UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA –DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC

CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA –DEM

PROGRAMA DE PốS-GRADUAđấO EM CIÊNCIA E

  

ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM

  Formação: Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais DISSERTAđấO DE MESTRADO OBTIDA POR

  Edson Raupp de Bitencourt

  UTILIZAđấO DE MATÉRIA-PRIMA ALTERNATIVA NA FABRICAđấO DE

TIJOLOS DE ARGILA VERMELHA E BRANCA

  Apresentada em 30/07/2004 perante a Banca Examinadora: Prof. Dr. Enori Gemelli - Presidente (UDESC) Prof. Dr. Carlos Alberto Klimeck Gouvêa (SOCIESC) Prof. Dr. Nelson Heriberto Almeida Camargo (UDESC) Prof. Dr. Masahiro Tomiyama (UDESC)

  UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA - DEM PROGRAMA DE PốS-GRADUAđấO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS – PGCEM DISSERTAđấO DE MESTRADO

  Mestrando: EDSON RAUPP DE BITENCOURT – Engenheiro Mecânico

  Orientador: Prof. Dr. ENORI GEMELLI CCT/UDESC – JOINVILLE UTILIZAđấO DE MATÉRIA-PRIMA ALTERNATIVA NA FABRICAđấO DE TIJOLOS DE ARGILA VERMELHA E BRANCA

  DISSERTAđấO APRESENTADA PARA OBTENđấO DO TễTULO DE MESTRE EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS DA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA, CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT, ORIENTADA PELO PROF. DR. ENORI GEMELLI

  Joinville 2004

  UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT COORDENAđấO DE PốS-GRADUAđấO - CPG

"Utilização de Matéria-Prima Alternativa na Fabricação de Tijolos de

Argila Vermelha e Branca"

  por

  

Edson Raupp de Bitencourt

Essa dissertação foi julgada adequada para a obtenção do título de

  

MESTRE EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

  na área de concentração "Cerâmica", e aprovada em sua forma final pelo CURSO DE MESTRADO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

  DO CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA

  Prof. Dr. Enori Gemelli (Presidente)

  Banca Examinadora:

  Prof. Dr.Carlos Alberto Klimeck Gouvêa Prof. Dr. Nelson Heriberto Almeida Camargo Prof. Dr. Masahiro Tomiyama

  

FICHA CATALOGRÁFICA

NOME: BITENCOURT, Edson Raupp de DATA DEFESA: 30/07/2004 LOCAL: CCT/UDESC – Joinville NÍVEL: Mestrado Número de ordem: 40 – CCT/UDESC FORMAđấO: Ciência e Engenharia de Materiais ÁREA DE CONCENTRAđấO: Cerâmica

TÍTULO: Utilização de Matéria-Prima Alternativa na Fabricação de Tijolos de Argila

  Vermelha e Branca

  

PALAVRAS - CHAVE: Matéria-Prima Alternativa, Resíduo, Cerâmica Vermelha,

  Tijolo, Construção Civil NÚMERO DE PÁGINAS: x, 50 p.

  CENTRO/UNIVERSIDADE: Centro de Ciências Tecnológicas da UDESC PROGRAMA: Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PGCEM CADASTRO CAPES: 410021001P-9 ORIENTADOR: Prof. Dr. Enori Gemelli PRESIDENTE DA BANCA: Prof. Dr. Enori Gemelli

MEMBROS DA BANCA: Prof. Dr. Carlos Alberto Klimeck Gouvêa, Prof. Dr. Nelson

  Heriberto Almeida Camargo, Prof. Dr. Masahiro Tomiyama

  À MINHA ESPOSA PATRÍCIA E À MINHA FILHA PAULA. AGRADECIMENTOS Ao Prof. Dr. Enori Gemelli que, como orientador e amigo, teve paciência e deu todo o apoio necessário para a elaboração deste trabalho.

  À Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC e ao Programa de Pós- graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PGCEM pela realização do presente trabalho. Ao Centro de Ciências Tecnológicas e ao Departamento de Engenharia Mecânica pela infraestrutura oferecida.

  Às empresas envolvidas neste trabalho, que por motivos estratégicos não são citadas na dissertação.

  A todos os professores do Curso de Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais, A Paulo Henrique Soares da Rosa, que acreditou e acredita ainda hoje em meu potencial.

  

SUMÁRIO

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

RESUMO

  O objetivo deste trabalho foi de estudar a influência de uma matéria-prima alternativa proveniente de um resíduo industrial na produção de tijolos de argila vermelha e branca. Foram avaliadas as características das propriedades e o impacto ambiental desses tijolos alternativos, comparados com os tijolos comuns. A matéria-prima alternativa utilizada foi um resíduo de processo industrial que substituiu parcialmente a argila vermelha convencional usada na fabricação dos tijolos. Foram fabricados tijolos de seis furos por extrusão com as seguintes misturas: argila pura (sem resíduo) e argila contento percentuais de A, B e C% (em volume) de resíduo. Em seguida, os tijolos foram secados e

  o

  sinterizados em torno de 1050 C em um forno industrial de olaria. Os materiais foram avaliados por microscopia eletrônica de varredura, ensaios de compressão, análise térmica (DTA, TG, dilatometria), ensaios de absorção de água, ensaios de lixiviação e solubilização e ensaios de emissões atmosféricas. Os resultados mostraram que o resíduo aumenta a plasticidade da massa cerâmica, facilitando a extrusão. Contudo, a fabricação dos tijolos não é viável com a mistura de quantidade C%, devido ao excesso de umidade água). O resíduo também melhora a sinterização e aumenta a resistência à compressão dos tijolos em aproximadamente 125%, passando de 0,66 MPa (tijolos comuns) para em torno de 1,45 MPa (tijolos alternativos). Os tijolos comuns e alternativos apresentaram fases e porosidade similares. A absorção de água dos tijolos comuns e alternativos ficou em torno de 22%, abaixo do máximo estabelecido por norma (25%). Os ensaios de lixiviação e solubilização mostraram que o resíduo, além de não ser perigoso, não provoca nenhum excedente nos limites máximos dos elementos químicos analisados de acordo com a norma NBR10004. As emissões atmosféricas indicaram que, com exceção do enxofre, a concentração dos gases emitidos é próxima àquela dos tijolos sem resíduo. Por outro lado, os valores absolutos das emissões são considerados baixos, principalmente os valores das emissões de enxofre.

  

ABSTRACT

  The aim of this work was to study the influence of an industrial waste in red clay brick production. It was evaluated the properties and the environmental impact of these bricks, compared to the conventional bricks. The alternative raw material is a residue from an industrial process and partially replaced the red clay used in brick manufacturing. It was produced six-hole bricks by extrusion with the admixtures as follows: pure red clay (without residue), and red clay containing A, B and C% (by volume) of residue. Afterward,

  o

  the bricks were dried and sintered at approximately 1050 C in an industrial furnace. The materials were assessed by scanning electron microscope (SEM), compression test, thermal analyses (ATD, TG, dilatometry), water absorption, infrared spectrometry, leaching and solubilization test, and atmospheric emission analyses during the sintering period. The results showed that the residue increases the ceramic plasticity, improving the extrusion process. Nevertheless, a technical handicap suggests production of alternative bricks with A and B% of residue because of water excess (the alternative bricks containing B and C% of residue were produced without water addition). The residue also improves the sintering without residue) to approximately 1.45 MPa (alternative bricks). The alternative and conventional bricks presented either similar phases or porosity. The water absorption of both bricks (alternative and conventional) was about 22%, bellow the maximum established by brazilian code (25%). The lixiviation and solubilization tests showed that the residue is harmless to the environment compared to the behavior of the original bricks according to the brazilian NBR 10004 code, and that apart from the sulfur dioxide, the gas emission concentration between the two bricks (with or without residue) is similar. Although the sulfur dioxide concentration is superior in the bricks produced with residue, this value is considered low.

  

INTRODUđấO

  A preservação do meio ambiente é um assunto discutido não só em escolas e na mídia, como também em grandes e pequenas empresas. Uma prova disso é a tão aspirada

  ISO 14000, certificação de qualidade e de proteção ao meio ambiente exigida globalmente em empresas que exportam ou desejam exportar seus produtos. Além disso, em um mercado competitivo a utilização de processos e produtos que preservam o meio ambiente constitui um fator vital para o desenvolvimento sustentável das indústrias. Sendo assim, além do controle adequado de emissão de poluentes, tanto no ar quanto em água e em terra, faz-se necessário encontrar um destino mais adequado para os materiais descartáveis resultantes de processos industriais, que são inevitavelmente gerados, buscando sempre utilizar aterros industriais como última opção.

  O estudo sobre o aproveitamento de materiais descartados na produção industrial vem aumentando e se diversificando cada vez mais. Um dos setores de maior absorção destes materiais é a indústria da construção civil, principalmente na fabricação de tijolos e materiais, pesquisa de ponta e muita dedicação para que se obtenham resultados positivos, como a descoberta de novos materiais de melhor qualidade e de custos mais baixos, tendo como maior beneficiária a natureza. Por conseguinte, a utilização destes materiais requer uma gama infinita de estudos no que diz respeito à compatibilidade entre matéria-prima alternativa e produto propriamente dito. A combinação destes pode gerar um efeito contrário ao desejado, isto é, pode ocorrer uma reação química liberando gás tóxico, por exemplo, ou diminuir a resistência mecânica de um determinado material manufaturado. Para evitar esses efeitos indesejáveis deve-se ter conhecimento das composições químicas das matérias primas e dos materiais alternativos utilizados.

  No setor da cerâmica tradicional, principalmente no que diz respeito à fabricação de tijolos, telhas e ladrilhos, há uma falta de padronização dos produtos fabricados. Este fato, ligado a grande variedade de produtos, dificulta o controle de produção e provoca descontinuidade na fabricação de peças. Cada fabricante possui seu próprio padrão, não havendo uma estrutura organizacional onde sejam definidas as funções e responsabilidades do pessoal que trabalha no setor produtivo, tornando-se inviável o controle da qualidade do produto final.

  Assim, buscando aliar o fator ambiental às dificuldades, ou necessidade de diminuir custos do setor produtivo cerâmico, este trabalho teve como objetivo geral a utilização de um material alternativo, proveniente do descarte de um processo industrial (resíduo), na fabricação de tijolos de cerâmica vermelha. Para tanto, foi preciso estabelecer dois objetivos: o primeiro foi o de determinar a concentração mais apropriada de resíduo na argila, visando uma boa trabalhabilidade da massa cerâmica durante o processo de fabricação de tijolos, e o segundo, foi o de verificar as características das propriedades e o impacto ambiental da fabricação de tijolos com resíduo.

  Para explanar todo este contexto, esta dissertação foi estruturada em quatro capítulos, onde os dois primeiros englobam a revisão da literatura. O primeiro capítulo se refere aos aspectos da fabricação de tijolos de argila vermelha, desde a matéria-prima até a densidade do produto acabado. Já o segundo capítulo se reporta à utilização de resíduos industriais na fabricação de tijolos de argila vermelha, apresentando os materiais combustíveis, as cinzas volantes, os materiais fundentes, os materiais redutores de plasticidade e plastificantes e outros materiais. No capítulo três, estão os materiais e os métodos utilizados no experimento desse trabalho, mostrando a composição química das (tijolos), a preparação e os equipamentos utilizados nos ensaios. No quarto capítulo são apresentados e discutidos os resultados obtidos do ensaio de compressão, da análise térmica, do ensaio de absorção de água, da caracterização microestrutural, dos testes de lixiviação e solubilização dos tijolos e da análise dos gases emitidos durante a sinterização dos tijolos com e sem material alternativo. Finalizando, são apresentadas as conclusões sobre a utilização deste novo material para a fabricação de tijolos de argila vermelha.

  

CAPễTULO 1 - FABRICAđấO DE TIJOLOS DE ARGILA VERMELHA E

BRANCA

1.1 MATÉRIA-PRIMA CONVENCIONAL

  A matéria-prima básica usada na fabricação de tijolos é a argila. Distingue-se dois tipos de argila: argila branca e argila vermelha. A argila é um material proveniente da decomposição ocorrida durante milhões de anos das rochas feldspáticas, graníticas e basálticas, muito abundantes na crosta terrestre. São classificadas em duas categorias: argilas primárias e argilas secundárias ou sedimentares [PORTO ROSSI, 2003]. As argilas primárias são formadas no mesmo local da rocha mãe tendo pouca influência dos agentes atmosféricos. Possuem partículas mais grossas e coloração mais clara, são pouco plásticas e possuem grande pureza, com alta fusibilidade. O caulim é um exemplo deste tipo de argila. As argilas secundárias ou sedimentárias são materiais que sofrem grande influência de agentes atmosféricos, como a ação das águas, dos ventos, descargas elétricas e até mesmo o degelo de geleiras. A água, pesadas se depositem primeiro e as outras vão se depositando de acordo com suas densidades, sendo que as menos densas se depositam onde a água pára. As argilas sedimentares são mais finas e plásticas do que as primárias, podendo, no entanto, conter impurezas ao se misturarem com matérias orgânicas [PORTO ROSSI, 2003].

  Argilas e caulins são materiais que possuem a propriedade de quando misturados com água, em devidas proporções, apresentarem a possibilidade de serem amassados e trabalhados mantendo a forma que se deseja. Quando secos e ainda não sinterizados, basta adicionar água para que possam recuperar a plasticidade.

1.1.1 Composição Química das Argilas

  A composição química das argilas varia de acordo com a jazida de onde é retirada, ou seja, do local, da formação geológica do terreno, da era de formação e da influência hidrotérmica exercida sobre o material.

  O mineral básico das argilas é a caulinita, que é um silicato de alumínio hidratado, composto por alumina (óxido de alumínio), sílica (óxido de silício) e água. A estrutura da argila é formada por uma molécula de alumina, que contém dois átomos de alumínio e três de oxigênio; duas moléculas de sílica, que contém um átomo de silício e dois de oxigênio e duas moléculas de água, com dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio, podendo ser representado por [Al

  2 Si

  2 O 5 (OH) 4 ]

2 [PORTO ROSSI, 2003].

  Além da alumina e da sílica, é normalmente encontrado nas rochas ígneas o óxido de ferro (Fe O ), que dá cor vermelha ou amarelada na maioria das argilas, reduz a

  2

  3

  plasticidade, mas também diminui a retração e facilita a secagem. Ele também diminui a resistência mecânica, mas o pouco que funde na sinterização, proporciona dureza ao vidrado. Os álcalis baixam o ponto de fusão e provocam porosidade, facilitando a secagem e a sinterização, mas também reduzem a plasticidade. O cálcio age como fundente e faz com que a cerâmica tenha um aspecto de cor mais claro. Os sais solúveis são perniciosos porque dão eflorescência de mau aspecto. A matéria orgânica, embora aumente a plasticidade, torna a argila mais porosa. É ela que torna a argila escura antes da sinterização; não obstante a cor vermelha reaparece depois da sinterização [PIZATTO, 2001].

  Os resultados da análise química de duas argilas vermelhas naturais brasileiras enriquecimento prévio) estão apresentados na tabela 1. Verifica-se que ambas as argilas apresentam teores de ferro em torno de 10%. A diferença mais significativa está na predominância de óxido de cálcio em uma e de óxido de potássio na outra [VILLEGAS et

  al., 2003].

  

Tabela 1: Composição química em porcentagem de argilas brasileiras (argilas 1 e 2).

  Argila SiO Al O Fe O MgO Na O K O CaO TiO

  2

  2

  3

  2

  3

  2

  2

  2

  1 59,57 22,28 11,31 2,25 0,01 2,83 0,72 1,03 2 66,19 17,10 10,11 3,21 0,42 0,45 1,42 1,10 O estudo do comportamento fisico-químico de misturas cerâmicas obtidas através de argila vermelha, proveniente da região do Vale do Itajaí (Santa Catarina), realizado por

  Poerner et al. [1994], apresentou a composição química mostrada na tabela 2.

  

Tabela 2: Composição química (%) de uma argila do Vale do Itajaí (Santa Catarina).

  SiO

  2 Al

  2 O

  3 Fe

  2 O

  3 MgO Na

  2 O K

  2 O CaO TiO

  2

  72,40 11,82 3,75 0,52 0,10 0,23 0,34 0,84

1.1.2 Aplicações das Argilas Vermelhas

  As argilas vermelhas são utilizadas para fabricação de materiais para a construção civil, tais como tijolos (maciço, de dois furos, de quatro furos, de seis furos, de oito furos, de vinte e um furos, entre outros), telhas (de vários formatos), ladrilhos de pisos, objetos de adornos (elementos vazados), lajes cerâmicas, manilhas vidradas (tubos hidráulicos), agregados leves, além de obras de artesanato e decoração [SANTOS, 1989].

  As argilas, por serem basicamente de alumino-silicatos de estrutura lamelar, são utilizadas como catalisadores em síntese orgânica, visto que o seu emprego alia melhoras de rendimento e diminuição do tempo reacional às facilidades decorrentes do uso de catalisadores sólidos nas reações, tornando o processo mais limpo do ponto de vista ambiental [VILLEGAS et al., 2003].

  

1.1.3 Características e Propriedades das Argilas Vermelhas para a Fabricação de

Tijolos

  As argilas vermelhas são plásticas e possuem ferro em sua constituição. Resistem a

  o

  temperaturas de até 1100

  C, podendo ser utilizadas em vidrados. Sua coloração é vermelho escura quando úmida, chegando a quase marrom quando atinge seu limite de temperatura de sinterização.

  As argilas utilizadas para a fabricação de tijolos cerâmicos devem apresentar boa moldabilidade, ter resistência à flexão antes e após a sinterização, apresentar cor avermelhada após a sinterização, com um mínimo de trincas e empenamentos. Não devem apresentar ferro divalente, elementos alcalinos e alcalino-terrosos, pois estes causam excessiva retração, reduzem a faixa de sinterização e provocam coloração indesejada [SANTOS, 1989].

  As argilas utilizadas para a fabricação de tijolos apresentam várias propriedades específicas, dentre elas se destacam: Plasticidade: varia de acordo com a quantidade de água. A argila seca tem plasticidade nula. Molhando-a, ela vai adquirindo plasticidade até um máximo, com mais água as lâminas se separam e a argila perde a plasticidade para se tornar um líquido viscoso. O ponto em que se limitam essas fases, ou seja, quando a argila não mais se desagrega, porém ainda é pegajosa, é chamado de ponto de maior plasticidade. Esse ponto varia de acordo com a argila, sendo as substâncias que alteram a plasticidade listadas a seguir: a) aumentam a plasticidade: o carbonato de sódio, hidróxido de sódio, tanino, silicatos.

  b) diminuem a plasticidade numa argila: o ar, o calor, adição de produtos para desengordurar e a areia [PIZATTO, 2001].

  Retração: em um bloco de argila úmida, quando exposto à secagem, ocorre evaporação da água a partir da superfície do corpo e difusão de umidade no interior da massa, ou seja, migração no sentido do centro para as superfícies do corpo, que se encontram mais secas, com tendência de homogeneizar o conjunto. Em todo esse processo, no lugar antes ocupado pela água, vão ficando vazios e, conseqüentemente, o conjunto retrai-se. Surgem durante a evaporação, forças capilares que tendem a aproximar as isotrópica, de fora para dentro, diminuindo de volume. Essa retração é proporcional ao grau de umidade e varia também com a composição da argila. Quanto menor a granulomeria, maior a retração. A retração de secagem ocorre inicialmente de maneira bastante acentuada, atenuando-se a partir de um determinado teor de umidade, denominado “umidade crítica”. Um efeito negativo da retração é que, como ela não é uniforme, as camadas externas tendem a retrair-se antes do que as camadas internas. O bloco pode vir a se deformar ou mesmo fissurar. Todos os fatores que aumentam a plasticidade (o que é bom), também aumentam a retração (o que é ruim), assim sendo, no processo de moldagem dos produtos cerâmicos, deve-se adicionar à argila menor quantidade possível de água [PIZATTO, 2001].

  Porosidade: é a relação entre o volume de poros e o volume total aparente do material (argila ou produto cerâmico), sendo função da natureza dos constituintes, forma, tamanho e posição relativa das partículas e também dos processos de fabricação.

  Quando os grãos de argila são grossos, ela tem menos poros e maior permeabilidade; quando predominam os grãos finos, a argila tem mais poros e menos permeabilidade.

  Com argilas de grãos de vários tamanhos, reduzem-se a porosidade e a permeabilidade, ou seja, consegue-se um encaixe melhor (chama-se de melhor “empacotamento”) do que entre partículas com granulometria contínua. A porosidade tem influência sobre as argilas e as cerâmicas, aumentando a absorção de água na razão direta da quantidade de seus poros. Porém, favorece a sinterização e a refratariedade, diminuindo a condutibilidade térmica e elétrica e a massa específica aparente do material. A resistência a esforços axiais e a resistência à abrasão também são diminuídas com o aumento da porosidade [PIZATTO, 2001].

  Comportamento ao Calor: aquecendo-se uma argila entre 20 ºC e 150 ºC ela somente perde a água de capilaridade. Entre 150 ºC a 600 ºC ela perde água absorvida e a argila vai se enrijecendo. Até aqui há somente alteração física, mas a partir de 600 ºC começam as alterações químicas em três estágios. Em um primeiro estágio há a desidratação química, ou seja, a água de constituição também é expulsa resultando no endurecimento, além de as matérias orgânicas serem queimadas. No segundo estágio, os carbonetos são calcinados e se transformam em óxidos. A partir do terceiro estágio, uma pequena quantidade de vidro, que aglutina os demais elementos, dando dureza, resistência e compactação ao conjunto, aparecendo a cerâmica propriamente dita. A qualidade de um produto cerâmico depende, acima de tudo, da quantidade de vidro formado. É ínfima nos tijolos comuns e grande nas porcelanas [PIZATTO, 2001].

1.2 PROCESSOS DE FABRICAđấO DE TIJOLOS

  Os produtos de cerâmica vermelha são fabricados pelo processo de extrusão ou prensagem, sendo normalmente o primeiro para fabricação de tijolos (blocos de vedação, blocos portantes, tijolos maciços, tijolos estruturais), lajotas e manilhas. O segundo na fabricação de telhas [DOS SANTOS, 2001].

  O fluxograma mostrado na figura 1 representa as etapas de produção de uma fábrica de tijolos, desde as matérias-primas (no caso de duas argilas) até a comercialização. Após as argilas serem misturadas, laminadas para eliminar bolhas de ar na massa e umidificadas, se necessário, a massa cerâmica é conformada em uma extrusora, conhecida também como maromba. Na extrusora, uma rosca sem fim impulsiona a massa, forçando-a passar por uma chapa de aço perfurada, lançando-a dentro de uma câmara de vácuo. Da câmara de vácuo, a massa é retirada por outra rosca sem fim que a impele através de uma matriz de aço denominada de boquilha, onde a massa recebe a forma do tijolo. Porém, essa forma é contínua, sendo necessário um corte (manual ou automático) no tamanho desejado do tijolo [DOS SANTOS, 2001].

  Argila Branca

  Misturador Laminador Umidificação Argila Vermelha

  Extrusora Resfriamento Sinterização Secagem Corte

  Estocagem Comercialização

Figura 1: Fluxograma do processo produtivo de tijolos.

  A plasticidade da massa cerâmica interfere na qualidade final dos produtos extrudados. Para isso, deve-se sempre que possível, extrudar as massas na zona de máxima plasticidade, evitando situações desvantajosas em termos de extrusão [RIBEIRO et al., 2003].

  Logo após a extrusão e o corte, os tijolos apresentam uma umidade de 20 a 25%, que é reduzida para 6 a 10% durante a secagem (natural ou forçada). Só então o tijolo pode passar pela etapa de sinterização, a qual dá aos tijolos suas características finais como resistência mecânica e cor.

  Uma série de transformações estruturais e químicas ocorre quando as argilas são

  o

  submetidas ao calor. A temperatura de sinterização dos tijolos é da ordem de 750 a 900

  C, sendo utilizados fornos para tal operação. As operações de secagem e sinterização são as que consomem a maior parte do combustível utilizado [DOS SANTOS, 2001].

  Durante a sinterização, as partículas se aproximam, reduzindo a porosidade. A força motriz é conseguida pela diminuição da energia superficial total, devida ao contato e crescimento dos grãos. Os átomos dos grãos pequenos são transferidos para os maiores através de difusão ao longo dos contornos dos grãos ou entre as partículas, substituindo os poros por material sólido [VAN VLACK, 1964].

1.3 PROPRIEDADES E CARACTERÍSTICAS DOS TIJOLOS DE ARGILA

  VERMELHA

1.3.1 Resistência à Compressão/Cizalhamento

  Como os materiais cerâmicos são geralmente não-dúcteis, suas características de resistência mecânica diferem bastante dos metais. Um material cerâmico é muito resistente a compressão porque ele não se rompe por deslizamento, estando este comportamento diretamente ligado às forças interatômicas deste material. Porém, os materiais cerâmicos não podem romper-se por compressão pura, pois nenhum valor crítico da tensão é atingido à medida em que o espaço interatômico vai sendo reduzido [VAN VLACK, 1964].

  O tijolo de seis furos é o que possui maior valor de produção na região de Santa local. Contudo, a resistência à compressão dos tijolos apresenta, em sua maioria, valor abaixo do mínimo exigido pela norma NBR 7171/92, que é de 1 MPa, conforme mostrado na tabela 3. Além disso, os valores de resistência variam muito em um mesmo lote de tijolos, indicando a inexistência de controle de qualidade adequado na fabricação deste produto. Isto implica em um grande número de quebras no transporte e no manuseio dos tijolos [OLIVEIRA, 1993].

  Tabela 3: Valores médios de resistência à compressão de tijolos de seis furos fabricados com argilas de diferentes regiões de Santa Catarina.

  Região Resistência à Compressão [MPa]

  Alto Vale do 0,88

  Itajaí Morro da

  0,47 Fumaça

  Tijucas 0,86

1.3.2 Absorção de Água

  A absorção de água é a quantidade de água necessária para encher os poros existentes em um corpo-de-prova cerâmico. Através deste ensaio (descrito pela norma britânica BS 3921), o ar escapa quando o corpo-de-prova é imerso, permitindo a livre passagem da água por entre os poros. Os valores médios de absorção de água dos tijolos cerâmicos em Santa Catarina varia entre 17% a 24% por peso (tabela 4). Segundo a norma NBR 7171/92, a absorção de água não deve ser superior a 25% [OLIVEIRA, 1993].

  A propriedade de absorção de água dos tijolos cerâmicos influencia na permeabilidade das paredes de alvenaria, ou seja, quanto maior o coeficiente de absorção do material, mais permeável será a parede. Porém, baixos coeficientes prejudicam a aderência da argamassa. Influencia, também, na resistência à compressão dos tijolos, sendo esta inversamente proporcional à absorção de água [OLIVEIRA, 1993].

  Tabela 4: Valores médios de absorção de água para tijolos de seis furos de regiões de Santa Catarina.

  

Região Absorção de Água [%]

  Alto Vale 17,72 do Itajaí

  Morro da 18,22

  Fumaça Tijucas 23,70

  A absorção de água em tijolos fabricados no Estado de Santa Catarina apresentam alta variabilidade, chegando a um coeficiente de 22% (tabela 5) [PRADO, 1995].

  Tabela 5: Valores de absorção de água de tijolos de cerâmica vermelha de diferentes formas e dimensões.

  

Tipos de Tijolos Absorção de Água [%]

  Maciços 22,19 Pequenos de 21 furos 19,97 Grandes de 21 furos 17,42 Pequenos losangulares 18,56 Grandes losangulares 19,27

  1.3.3. Expansão e Retração A dilatação térmica dos materiais cerâmicos varia conforme sua energia interna.

  Geralmente, o coeficiente de dilatação térmica é maior para temperaturas mais elevadas. Também é admissível dizer que, quanto maior é a temperatura de fusão de um material, menor é a sua dilatação térmica [ABIKO, 1988].

  Os movimentos de temperatura e umidade ocorrem ao mesmo tempo e podem ser considerados conjuntamente. O maior aumento no comprimento ocorre no calor com tempo úmido, e o maior decréscimo no frio com tempo seco. Depois que os tijolos são retirados dos fornos eles sofrem leve expansão que vai decrescendo com o tempo. Em alguns tijolos a expansão ocorre em até seis meses, porém em outros, continua por muitos anos numa razão reduzida. Isto não ocorre da mesma maneira em todos os tipos de tijolos, logo é necessário o conhecimento do material local para que seja admitida uma tolerância. Esta expansão e retração ocorre também com a mudança de temperatura. Os materiais cerâmicos absorvem consideráveis quantidades de água, o que causa uma pequena expansão. As principais desvantagens disso são: aumento de peso para estruturas de eflorescência. Como a composição das argilas e, portanto, dos tijolos cerâmicos varia de um lugar para outro, assim o comportamento dos mesmos também varia. Além disso, devido à grande diferença de clima entre um lugar e outro e, eventualmente, entre o local de produção e utilização dos tijolos, eles podem contrair ou expandir após a fabricação [COWAN e SMITH, 1988]. Por este motivo, os tijolos recém sinterizados não devem ser comercializados logo após a fabricação. Deve haver um tempo de espera de quinze dias para que os tijolos atinjam um equilíbrio dimensional [SINHA, 1992].

  1.3.4. Densidade

  A determinação da densidade (peso específico ou massa específica) dos tijolos é importante para a estimativa das cargas de parede devidas ao peso próprio. Não há uma norma técnica brasileira que regulamente este tipo de ensaio para tijolos, podendo ser adotado um procedimento simplificado para a obtenção dos valores das densidades: com os tijolos secos ao ar, mede-se as dimensões do tijolo e determina-se o seu volume e aplica-se a equação 1 [PRADO, 1995].

  M usa D = (equação 1)

  V

3 Onde: D = densidade [kg/m ]

  M usa = massa da unidade seca ao ar [kg]

3 V = volume da unidade [m ]

  A densidade hidrostática do tijolo cerâmico maciço depende da composição da

  3

  3

  argila e varia de cerca de 2250 kg/m até 2800 kg/m , geralmente ficando perto de 2600

  3

  kg/m . Vale ressaltar que estes valores são válidos para os tijolos americanos e ingleses [HALL et al., 1992].

  

CAPễTULO 2 - UTILIZAđấO DE MATÉRIAS-PRIMAS ALTERNATIVAS NA

FABRICAđấO DE TIJOLOS

  As atividades industriais produzem uma determinada quantidade de substâncias não inerentes aos objetivos da produção em si. Na maior parte dos casos, estes produtos secundários não podem ser reutilizados diretamente, constituindo assim, resíduos industriais que conduzem à problemática da sua correta destinação final [DONDI et al., 1998].

  As massas cerâmicas utilizadas na indústria de tijolos são de natureza heterogênea, constituídas por matérias-primas argilosas com um vasto espectro de composição, sendo extraídas normalmente dos depósitos de argila situados nas imediações das olarias. Por este motivo, tais massas têm a capacidade de tolerar a presença de materiais alternativos (resíduos), utilizando estes como aditivos presentes em quantidades significativas. A incorporação destes aditivos na massa cerâmica para a fabricação de tijolos implica sempre em obter, pelo menos, duas vantagens de caráter ambiental: a utilização e a inertização de resíduos poluentes e de difícil eliminação, sem contar a economia de matérias primas positivos nas propriedades dos produtos semi-acabados e acabados, como na retração, porosidade, resistência mecânica, redução de perdas na secagem e diminuição da densidade da massa cerâmica sinterizada. O consumo de energia pode ser reduzido graças à contribuição calorífica proporcionada por muitos tipos de matéria-prima alternativa [JUNGE e HAUCK, 1997].

  Os resíduos ou matérias primas alternativas podem ser divididos em quatro categorias principais, em relação aos seus efeitos mais importantes [DONDI et al., 1998]:

  1. Matéria-prima alternativa combustível;

  2. Cinzas volantes;

  3. Matéria-prima alternativa de fusão; 4. Matéria-prima alternativa redutora de plasticidade.

2.1 MATÉRIA-PRIMA ALTERNATIVA COMBUSTÍVEL

  A maioria dos resíduos industriais constituem fontes potenciais de energia durante a fase de sinterização dos tijolos, através da combustão dos elevados níveis de substâncias orgânicas contidas nos mesmos. Esta categoria inclui resíduos das estações de tratamento de resíduos urbanos, resíduos da exploração de carvão, resíduos da indústria têxtil e de curtumes, derivados do processamento do petróleo e resíduos da indústria do papel e da madeira. Também as cinzas volantes das centrais termoelétricas são caracterizadas por um considerável valor calorífico [DONDI et al., 1998].

  Em linhas gerais, a quantidade de resíduos que na prática podem ser acrescentados às massas cerâmicas é de certa forma limitada (raramente ultrapassa 10% em peso) sendo que os principais efeitos são o aumento da porosidade e a diminuição da retração e da resistência mecânica do material acabado [DONDI et al., 1998].

2.1.1 Lama de Estações de Tratamento de Resíduos Urbanos

  As lamas de estação de tratamento de resíduos urbanos apresentam uma composição bastante variada, devido às diversas origens e aos diferentes processos de tratamento a que os resíduos são submetidos, obtendo assim uma larga faixa de variação de constituída essencialmente de silicato, com significativo teor de metais pesados, como chumbo, zinco, cromo e cobre [DONDI et al., 1998].

  O poder calorífico desta lama é estimado em 2400 kcal/kg, o que pode resultar em uma economia de combustível da ordem de 10% a 40%. A quantidade que pode ser acrescentada na massa cerâmica vai de 2% a 30% em peso, dependendo do teor de umidade presente na lama e nas argilas [DONDI et al., 1998].

  Os efeitos notados em massas cruas são representados pelo aumento da plasticidade, com uma melhora das propriedades reológicas e consequentemente uma moldagem mais fácil. Já durante a secagem, o comportamento é variado, aumentando ou reduzindo a retração, dependendo do material utilizado [DONDI et al., 1998].

  Nos produtos sinterizados, ocorre um aumento na absorção de água e uma consequente diminuição da densidade do tijolo, resultando em um aumento significativo da retração. Tais variações na estrutura refletem-se na resistência mecânica, com decréscimos de 4% a 30%. Podem surgir durante a sinterização fenômenos de eflorescência e de coração negro [DONDI et al., 1998].

  2.1.2 Lamas da Indústria do Papel

  As lamas derivadas da depuração de águas de efluentes das fábricas de papel são caracterizadas por um conteúdo de substâncias orgânicas de cerca de 20% do peso, quando seco, e por um valor calorífico de 2000 kcal/kg. Geralmente, a quantidade de água presente varia de 50% a 80% em peso. O componente inorgânico é, em grande parte, atribuído às “cargas”, como por exemplo caulin, cal e gesso [JUNGE e HAUCK, 1997].

  As quantidades desse aditivo podem elevar-se até 10% do peso dependendo do grau de porosidade que se pretende obter e da redução da resistência mecânica que se possa aceitar [JUNGE e HAUCK, 1997].

  O uso de lamas da indústria papeleira produz efeitos em todas as fases de produção dos tijolos. Sua natureza fibrosa e seu conteúdo em água são elementos importantes na preparação e na conformação da massa. Graças, sobretudo, ao efeito fortalecedor das fibras presentes, se conseguirá uma redução substancial dos inconvenientes da secagem e também um aumento da resistência à flexão e tração da peça verde. Durante o processo de sinterização, deve-se controlar cuidadosamente a energia liberada, compensando-a combustível, normalmente de alta qualidade, necessário para queima, em uma quantidade ligeiramente inferior ao conteúdo de energia fornecida pela lama da indústria do papel [SILVA e ROCHA, 1997].

  Com relação às emissões gasosas, durante a fase de pré-aquecimento da argila misturada com a lama, forma-se o gás de carbonização à baixa temperatura. Em muitos casos é necessário se assegurar de que a combustão está completa, utilizando um sistema de pós-combustão dos gases de descarga interno (reciclagem dos gases de combustão) ou externa (termo-captadores) [JUNGE e HAUCK, 1997].

  A formação de poros devido a queima da parte orgânica da lama da indústria papeleira é aceito em geral sem problemas. Este é o motivo da redução da densidade e da condutividade térmica do tijolo [JUNGE e HAUCK, 1997].

  2.1.3 Serragem de Madeira

  O emprego da serragem derivada da indústria da madeira como aditivo à matéria- prima argilosa permite a produção de tijolos menos pesados e fornece ao mesmo tempo uma economia energética de 15%. O valor calorífico oscila entre 1700 a 4500 kcal/kg [DONDI et al., 1998].

  A serragem é utilizada com maior frequência para formar poros nos elementos cerâmicos que tenham como finalidade o isolamento térmico. Desde os tempos mais remotos, sempre acrescentou-se serragem para a produção de tijolos, sendo aceito sem problemas. Normalmente, utiliza-se serragem de madeira recém cortada, isenta de qualquer impureza advinda de solventes e aditivos [JUNGE e HAUCK, 1997] .

  As quantidades de serragem adicionadas à argila são sempre limitadas, sendo os valores ideais entre 4 a 5% em peso. A granulometria da serragem deve ser controlada ao máximo possível, não podendo ultrapassar 2 mm de diâmetro. Assim, este aditivo melhora a trabalhabilidade da argila e diminui os tempos de secagem. Porém, em alguns casos, pode gerar problemas de extrusão e secagem, baixos valores de resistência mecânica no produto verde e seco e a necessidade de uma maior quantidade de água para a fabricação da massa [DONDI et al., 1998].

  O produto sinterizado é mais leve, melhorando assim as propriedades térmicas e acústicas. A absorção de água também tende a crescer significativamente, enquanto que a 1994]. A resistência mecânica diminui de 10 a 30%, o que não representa um inconveniente se o objetivo for produzir um produto mais leve [DONDI et al., 1998].

  O tijolo produzido com adição de serragem não necessita de qualquer substância desgaseificante, devido ao fato de que os componentes desgaseificantes e combustíveis da serragem se desprendem pela microestrutura da massa cerâmica formada em altas temperaturas. Além disso, podem ser eliminados ou reciclados sem nenhum tipo de restrição, já que a introdução da serragem não produz materiais que possam formar compostos solúveis. Entretanto, como aspectos negativos pode-se citar o surgimento de eflorescências e a queima incompleta do gás de carbonização a baixa temperatura liberado durante o pré-aquecimento do forno, emitindo na atmosfera compostos de hidrocarbetos junto com o gás de combustão do forno [JUNGE e HAUCK, 1997].

2.1.4 Material Proveniente da Indústria Têxtil

  A utilização de material da indústria têxtil (resíduos de fibra de lã e lamas do tratamento da água de lavagem da lã) na produção de tijolos oferece efeitos positivos relativos a economia de combustível de até 20%. A fibra de lã acrescentada à massa pode chegar a 1,5% em peso, enquanto que a lama chega a 10%. Isto se deve às diferentes quantidades de substâncias orgânicas que, para as lamas da lavagem da lã é apenas de cerca de 20%, a seco. Os resíduos de fibras exigem uma trituração preliminar, devido a irregularidade das dimensões dos filamentos [DONDI et al., 1998].

  A presença do material alternativo proveniente da indústria têxtil nas quantidades anteriormente referidas mantém as propriedades do tijolo antes da sinterização praticamente inalteradas, aumentando a absorção de água e diminuindo a resistência à flexão e o peso do produto sinterizado [DONDI et al., 1998].

  Apesar da utilização deste material como aditivo na fabricação de tijolos ser praticável do ponto de vista econômico, tecnológico, energético e ambiental, existem poucos dados a cerca de sua utilização na indústria dos tijolos. Os maiores obstáculos verificam-se no custo do transporte e no tratamento [DONDI et al., 1998].

2.1.5 Resíduos de Curtume

  couro), quer seja lamas de escoamento ou resíduos de peles curtidas é de certa forma problemático devido à presença de elementos poluentes, principalmente o cromo. No entanto, tais lamas tem um potencial de utilização como combustível em função do seu significativo valor calorífico, mas devem ser submetidas a continuados controles ambientais e de toxicidade. A dosagem adequada nas massas para tijolos fica, portanto, condicionada ao teor de cromo. As adições realizadas desse material na massa cerâmica não ultrapassam os 10% em peso e, geralmente, tem o efeito de criar um produto sinterizado mais leve, apresentando uma melhoria nas características de isolamento térmico. Particularmente os resíduos de peles curtidas com cromo (adição de 2% em peso) produzem efeitos de redução da plasticidade da massa, isto é, maior facilidade de secagem, diminuição da retração e da resistência à flexão e aumento de porosidade [DONDI et al., 1998].

  A utilização dos resíduos da indústria de beneficiamento de couro é possível do ponto de vista tecnológico, mas a liberação de odores desagradáveis durante a sinterização e a liberação de cromo dos produtos devem ser mantidos sob rigoroso controle [DONDI et al., 1998].

  2.1.6 Material Procedente da Extração e do Processamento do Carvão

  Os resíduos da extração de carvão ou de seu processamento (quer sejam resíduos sólidos da extração ou resíduos da lavagem) têm geralmente um valor calorífico significativo, mas bastante variável, permitindo assim uma grande economia de energia estimada entre 20% e 40%, com picos de 60%. O conteúdo inorgânico de tais resíduos é constituído, principalmente, por minerais argilosos e quartzo. A composição química é, portanto, rica em sílica, alumina e óxido de ferro, geralmente com teores reduzidos de elementos alcalinos e alcalinos-terrosos. As quantidades deste aditivo introduzido na massa cerâmica varia de 10% a 15% em peso, sendo recomendável fazer o refino do material. Em alguns casos é possível utilizar o material no seu estado natural [DONDI et al., 1998].

  Os produtos obtidos apresentam redução de plasticidade, porém aumentam o desempenho da secagem e a resistência mecânica a verde. Ocorre um aumento da porosidade durante a sinterização e por fim diminui a resistência mecânica do produto acabado. Dependendo da quantidade de substâncias voláteis, deve-se ter cuidado com a [JUNGE e HAUCK, 1997].

  É provável que os gases de carbonização a baixa temperatura cheguem à chaminé. Nestes casos haverá uma oxidação dos gases de carbonização através de uma pós- combustão interna ou externa dos gases liberados [JUNGE e HAUCK, 1997].

  2.1.7 Matéria-Prima Alternativa Proveniente das Refinarias de Petróleo

  Com 7500 kcal/kg de valor calorífico, a introdução de matéria-prima alternativa proveniente de refinarias de petróleo proporciona uma grande economia de combustível. É utilizado na forma de pó triturado com partículas menores de 100 µm a uma quantidade inferior a 2,5%. A influência observada é a diminuição da resistência mecânica em cerca de 15%, o que é aceitável [DONDI et al., 1998].

  2.1.8 Outras Matérias-Primas Alternativas Combustíveis

  Existem muitas outras matérias-primas alternativas que são utilizados na fabricação de tijolos cerâmicos, como óleos minerais de exaustão, que em percentagens inferiores a 5% em peso não influenciam nas propriedades do produto final; resíduos de nozes de coco e casca de arroz, que diminuem o peso e a resistência mecânica do tijolo; embalagens de poliestireno, que são formadoras de porosidade; e borracha de pneus previamente trituradas [DONDI et al., 1998].

2.2 CINZAS VOLANTES

  Cinzas volantes (fly-ash) são materiais inertes que contém partículas carbônicas incombustíveis, sendo produzidas em centrais elétricas durante a queima do carvão ou lignito [JUNGE e HAUCK, 1997]. A composição granulométrica das cinzas volantes possuem um tamanho médio de 30 a 50

  µm, não necessitando, portanto, ser triturada antes de ser utilizada [DONDI et al., 1998]. Devido a sua composição química semelhante a dos minerais argilosos, são admitidas quantidades de adição à massa do tijolo entre 10% e 20% em peso [JUNGE e HAUCK, 1997].

  A adição de cinzas volantes às massas argilosas produz uma melhoria no comportamento da massa, tanto na moldagem como na secagem, reduzindo a formação de trincas. Todavia, a utilização de partículas finamente divididas pode conferir plasticidade à massa e uma ligeira diminuição da resistência mecânica a seco, o que não influencia as características do produto [DONDI et al., 1998].

  O tijolo produzido com adição de cinzas volantes apresenta uma melhora considerável nas propriedades mecânicas, devido a formação de fase mulita durante o período de sinterização. A retração tende a aumentar com a quantidade de cinzas volantes, enquanto que a porosidade não apresenta uma tendência uniforme. Esta circunstância deve- se à utilização de cinzas volantes com diferentes composições e com percentagens variadas, onde destacam-se as cinzas volantes mais finas, que parecem diminuir consideravelmente a absorção de água, melhorar as propriedades mecânicas, diminuir a retração e a densidade durante a sinterização [DONDI et al., 1998].

  No geral, se prevêem efeitos negativos relacionados à emissão de gases durante a fase de sinterização. Em alguns casos, é possível trabalhar com temperaturas finais de sinterização claramente inferiores e inclusive reduzir as emissões de flúor e enxofre em comparação com os materiais sem matéria-prima alternativa. Os componentes orgânicos capazes de emitir gases de carbonização não estão presentes nas cinzas volantes. A combustão do carbono tem lugar somente na zona da temperatura de sinterização e, em temperaturas semelhantes, a combustão é completa e libera exclusivamente gás carbônico [JUNGE e HAUCK, 1997].

2.3 MATÉRIAS-PRIMAS ALTERNATIVAS FUNDENTES

  As matérias primas alternativas fundentes são aquelas formadas, por exemplo, por lamas das linhas de esmaltação de cerâmicas, lamas de indústria de galvanização e cinzas de fornos de arco elétrico. Este material possui uma composição majoritária sílico- aluminosa (SiO

  2 + Al

  2 O 3 > 50%), sendo utilizado habitualmente em torno de 20% em

  peso. A principal característica deste resíduo é a de produzir um efeito de “fusão”, que ocorre com uma redução significativa da porosidade quando a massa é sinterizada [DONDI

  et al., 1998].

  As misturas de argila e resíduos fundentes influenciam positivamente na massa, tanto durante a extrusão quanto na fase de secagem. A retração na secagem permanece inalterada. A principal desvantagem desta fase é a redução da resistência mecânica à flexão a absorção de água diminua em relação à quantidade de lama, enquanto que a retração permanece também inalterada [JUNGE e HAUCK, 1997].

  

2.4 MATÉRIAS-PRIMAS ALTERNATIVAS REDUTORAS DE PLASTICIDADE E

PLASTIFICANTES

  Os resíduos provenientes das indústrias de extração de minérios como cobre e alumínio, da indústria de cimento e de centrais termo-elétricas podem produzir um efeito de redução de plasticidade durante o processo de preparação da matéria-prima argilosa. Torna-se, no entanto, difícil de fazer uma distinção clara, dado que os diferentes efeitos se relacionam frequentemente com a distribuição granulométrica dos resíduos e com as características da argila com que são misturados. Estes resíduos apresentam, geralmente, composições químicas bastante variáveis, dependendo da origem dos materiais [DONDI et

  al., 1998].

  As quantidades de matéria-prima alternativa utilizados na mistura com a argila ficam entre 10% e 60% em peso. Esta mistura provoca uma ligeira redução da resistência mecânica e da retração. A absorção de água pode aumentar com a utilização de pó de cimento, chamote (componente cerâmico como piso ou tijolo quebrados antes da sinterização) e lamas de lavagem de cascalho, diminuindo, no entanto, com a utilização de resíduos de flotação de minérios de cobre [DONDI et al., 1998].

  Os resíduos produzidos durante o processo de laboração de rochas e minerais como a bauxita, feldspato, quartzo, fluorita, pirita e o cascalho, são utilizados como agentes plastificantes, uma vez que possuem a capacidade de tornar as massas mais plásticas, facilitando a sua moldagem e reduzindo a quantidade de matéria-prima para a fabricação de tijolos cerâmicos. Possuem uma granulometria fina e são constituídos de materiais argilosos, quartzo, feldspatos e carbonatos. São empregados em percentagens bastante variadas, que vão de 5% a até 100%, tendo como resultado de maior ênfase o aumento da plasticidade, com um ligeiro incremento da retração na fase de secagem. Já o produto final caracteriza-se por um aumento geral da resistência à flexão e diminuição da absorção de água [JUNGE e HAUCK, 1997].

  FABRICAđấO DE TIJOLOS CERÂMICOS

2.5.1 Rocha Calcária em Pó

  Pode-se dizer que é bastante conhecido o processo de adição de rocha calcária, bem como de gesso, para realçar a cor do tijolo acabado. No entanto, existe uma quantidade inumerável de problemas originários pelo uso deste aditivo. Em função do tipo de produto e da matéria-prima utilizada para a fabricação de tijolos, as quantidades usadas podem chegar a um percentual de 20% em peso [JUNGE e HAUCK, 1997].

  Durante o processo de pré-aquecimento da composição argila e rocha calcária em

  o

  pó, gás carbônico se desprende do cal a uma temperatura de 800

  C. A uma temperatura

  o

  superior a 900 C ocorre também a formação de silicatos de cálcio. Esses compostos aumentam a resistência mecânica, permitindo reduzir a temperatura máxima de sinterização. A incorporação de cal na massa do tijolo reduz a emissão de flúor e de enxofre [JUNGE e HAUCK, 1997].

2.5.2 Sedimentos de Água Potável

  Esta substância compõe-se de sedimentos e resíduos gerados na filtração da água em estações de tratamento de água potável. No caso das águas procedentes de rios e de mananciais ou diques de acumulação, podem ocorrer flutuações sazonais relativamente grandes em sua composição, ocasionadas por intempéries e/ou por microorganismos que podem formar um conteúdo de sedimento orgânico de até 50%. Em princípio, os sedimentos de água potável e os resíduos de filtração podem integrar-se sem dificuldades com o grande número de componentes de argila para a produção de tijolo cerâmico. Dependendo da sua função original, podem ser idênticos ou não aos sedimentos depositados na argila. Isto também vale para os resíduos orgânicos que resultam da ação do plancton marinho. É necessário prestar atenção às diversas intervenções de purificação da água potável e a todos os agentes de precipitação contidos no resíduo filtrado, que em muitos casos são muito puros e não representam risco algum para a saúde. Contudo, nos compostos de ferro, podem influenciar sensivelmente na cor do produto [JUNGE e HAUCK, 1997]. previamente realizadas em laboratório. As quantidades de matéria-prima alternativa inferiores a 5% em peso de substância sólida deveriam adaptar-se bem. Caso os efeitos sejam em sua maioria positivos, pode-se considerar razoável uma quantidade de aditivo mais elevada [JUNGE e HAUCK, 1997].

  No que concerne a ação como promotores de sinterização, graças a possível redução subsequente da temperatura final de sinterização, é previsível uma correspondente redução dos custos energéticos. Caso nos sedimentos existam resíduos orgânicos, durante a fase de pré-aquecimento ocorrerão processos de combustão e de carbonização a baixa temperatura. Os efeitos sobre a tecnologia dos processos industriais variam bastante em função da composição dos sedimentos. Com quantidades de resíduos muito reduzidas, em uma proporção inferior a 5% em peso da substância sólida, que já representam um bom resultado para as instalações hídricas a abastecer, os efeitos na tecnologia dos processos industriais se consideram insignificantes. Apesar de no sedimento aparecerem componentes orgânicos em quantidades significantes, no caso de uma redução da temperatura final de sinterização, pode-se prever uma redução na emissão de flúor. Isto pode ser dito se o sedimento contém cal. Todos os componentes orgânicos presentes, similares aos da argila natural, queimam no forno sem deixar resíduos. Os sedimentos de água são compostos de uma grande variedade de substâncias. Antes de utilizar quantidades relativamente elevadas, é indispensável realizar provas de laboratório para demonstrar que são aptos a serem incorporados a uma massa para produção de tijolos [JUNGE e HAUCK, 1997].

  2.5.3 Areias de Escória de Alto-Forno

  Na fabricação de ferro fundido produzem-se grandes quantidades de escória de alto-forno. As denominadas “areias de escórias de alto-forno” são obtidas desintegrando as escórias. Elas tem uma composição química semelhante às argilas minerais e foram utilizadas durante muito tempo na produção de tijolos cerâmicos [JUNGE e HAUCK, 1997].

  As quantidades de matéria-prima alternativa utilizadas variam de acordo com a argila, podendo variar de 10% a 20% em peso. Durante a queima, ocorre uma melhor sinterização e compactação da massa cerâmica, em particular a temperaturas finais de

  o

  A incorporação da areia de escória de alto-forno deve ser cuidadosamente verificada desde o ponto de vista tecnológico dos processos industriais. No que diz respeito a secagem e a moldagem, não se prevêem efeitos negativos causados por estas matéria- prima alternativa. Na presença de uma composição de particulados pontiagudos, a tendência à laminação reduz-se muito mais que quando o grão de areia de quartzo é arredondado. Além do mais, estas matérias-primas alternativas favorecem uma completa combustão das substâncias orgânicas. Não se manifesta nenhum efeito negativo do quartzo, como a pré-disposição a trincas de pré-aquecimento e de resfriamento. As resistências das massas cerâmicas são maiores quando comparadas às massas que utilizam quartzo como aditivo. Poderá haver efeitos de melhora no processo de sinterização e também uma maior resistência mecânica do produto final [JUNGE e HAUCK, 1997].

  2.5.4 Areias Esgotadas de Fundição

  As areias esgotadas de fundição são areias de moldagem ou areias adesivas utilizadas para encher os moldes em fundições de ferro fundido e aço, podendo empregar- se na produção de tijolos. Seus principais componentes são: quartzo, areias de quartzo, areias de escória de alto-forno e uma ampla gama de partículas de óxido de metal [JUNGE e HAUCK, 1997].

  A quantidade de areia esgotada de fundição, em relação a quantidade de argila para a fabricação de tijolo, deveria corresponder aproximadamente a 10% em peso. No caso de matérias-primas com uma relativa falta de plasticidade, a quantidade de aditivo deverá ficar seriamente limitada [JUNGE e HAUCK, 1997].

  o

  Se o componente principal é a areia de quartzo, a uma temperatura de 573 C será produzida uma troca espontânea do volume, tanto na fase de pré-aquecimento como na de resfriamento devido a transformação alotrópica do quartzo. Em todo caso, não se observam inconvenientes com respeito às propriedades do produto, sobretudo durante a sinterização [JUNGE e HAUCK, 1997].

  As areias esgotadas de fundição não só introduzem aglomerados orgânicos na massa cerâmica do tijolo, como também metais pesados que se combinam na matriz cerâmica durante a sinterização [JUNGE e HAUCK, 1997].

  Este primeiro estudo mostra que a utilização de resíduos sólidos industriais como matéria-prima alternativa na fabricação de tijolos é viável e lucrativa, tanto para as empresas que produzem o resíduo, pois permite uma correta eliminação de um passivo ambiental, quanto para os fabricante de tijolos, uma vez que diminui os custos de produção e melhora as propriedades do material em alguns casos.

  Vale ressaltar que, para a utilização de um material alternativo em qualquer meio produtivo, deve-se obter comprovações de sua viabilidade técnica, principalmente no que diz respeito aos impactos ambientais que possam ser gerados. É importante, também, prever a aprovação por parte da sociedade do novo material gerado, principalmente do consumidor final.

  CAPÍTULO 3 – MATERIAIS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS

3.1 MATERIAIS UTILIZADOS

  Os materiais usados na fabricação dos tijolos consistem basicamente de duas argilas utilizadas pela olaria e resíduo sólido de uma indústria de Joinville/SC. A argila sem resíduo, que será chamada de argila pura, consiste de uma mistura formada por aproximadamente 50% em volume de argila vermelha e 50% de argila branca. Análises quantitativas por dispersão de energia através da microssonda mostraram que a argila pura é composta basicamente de sílica, alumina e hematita (tabela 6). Por motivos estratégicos não será mencionado o nome das empresas envolvidas e nem o tipo de resíduo. Contudo, é possível informar a composição qualitativa do resíduo, indicada por um “sim” na tabela 6. Pode-se observar na tabela que a composição química do resíduo apresenta uma certa afinidade com a argila pura utilizada na fabricação dos tijolos.

  

Tabela 6: Composição química média dos materiais utilizados na fabricação dos tijolos.

  [%] SiO

  2 Al

  2 O

  3 Fe

  2 O

  3 CuO TiO

  2 K

  2 O MgO Na

  2 O CaO S C

  • Argila 49,60 26,30 15,30 7,40 1,00 0,50 -- -- -- -- Resíduo sim sim sim -- sim sim sim sim sim sim sim

3.2 ELABORAđấO DOS CORPOS-DE-PROVA

  Foram confeccionados tijolos comerciais de seis furos, conforme a norma NBR 7171/92, com as seguintes misturas: argila pura (sem resíduo); argila + A% Resíduo; argila + B% Resíduo e argila + C% Resíduo em volume.

  Os tijolos foram fabricados em uma olaria da região de Joinville/SC, com equipamento industrial composto de misturador e extrusora. Com relação à extrusão, observou-se que o resíduo aumenta a plasticidade da massa cerâmica facilitando a moldagem (extrusão) dos tijolos. Os tijolos obtidos com B% e C% de resíduo foram elaborados sem adição de água durante o processo de mistura e moldagem. No entanto, observou-se que os tijolos obtidos com adição de C% de resíduo apresentaram excesso de umidade. No que concerne o aspecto visual, os tijolos crus apresentam cor marrom clara nos tijolos sem resíduo e cor cinza nos tijolos fabricados com resíduo.

  A sinterização dos tijolos foi realizada em forno industrial de olaria o qual utiliza serragem como combustível. Os tijolos crus foram desumidecidos em estufa, sendo

  o

  mantidos durante 12 horas a uma temperatura de aproximadamente 200 C para secagem

  o

  total. Após secagem os tijolos foram colocados nos fornos e aquecidos até 1000 C a uma

  o

  velocidade de 250 C/h, permanecendo por 4 horas a uma temperatura que variou entre

  o o 1000 C e 1060 C e, em seguida, resfriados através da interrupção da queima de serragem.

  Os tijolos ficaram dentro do forno até o resfriamento do forno a uma temperatura próxima da ambiente. A figura 2 mostra o ciclo de aquecimento e resfriamento do forno medido através da colocação de um termopar no centro do forno durante o processo de aquecimento e sinterização.

  1200 1000 C] o

  800 600 400

  Temperatura [ 200

  1

  2

  12

  13

  14

  15

  

16

  17

  18

  19

  20

  21

  22

  23

  24 Tempo [h]

Figura 2: Ilustração do ciclo de sinterização dos tijolos fabricados com as diferentes misturas.

o

Medidas realizadas no forno industrial da Olaria. Rampa de aquecimento ~ 250 C/h.

3.3 ENSAIO DE COMPRESSÃO

  O ensaio de compressão foi realizado segundo a norma brasileira NBR6461/83, no Laboratório de Ensaios Mecânicos da UDESC-Joinville. Primeiramente os corpos-de- prova foram revestidos com uma camada de argamassa nas superfícies superior e inferior para homogeneizar as superfícies de contato com os cabeçotes da máquina de compressão. Em seguida, os tijolos foram submersos em água por 24 horas, retirados da água, ligeiramente secados nas superfícies e ensaiados. O ensaio foi realizado em uma máquina universal de ensaios mecânicos a uma velocidade de aplicação de carga de 1 mm/s.

  Como a área da superfície do tijolo não era a mesma da superfície do cabeçote da máquina, calculou-se a área de contato entre o tijolo e o cabeçote que, com os resultados da carga de ruptura obtidos no ensaio de compressão, determinaram-se as tensões de compressão dos tijolos através da equação 2.

  C rup x 9,8 RC = (equação 2)

  AC Onde: RC = Resistência à Compressão [MPa]

  C rup = Carga de ruptura [kgf]

2 AC = Área de Contato [m ]

3.4 ENSAIOS DE ANÁLISE TÉRMICA

  Foram realizados ensaios de análise térmica diferencial (DTA), de perda de massa (TG) e de dilatometria da argila pura e da argila com B% de resíduo. Para realizar os ensaios de DTA e TG, foi coletado entre 50 e 100 mg de pó de cada amostra, o qual foi colocado em um cadinho de alumina e depois inserido no equipamento para análise. O ensaio foi realizado em atmosfera de ar sintético e com uma taxa de

  o o

  aquecimento de 10 C/min até a temperatura de 1250 C.

  Para realizar o ensaio de dilatometria, os corpos-de-prova foram compactados com uma pressão de 30 MPa nas dimensões de 20 mm x 5 mm x 5 mm. O ensaio também foi

  o

  realizado em atmosfera de ar sintético e com uma taxa de aquecimento de 10 C/min até a

  o

  temperatura de 1250

  C. Os corpos-de-prova foram introduzidos dentro do forno onde a dilatação térmica é medida automaticamente através de um sensor (haste de alumina) que fica em contado com uma extremidade do corpo-de-prova. A outra extremidade do corpo- de-prova fica em contato com uma base fixa.

  3.5 ENSAIO DE ABSORđấO DE ÁGUA

  Foi feito um ensaio comparativo de absorção de água nos tijolos com e sem resíduo. Os tijolos permaneceram submersos em água a temperatura ambiente durante 3 (três) e 15 (quinze) dias. A porcentagem de água absorvida foi determinada pela equação 3, baseada na diferença de peso medido antes e após a imersão em água. A pesagem dos tijolos foi realizada através de uma balança analítica com capacidade máxima de 20 Kg e resolução mínima de 5 mg.

  M sat – M sec AA = x 100 (equação 3)

  M

  sec

  Onde: AA = absorção de água [%] M sat = massa do corpo-de-prova saturado em água [g] M = massa do corpo-de-prova seco [g]

  sec

  3.6 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA

  A caracterização microestrutural e a análise por micro-sonda foram realizadas no Laboratório de Materiais da empresa geradora do resíduo. Para as análises foram coletadas amostras de tijolo puro e de tijolo com B% de resíduo, as quais foram fixadas em um porta-amostras do microscópio mediante uma fita dupla-face condutora. Como a cerâmica que compõe os tijolos não é um material condutor, cobriram-se as superfícies das amostras com uma fina camada de ouro de aproximadamente 12 nm, utilizando um metalizador da marca BAL-TEC, modelo SDC 050.

  3.7 ENSAIO DE LIXIVIAđấO E SOLUBILIZAđấO

  O ensaio de lixiviação é utilizado tanto para fins científicos, quanto para caracterizar a periculosidade de um resíduo para efeito de controle ambiental, reproduzindo em laboratório fenômenos como arraste e diluição que ocorrem pela passagem da água através do resíduo quando exposto à intempéries.

  O ensaio de solubilização é aplicado somente para resíduos no estado físico sólido e é utilizado para diferenciar resíduos entre Classe II e Classe III, de acordo com a norma brasileira NBR 10004.

  Ambos os ensaios foram realizados no laboratório químico da empresa Essencis Soluções Ambientais S.A., de Curitiba, e de acordo com a metodologia preconizada pelas Normas Brasileiras NBR 10005, 10006 e 10007.

3.8 ANÁLISE DOS GASES EMITIDOS

  A olaria onde foram fabricados os tijolos possui 8 fornos com uma chaminé para cada dois fornos, consumindo biomassa (serragem) como combustível para a sinterização dos tijolos.

  Foram realizadas análises de emissões atmosféricas em dois dias de diferentes semanas, em uma das chaminés, com o intuito de verificar a diferença na concentração dos gases emitidos entre os tijolos comuns e alternativos (com B% de resíduo). Os ensaios foram realizados pela empresa LACTEC - Instituto de Tecnologia para o

  A serragem, utilizada como combustível, é acondicionada no pátio da empresa e transportada por tratores para silos que alimentam a fornalha. Os tijolos são colocados dentro do forno no período da manhã, terminando o processo de sinterização no início da tarde.

  3.8.1 Amostragem dos Gases e Condições de Operação dos Fornos

  As medidas das emissões foram realizadas em uma das chaminés, a aproximadamente 5 m do solo, sobre um andaime metálico previamente instalado no local. Foram feitos 2 furos na chaminé distantes um do outro de aproximadamente 1 m, como ilustrado na figura 3. Os furos foram destinados à adaptação das sondas do analisador de gases para medição de vazão, temperatura, O , CO, CO , NO , SO e eficiência térmica.

  2 2 x

  2

  3.8.2 Medidas “on line” da Concentração dos Gases Emitidos

  A leitura da concentração dos gases emitidos foi realizada em dois dias e em semanas diferentes. As condições amostradas estão especificadas na tabela 7.

  13 m 5 m Diâmetro dos furos: 1,4 cm

  310 Para as medidas da concentração dos gases (O

  2

  , SO

  x

  , NO

  2

  , CO, CO

  2

  15:17 até 16:05 Tijolo Alternativo

  Espessura da parede: 24 cm Diâmetro interno: 1,8 m (na altura dos furos)

Figura 3: Esquema de amostragem na chaminé.

  8 16/04/2003

  242 5 7:34 até 8:37 326 6 9:40 até 10:35 294 7 11:48 até 14:05 887

  15:17 até 15:58 Tijolo comum

  4 11/03/2003

  1 7:40 até 8:37 333 2 9:43 até 10:35 338 3 11:49 até 14:01 801

  Medida Data Horário (h:min) Tipo do Tijolo Número de dados coletados

  Tabela 7: Condições da amostragem nos dois dias amostrados.

  ) e da eficiência térmica, utilizou-se o analisador de gases TESTO 350 XL e acessórios. A tabela 8 apresenta os princípios de medição de cada parâmetro analisado com a respectiva faixa de erro. Tabela 8: Princípios de medições e erros relacionados às medidas.

  Parâmetro Princípio de Medição Faixa de Erro

  O

2 Medição com célula eletroquímica

  ± 5% do valor indicado NO

  SO

  Cálculo de combustão fornecido pelo analisador TESTO 350 XL, especificando- se o carvão como combustível.

  C Eficiência térmica

  o

  MEDIđấO TERMOPAR TIPO K ± 0,5

  Temperaturas dos gases e Ambiente

  

2 Medição com célula eletroquímica ± 5% do valor indicado

  2 Cálculo de combustão

  2 Medição com célula eletroquímica

  ± 0,2 Volume.-% absoluto NO Medição com célula eletroquímica

  compensado) ± 5% do valor indicado

  2

  Medição com célula eletroquímica para CO (H

  2 CO

  ± 5% do valor indicado NO x Cálculo baseado da medição de NO e NO

  CO

  CAPÍTULO 4 – RESULTADOS E ANÁLISE DOS DADOS EXPERIMENTAIS

4.1 RESISTÊNCIA MECÂNICA DOS TIJOLOS SINTERIZADOS

  Os tijolos fabricados foram testados em compressão axial de acordo com a norma NBR 6461/83. Para cada composição foram ensaiados 10 (dez) tijolos. A figura 4 mostra os valores médios dos resultados dos ensaios mecânicos para os tijolos obtidos com as diferentes composições: argila pura (AP), argila com A% de resíduo (A+AR), argila com B% de resíduo (A+BR) e argila com C% de resíduo (A+CR). Através da figura 4 observa- se que a adição de resíduo aumenta bastante a resistência dos tijolos. Ela passa de 0,66 MPa para os tijolos de argila pura (sem resíduo) para valores que variam entre 1,41 a 1,49 MPa para os tijolos com resíduo. Nota-se também que a resistência dos tijolos com resíduo apresenta uma leve tendência de aumento da resistência com a concentração de resíduo. O desvio padrão dos tijolos de argila pura é de

  ±0,2 MPa e dos tijolos com resíduo é de aproximadamente ±0,4 MPa.

  1,6 1,49 + 0,4

  • 0,4

  1,45

  • 0,4

  1,41 1,4 1,2

  1 0,8

  • 0,2

  0,66 0,6 0,4 Tensão de Ruptura [MPa] 0,2 AP A+AR A+BR A+CR Materiais

Figura 4: Valores médios da resistência à compressão dos tijolos fabricados. Outra observação importante é que a norma NBR 6461/83 estabelece um valor mínimo de resistência mecânica à compressão axial de 1 MPa para os tijolos de 6 (seis) furos. Sendo assim, ao contrário dos tijolos de argila pura (sem resíduo), os tijolos com resíduo apresentam uma resistência mecânica bem superior ao mínimo estabelecido pela norma.

4.2 ANÁLISE TÉRMICA

  A figura 5 apresenta os resultados da análise térmica diferencial (DTA) e da perda de massa (TG) da argila pura e da argila com B% de resíduo. Pode-se observar na figura 5 que a perda de massa total da argila pura foi de aproximadamente 12% enquanto que aquela da argila com resíduo ficou em torno de 14%. Observando o comportamento das

  o

  curvas pode-se dizer que até em torno de 120 C houve uma perda de massa provocada

  o o

  majoritariamente pela evaporação da água dissolvida. Entre 120 C e 400 C a perda de

  o o

  massa é devida à oxidação da matéria orgânica. Entre 400 C e 600 C houve uma perda de massa mais acentuada devido a um fenômeno de desidroxilação das argilas acompanhado

  o

  massa é essencialmente devido à oxidação. Na amostra de argila com resíduo a perda de massa é maior devido à oxidação do carbono contido no resíduo.

  Com relação às curvas de análise térmica diferencial, observa-se um pico

  o o

  exotérmico entre 550 C e 570

  C. Esse pico está associado à transformação alotrópica do quartzo alfa para o quartzo beta. Observa-se também, a uma temperatura próxima do início da sinterização, uma inversão das curvas da amostra de argila pura com a amostra de argila com resíduo. Isto se deve a presença de fundentes no resíduo que geram uma melhor sinterização e consequentemente menor porosidade, fazendo com que a entalpia livre desta amostra seja menor do que a da amostra de argila pura.

  A figura 6 mostra a retração dos corpos de prova da argila pura e da argila com B% de resíduo, onde verifica-se que a amostra contendo resíduo apresenta uma maior retração, em torno de 4,9% comparado com a amostra de argila pura que apresentou uma retração de

  o

  aproximadamente 4,2%. A retração é pequena, em torno de 900

  C. A partir desta temperatura a retração aumenta bruscamente mostrando que os materiais começam a sinterizar a partir desta temperatura. No caso da amostra com resíduo a retração ocorre a uma temperatura mais baixa, mostrando que o resíduo diminui à temperatura de sinterização.

  

Figura 5: Análise térmica diferencial (DTA) e perda de massa (TG) das amostras de argila pura

(curva 2) e da argila com B% de resíduo (curva 1).

  

Figura 6: Ensaio de dilatometria das amostras de argila pura (curva 1) e da argila com B% de

resíduo (curva 2).

  Sobre a curva de dilatometria também é possível observar a transformação alotrópica do quartzo alfa para o quartzo beta durante o aquecimento. De modo análogo, porém inverso, ocorre a transformação alotrópica do quartzo beta para o quartzo alfa durante o resfriamento. Ambas transformações ocorrem em temperatura de

  o

  aproximadamente 570 C.

  4.3 ABSORđấO DE ÁGUA

  Os resultados da absorção de água estão apresentados na tabela 9 e mostram que os tijolos praticamente atingiram a saturação após três dias de imersão. Os valores encontrados são da mesma ordem de grandeza entre o tijolo sem resíduo e o tijolo com resíduo, com um desvio padrão de

  ± 2,0%. Isso mostra que o tijolo com resíduo não é mais poroso do que o tijolo sem resíduo. De acordo com as análises térmicas realizadas, o tijolo com resíduo tem uma maior perda de massa devido principalmente à oxidação do carbono. Isso provoca uma maior porosidade. No entanto, como o tijolo com resíduo teve uma melhor sinterização, o fechamento dos poros também é maior. Em consequência, a retração nos tijolos com resíduo também é maior como foi observado no ensaio de dilatometria. Contudo, os valores relativos de retração entre o tijolo sem resíduo e o tijolo com resíduo são pequenos. Foi observado também durante a pesagem dos tijolos secos que o tijolo com resíduo é sensivelmente mais leve do que o tijolo sem resíduo. Calculando a densidade dos tijolos chega-se à conclusão que eles apresentam praticamente os mesmos valores.

  Tabela 9: Resultado do ensaio comparativo de absorção de água.

  % absorvida % absorvida Material após 3 dias após 15 dias ± 2,0 ± 2,0

  Tijolo puro 22,62 22,85 Tijolo + B%

  ± 2,0 ± 2,0

  21,59 21,83 resíduo

  4.4 CARACTERIZAđấO MICROESTRUTURAL

  A análise microestrutural foi realizada sobre pedaços retirados dos tijolos sinterizados. A microestrutura do tijolo puro (sem resíduo) e do tijolo com B% de resíduo está representada nas figuras 7 e 8 respectivamente.

  20 µ m

Figura 7: Morfologia da fratura do tijolo puro (sem resíduo).

  20

  µ

  m

Figura 8: Morfologia da fratura do tijolo com B% de resíduo. Pode-se observar na figura 7 a presença de grandes vazios que representam uma porosidade da ordem de 50 µm nos tijolos sem material alternativo.

  Na figura 8 se observa um aspecto mais denso, com porosidade inferior ao da figura

  7. Observa-se também, a presença de muitas fissuras que provavelmente foram geras pela maior retração do tijolo com material alternativo, como observado no ensaio de dilatrometria. Estas fissuras são responsáveis, em grande parte, pela pequena diferença no resultado do ensaio de absorção de água dos tijolos com e sem resíduo, visto que nos tijolos sem resíduo há o preenchimento dos poros pela água, enquanto que nos tijolos com resíduo há o preenchimento das fissuras.

4.5 LIXIVIAđấO, SOLUBILIZAđấO E MASSA BRUTA

  A tabela 10 mostra resultados dos testes de lixiviação e massa bruta do resíduo e a tabela 11 mostra resultados do teste de solubilização do resíduo. De acordo com o laudo técnico emitido pela Essencis, o resíduo é classificado como não inerte Classe II, de acordo com a NBR 10004 da ABNT, pois as concentrações de alumínio, ferro, fluoretos e manganês nos extratos solubilizados estão acima do máximo permitido pela norma.

  As tabelas 12 e 13 mostram os resultados dos ensaios de lixiviação, massa bruta e solubilização da argila pura, do tijolo sinterizado puro (sem resíduo) e do tijolo sinterizado com B% de resíduo.

  Segundo a norma NBR 10004, rochas, tijolos e vidros são classificados como resíduos inertes Classe III. Portanto, os ensaios de lixiviação e solubilização na argila e nos tijolos com e sem resíduo foram realizados apenas para verificar se a inserção do resíduo no tijolo provoca modificações no teor dos elementos constituintes da argila e do tijolo sem resíduo, extrapolando os limites da norma.

  Analisando os resultados do laudo da Essencis, observa-se que a utilização da matéria-prima alternativa não acrescenta parâmetros nem tão pouco aumenta teores dos elementos lixiviados acima do especificado pela norma NBR 10004. Para os elementos solubilizados, todas as amostras (argila, tijolo puro e tijolo com B% de resíduo) possuem o teor de alumínio nos extratos solubilizados acima do limite especificado pela norma. No entanto, observa-se que o teor de alumínio no extrato solubilizado do tijolo com B% de resíduo é menor do que no tijolo puro (sem resíduo), comprovando, desta forma, a sua aplicabilidade sem danos nocivos ao meio ambiente

  Tabela 10: Resultado do teste de lixiviação do resíduo. LQ = Limite de Quantificação.

  Extrato Limite Máximo Análise de Limite Máximo Parâmetros Lixiviado (mg/L) (mg/kg) Massa Bruta (mg/L) NBR 10004 (mg/kg) NBR 10004

  • Alumínio - 5.942,00
  • Antimô>< LQ Arsênio < LQ 5,0 < LQ 1000
  • Bário < LQ 100 Berílio - < LQ 100 - < LQ
  • Cádmio 0,5 < LQ Chumbo < LQ 5,0 < LQ 1000 < LQ 1000 - Cianet>Cloretos - - 220,37
  • Cobre < LQ &lt>Cromo Hexavalente < LQ 100 Cromo Total < LQ
  • 5,0 &lt
  • Fenol - < LQ

  10 14.240,00 - Ferro

  • Fluoretos 0,11
  • Magnésio

  16.710,00 - 85,10

  • Manganês Mercúrio < LQ 0,1 < LQ 100
  • Níquel < LQ < LQ - < LQ
  • Óleos e Graxas Prata < LQ 5,0 - < LQ Selênio < LQ 1,0 < LQ>Tálio
  • &lt>Vanádio - < LQ 1000
  • Zinco 0,36 30,80
Tabela 11: Resultado do teste de solubilização do resíduo. LQ = Limite de Quantificação.

  Limite Máximo (mg/L) Teste Resultados NBR 10004

  Alumínio 0,20 3,36 Arsênio 0,05 < LQ

Bário 1,00 < LQ

Cádmio 0,005 < LQ Chumbo 0,05 < LQ Cianetos 0,10 < LQ Cloretos 250,00 < LQ Clobre 1,00 < LQ Cromo Total 0,05 < LQ

Fenol 0,001 < LQ

Ferro 0,3 1,56 Fluoretos 1,5 2,01 Manganês 0,1 0,56 Mercúrio 0,001 < LQ Nitrato 10,00 < LQ Prata 0,05 < LQ

Selênio 0,01 < LQ

Sódio 200,00 119,00

Sulfato 400,0 21,96

Dureza 500,00 (MgCaCO 3 /l) 15,00 Surfactantes 0,20 < LQ

  Zinco 400,00 0,49

  Tabela 12: Resultado do teste de lixiviação da argila pura e dos tijolos. LQ = Limite de Quantificação.

  Extrato Lixiviado (mg/L) Análise de Massa (mg/kg) Parâmetros Argila Pura Tijolo Puro Tijolo + B% resíduo Limite Máximo (mg/L) NBR 10004 Argila Pura Tijolo Puro Tijolo + B% resíduo Limite Máximo (mg/kg) NBR10004

  Alumínio - - - - 10.668,50 3.246,50 1.770,70 - Antimônio - - - - < LQ < LQ < LQ - Arsênio < LQ < LQ < LQ 5,0 < LQ < LQ < LQ 1000 Bário < LQ < LQ < LQ 100 - - - - Berílio - - - - < LQ < LQ < LQ 100 Cádmio < LQ < LQ < LQ 0,5 < LQ < LQ < LQ - Chumbo < LQ < LQ < LQ 5,0 < LQ 70,38 < LQ 1000 Cianetos - - - - < LQ < LQ 1,37 1000 Cobre < LQ < LQ < LQ - < LQ < LQ < LQ - Cloretos - - - - 461,23 1.210,74 1.307,60 - Cromo Hexavalente

  • < LQ < LQ < LQ 100

  Cromo Total < LQ < LQ < LQ 5,0 < LQ < LQ < LQ - Fenol - - - - < LQ < LQ < LQ

  10 Ferro - - - - 40.265,00 1.294,00 1.958,00 Fluoretos 1,46 1,23 0,94 150 - - - - Magnésio - - - - 86,32 58,67 164,40 - Manganês - - - - 35,90 39,50 52,80 - Mercúrio < LQ < LQ < LQ 0,1 < LQ < LQ < LQ 100 Níquel < LQ < LQ < LQ - < LQ < LQ < LQ - Óleos e Graxas

  • < LQ 0,30% < LQ -
  • < LQ < LQ < LQ -
  • < LQ < LQ < LQ 1000

  Prata

  < LQ < LQ < LQ 5,0 < LQ < LQ < LQ -

  Selênio

  < LQ < LQ < LQ 1,0 < LQ < LQ < LQ 100

  Tálio

  Vanádio

  Zinco

  < LQ < LQ < LQ - 11,84 7,43 7,90 - Tabela 13: Resultado do teste de solubilização da argila pura e dos tijolos. LQ = Limite de Quantificação.

  Resultados Teste Limite Máximo NBR 10004 [mg/L] Argila Pura Tijolo Puro Tijolo + B% resíduo

  Alumínio 0,20 2,08 4,95 3,23 Arsênio 0,05 < LQ < LQ < LQ Bário 1,00 < LQ < LQ < LQ Cádmio 0,005 < LQ < LQ < LQ Chumbo 0,05 < LQ < LQ < LQ Cianetos 0,10 < LQ < LQ < LQ Cloretos 250,0 7,26 4,35 4,84 Cobre 1,00 < LQ < LQ < LQ Cromo Total 0,05 < LQ < LQ < LQ Fenol 0,001 < LQ < LQ < LQ Ferro 0,3 < LQ < LQ < LQ Fluoretos 1,5 0,26 0,12 0,18 Manganês 0,1 < LQ < LQ < LQ Mercúrio 0,001 < LQ < LQ < LQ Nitrato 10,0 < LQ < LQ < LQ Prata 0,05 < LQ < LQ < LQ Selênio 0,01 < LQ < LQ < LQ Sódio 200,0 13,20 5,20 23,40 Sulfato 400,0 - 21,41 57,52 Dureza 500,0 7,0 < LQ 57,00 Surfactantes 0,20 < LQ < LQ < LQ Zinco 400,0 < LQ < LQ < LQ

  

4.6 ANÁLISE DOS GASES EMITIDOS DURANTE A SINTERIZAđấO DOS

TIJOLOS

  As medidas das emissões foram realizadas com base na curva de sinterização da figura 2. Elas iniciaram em torno de 200

  o

  C e se estenderam durante todo o período de sinterização dos tijolos (período de aproximadamente 8 horas). Na tabela 14 estão apresentados os resultados médios obtidos através do analisador de gases TEXTO 350 XL com as medições, “on-line” a cada 10 segundos, para o processo de sinterização dos tijolos comuns (medidas 1 a 4) e para os tijolos alternativos (medidas 1’a 4’). As concentrações fornecidas em ppm foram calculadas levando em consideração os valores de oxigênio medidos no ambiente da fábrica enquanto que os valores fornecidos

  3 em mg/m foram calculados com um valor padrão de oxigênio de 11%.

  As figuras 11 e 12 apresentam os gráficos das médias obtidas para as medidas correspondentes ao mesmo estágio de sinterização dos tijolos comum e alternativo. Observa-se que na maioria das medidas as emissões resultantes do processo de sinterização do tijolo alternativo estiveram acima das emissões do tijolo comum.

  Tabela 14: Médias das concentrações dos gases emitidos durante o aquecimento e sinterização dos tijolos comuns (medidas 1 a 4) e alternativos (medidas 1’ a 4’).

  CO NO x SO

2

Medida O 2 CO 2

  [%] 3 3 3 [°C] [°C] [ppm] [mg/m ]* [ppm] [mg/m ]* [ppm] [mg/m ]* [%] [%] Temp. gases Temp.

  Térmica Eficiência Ambiente 1 2947,2 3479,0 56,7 109,8 24,0 64,9 10,4 79,3 9,3 260,3 21,3 2 845,5 1205,9 29,9 69,7 0 12,2 84,4 7,7 175,5 26,8 3 255,1 449,0 38,2 110,2 22,9 92,1 13,9 66,7 6,2 303,0 36,0 4 137,3 347,4 39,0 161,8 69,2 400,4 16,1 33,2 4,3 415,7 33,2

  Médias 1046,3 1370,3 41,0 113,9 29,0 139,3 13,2 65,9 6,9 288,6 29,3 1’ 2470,4 2810,9 79,5 148,4 11,6 30,1 10,0 90,9 9,6 112,0 19,1 2’ 1973,8 2403,4 64,9 129,6 1,2 3,3 10,7 88,8 9,0 138,4 19,7 3’ 549,8 896,5 51,6 137,9 103,6 386,4 13,3 67,0 6,7 309,9 30,6 4’ 188,0 1059,5 18,7 172,9 61,0 786,1 18,8 11,9 1,7 417,7 28,3

  Médias 1295,5 1792,6 53,7 147,2 44,4 301,5 13,2 64,7 6,8 244,5 24,4

  • *Nota: Condições normais: 101,3 kPa, 273K, base seca, considerando-se a diluição para O 2 de referência (11 %).

  Para quantificação da diferença da emissão dos gases no processo de cozimento de tijolos simples e alternativo, calculou-se um fator de comparação para cada gás, conforme a equação 4 (tabela 15).

  valor médio do parâmetro no processo de sinterização do tijolo alternativo fator de = comparação valor médio do parâmetro no processo de sinterização do tijolo comum

  (equação 4)

  4000 Tijolo Comum 3500 Tijolo Alternativo

  ]

  3 3000 2500 2000 1500 1000

  Concentração de CO [mg/m 500

  2

  4

  6

  8 Tempo [h]

Figura 11: Concentração de CO nas emissões dos processos de sinterização dos tijolos comum e

alternativo.

  900 NOx (Tijolo Comum) 800 NOx (Tijolo Alternativo) 700

  ]

3 SO2 (Tijolo Comum)

  600 SO2 (Tijolo Alternativo) 500 400 300

  Concentração [mg/m 200 100

  2

  4

  6

  8 Tempo [h] Figura 12: Concentração de NO x e SO 2 nas emissões dos processos de sinterização dos tijolos

comum e alternativo. Tabela 15: Comparação das emissões provenientes do processo de sinterização dos tijolos comum e alternativo.

  Temp. CO NO x SO 2 O 2 Eficiência CO 2 Ambiente Temp. gases Medida 3 3 3 [°C] (ppm) (mg/m )* (ppm) (mg/m )* (ppm) (mg/m )* (%) Térmica [%] [%] [°C]

  Tijolo comum 1046,3 1370,3 41 113,9 29 139,3 13,2 65,9 6,9 288,6 29,3 Tijolo 1295,5 1792,6 53,7 147,2 44,4 301,5 13,2 64,7 6,8 244,5 24,4 alternativo

   Fatores de 1,2 1,3 1,3 1,3 1,5 2,2 1,0 1,0 1,0 0,8 0,8 comparação *Nota: Condições Normais: 101,3 kPa, 273K, base seca e concentração de 11% de O . 2 Embora as temperaturas dos gases emitidos apresentaram diferenças de

  aproximadamente 45ºC nos valores médios das coletas em dias diferentes, observou-se que os fatores de comparação para os parâmetros relacionados com a combustão (O

  2 , CO 2 e

  Eficiência Térmica) foram iguais a 1,0, indicando que o processo de queima para ambos os tijolos, simples e alternativo, foram similares, não sendo a combustão um fator considerável na diferenciação das emissões.

  Para os parâmetros NO x e SO

  2 , observou-se que o fator de comparação esteve

  acima de 1, indicando que o processo de sinterização do tijolo alternativo emitiu maior concentração destes gases do que no processo de sinterização do tijolo comum. O parâmetro que apresentou maior valor do fator de comparação foi o gás SO

  2 (1,5 nas condições do processo e 2,2 nas condições Normais).

  Ao contrário de outros estados, como é o caso do Paraná, em Santa Catarina não existe legislação para emissões atmosféricas para fábricas que utilizam biomassa como combustível. Levando em consideração a legislação para emissões atmosféricas em vigor no estado do Paraná desde dezembro de 2002 (Resolução SEMA 041/02), as concentrações

  3

  3

  de NO x (113,9 ppm e 147,2 mg/m ) e SO

  2 (139,3 ppm e 301,5 mg/m ) estariam em

  3

  conformidade com a resolução, pois a mesma estipula o padrão de 400 mg/m para o NO x e não prevê limites de emissão nem de monitoramento de compostos de enxofre para processos de geração de energia que empregam biomassa como combustível.

  3 O parâmetro CO apresentou concentrações (1370,0 ppm e 1792,0 mg/m ) acima do

  3

  limite (1000 mg/m ) estipulado na Resolução SEMA 041/02, para processos de geração de calor com potência térmica entre 10 a 50 MW. Porém, a emissão deste poluente está relacionada com a eficiência de queima, e pode ser diminuída através da melhoria das condições de operação do processo, aumentando a eficiência da combustão e consequentemente a economia de combustível.

  CONCLUSÃO

  Este trabalho mostrou que o resíduo pode melhorar as propriedades físicas e mecânicas dos tijolos de argila vermelha. Quando misturado na massa cerâmica, o resíduo aumenta a sua plasticidade e facilita a extrusão dos tijolos. Durante a sinterização o resíduo se comporta como um fundente, diminuindo a temperatura de sinterização e fazendo com que, à mesma temperatura de sinterização dos tijolos sem resíduo, os tijolos com resíduo fiquem mais bem sinterizados, como pôde-se observar nos resultados de análise térmica diferencial e de dilatometria. Em consequência, tem-se uma retração sensivelmente maior. Por outro lado, a resistência mecânica é bem maior (em torno de 1,45 MPa), ficando bem acima do mínimo exigido por norma (1 MPa), o que não acontece com o tijolo sem resíduo (0,66 MPa).

  No tijolo alternativo ocorre uma perda de massa levemente superior àquela do tijolo comum, devido essencialmente à oxidação do carbono presente no resíduo. No entanto, como o tijolo alternativo tem uma melhor sinterização, a porosidade provocada pela tijolos comum e alternativo é similar pois a absorção de água foi de aproximadamente 22% para ambos os tijolos (comum e alternativo). Este valor de absorção de água está abaixo do máximo permitido pela norma NBR 7171/92, que é de 25%.

  A análise microestrutural permitiu verificar que os tijolos com resíduo ficam melhor sinterizados, pois há um melhor fechamento do poros e presença de fissuras resultantes da maior retração, comprovando os resultados da análise térmica e dos ensaios mecânicos. Também foi possível verificar qualitativamente que as fases formadas sobre ambos os tijolos (com e sem resíduo) são similares.

  Com relação aos ensaios de lixiviação, as análises mostraram que em todas as amostras (argila pura, tijolo puro e tijolo com resíduo) não foi encontrado nenhum elemento químico lixiviado acima do permitido por norma. Já no ensaio de solubilização foi encontrado um excesso de alumínio em todas as amostras. No entanto, pode-se concluir que o resíduo não é o responsável pelo excesso de alumínio encontrado no extrato solubilizado. O alumínio solubilizado é proveniente da composição natural da argila pois as argilas são compostas basicamente de sílica e alumina, ao contrário do resíduo que praticamente não contém alumínio.

  O laudo emitido pelo LACTEC menciona a legislação para emissões atmosféricas em vigor no estado do Paraná (resolução SEMA 041/02) a qual estipula um limite máximo

  3

  3

  de 400 mg/m para o NO x e 1000 mg/m para o CO. Esta resolução não prevê limite para a emissão de SO

  2 para processos de geração de energia que empregam biomassa como

  combustível. Levando em consideração a legislação do Paraná, somente a emissão de CO estaria acima do limite máximo; isso tanto para o tijolo comum quanto para o alternativo, contendo B% de resíduo. No entanto, o mais importante a ser observado são os valores relativos da emissão de CO entre os tijolos comum e alternativo. Essa diferença na concentração emitida de CO entre os dois tijolos é considerada pequena e, portanto, não apresenta conseqüências relevantes. Não existe legislação sobre emissões atmosféricas em nível federal e estadual (Santa Catarina) para unidades que empregam biomassa como combustível.

  Para finalizar, com a viabilização do projeto, a empresa geradora agregará valor a cerca de 140 toneladas mensais de resíduo, direcionando-o para utilização como matéria- prima alternativa na fabricação de tijolos, reduzindo assim o consumo de argila que é um recurso natural não renovável, diminuindo portanto, também o custo de produção dos

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  ABNT - ASSOCIAđấO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICA. Classificação de Resíduos Sólidos, NBR 10004. Rio de Janeiro/RJ, 1987.

  ABNT - ASSOCIAđấO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICA. Procedimento de Lixiviação de Resíduos Sólidos, NBR 10005. Rio de Janeiro/RJ, 1987.

  Solubilização de Resíduos Sólidos, NBR 10006. Rio de Janeiro/RJ, 1987.

  ABNT - ASSOCIAđấO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICA. Procedimento de amostragem de Resíduos Sólidos, NBR 10007. Rio de Janeiro/RJ, 1987.

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