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COLÉGIO CIDADE DE PIRACICABA Matheus B. Pedro Raul Renan Richard Valmir Reutilização de resíduos gerados pela Galvanoplastia Piracicaba – SP 2021 Matheus B. Pedro Raul Renan Richard Valmir Trabalho de conclusão do Curso de Técnico em Química - Colégio Cidade de Piracicaba, apresentado como requisito para obtenção do título de Técnico em Química. Prof. Orientadora: Rosana M. O. Freguglia. Piracicaba – SP 2021 1 INTRODUÇÃO A Galvanoplastia é um ramo da indústria metalmecânica onde acontece o tratamento de superfícies metálicas ou plásticas por meio de processos químicos ou eletrolíticos, sendo considerada uma das mais tóxicas entre os muitos tipos de indústrias devido à presença de metais pesados e seu efeito acumulativo, que pode formar alterações em órgãos do sistema cardiovascular, lesões no córtex, na capa granular, perda de coordenação dos movimentos, entre outros. Tratar os poluentes gerados em indústrias galvânicas é, portanto, indispensável, independente do volume de descartes. O objetivo da galvanoplastia é prevenir a corrosão, aumentar a dureza e a condutividade das superfícies, além de tornar os produtos com aparência mais atrativa através da deposição de uma fina camada metálica sobre a superfície. A galvanoplastia é definida como o tratamento utilizado para recobrir superfícies de metais e plásticos, de forma a evitar corrosão ou conferir aspecto decorativo às peças (OLIVEIRA, 2008). Quanto à metodologia empregada, registra-se que, na fase de investigação optou-se por pesquisas em conteúdos científicos e testes práticos, com o intuito de selecionar técnicas mais sustentáveis e viáveis. O desenvolvimento de trabalhos planejados e apropriados ao gerenciamento dos resíduos gerados nas empresas de galvanoplastia tem como finalidade, o correto manuseio e a segregação para destinação final adequada, resultando assim, na contribuição para a redução dos riscos à saúde humana e evitar a contaminação do meio ambiente. 2 OBJETIVOS 2.1 Objetivo Geral Este trabalho tem como objetivo apresentar a efetividade no quesito técnico, econômico e ecológico do reaproveitamento dos resíduos gerados no processo de galvanoplastia. 2.2 Objetivos Específicos ● Identificar os processos que geram os efluentes e o tratamento utilizado; ● Avaliar a utilização de um sistema real de osmose reversa para possibilitar a prática do reuso dos efluentes de forma economicamente viável; ● Identificar oportunidades, padrão e prática para reuso dos efluentes tratados; ● Avaliar qualitativamente e quantitativamente os efluentes tratados; 3 REVISÃO DE BIBLIOGRAFIA 3.1 Galvanoplastia Galvanoplastia é uma técnica industrial que utiliza a eletrólise ( É uma forma de produção de substâncias químicas a partir da reação de oxidação e redução provocadas por uma descarga elétrica.) em meio aquoso para cobrir uma determinada peça metálica com outro metal. O objetivo é obter uma ou mais das vantagens: adquirir resistência a corrosão; adquirir proteção contra a oxidação; apresentar maior durabilidade; aumentar a resistência da peça; ampliar a espessura da peça; aumentar a condutividade elétrica ou térmica; fazer com que a peça possa passar por um processo de soldagem com maior resistência; melhorar a estética da peça (MANUAL DA QUIMICA, 2021). A denominação galvanoplastia está associada ao nome de família do anatomista e médico italiano Luigi Galvani (1737-1798), que notou a contração de músculos de rãs mortas quando em contato com diferentes metais, sem que houvesse aplicação de corrente elétrica externa, levando-o a concluir que certos tecidos geravam eletricidade por si próprios. Alessandro Volta (1745-1827), ao repetir os experimentos de Galvani em 1799, concluiu que o tecido muscular da rã, umedecido em solução salina, conduzia uma corrente entre diferentes metais, sugerindo que a eletricidade observada por Galvani era produzida pelos objetos metálicos que prendiam as pernas da rã (PASQUALINI, 2004). 3.2 Características da galvanoplastia Segundo Pasqualini (2004, p. 5) a galvanoplastia foi descrita como um ramo da indústria metal - mecânica, dedicada ao tratamento de superfícies metálicas ou plásticas, com materiais diversos como: cádmio, cobre, níquel, estanho, ouro, prata, cromo e zinco, mediante processos químicos ou eletrolíticos. Bohórquez (1997) descreveu como características da galvanoplastia: • Espessura; • Condutividade; • Lubrificação; https://www.manualdaquimica.com/fisico-quimica/eletrolise.htm • Capacidade de estampar. Rojas (1994) nos atenta para a extrema importância que tem o acabamento superficial para a alta tecnologia e as indústrias estratégicas de eletrônicos, telecomunicações, computação, já que tem promovido amplamente a produção de componentes lasers, Unidade Central de Processamento (UCP), filmes supercondutores, etc. Porém é necessário, estudos na área de tratamentos de superfície, como já vem acontecendo nos últimos anos, devido as exigências de tecnologias mais limpas e consequentemente, com menor quantidade de resíduos gerados. Tudo isso vai de encontro com a grande preocupação do mundo com a sustentabilidade e a redução do impacto ambiental (STEPHANOU, 2013). Diversas tecnologias estão sendo estudadas visando o aprimoramento das técnicas, algumas inclusive já estão sendo usadas em escala industrial. Dentre esses novos processos, podemos citar revestimentos que utilizam uma composição à base de metais leves para produzir uma camada nano estruturada sobre outros substratos metálicos, isento de metais pesados e componentes orgânicos (BRASIL, 2006). As partículas da camada de conversão podem ser chamadas de nano cerâmicas. 3.3 Tipos de galvanoplastia O tipo de galvanoplastia sempre está associado ao metal que foi utilizado para recobrir uma determinada peça. Assim, veja os mais realizados tipos de galvanoplastia: ● Cromagem: recobrimento de uma peça com o metal crômio (Cr); ● Prateação: recobrimento de uma peça com o metal prata (Ag); ● Douração: recobrimento de uma peça com o metal ouro (Au); ● Niquelagem: recobrimento de uma peça com o metal níquel (Ni); ● Zincagem: recobrimento de uma peça com o metal zinco (Zn); ● Estanhagem: recobrimento de uma peça com o metal estanho (Sn); ● Cadmeação: recobrimento de uma peça com o metal cádmio (Cd). ● ● 3.4 Aplicações da galvanoplastia ● ● A atividade representa um mercado muito diversificado, procurado por indústrias dos mais variados segmentos econômicos, entre as quais se encontram a automobilística, de eletroeletrônicos, eletrodomésticos, construção civil, moveleira e petroquímica, entre outras. Esse processo pode ser dividido em dois grandes segmentos. Um deles é o do pré-tratamento de superfícies, que prevê a limpeza e preparação das peças para deposição do metal. ● O segundo consiste na eletrodeposição de camadas anticorrosivas ou decorativas de cromo, níquel, prata ouro e cobre. Nessa operação ainda são muito utilizados métodos que utilizam produtos venenosos. ● ● 3.4.1 O pré-tratamento ● ● Etapa responsável por retirar as imperfeições e materiais aderidos da superfície das peças. Podendo ser realizada através do processo mecânico (jateamento, esmerilhamento, polimento, processo manual) e pelo processo químico (desengraxamento, decapagem, neutralização). ● ● 3.4.2 O revestimento ● ● Segunda etapa do processo galvânico e refere-se à deposição eletrolítica, também chamada de deposição metálica. Este processo se dá pela aderência do metal que se desprende do ânodo atravessandoo banho, a qual se chama eletrólito, pela ação da eletricidade. Neste processo são usados vários tipos de metais, sendo os mais utilizados o zinco, a prata, o ouro, o cobre e o alumínio. ● 3.5 Resíduos Resíduos são as partes que sobram de processos derivados das atividades dos seres vivos. Como processos produtivos por exemplo a matéria orgânica, o lixo doméstico, os efluentes industriais e os gases liberados em processos industriais ou por motores (SEBRAE 29/11/2013). 3.5.1 Resíduos da Galvanoplastia Os processos das indústrias de tratamento de superfícies geram vários tipos de impurezas para o ambiente, incluindo os efluentes dos banhos químicos e eletroquímicos, das soluções de limpeza, das águas de lavagem, os resíduos sólidos diversos, os solventes e as emissões atmosféricas. O tratamento da galvanoplastia tem grande serventia em diversas áreas industriais, como petroquímica, tinturas, têxtil, pesticida, refinaria, alimentícia, farmacêutica etc. Todos estes produtos utilizam de seu tratamento ou compostos em alguma etapa do seu processo de fabricação, e de alguma forma acabam liberando resíduos através de efluentes líquidos, sólidos ou gasosos (KAWAI, 2008). Em seu tratamento é usado alguns produtos químicos como: Zinco, ácido Clorídrico, Zinco Alcalino, Cobre, Níquel, Fosfato, desengraxante, Antiespumante, Cal químico hidratado, Hidróxido de sódio, Hipoclorito de sódio, Cloreto de Bário. Esses produtos são misturados com a água para realizar o “banho” no produto desejável. Após o procedimento do “banho” químico é realizado o tratamento da água que gera o lodo químico, que é destinado a TGA Téc. que faz o transporte e determina para o que ele vai ser usado. No nosso caso ele é encaminhado para as fornalhas que geram energia para a produção do cimento. O grande motivo deste destino é a energia que o Lodo químico gera (aproximadamente mantém a fornalha em 900ºC) (FRANÇOIS 2019). A galvanoplastia é um processo químico que gera consigo influentes na água utilizada em sua formulação, que devem ser tratados. Após o banho de cromo e zinco nas peças, essa água se destina a um reservatório onde ela é tratada. Para o tratamento utiliza-se os seguintes efluentes: ● Efluentes existentes no reator ● Antiespumante FR90 ● Cal Química Hidratada FR22 ● Hipoclorito de sódio ● Cloreto de bário ● Coagulante auxiliar FR07 ● Coagulante FR02 ● Hidróxido de Sódio FR03 ● Ácido clorídrico FR01 ● Polímero FR300 3.6 Efeitos sustentáveis da galvanoplastia Quando tratamos do assunto sustentabilidade e sua relação com a galvanoplastia, é de fato afirmar que as reações químicas e eletroquímicas decorrentes dos processos de produção são geradores de potencial poluição à água, terra e ar. Considerando que a galvanoplastia está entre as principais atividades mais nocivas e poluidoras, e que a Terra é duramente castigada por essa atividade no decorrer dos anos, especialmente na metade do século 20, com lançamentos de resíduos e efluentes de altas cargas de metais complexados nos mais variados meios como na terra, na água e no ar. Devido à esses processos industriais danosos e insustentáveis desenvolveu-se um pensamento crítico acerca da causa e efeito desses processos industriais, houve o desenvolvimento de diversas tecnologias que permitem a produção mais limpa e sustentável na galvanotécnica sem causar impactos ambientais severos e além de também eliminar a degradação do meio ambiente já existente (Boff, 2012). Nos últimos anos, ocorreu regulamentação da atividade de galvanotécnica através das normas técnicas e legais para conformidade ambiental, a condição de galvanoplastia insustentável está com seus dias contados. Há também a possibilidade de ação e reversão de toda a atividade para uma galvanoplastia sustentável sem maiores danos ao meio ambiente. A estratégia para diminuição dos impactos ambientais associados à galvanoplastia deve-se à adoção de um projeto que prioriza acima de tudo a menor utilização dos recursos naturais como, energia elétrica, matéria-prima química, e por último e não menos importante a água, com a implantação da tecnologia e novos meios que se torna possível alcançar uma produção mais limpa e sustentável (Araújo, 2019) O Tratamento de água residual se torna uma das mais importantes atividades industriais, em razão do aumento da população mundial e consequentemente da demanda, de acordo com a análise do site, especializado em estatística, Worldometers, o planeta já ultrapassou sua capacidade de prover recursos naturais em meados de 2019. As condições naturais do planeta Terra, tal como água, oxigênio, luz solar, atmosfera, entre outras, tornaram possível aos humanos alcançar uma população próxima a 7,8 bilhões de pessoas em 2020. Porém, em um futuro não muito distante, a população humana se multiplicará cada vez mais rapidamente, assim o chamado Dia da Sobrecarga, nome que condiz a um cálculo realizado pela organização Global Footprints Network, na qual estabelece um crescimento sem limites da utilização de recursos naturais ecológicos em até 1,75x mais rápido que a capacidade de regeneração dos ecossistemas (cebds.org, 2019). Com o desenfreado avanço da tecnologia é possível elaborar novos métodos de recuperação de resíduos líquidos, atualmente consegue-se cargas de poluentes dentro dos parâmetros permitidos pela regulamentação, incluindo materiais orgânicos e metais tóxicos. Entretanto, as regras relacionadas à proteção ambiental contra agentes nocivos decorrentes das atividades galvanotécnicas tornam-se cada vez mais restritivas, sendo necessárias novos métodos que apresentem melhores resultados, diminuindo a geração de resíduos e melhorando a qualidade da água, com o único objetivo de alcançar o nível de liberação de resíduos poluentes a zero (SANCEY et al., 2011). Além disso, os métodos e técnicas utilizadas devem seguir um modelo padrão de desenvolvimento sustentável, que permite assim a reutilização da água, e a possibilidade de recuperação dos íons metálicos. Com essas premissas, muito trabalho e estudos científicos têm utilizado a quitosana (CS), um agente orgânico no tratamento que se apresentou como mais promissor para a remoção de cor e turbidez em efluentes de galvanoplastia e seus derivados, e para a remoção de íons metálicos em níveis traço de meios aquosos (Silva, 2004). 4 MATERIAL E MÉTODOS No processo produtivo químico, onde as peças são banhadas, conta com uma porção de produtos em cada fase do processo: No processo, destacam-se as áreas de lavagem resultantes dos banhos metálicos onde observamos potenciais agentes poluidores, como: • Metais tóxicos utilizados para revestimento [cromo hexavalente (Cr+6), níquel, zinco, cádmio, cobre, prata etc.]; • Íons provenientes dos banhos para clarificação de metais (cianeto); • Águas de lavagem da decapagem (ácida e alcalina); • Banhos contendo solventes orgânicos; • Águas de lavagem do desengraxe (hexano, tetracloreto de carbono, tricloroetileno, benzol etc.). Resíduos sólidos Os resíduos sólidos podem ser provenientes do processo produtivo ou da manipulação e do transporte de insumos e reagentes necessários à manutenção do processo. O lodo oriundo do tratamento de efluentes geralmente é colorido (azul, verde, cor de tijolo, branco leitoso, marrom acinzentado) e seu pH pode atingir valores extremos, devendo ser acondicionado e ter destinação adequada. São exemplos de resíduos sólidos gerados na atividade: • Sucata de metais ferrosos e não ferrosos e cavacos; • Resíduos de pré-tratamentos mecânicos e de polimento; • Lodo proveniente do processo de tratamento de efluentes líquidos, • Embalagens de produtos químicos; • Lama de fundo dos tanques; • Filtros usados, sacos de ânodos e material diverso. Os principais metais tóxicossão: prata (Ag), arsênio (As), cádmio (Cd), cobalto (Co), cromo (Cr), cobre (Cu), mercúrio (Hg), níquel (Ni), chumbo (Pb), antimônio (Sb), selênio (Se), ferro (Fe) e zinco (Zn). Dentre eles, arsênio, cobalto, cromo, cobre, selênio, ferro e zinco são essenciais aos seres vivos em concentrações diversificadas, porém inferiores àquelas consideradas tóxicas para diferentes organismos vivos. (Galvanoplastia – Orientação para controle ambiental – 2014) A galvanoplastia é um processo químico que gera consigo influentes na água utilizada em sua formulação, que devem ser tratados. Após o banho de cromo e zinco nas peças, essa água se destina a um reservatório onde ela é tratada. Para o tratamento utiliza-se os seguintes efluentes: ● Efluentes existentes no reator ● Antiespumante FR90 ● Cal Química Hidratada FR22 ● Hipoclorito de sódio ● Cloreto de bário ● Coagulante auxiliar FR07 ● Coagulante FR02 ● Hidróxido de Sódio FR03 ● Ácido clorídrico FR01 ● Polímero FR300 Segue abaixo uma receita que pode ser utilizada para a separação do lodo químico da água: Revisão 9 - (25/05/2019) Seguir os seguintes procedimentos descritos abaixo: ● Agitar o efluente existente dentro do reator; ● Durante o tratamento em qualquer momento que se forme espuma no tanque pode-se utilizar 1 tampa de antiespumante (FR90) ou o quanto for necessário; ● Subir o ph com cal química hidratada (FR22) dissolva até o pH 9,00 / 10,00; ● Subir o pH hidróxido de sódio (FR03) até o pH 12,00 / 13,00; ● Agitar 5 minutos ● Adicionar 50 kg de hipoclorito de sódio; ● Agitar 60 minutos; ● Adicionar 35 kg de cloreto de bário; ● Agitar 45 minutos; ● Adicionar 10,0 litros de coagulante auxiliar (FR07); ● Agitar 5 minutos; ● Adicionar 20 litros de coagulante (FR02); ● Agitar 5 minutos; ● Verificar se o pH oscilou com a adição do coagulante, se tiver <8,0 subir com hidróxido de sódio (FR03) para que fique 9,0 / 9,5; ● Verificar se o pH oscilou com a adição do coagulante, se tiver >10 abaixar com ácido clorídrico (FR01) para que fique entre 9,0 / 9,5; ● Agitar 5 minutos; ● Adicionar 30 gramas de polímero (FR 3000). ● Agitar 5 minutos; ● Desligar o ar comprimido; ● Deixar decantar durante o tempo necessário, observando que o lodo deve ficar abaixo da válvula de saída para o esgoto; ● Abrir a válvula de saída para o esgoto; ● Depois de esvaziado até o nível de saída do esgoto, abrir válvula de saída do lodo e liberar o lodo para o leito de secagem; ● O reator estando totalmente vazio feche as válvulas, e realize a limpeza com água corrente o reator estará pronto para novo tratamento; ● O lodo formado no leito de secagem deverá ser armazenado em bombonas plásticas e transportá-lo ao depósito de resíduos localizado na própria empresa. (François soluções ambientais – 2019) 4.1 Matérias - primas 4.2 METODOLOGIA Figura : Fluxograma do processo de galvanoplastia. DECAPAGEM POLIMENTO DESENGRAXE COBRE NÍQUEL NEUTRALIZAÇÃO SECAGEM CROMO Fonte: Elaborada pelos autores. 4.2.1 Procedimento Durante a limpeza e o preparo da peça a ser recuperada, esta passa por um polimento para retirada de ciscos (como são chamadas as pequenas partículas de sujeira). 1º Banho: O procedimento de zincagem das peças começa por uma imersão em desengraxante químico para a remoção de óleo e graxas. O desengraxante tem que estar aquecido a uma temperatura de 50 a 70 graus Celsius sendo seu principal componente soda cáustica. Após aproximadamente 30 minutos nesta limpeza as peças são enxaguadas com água limpa e enviadas para a próxima etapa de limpeza. 2º Banho: Na segunda etapa que se chama decapagem ácida as peças são emergidas em solução com ácido clorídrico para a remoção da oxidação do material sejam elas ferrugem ou outras impurezas. Assim sendo preparada para receber a eletrodeposição do zinco sobre as mesmas peças. 3º Banho: Após a decapagem as peças são imersas em banho de zinco sendo suspensa no polo positivo, ao passar corrente elétrica ocorre a dissolução do zinco no processo. Este banho de zinco dura em torno de 10 a 20 minutos e tem uma espessura de 10 a 20 mícron de camada. 4º Banho: Após a aplicação da camada de zinco a peça recebe enxague em água limpa novamente, para haver a remoção de excesso a fim de evitar manchas na mesma. Isso gera um cromatizado branco ou amarelado isso acontece de acordo com as especificações da peça e é usado isso a fim de proporcionar uma resistência maior para o material. Logo após todos esses processos finalmente e lavado com água limpa pela última vez e secada para ser entregue ao cliente final. 5º Banho: O procedimento de niquelação é muito parecido com o descrito acima. Com a diferença na decapagem ácida, as peças são submersas em tanques com solução a base de soda e por meio da eletrólise a uma reação química que auxilia na limpeza mais eficiente a fim de preparar a peça para receber materiais mais nobres como cobre e níquel. 6º Banho: Após esta etapa de decapagem eletrônica a peça recebe um enxague e depois e submersa em um tanque com solução de níquel, o níquel é dissolvido nessa solução por meio da eletrólise e em seguida é depositado na peça. Com 5 minutos a peça recebe uma pequena camada chamada “flash” que é uma base para receber as próximas etapas do processo. 7º Tanque: Após o flash de níquel a peça é enxaguada e ativada em solução de ácido sulfúrico e submersa em tanque com solução a base de cobre esse que é dissolvido e depositado sobre o níquel da peça. Esse procedimento auxilia na agilidade e capacidade de dar brilho no acabamento final, pois a peça recebe outra camada de níquel sobre o cobre. Sem o depósito do cobre o níquel fica opaco sobre a peça, sem brilho e de mais para o níquel depositar de modo uniforme sobre a peça inteira. Com aproximadamente 20 minutos neste processo a peça e enxaguada novamente e está pronta para receber o depósito de níquel final. 8º Tanque: Após o enxágue com água limpa a peça retorna ao tanque de níquel e em pouco menos de 10 minutos o níquel é depositado sobre o cobre, proporcionando um brilho niquelado uniforme e isento de manchas ou falhas. Logo recebe um enxague e depois a peça é seca e pronta para ser entregue. 4.3 Gerenciamento de resíduos, Tratamento da água residual, Tratamento do lodo Todo o efluente gerado na linha de produção vai para um reservatório e não pode ser descartado na rede de esgoto sem passar por um tratamento adequado. O efluente é bombeado para um reator onde será tratado, o mesmo recebe produtos que irão reduzir os níveis de contaminação causados pelo procedimento de galvanização e niquelação. Alguns produtos que auxiliam neste processo de limpeza são os materiais orgânicos, coloração, floculação e decantação do efluente, podendo assim ser descartado nas redes de esgoto. Com esse contaminantes reduzidos não há chance de causar danos ao meio ambiente. O lodo químico gerado neste processo de limpeza da água é armazenado em tambores e destinado a uma outra empresa cuja e TGA TECH que se responsabiliza pelo destino final do Lodo químico. 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES 6 CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS OLIVEIRA, F.C. Bases teóricas do processo de galvanoplastia. Monografia. Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. 2008. 56p. ABTG, 2017 http://www.abts.org.br/ PASQUALINI, A. Estudo de Caso Aplicado a Galvanoplastia. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Santa Catarina, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção. Florianópolis, 2004. Renan: Leonardo Boff, 2012. Sustentabilidade tentativa e definição. Disponívelem: https://leonardoboff.org/2012/01/15/sustentabilidade-tentativa-de-definicao/ . Acesso em 08/02/2021. Pedro de Araújo, 2019. Galvanoplastia (In)sustentável. Disponível em: https://b8comunicacao.com.br/wp-content/uploads/2020/06/TS-216-b8- comunicacao-38_43-MT-Meio-Ambiente-e-Energia.pdf. Acesso em 08/02/2021. Cebds, 2019. Disponível em: https://cebds.org/ja-ouviu-falar-da-sobrecarga-da-terra__trashed- 2/?gclid=Cj0KCQiA34OBBhCcARIsAG32uvMAB1DD96JpXzSTLX5uI46GcKH0qs9U TWL9aFqo_VF-UhESCmLZ78gaAuAcEALw_wcB#.YCFnbOhKiUk. Acesso em 08/02/2021. SANCEY et al., 2011. Heavy metal removal from industrial effluents by sorption on cross-linked starch: Chemical study and impact on water toxicity. V. 92, n. 3, p. 765- 772, 2011. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479710003658 . Acesso em 08/02/2021. CRINI et al., 2014. 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