro, Resíduo, Caracterização, Moagem, Reciclagem.

INTRODUÇÃO

No processo de beneficiamento da sucata de ferro no triturador Shredder de uma empresa metalúrgica é gerado um resíduo denominado Fluffy, que basicamente é constituído de finos, aglomerados, polímeros, metais (ferrosos e não ferrosos), madeiras, vidros e outros. O resíduo de vidro encontrado nesse Fluffy pode ser reciclado se tornando uma possível alternativa sustentável de recursos materiais.

(2)

Ainda que seja factível e também prioritário reduzir durante a produção, e até mesmo o pós-consumo, os resíduos de vidro serão sempre gerados. Paralelamente a isso, o desenvolvimento sustentável postula uma redução no consumo de matérias-primas não renováveis naturais. E essa cadeia produtiva sendo fechada com produtos inovadores vindos da reciclagem confere assim uma engenharia sustentável (1)_.

Visando aproveitar cada vez mais os resíduos sólidos, as indústrias procuram gerar rotas alternativas para os materiais que são descartados em locais de contato direto com o solo, podendo futuramente acarretar na poluição do meio ambiente. Os meios de aproveitamento desses resíduos, ou até mesmo seus subprodutos industriais, como matéria prima secundária, envolvem um amplo discernimento do processo, como: as unidades de geração, a caracterização e a cognição do potencial de aproveitamento e das características limitantes da aplicação e do uso (1)_.

No caso do resíduo de vidro, algumas alternativas de uso já são aplicadas em algumas empresas. Uma delas é a própria reciclagem na indústria de vidro. Segundo a associação do Compromisso Empresarial para Reciclagem - CEMPRE, para cada 10% de caco de vidro na mistura, economizam-se 4% de energia necessária para a fusão nos fornos industriais e redução de 9,5% no consumo de água (2)_{. Além disso,} o vidro reciclado vem sendo aplicado em blocos de pavimentação, filtros, janelas, claraboias, telhas, entre outros (3)_.

Assim como em outros materiais, as propriedades físicas e químicas do vidro dependem da sua composição, ou seja, dos óxidos presentes na sua estrutura. Dessa maneira, torna-se imprescindível a caracterização dos resíduos de vidro, e, para isso, alguns processos prévios são utilizados como a separação, limpeza superficial e moagem. A etapa de moagem visa diminuir o tamanho das partículas de um material sólido, buscando o aumento da superfície específica e melhorando a velocidade de reação quando misturado de maneira uniforme com outras matérias primas, permitindo a obtenção de um pó com as características ideais para utilização, por exemplo em materiais cerâmicos (4)_.

Dessa forma, este trabalho tem como objetivo caracterizar e propôr uma rota de beneficiamento para o vidro presente no resíduo da etapa de trituração de sucata em Shredder de uma indústria metalúrgica, com o intuito de proporcionar alternativas sustentáveis evitando o acúmulo na empresa.

(3)

MATERIAIS E MÉTODOS

Neste trabalho foram utilizados resíduos de vidro retirados de uma baia de 267x100 m, onde foram depositados os rejeitos da etapa de trituração da sucata realizada em Shredder de uma indústria metalúrgica. Nesta baia, foram selecionados cinco pontos aleatórios, de duas profundidades, 3 m (denominado A) e 8 m (denominado B), conforme mostrado na Figura 1.

Figura 1 - Representação dos pontos de coleta de resíduos da baia de uma indústria metalúrgica (5)_.

Em cada ponto foi recolhido um bag de 150 kg, que foram submetidos ao peneiramento vibratório, onde o material foi retido nas malhas: 50; 31,5; 19; 16; 10 e 4 mm e os passantes foram denominados finos. Os materiais recolhidos de cada fração de peneira foram separados manualmente e classificados em: polímeros, metais não ferrosos, metais ferrosos, aglomerados, finos, madeira, vidro e outros. Dessa separação, foram de interesse para este trabalho os resíduos de vidro.

Os resíduos de vidro foram caracterizados quanto à massa específica (por picnometria) e morfologia (em microscópio estereoscópico), considerando cada ponto de coleta, profundidade, coloração do vidro e fração granulométrica.

O ensaio picnométrico foram realizados nos vidros de colorações verde, azul claro, verde claro, marrom, amarelo e incolor, e comparado com os valores de massa específica de vidros comuns da literatura.

A massa específica é dada pela Equação (A), onde “Ms” é a massa seca de cada amostra de vidro, “M” é a massa do picnômetro com água somado com o valor da massa seca e “M1” é a massa do picnômetro com água e amostra. A massa específica

(4)

foi realizada em triplicata, sendo calculada a média e desvio padrão dos valores obtidos.

𝜌𝜌 =

𝑀𝑀𝑠𝑠

𝑀𝑀− 𝑀𝑀1

× 𝜌𝜌

á𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔 (A)

A análise morfológica dos vidros foi realizada com o intuito de determinar o formato dos cacos e classificá-los quanto a cortantes ou não cortantes, de forma a prever os tipos de equipamentos que podem ser utilizados com esses materiais, com menor deterioração possível.

Depois de caracterizados, os vidros foram misturados em um único lote, sendo realizados dois processos de moagem em diferentes tempos. Primeiramente, os vidros foram submetidos ao moinho de bolas por períodos de 15 e 30 minutos. Em seguida, passados pelas peneiras vibratórias (10 minutos) com malhas de: 850, 600, 355 e 250 µm. Do material passante, foi retirada uma alíquota para análise por difração de raios X Shimadzu XRD 6000, com 2θ =10 - 90º, passo angular de 0,02, radiação do cobre kα de comprimento de onda de 1,5418 nm.

Toda a fração retida foi pré-triturada manualmente, utilizando martelo e recipiente de aço. Quando os cacos estavam com tamanho homogêneo, foram submetidos ao moinho de alta atrição, por 8 minutos, sendo utilizada uma velocidade de 300 RPM. Foi feita nova separação granulométrica utilizando as mesmas peneiras e tempo de agitação da etapa anterior.

Também foi separada uma alíquota do pó passante para análise por difração de raios X. A identificação das possíveis fases cristalinas foi realizada por comparação com as fichas catalográficas do Joint Commitee for Powder Diffraction Standard (JCPDS) (6)_{utilizando o programa PANalytical X’Pert Highscore Plus. Dessa forma foi} possível avaliar se houve contaminação na etapa de moagem, pelos respectivos moinhos, uma vez que o vidro é um material amorfo, ou seja, não apresenta fases cristalinas.

Os pós de vidro foram misturados, e analisado sua massa específica a fim de compará-las com a dos cacos originais e também com os dados da literatura.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A Tabela 1 apresenta os valores das massas de resíduos de vidros, por bag e por ponto de coleta (representado pelas numerações de 1-5 e considerando as

(5)

diferentes alturas de retirada dos bags, onde a letra ‘A’ equivale a 3 metros de profundidade e ‘B’ é com 8 metros) e respectiva fração granulométrica. Do montante dos 10 bags de 150 kg cada, foi recolhido 547,7 g para ser analisado neste trabalho, para inferir as características de todo o lote.

Pode-se observar que no ponto de coleta 4 recolheu-se mais vidros que nos demais, e no ponto 1 foi recolhido material apenas na profundidade de 8 m. Observa-se também que a predominância é de cacos pequenos, devido à quantidade total retida na peneira de malha 16 mm ser representativamente maior que as demais, seguida da peneira de 19 mm.

Tabela 1 - Massa dos resíduos de vidro do Fluffy, em cada Bag e fração granulométrica.

Massa dos resíduos de vidro (g)

Bag/Peneira 1B 2A 2B 3A 3B 4A 4B 5A 5B Total # 4 17,8 6,1 3,1 - 6,9 - 3,2 5,5 3,4 46,0 # 10 - 7,9 4,4 - - 5,5 8,6 5,9 - 32,3 # 16 26,9 30,2 23,7 63,1 - 22,2 31,3 32,2 10,4 240,0 # 19 - 21,8 - - - 15,2 31,7 30,9 42,9 142,5 # 31,5 - - - 87,1 - - - 87,1 Total 44,7 65,9 31,1 63,1 6,9 130,0 74,9 74,5 56,6 547,7 97,0 69,9 204,9 131,1

Com base na análise morfológica realizada nos resíduos de vidros, esses foram classificados como cortantes, sendo possível observar a presença de cantos vivos nesse material (Tabela 2), que pode causar danos em equipamentos no processo de reciclagem. Portanto, em escala industrial, deve-se selecionar os equipamentos (peneiras, moinhos, dentre outros) com materiais resistentes às pontas cortantes, como exemplo, metais ou cerâmicas.

A Tabela 3 apresenta a média dos valores de massa específica real (g/cm3_{) dos} cacos de vidro, além do desvio padrão calculado entre os resultados encontrados em cada grupo de cores e bags. Os valores de massa específica calculados estão similares aos encontrados por Babisk (7)_{, Matsinhe}(8)_{, Borba}(9)_{e Paiva}(10)_, apresentando 2,47 e 2,58 g/cm³, 1,98 e 2,31 g/cm³, 2,56 e 2.75 g/cm e 2,34 g/cm3_, respectivamente. A variação observada nesses resultados está entre 1,55 e 2,94 g/cm3_.

(6)

Tabela 2 – Imagem dos vidros separado por bags e fração de peneiras. # 4 mm # 10 mm # 16 mm # 19 mm # 31,5 mm Bag 1B *** *** *** Bag 2A *** Bag 2B *** *** Bag 3A *** *** *** *** Bag 3B *** *** *** *** Bag 4A *** Bag 4B *** Bag 5A *** Bag 5B *** *** Escala 1 cm

(7)

Tabela 3 - Valores de massa específica média (g/cm3_{) dos resíduos de vidro.} Massa específica (g/cm3₎

Bag 2A Bag 2B Bag 3B Bag 4B Bag 5A Transparente 1,995 ± 0,424 2,5278 ± 0,903 2,936 ± 0,520 1,819 ± 0,255 2,541 ± 0,216 Marrom 1,843 ± 0,378 - 1,827 ± 0,233 2,384 ± 0,363 1,555 ± 0,210 Amarelo - - - - 1,799 ± 0,239 Verde - - - - 2,308 ± 0,485 Verde claro - - 2,617 ± 0,654 - - Azul claro - - - 2,523 ± 0,583 -

A variação dos valores de massa específica dos resíduos de vidro pode ser explicada pelas suas diferentes composições, tanto para cacos de cores diferentes como também pelos diferentes bags. De acordo com Pokorny (11)_{, a adição de} fundentes modificadores no processo de fabricação dos vidros geralmente tem o efeito de aumentar a densidade, por essa ser sensível à variação de algum dos seus óxidos constituintes.

Foram apenas obtidos resultados de massa específica dos cacos com granulometria menor que 4 mm, não sendo possível a análise daqueles oriundos dos

Bags 1B, 3A, 4A e 5B por ter granulometria superior ao diâmetro do picnômetro.

A Tabela 4 apresenta as massas dos pós obtidos, por fração de peneiras, após a moagem em moinho de bolas, em moinho de alta atrição e após a mistura dos pós. Com base nesses dados é possível observar que, para a quantidade de vidro estudada inicialmente, em moinho de bolas as amostras quase não sofreram alteração de tamanho, pois apenas 19% foi moída, onde 56 % desse vidro teve tamanho de partícula menor que 0,25 mm (Figura 1).

Tabela 4 – Massa dos pós de vidro após processos de moagem e mistura. Massa do pó (g)

Retido na peneira

# 20 #28 # 42 # 60 Passante Total Moinho de bolas, t = 30 min 0,3 0,8 27,3 14,4 54,4 97,2 Moinho de alta energia

t = 8 min 0,6 0,9 19,4 57,2 320,7 398,8

(8)

Figura 1 - Curva granulométrica do pó de vidro obtido no moinho de bolas (à esquerda, e aparência do material após o processo de moagem (à direita).

O pó resultante da trituração manual e moinho de alta atrição apresentou melhores resultados, pois foram transformados em pó de vidro quase que em sua totalidade (95%), em menor tempo, sendo 80% com partículas menores que 0,25 mm (Figura 2).

Figura 2- Curva granulométrica do pó de vidro obtido no moinho de alta energia (à esquerda, e aparência do material após o processo de moagem (à direita).

A massa específica média do pó de vidro obtido pelas foi de ρ = 2,389 ± 0,148 g/cm3_{, que foi próximo ao valor superior do resíduo de vidro na forma de cacos.}

0 20 40 60 80 100 850 600 355 250 % em m a ssa

Diâmetro das partículas (µm) % Passante % Retido Acumulado 0 20 40 60 80 100 850 600 355 250 % em m a ssa

Diâmetro dos Grãos (µm) % Passante

(9)

A Figura 3 mostra os difratogramas de raios X dos pós de vidro, um moído em moinho de bolas (curva vermelha) e outro em moinho de alta energia (curva preta). Pode-se observar que ambas as curvas não apresentaram picos característicos de fases cristalinas, e, portanto, os pós apresentam estrutura amorfa, típico de vidros comuns.

Figura 3 - Difratograma de raios X dos pós de vidro obtidos após as etapas de moagem

CONCLUSÃO

Os resíduos de vidros oriundos do Fluffly da empresa metalúrgica conservam as características de um vidro comum, com massa específica variando de aproximadamente 1,5 - 2,9 g/cm3_{, morfologia cortante, estrutura amorfa,} transparência, cores tradicionais como o verde, âmbar e incolor, sendo passível de ser reciclado diretamente em recicladoras de vidro. Desta forma, a reciclagem é uma alternativa ecologicamente amigável, reduzindo o impacto ambiental produzido pela indústria metalúrgica.

Foi possível obter pós de vidros finos, com granulometria variando de 0,2 a 0,8 µm, distribuídos de forma homogênea, com massa específica média de aproximadamente 2,4 g/cm3_{, por meio da moagem em moinho de bola e em moinho} de alta energia (sendo esse mais efetivo), criando alternativa para a utilização desse

(10)

resíduo de vidro como matéria-prima para a indústria cerâmica, aditivos de reforço em polímeros, e outros setores industriais que usam pó rico em sílica por exemplo.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. ROCHA, J. C.; JHON, V. M. Utilização de resíduos na construção habitacional. Coletânea Habitare, vol. 4. Porto Alegre: ANTAC, 2003.

2. CEMPRE. Vidros – O mercado para reciclagem. Compromisso Empresarial para Reciclagem. Disponível em <http://cempre.org.br/artigo-publicacao/ficha-tecnica/id/6/vidro>. Acesso em: abril de 2018.

3. Revista HABITARE. Setor Reciclagem; Reciclar para construir. Disponível em < http://www.habitare.org.br/ClippingGet.aspx?CD_NOTICIA=93 >. Acesso em: abril de 2018.

4. RIBEIRO, M. J. P.M.; ABRANTES, J. C. C. Moagem em Moinho de Bolas: Estudo de algumas Variáveis e Otimização Energética do Processo. Cerâmica Industrial, v. 6, n. 2, Março/Abril, 2001.

5. MEDEIROS, Gabriel E.; VAZ, Guilherme D. IT049 – Avaliação do Teste de Emprego do Fluffy no FEA2 da Cosigua. Rio de Janeiro: Gerdau Cosigua, 2010. 6. JCPDS. ICDD - International Center for Diffraction Data. Disponível em <

http://www.icdd.com/translation/port/about.htm >. Acesso em: abril de 2018.

7. BABISK, M. P. Desenvolvimento de vidros sodo-cálcicos a partir de resíduos de rochas ornamentais. 2009, 90f. Dissertação (Mestrado em Ciência dos Materiais) - Instituto Militar de Engenharia, IME, Rio de Janeiro.

8. MATSINHE, J. V. Formulação de materiais vítreos a partir de cinza pesada resultante da queima de carvão mineral: efeito de fundentes. 2012, 114 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Santa Catarina, UFSC, Florianópolis.

9. BORBA, C. D. G. Obtenção e caracterização de vitrocerâmicos de Nefelina: medição de tamanho de cristalito e quantificação de fases por difração de raios X. 2000, 153 f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia dos Materiais) - Universidade Federal de Santa Catarina, UFSC, Florianópolis.

(11)

10. PAIVA, O. A. Resíduo industrial de vidro moído em argamassa de cimento Portland. 2009, 211 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Faculdade de Tecnologia, Universidade Federal do Amazonas, UFAM, Manaus.

11. POKORNY, A. Obtenção e caracterização de espumas vítreas a partir de resíduos de vidro sodo-cálcico e calcário dolomítico como agente espumante. 2006, 129 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, UFRS, Porto Alegre.

CHARACTERIZATION AND GRINDING OF GLASS FROM THE RESIDUE OF SHREDDER CRUSHING OF METALURGICAL INDUSTRY

ABSTRACT

It was studied the glass residue from Shredder scrap from a bay of 180 thousand tons approximately. It is estimated that this residue has 827 tons of glass. The objective of this work was to characterize and grind the glass residue, for application in the ceramic industry, mitigating the environmental impacts caused by its disposal. Glasses were characterized for specific mass and morphology, both separated by color and granulometry. Subsequently the glasses were mixed and milled in ball mill and high energy mill. After each milling, the powders passed through vibrating sieves and were submitted to X-ray diffraction analysis to evaluate possible contamination during processing. The glass was classified as shear, with average specific mass ranging from 1.5 to 2.9 g/cm3_{. The obtained powders remained amorphous, with granulometry}

between 0,2-0,8 µm, being promising for application as raw material in the ceramic industry.