PRODUÇÃO DE CLÍNQUER BELÍTICO A PARTIR DE RESÍDUOS DAS INDÚSTRIAS DE CELULOSE E GRANITO
B.C. Mendes¹, R.C.S.S. Alvarenga², D.P. Fassoni³, L.G. Pedroti4, J.C.L. Ribeiro5
1,2,3,4,5Universidade Federal de Viçosa
¹ Av. Peter Henry Rolfs, s/n - Campus Universitário, Departamento de Engenharia Civil, Viçosa – MG 36570-000, Brasil, beatryz.mendes@ufv.br
RESUMO
Este trabalho apresenta um cimento belítico produzido a partir de dois resíduos industriais: a lama do corte de rochas ornamentais e o grits, proveniente da indústria de celulose. As matérias-primas foram misturadas e queimadas a uma temperatura de 950°C e o produto resultante foi resfriado a uma taxa de 700°C por minuto. Analisou-se a composição mineralógica do clínquer obtido por meio das técnicas de Difração por Raios X (XRD), confirmando a predominância do silicato dicálcico. Argamassas produzidas com o novo aglomerante, em substituiçãototal ao cimento Portland, mostraram desempenho satisfatório para utilização na construção civil. Esta pesquisa mostra a possibilidadeda obtenção de aglomerantes hidráulicos a partir de resíduos industriais, a temperaturas inferiores às necessárias para a produção do cimento Portland. A produção do novo cimento contribui significamente para a sustentabilidade e preservação ambiental, reaproveitando rejeitos que seriam descartados no ambiente e reduzindo o consumo de energia e recursos não-renováveis.
Palavras-chave: resíduos, clínquer, sustentabilidade.
INTRODUÇÃO
Por muito tempo a sociedade viveu orientada por um paradigma, segundo o qual existe uma oposição entre o ambiente natural e desenvolvimento. A defesa do meio ambiente era vista como antidesenvolvimentista (1).
Nas últimas décadas, no entanto, tendo em vista a necessidade do progresso econômico concomitantemente à preocupação com a conservação dos recursos naturais existentes, desenvolveu-se um novo paradigma de produção: o conceito de “desenvolvimento sustentável”.
O setor da construção civil, essencialmente, tem o papel de transformar o ambiente natural em um ambiente construído que satisfaça as necessidades do ser humano e seja adequado às complexas atividades econômicas. Diante dessa realidade, pode-se dizer que o impacto ambiental causado pelo setor é proporcional à sua tarefa social.
As atividades relacionadas à construção civil demandam um grande consumo de recursos naturais, além de serem responsáveis pela geração de quantidades significativas de resíduos sólidos e emissão de gases poluentes na atmosfera. Para garantir o desenvolvimento sustentável proposto, deve-se implementar ações que reduzam os efeitos negativos provocados pelo macrossetor.
O grande volume de recursos naturais consumido e a grande geração de resíduos nos processos industriais fazem da reciclagem uma boa alternativa (2). Dentre os resíduos com potencial de utilização na construção civil, podem ser citados o grits e o resíduo do corte de rochas ornamentais. O grits é oriundo da produção de celulose pelo processo kraft. Na conjuntura atual, estima-se que sejam produzidos, por ano, 42 mil toneladas de grits por todo o Brasil. Em relação ao resíduo do corte de rochas, são geradas cerca de 800.000 t/ano do mesmo (3).
Diversos autores (4), (5), (6), (7) têm estudado a incorporação dos resíduos acima
citados em materiais da construção civil. Os primeiros estudaram a aplicação do grits como agregado graúdo para concreto e em tijolos solo-cimento, respectivamente. Os dois últimos avaliaram o reaproveitamento do resíduo do corte de rochas na formulação e produção de argamassas.
A fabricação de um cimento belítico a partir de resíduos industriais é uma alternativa que colabora com o desenvolvimento sustentável, reduzindo o consumo de energia e matérias-primas não renováveis e a emissão de gases poluentes. A presente pesquisa mostra, portanto, que é possível a criação de um produtocom menor impacto ambiental e que tenha alto potencial de utilização na construção civil, sobretudo na produção de argamassas.
Os resíduos utilizados nesta pesquisa foram, primeiramente, coletados das suas respectivas indústrias geradoras e levados ao Laboratório de Materiais de Construção da Universidade Federal de Viçosa, como mostrado nas figuras 1a e 1b. Estes foram, então, caracterizados quanto às suas composições através da técnica de fluorescência de raios X por energia dispersiva (EDX).
Figura 1 – Resíduos utilizados como matérias-primas para fabricação do clínquer: a) grits; b)resíduos do corte de granito (RCG).
Prosseguiu-se com a mistura e homogeneização das matérias-primas, em via úmida e manualmente, para posterior calcinação.
O proporcionamento dos resíduos foi baseado na bibliografia consultada. Após a leitura de outros trabalhos (8) (9) que abordam a fabricação de cimentos belíticos, observou-se que a relação molar Ca/Si variava de 1,0 a 2,0. A relação pretendida nesta pesquisa foi de 1,4.
A partir deste valor, pôde-se calcular as porcentagens necessárias de óxido de silício e óxido de cálcio na mistura. Então, obteve-se a proporção entre as quantidades do grits e do resíduo do corte de granito em massa, sendo esta 1:0,65.
Após a mistura destes materiais, realizou-se a moldagem dos blocos prismáticos e os mesmos foram levados ao forno elétrico para queima. Os blocos permaneceram no forno por 5 horas; após o alcance da temperatura de 950°C, foram mantidos neste por mais 30 minutos. Em seguida, o compósito queimado foi submetido a um resfriamento rápido através da injeção de ar comprimido, a uma MATERIAL E MÉTODOS
O clínquer produzido foi moído em um moinho de bolas e peneirado na peneira #200 (abertura igual a 0,076 mm). Prosseguiu-se com a sua caracterização física, química e mineralógica, por meios dos ensaios de: determinação da massa específica (10) e massa unitária, determinação da área específica pelo método de
permeabilidade ao ar (11) e da expansibilidade (12), difração de raios X (XRD) e determinação do índice de atividade pozolânica, segundo o método de Luxan.
Após a confirmação da presença de silicato dicálcico no aglomerante, nas fases alfa’ e beta, iniciou-se a produção de argamassas simples para a avaliação do comportamento mecânico do novo cimento, segundo a ABNT (13), como pode ser visto na figura 2. Substituiu-se totalmente o cimento Portland pelo cimento belítico produzido.
Figura 2 – Mistura da argamassa.
As argamassas foram dosadas segundo o traço 1:1,5 em volume, com fator a/c igual a 0,42. Utilizou-se como agregado miúdo a areia lavada úmida, com 1,69% de umidade e módulo de finura igual a 1,74.
Realizaram-se ensaios de determinação da resistência à compressão em corpos de prova cilíndricos (figura 3), com dimensões (5x10) cm, moldados com a argamassa produzida e previamente capeados. Foram rompidos dois exemplares por idade, aos 28, 42 e 63 dias.
Figura 3 – Ensaio de determinação da resistência à compressão nos corpos de prova.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados da análise de fluorescência de raios X por dispersão de energia, realizada nos resíduos do corte de granito (RCG) e no grits, constam na tabela 1.
Tabela 1 – Composição química dos resíduos obtida pela técnica de EDX.
Grits RCG Composto % % SiO2 0,78 65,95 Al2O3 <0,10 12,84 CaO 95,4 3,01 Fe2O3 0,22 7,89 K2O 0,08 4,19 Na2O 0,76 2,39 MgO 0,85 1,47 MnO 0,01 0,04 TiO2 0,05 0,93 PF* 41,67 1,33
Caracterização química dos resíduos
Caracterização do clínquer produzido
Na tabela 2, são apresentados os resultados obtidos através dos ensaios de determinação da massa específica, massa unitária, área específica e expansibilidade.
Tabela 2 – Caracterização física do clínquer obtido.
Caracterização física do clínquer obtido Massa específica Massa unitária Área específica Expansibilidade 2678 889,5 525 0,3 kg/m³ kg/m³ m²/kg mm
A análise por difratometria de raios X gerou o gráfico apresentado na figura 4. Após o tratamento das informações e a comparação deste com difratogramas correspondentes ao silicato dicálcico, pode-se identificar a presença do composto na amostra analisada. O C2S mostrou-se presente nas fases alfa’ e beta.
Como previsto, observou-se a predominância do silicato dicálcico na amostra e inferiu-se que o compósito se trata, realmente, de um aglomerante hidráulico belítico.
Figura 4 – Difratograma obtido da amostra do clínquer belítico.
Os resultados do ensaio de determinação da pozolanicidade, segundo o método de Luxan, são apresentados na tabela 3.
Clinquer 8,92 8,95 -0,03 NATUREZA DO TRABALHO: Verificação de pozolanicidade do produto
MATERIAL: Compósito com granito
Caracterização de material - Compósito queimado e moído
POZOLANICIDADE (Método de Luxan)
AMOSTRA Condutividade (mS/cm) Diferença de condutividade
Inicial Final
A diferença de condutividade igual a -0,03 indica que o clínquer belítico não apresenta atividade pozolânica. Portando, pode-se dizer que não há presença de sílica reativa ou quantidades significativas de hidróxido de cálcio no mesmo, significando que as reações entre o grits e o RCG ocorreram quase em sua totalidade.
Este resultado é satisfatório, pois estas substâncias possuem pouca ou nenhuma propriedade aglomerante, o que afetaria o desempenho do clínquer principalmente em termos de resistência mecânica.
Avaliação da resistência à compressão das argamassas
Após a ruptura dos corpos de prova produzidos a partir do novo aglomerante, foram obtidos os valores constantes na tabela 4.
Tabela 4 – Resistência à compressão dos corpos de prova.
1 28 2 28 3 42 4 42 5 63 6 63 Tensão máx. (MPa) 3,6 3,7 3,7 7310,41 Área (cm²) Força (N) Tensão (MPa) 3,6 3,2 3,7 3,6 3,3 3,7 Idade (dias) 19,83 19,60 19,71 19,67 19,67 19,67 7175,03 6227,39 7310,41 7175,03 6430,46 CP
Nota-se que, já aos 28 dias, a argamassa apresentou resistência à compressão superior a 3 MPa. Segundo a fórmula de Bolomey para argamassas (14), uma
argamassa feita com cimento Portland, com mesmo fator a/c e mesma idade, apresentaria resistência de aproximadamente 3,42 MPa. O resultado encontrado foi superior, sendo, portanto, satisfatório.
Outra observação que vale ser mencionada é o fato da tensão ter se mantido constante entre as idades de 42 e 63 dias. Por se tratar de um cimento belítico, esperava-se que houvesse aumento progressivo da resistência após os 28 dias de
idade. Fatores como as condições e cura ou falhas humanas quando da produção das argamassas e moldagem dos exemplares podem ter interferido nos valores obtidos. Faz-se necessária uma investigação acerca deste fato, em busca das causas e possíveis soluções.
CONCLUSÕES
Os ensaios de caracterização já realizados no novo clínquer belítico revelam que o mesmo possui propriedades aglomerantes, o que justifica o seu potencial de utilização em argamassas de usos diversos, como assentamento, revestimento e restauro.
A análise mineralógica comprovou a existência e predominância do silicato dicálcico, mostrando que a temperatura de queima e a técnica de resfriamento empregadas foram suficientes para a estabilização das fases reativas da belita.
Há ainda outros ensaios de caracterização que devem ser feitos para atestar realmente a eficácia do novo produto, como a análise termo-gravimétrica e a determinação do teor de óxido de cálcio livre. Todavia, os resultados obtidos até então atestam que é possível a criação de um cimento somente a partir de resíduos, cujas composições químicas são semelhantes às das matérias primas comumente empregadas na indústria cimenteira.
A presente pesquisa mostra a viabilidade da produção de um clínquer belítico como forma de reaproveitar resíduos industriais, além de contribuir com menor emissão de gases na atmosfera por ser fabricado sob temperaturas de queima menores. Pode-se ter, futuramente, um produto não apenas sustentável, mas também economicamente viável e que atenda aos critérios necessários para sua aplicação em edificações.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem às agências brasileiras Cnpq, CAPES e FAPEMIG pelo suporte dado ao desenvolvimento deste trabalho.
REFERÊNCIAS
(1) JOHN, Vanderley M. Reciclagem de resíduos na construção civil: Contribuição à metodologia de pesquisa e desenvolvimento. 2000. 113 f. Tese (Livre Docência), Departamento de Engenharia da Construção Civil, Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2000.
(2) GONÇALVES, Jardel Pereira. Utilização do resíduo do corte de granito (RCG) como adição para produção de concretos. 2000. 135 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2000.
(3) MOURA, Washington A. et al. Produção de pisos intertravados com utilização de resíduo de serragem de rochas ornamentais. In: Encontro Nacional de Tecnologia no Ambiente Construído, 11., 2006, Florianópolis. Anais.... Florianópolis: [s.n.], 2006. p. 4227 - 4236.
(4) LIMA, Evaldo Sabino. Utilização de resíduo grits da fabricação de celulose pelo processo kraft como agregado graúdo para concreto. 2010. 87 f. Dissertação (Mestrado), Centro Universitário do Leste de Minas Gerais, Coronel Fabriciano, 2010.
(5) SIQUEIRA, Fabrício Bagli. Avaliação da incorporação de resíduo grits nas propriedades e microestrutura de tijolo solo-cimento. 2013. 121 f. Dissertação (Mestrado), Centro de Ciência e Tecnologia, Universidade Estadual do Norte Fluminense, Campos dos Goytacazes, 2013.
(6) AFONSO, Wllisses Menezes. Caracterização de resíduo de corte de rochas na produção de argamassas. 2005. 154 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Civil, Centro de Ciência e Tecnologia, Universidade Estadual do Norte Fluminense, Campos dos Goytacazes, 2005.
(7) SANTOS, Maria Luiza Lopes de Oliveira. Aproveitamento de resíduos minerais na formulação de argamassas para a construção civil. 2008. 163f. Tese (Doutorado) – Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2008.
(8) KACIMI, L.; SIMON-MASSERON, A.; SALEM, S. GHOMARI, A. DERRICHE, Z. Synthesis of belite cement clinker of high hydraulic reactivity. Cement and Concrete Research, [s.l.], v. 39, p.559–565, 2009.
(9) BOUDIZI, M. A.; TAHAKOURT, · A.; BOUDIZI, N.; MERABET, D. Synthesis and characterization of belite cement with high hydraulic reactivity and low environmental impact. Arab J SciEng, v.39, p.8659–8668, 2014.
(10) ASOCIACIÓN MERCOSUR DE NORMALIZACIÓN. NM 23: Cimento Portland e Outros Materiais em pó - Determinação da massa específica. 1 ed. [s.l.], 2000. 3 p.
(11) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 7224: Cimento Portland e Outros Materiais em Pó - Determinação da área específica. Rio de Janeiro, 1984. 10 p.
(12) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 11582: Cimento Portland - Determinação da expansibilidade de Le Chatelier. Rio de Janeiro, 1991. 2 p.
(13) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 13276: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos - Preparo da mistura e determinação do índice de consistência. Rio de Janeiro, 2002. 3 p.
(14) PETRUCCI, Eládio G. R. Materiais de Construção. 10. ed. São Paulo: Globo, 1995.
BELITE CLINQUER PRODUCTION FROM WASTES FROM CELLULOSE AND GRANITE INDUSTRIES
ABSTRACT
This paper presents a belite cement produced from two industrials wastes: mud from granite industry and the grits, from cellulose industry. The raw materials were mixed and burned at a temperature of 950°C and the final product were cooled at a rate of 700°C per minute. The mineralogic composition was studied by means of XRD techniques, confirming the predominance of dicalcium silicate. Mortars were made with the new clínquer replacing the Portland cement and these showed satisfactory performance for use in civil construction. This research shows the possibility of making hydraulic binders from industrials wastes, at lower temperatures than common temperatures used to production of Portland cement. The creation of the new cement contributes a lot to sustainability and environmental preservation, reusing wastes that would be rejected in environment and reducing the consumption of energy and non-renewable resources.
