13 Congresso Internacional de Tintas 13ª Exposição Internacional de Fornecedores para Tintas

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ABRAFATI 2013 | ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DOS FABRICANTES DE TINTAS

PROCESSO DE OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE PIGMENTOS A PARTIR DE RESÍDUOS FERROSOS

Célia do Rocio de Jesus Valente, Adriana H. Coleto de Assis, Carlos F. Panichi, Elson Oliveira e Gladson Oliveira

Centro Estadual de Educação Profissional de Curitiba (CEEP) - Curso Técnico em Química

A reciclagem de material é uma importante atividade comercial observada desde o Império Romano, sendo o ferro o material mais reciclado no mundo pelo setor industrial. Estima-se que 17,82% dos resíduos metálicos de ferro não sofrem nenhum tipo de transformação ou recuperação. O Brasil que em 2010 consumiu, aproximadamente, 25 milhões de toneladas, gerou um desperdício significativo. Nesse contexto, vê-se nestes resíduos um potencial econômico a ser explorado e que pode ser convertido em benefício da sociedade. Os resíduos em um processo produtivo cumpre um papel fundamental na melhoria da qualidade de vida de comunidades carentes, na limpeza das cidades, bem como na preservação do meio ambiente. A medida se efetiva com a redução de lixo metálico enviado para aterros e terrenos baldios. Inúmeros empregos podem ser gerados em uma extensa cadeia de pequenos e médios empreendedores que se dedicam a atividade de separação e processo produtivo. Desse modo, esse estudo tem por finalidade a obtenção e caracterização dos pigmentos de coloração primária (azul, amarelo e vermelho) a partir do óxido de ferro proveniente do tratamento de resíduos selecionados. Os pigmentos foram obtidos, caracterizados e testados quanto a sua dispersabilidade, capacidade de conferir cor em um sistema (tintas) e solubilidade. Os pigmentos são largamente empregados como matéria-prima nas indústrias de tintas automotivas, imobiliárias, têxteis, cosméticos, papéis, polímeros, borracha, dentre outros.

Palavras-chave: Pigmentos. Óxidos de ferro. Tintas.

1.0 INTRODUÇÃO

É crescente a preocupação da sociedade quanto as ações que o homem desenvolve com o meio ambiente. Muitas vezes, como resultado dessa ação, surge certo desequilíbrio ambiental em função dos resíduos gerados pelas indústrias ou das ações domésticas desenvolvidas pelo ser humano. Há muito tempo o homem já observa a ação depreciadora do meio em que vive devido as atividades industriais (FERREIRA & ANJOS, 2001). Porém, com a velocidade com que vem crescendo as atividades industriais, a quantidade de resíduos gerados são cada vez maiores em detrimentos das atividades humanas, tanto de materiais orgânicos como inorgânicos, como é o caso de: restos de comida, bagaço de cana, computadores, garrafas, papelão, papel, baterias, saquinhos plásticos, lâmpadas queimadas, aparas de couro, sucata de metal, produtos químicos dentre outros (MESQUITA, 2007). A ação de depositar os resíduos gerados em local inapropriado pode se reverter e atingir o próprio homem, afinal é um hospedeiro natural deste sistema, e, segundo Ferreira & Anjos (2001, apud COLOMBI et al, 1995), agentes físicos, químicos e biológicos são capazes de causar danos à saúde do homem. A definição de materiais recicláveis para Giansanti (2003) é de que todos os materiais capazes de serem processados, ou seja, transformados por ação física ou química, e obterem uma nova utilidade são considerados recicláveis, como exemplo o vidro, metais, plásticos e o lixo orgânico. Nesse sentido, nota-se uma preocupação positiva do homem que busca

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minimizar essa ação, que pode ocasionar a contaminação do solo, rios e mananciais.

Atualmente, a atividade de reciclar tem sido incorporada às atividades comuns da indústria, do comércio, domésticas e de segmentos educacionais, como é o caso deste trabalho. Assim, a atividade de reciclar vem tornando-se uma ótima oportunidade de contribuir na preservação do meio ambiente, contribuindo para a saúde da população e ainda colaborando como fonte de renda para aqueles que pretendem atuar neste segmento. Este trabalho inicialmente surge com a intenção de aprofundar os estudos de alunos que escolheram o tema tintas aliado à sustentabilidade para defesa de seu curso técnico em química. O objetivo deste estudo é o de obter pigmentos a partir do tratamento de resíduos de origem ferrosa, empregando um processo químico, sendo os resíduos provenientes do descarte de restos industriais e domésticos, que muitas vezes destinam-se a um descarte não recomendado, como é o caso de aterros sanitários e terrenos baldios. Os pigmentos são largamente comercializados como matéria-prima de inúmeros segmentos, como é o caso das indústrias de tintas automotivas e imobiliárias, têxteis, comésticos, papéis, polímeros, borracha, dentre outro. A definição de pigmentos são um sólido finamente particulado (pós), coloridos e insolúveis no meio a que se destinam. Estes tem a finalidade de fornecer a coloração, tenacidade e textura, bem como encorpar e secar a tinta (HANDBOOK,1998; BRANCO, 2009). Com o tratamento do resíduo industrial ou doméstico de origem ferrosa, busca-se colaborar em ações que visem a manutenção e sustentabilidade do meio ambiente evitando impactos ambientais não desejados.

2.0 METODOLOGIA

O tratamento dos resíduos, de origem ferrosa, foram utilizando acessórios e reagentes comuns a qualquer laboratório de química. Já, os equipamentos empregados foram a capela de exaustão, para o manuseio de ácidos voláteis, um sistema de filtração a vácuo, a estufa para a secagem do óxido de ferro e um forno mufla para calcinação do óxido de ferro. Os materiais utilizados na produção dos óxidos de ferro foram pregos e outros pequenos pedaços de materiais ferrosos e tratados no laboratório do Centro Estadual de Educação Profissional de Curitiba (CEEP – Curitiba), como descrito nas etapas mostradas na Figura 1. Os óxidos podem ser obtidos por vários processos, sendo escolhido para este estudo um de fácil execução (ASTRALL) e que produza um material de boa qualidade. Todo o processo de produção dos óxidos de ferro é descrito em seis etapas, conforme apresentado o fluxograma da Figura 1.

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Figura 1: Etapas do processo de obtenção de pigmentos de origem ferrosa em laboratório.

1ª Etapa: O material coletado é limpo de possíveis sujeiras como terra, pedaços de madeira, tecidos e plásticos.

2ª Etapa: O material limpo é depositado num tanque contendo uma solução com ácido sulfúrico que vai reagir com o metal, de acordo com a equação química:

H₂SO₄ + Fe⁰ Fe₂SO₄ + H_2(g) (1)

Nesta etapa, a reação é de simples troca e produz o sal sulfato de ferro (II) e gás hidrogênio, a solução resultante é escura devido às impurezas contidas nos metais que foram dissolvidos. As Figuras 2 (a) e (b) mostram a referida solução antes e depois da filtração. Essa solução deve ser filtrada para a retirada das impurezas, resultando numa solução de cor verde.

(a) (b) (c)

Figuras 2 (a), (b) e (c): Solução aquosa de ácido sulfúrico com resíduos de ferro dissolvidos. A solução com sulfato de ferro (II) após a filtração. E os cristais de sulfato ferroso formados.

À medida que a solução ácida que contém o sulfato de ferro vai evaporando, ocorre a formação de cristais de sulfato de ferro (II) de coloração verde claro, podendo ser observado na Figura 2 (b) e (c).

LIMPEZA DO METAIS

TRATAMENTO ÁCIDO

TRATAMENTO ALCALINO

OXIDAÇÃO DO Fe(OH)₃ SECAGEM

(ÓXIDO) MOAGEM

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3ªEtapa: Após a filtração, a solução contando o sulfato de ferro (II) é imersa em um tanque contendo uma solução alcalina, e é convertido no hidróxido de ferro (III), conforme demonstrado na reação química (2):

Fe₂SO₄ + NaOH Fe(OH)₃ + H₂O (2)

Nessa mesma etapa, se reação for controlada, mantendo-se baixo a concentração do nível de oxigênio é possível ocorrer à formação do hidróxido de ferro II.

4ª Etapa: Através da reação entre o hidróxido de ferro III (Fe(OH)3) e o oxigênio do ar se origina o óxido de ferro de cor amarela. A equação (3) que evidencia a reação é mostra a formação do óxido de ferro hidratado:

2 Fe(OH)3 Fe2O3.H2O (3)

Para a equação de obtenção do Fe₂O₃.H₂O algumas fontes literárias indicam a formação do pigmento de cor amarela, porém, o óxido de ferro produzido gerou um pigmento de coloração castanho-avermelhada, conforme sugerido por Merçon (2004). As Figuras 3 (a) e (b) mostram a solução contendo o óxido, e o óxido seco em estufa, em temperatura de 60ºC.

(a) (b)

Figuras 3 (a) e (b): Solução contendo o óxido de ferro hidratado – Óxido de ferro filtrado, seco em estufa a 60ºC e moído.

5ª Etapa: Esta etapa é destinada a secagem do material em estufa numa temperatura de 50 a 60ºC. O material nesta fase se encontra compacto e deverá ser moído. A secagem do óxido de ferro hidratado dá origem ao óxido de ferro de cor castanho-vermelhado, mostrado na Figura 3 (b), e quarta equação química indicada, a seguir:

Fe₂O₃.H₂O ∆ Fe₂O₃ (4)

6ª Etapa: Após o óxido seco é levado para ser moído até obter partículas finíssimas, conforme mostra a Figura 3 (b).

Concluída a experimentação, no que se refere a obtenção do óxido de ferro Fe₂O₃, novas experiências foram realizadas no sentido de obter a coloração primária (amarelo, azul e vermelho) do óxido ferroso. Para essa nova fase foi realizada três ações indispensáveis:

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1º) O óxido de férrico foi calcinado por diferentes temperatura, 100, 200, 300 e 500, 700, 900 e 1100 ºC, das quais obteve-se o óxido de ferro de coloração cinza, marrom, preto e vermelho.

2º) A obtenção do óxido de ferro de coloração amarela e azul só foram possíveis através de reação química. O pigmento amarelo foi obtido ainda em solução alcalina, na presença de oxigênio, de acordo com a quinta equação e o pigmento de cor azul pela reação mostrada na sexta equação química:

FeSO4(aq) + NaOH(aq) + O2(g) Fe2O3.H2O (5)

Fe SO4(aq) + K3[Fe(CN)6 ](aq) KFe[Fe(CN)6 ](aq) + K2SO4(aq) (6)

3º) Outra prática foi colocar os cristais de sulfato ferroso para secar em estufa a 60ºC por aproximadamente 60 e 90 minutos. Em seguida triturá-los em um grau com pistilo. Os cristais secos e moídos adquirem uma coloração verde esbranquiçada, conforme é visualizado na Figura 5.

Figura 5: Sulfato de Ferro II – seco e moído.

3.0 Resultados e Discussão

Os experimentos realizados, conforme descrito no capítulo 2.0 apresentaram como resultados óxidos de ferro nas cores amarelo, azul, cinza, lilás, marrom, preto e vermelho. O processo de obtenção dos óxidos de ferro no modo descrito nas seis etapas como através dos cristais moídos do sulfato de ferro II foi relativamente simples. Contudo, através dos cristais do sulfato de ferro II o resultado esperado era certo, enquanto que no processo das seis etapas o controle das reações exigia muita atenção e o resultado esperado nem sempre era obtido na primeira vez.

Foram realizadas as análises quanto à solubilidade dos óxidos de ferro obtidos, todas as amostras se mostraram insolúveis em água, conforme característica comum pigmentos.

Também foi analisada a capacidade dos óxidos de produzir cor em tinta acrílica (dispersabilidade). O resultado mostrou boa dispersabilidade para todos os óxidos produzidos.

Outros testes foram realizados, como o de estabilidade da cor devido a ação da luz. Porém, devido a intempérie esta análise não foi considerada.

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ABRAFATI 2013 | ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DOS FABRICANTES DE TINTAS (a) (b)

Figuras 6 (a) e (b): Pigmentos obtidos a partir de resíduos de ferro nas cores: amarelo, cinza, lilás, marrom, vermelho e azul.

(a) (b) (c)

Figuras 5 (a), (b) e (c): Teste de dispersabilidade dos pigmentos de cores marrom, vermelho 2, vermelho 1 e vermelho 3 em tinta acrílica.

4.0 Conclusão

As perspectivas de aplicação dos processos mencionados para obtenção de pigmentos inorgânicos através do sulfato ferroso e de sulfato férrico a partir de resíduos industriais são bastante promissoras tendo em vista a simplicidade dos equipamentos empregados.

Obviamente que para a produção de qualquer um dos compostos químicos derivados do ferro pelos processos e matérias-primas aqui descritos, deve ser de responsabilidade de técnicos capacitados. Recomenda-se ainda desenvolver estudos em escala de laboratório ou escala piloto para que se possa inferir os parâmetros técnicos e econômicos mais próximos da realidade para uma análise da viabilidade econômica de um empreendimento em escala industrial.

5.0 REFERÊNCIAS

Astrall Industria Química Ltda. Acesso em 14.10.2012. Site: < http://www.astrallquimica.com.

br/ oxidodeferrosintetico.php.>.

Branco, P. M. Os pigmentos Minerais - CPRM Serviço Geológico do Brasil:

http//:www.cprm.gov.br/publique/cgi/cgilua.exe/sys/start.htm?infoid=1263&sid=129., 2009.

Acesso em 12/10/2012.

FERREIRA, J. A. & ANJOS, L. A. dos - Aspectos de saúde coletiva e ocupacional associados à gestão dos resíduos sólidos municipais. Cad. Saúde Pública, 17(3), p. 689-696, R.J., 2001.

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GIANSANTI, R. A cidade e o urbano no mundo atual. 1ª ed. Global Ed. e Distr., S.P., 2003.

MESQUITA J., J. M. de - Gestão integrada de resíduos sólidos. R.J., IBAM, 2007.

MERÇON, F. GUIMARÃES, P. I. C., MAINIER, F. B. CORROSÃO: Um Exemplo Usual de Fenômeno Químico. Química N. na Escola n.19, p. 11, 2004.

Pigment Handbook, Ed. by P. A. Lewis, J. Wiley and Sons, N.Y., Vol. 1, p. 7, 1998.