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D O S S I Ê T É C N I C O MÁRMORE E GRANITO: LAVRA, BENEFICIAMENTO E TRATAMENTO DE RESÍDUOS Ingrid Vieira Machado de Moraes Rede de Tecnologia do Rio de Janeiro Dezembro 2006 Copyright © Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT - http://www.sbrt.ibict.br 1 DOSSIÊ TÉCNICO Sumário 1 INTRODUÇÃO.............................................................................................................. 2 2 PROCESSO DE LAVRA............................................................................................... 2 2.1 Lavra de maciços rochosos.................................................................................... 3 2.1.1 Lavra do tipo fossa............................................................................................... 3 2.1.2 Lavra do tipo poço................................................................................................ 3 2.1.3 Lavra por bancadas baixas.................................................................................. 3 2.1.4 Lavra por bancadas altas..................................................................................... 4 2.1.5 Lavra por desabamento....................................................................................... 4 2.1.6 Lavra subterrânea................................................................................................. 4 2.2 Lavra de matacões................................................................................................... 4 3 PROCESSO DE ENEFICIAMENTO............................................................................. 5 4 IMPACTOS AMBIENTAIS DO SETOR DE ROCHAS ORNAMENTAIS........................ 7 5 CARACTERIZAÇÃO DE RESÍDUOS SÓLIDOS NO SETOR DE ROCHAS ORNAMENTAIS.............................................................................................................. 10 5.1 Etapas para a caracterização.................................................................................. 10 5.1.1 Classificação do resíduo...................................................................................... 10 5.1.2 Composição química (% em peso) do resíduo de granito................................. 11 6 APROVEITAMENTO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS....................................................... 11 7 ALGUNS EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NO TRATAMENTO DE RESÍDUO DA INDÚSTRIA DE BENEFICIAMENTO DE MÁRMORE E GRANITO................................. 12 7.1 Hidrociclone............................................................................................................. 12 7.2 Filtro-prensa............................................................................................................. 13 7.3 Filtro de tambor rotativo......................................................................................... 15 7.4 Filtro de Discos........................................................................................................ 16 8 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO PARA FILTRAÇÃO................................................... 18 Conclusões e recomendações..................................................................................... 19 Referências.................................................................................................................... 19 Título Copyright © Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT - http://www.sbrt.ibict.br 2 Mármore e granito: lavra, beneficiamento e tratamento de resíduos Assunto Extração de pedra, areia e argila Resumo Informações sobre os principais métodos de lavra de pedras ornamentais; técnicas de beneficiamento; resíduos provenientes da indústria de beneficiamento de mármore e granito, tratamento e aproveitamento na construção civil. Palavras chave Mármore; granito; tratamento de resíduo; resíduo sólido; meio ambiente; aproveitamento de resíduo; beneficiamento; lavra Conteúdo 1 INTRODUÇÃO O Brasil é um dos maiores produtores e exportadores de rochas ornamentais do mundo. Dentre elas, destaca-se o mármore, o granito propriamente dito, o diorito, e o gnaisse, comercialmente conhecidos por mármore e granito. O estado do Espírito Santo é o principal pólo de rochas ornamentais do país instalado na região de Cachoeiro de Itapemirim. No estado do Rio de Janeiro, a região Noroeste também é rica em rochas ornamentais, com enfoque para o município de Santo Antônio de Pádua. As rochas ornamentais deste município são principalmente rochas graníticas. No entanto, existem também em Santo Antônio de Pádua cerca de 72 empresas explorando pedras de revestimento denominadas de pedra Paduana, pedra Miracema, pedra olho de Pombo e a Pinta Rosa. Estas pedras correspondem ao produto da milonitização de um ortognaisse intrusivo. Para se ter sucesso nos negócios com rochas ornamentais é necessário o conhecimento de vários segmentos do setor industrial: geologia, caracterização tecnológica, lavra, transporte, beneficiamento e vendas. Só se pode determinar a viabilidade técnica e econômica de pedreiras de rochas ornamentais após concluir certas etapas preliminares, como exploração geológica regional, pesquisa geológica de detalhe e amostragem. A determinação de reservas é feita com furos de sondagem. No caso de rochas ornamentais também são necessários testes de serragem e polimento. Após a cubagem da jazida é realizado o planejamento de lavra. O Brasil possui um enorme potencial geológico para a produção de rochas ornamentais (especialmente granitos) de variados padrões estéticos. Existem muitos métodos de lavra para rochas ornamentais usados no mercado: lavra de matacões, lavra por bancadas, lavra por painéis verticais, lavra por desabamento e lavra subterrânea. Aspectos técnicos e econômicos são considerados na escolha do método a ser usado. A lavra de matações tem o menor custo de produção, mas causa grandes danos ambientais. A lavra de maciços rochosos tem maior custo de produção, mas causa menores danos ao meio ambiente. 2 PROCESSO DE LAVRA As jazidas de rochas ornamentais podem ser lavradas em maciços rochosos e em matacões, utilizando-se métodos e técnicas que possibilitam resultados satisfatórios em termos da relação custo/benefício. Os métodos de lavra consistem num conjunto específico dos trabalhos de planejamento, dimensionamento e execução de tarefas, devendo existir uma harmonia entre essas tarefas e os equipamentos dimensionados. O planejamento inclui a individualização dos blocos com dimensões adequadas à etapa seguinte da cadeia produtiva, representada pelo desdobramento dos blocos em chapas. Copyright © Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT - http://www.sbrt.ibict.br 3 É importante verificar, durante a fase do planejamento, se o maciço rochoso ou o matacão possuem características ideais para serem lavrados, como a verificação da existência de impurezas, trincas, alterações, topografia local, etc. Um planejamento de lavra bem elaborado fornecerá o dimensionamento dos equipamentos e instalações, cálculo de custos, seqüência de atividades, implicações econômicas do impacto ambiental e análise das condições hidrológicas. Um bom projeto exige a melhor escolha do método de lavra e a adoção de tecnologias adequadas, nas quais sejam indicados os níveis produtivos desejados, levando-se em conta as características da jazida. Entende-se por melhor escolha o método que proporciona melhor resultado em termos de custo/benefício. Um outro aspecto importante no planejamento da lavra refere-se à necessidade de serem definidos os possíveis usos futuros da área minerada, uma vez concluída a atividade de lavra. A preocupação com a qualidade e a quantidade da rocha produzida implica a necessidade de o setorinvestir em tecnologia para reduzir seus custos. A lavra em maciços rochosos é a que possibilita maiores vantagens operacionais, pois proporciona uma lavra racional com reflexo positivo na relação custo/benefício, havendo uma tendência mundial no sentido de se praticar a lavra de rochas ornamentais em maciços rochosos em detrimento da lavra de matacões. Ambas pode ser praticadas segundo formas diferentes, podendo-se classificar os métodos em lavra do tipo fossa, tipo poço, por bancadas baixas, por bancadas altas, por desabamento e subterrânea. A lavra em matacões é de concepção mais simples, exigindo, na maioria dos casos, equipamentos pouco sofisticados e mão-de-obra pouco qualificada. Nos países subdesenvolvidos, onde é difícil a obtenção de crédito para adquirir equipamentos sofisticados e para treinar mão-de-obra especializada, estas jazidas de fácil acesso são lavradas com o uso de técnicas rudimentares. Tais técnicas proporcionam rendimento baixo e produtos de valor agregado igualmente baixo. 2.1 Lavra de maciços rochosos 2.1.1 Lavra do tipo fossa É um método de lavra que apresenta um impacto visual pequeno, pois a área explorada só pode ser vista de níveis mais elevados. Uma das desvantagens é que atinge facilmente o lençol freático e o bombeamento de água do interior da cava às vezes deve ser constante. O acesso à frente de lavra é feito através de escadas (do tipo marinheiro) ou de guindastes. Seu uso depende, entre outros fatores, das condições geológicas da jazida. 2.1.2 Lavra do tipo poço Esse método é mais oneroso que o anterior, pois possui rampas laterais com forte inclinação, que são utilizadas para acesso à frente de lavra. Problemas com inundações e acidentes de trabalho são comuns em pedreiras que utilizam esse método. Nos casos em que a qualidade da rocha oferece condições de estabilidade, o avanço da lavra em profundidade nos tipos fossa e poço pode levar à necessidade de mudança para a lavra subterrânea. 2.1.3 Lavra por bancadas baixas Consiste em um método com bancadas horizontais baixas, em que uma das dimensões do bloco final não deve ultrapassar 3,0 m, uma vez que o bloco final é retirado da cava com dimensões adequadas ao uso nos teares. Esse método é recomendado para materiais homogêneos, sendo muito flexível para a identificação das partes sãs que serão utilizadas na forma de blocos. A mecanização é facilitada devido à grande extensão horizontal apresentada. Essa flexibilidade facilita a movimentação de equipamentos (perfuratrizes, carregadeiras) e de Copyright © Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT - http://www.sbrt.ibict.br 4 blocos. É um método vantajoso em termos de segurança do trabalho, pois evita e reduz de forma considerável o risco de acidentes graves, além de possibilitar um controle minucioso da frente de lavra. 2.1.4 Lavra por bancadas altas O método de bancadas altas é geralmente usado quando o maciço possui uma altura de 6,0 a 16,0 m. Consiste na abertura de bancadas variando de 3,0 a 6,0 m de largura e 40,0 m de comprimento, podendo-se utilizar diferentes tecnologias de corte, em especial o fio diamantado. É caracterizado pela grande incidência de perfuração para fazer a subdivisão em blocos com dimensões adequadas à serragem. É mais oneroso que o método de lavra por bancadas baixas, uma vez que requer uma maior quantidade de mão-de-obra e equipamentos. 2.1.5 Lavra por desabamento O desabamento pode ser feito por painéis horizontais ou verticais. O primeiro caso é recomendado quando o relevo tem inclinação baixa, enquanto que, para se fazer a lavra com painéis verticais, o relevo necessariamente deve ser íngreme. É um método que exige pouco conhecimento técnico. Algumas das principais vantagens são os baixos custos de operação e o investimento inicial baixo. Geralmente se utiliza um colchão de areia para amortecer a queda da prancha com o objetivo de diminuir o impacto no solo. Esse método apresenta um custo semelhante ao custo da lavra de matacões, mas com o uso de equipamentos de maior porte para limpeza das praças. 2.1.6 Lavra subterrânea Devido à existência, em todo mundo, de inúmeros depósitos de rochas ornamentais aflorantes ou próximos à superfície, a lavra subterrânea é ainda pouco utilizada. Seu uso é justificado em casos de jazidas de rochas de qualidade excepcional, com alto valor no mercado. Segundo Duarte (1998), citado por Reis e Sousa (2003), a principal mina subterrânea localiza-se nos EUA, no Estado de Vermont. Sua operação foi iniciada em 1870 a céu aberto, passando a subterrânea em 1907. Consiste em uma camada horizontal de mármore com cerca de 500 m de profundidade, lavrada pelo método de câmaras e pilares, com câmaras e pilares de 15,0 a 20,0 m de largura cada uma. A lavra subterrânea tem como maior vantagem um impacto ambiental na superfície pequeno. Por outro lado, a lavra subterrânea apresenta grandes dificuldades operacionais, problemas geomecânicos, maior probabilidade de ocorrer acidentes e ainda custo de lavra mais alto que a lavra a céu aberto. 2.2 Lavra de matacões Os matacões consistem em partes específicas do maciço rochoso, individualizadas a partir da atuação de agentes intempéricos (Destro, 2000; Chiodi Filho, 1998 citados por Reis e Sousa, 2003). Quando os matacões são deslocados por rolamento, adquirem formas arredondas conhecidas por acebolamento. A lavra de matacões consiste em um método menos oneroso por apresentar custos baixos para abertura de acessos, mão-de-obra pouco qualificada e custos operacionais reduzidos, mas com grandes problemas ambientais. O esquadrejamento dos blocos é feito através de cunhas manuais ou cunhas pneumáticas, sendo que, no primeiro caso, o processo é mais lento e é recomendado para matacões de até 100 m3. No segundo caso, ocorre a utilização de explosivos em furos coplanares e paralelos. As vantagens principais do método são: implantação rápida do empreendimento, investimento inicial baixo, necessidade de pouco conhecimento técnico, equipamentos simples e custo operacional baixo. As desvantagens principais estão relacionadas ao volume grande de estéril produzido, recuperação baixa e dificuldades em um planejamento mais abrangente. A determinação do método de lavra correto em uma pedreira de rochas ornamentais é de Copyright © Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT - http://www.sbrt.ibict.br 5 importância fundamental para a condução adequada dos trabalhos de planejamento e de execução da lavra. Na fase de definição do método, um erro poderá significar custos de produção excessivamente altos e menor vida útil da pedreira. A ausência de normas e procedimentos de classificação, tanto da Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT, quanto das associações de produtores, dificulta a sistematização dos métodos de lavra. Figura 1 Etapas produtivas e principais produtos da indústria de rochas ornamentais. Fonte: http://www.desenbahia.ba.gov.br/recursos/news/video/%7B3FC152B1-BEAA-4ED5- B748-C370C1559F4B%7D_Rochas_ornamentarias.prn.pdf 3 PROCESSO DE BENEFICIAMENTO O beneficiamento de rochas ornamentais é o desdobramento de materiais brutos extraídos nas pedreiras na forma de blocos, e pode ser subdividido em processo de beneficiamento primário e secundário (Figura 2). O beneficiamento primário é entendido como o processo de obtenção de chapas com espessuras variadas em unidades industriais chamadas serrarias, enquanto o beneficiamento secundário (corte e acabamento de peças) é realizado nas marmorarias. Copyright © Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT - http://www.sbrt.ibict.br 6 Figura 2 Fluxograma do processo de beneficiamento primário e secundário de rochas ornamentais. Fonte: Margueron;Mello (2005). Existem empresas integradas verticalmente nas quais a serraria e a marmoraria estão juntas na mesma unidade industrial. Há também empresas que só possuem serraria, outras que só possuem atividades de marmoraria. São três os métodos básicos para fazer o desdobramento de blocos produzidos nas pedreiras: corte com talha-blocos, corte com fio diamantado e corte com tear multilâminas. O talha-blocos é um maquinário de serragem com discos diamantados usados para produtos padronizados (lajotas) no aproveitamento de blocos menores que o tamanho padrão (entre 5 e 10 m³). O corte com fio diamantado é aplicado basicamente ao esquadrejamento de blocos e de peças curvas. O tear de multilâminas é o equipamento de corte de blocos mais antigo e mais utilizado para produção de chapas. Este tear possui o menor custo de produção e a mais alta produtividade de chapas em grandes dimensões (1 a 2 m de largura e 2 a 3,5 m de comprimento). Segundo Alencar et al. (1996), citados por Almeida e Chaves (2002), o beneficiamento do mármore brasileiro é 95% feito em teares convencionais que usam granalha e o restante em teares diamantados e talha-blocos. Isto caracteriza um grande atraso tecnológico, visto que no mundo inteiro praticamente 100% do mármore é beneficiado em teares de lâminas diamantadas ou talha-blocos. O beneficiamento do granito brasileiro é praticamente 100% feito em teares convencionais Copyright © Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT - http://www.sbrt.ibict.br 7 que usam granalha. A serragem nos teares é auxiliada por uma polpa de água, cal e granalha, despejada continuamente sobre a carga, para otimização do corte e resfriamento das lâminas. Os teares importados da Itália são melhores que os brasileiros, pois oferecem mais produtividade e maior qualidade nos produtos. Esta falta de competitividade dos teares fabricados e usados no Brasil é causada por vários fatores, entre os quais a baixa qualificação da mão-de-obra brasileira na operação e manutenção e a inadequadas condições e controle de instalação. Depois de serradas nos teares ou talha-blocos, as chapas e outras peças passam por um acabamento final através dos processos de levigamento, polimento e lustro, ou do apicoamento e flameamento - Beneficiamento Secundário. As técnicas de apicoamento e flameamento quando aplicadas a certos tipos de material produzem resultados estéticos e práticos diferentes dos do polimento, no qual são usados vários tipos de politrizes: manuais, de ponte e multicabeça. O corte final das chapas ou peças usa cortadeiras que utilizam o disco diamantado. 4 IMPACTOS AMBIENTAIS DO SETOR DE ROCHAS ORNAMENTAIS Há em todo país diversos tipos de rejeitos e efluentes originários da atividade de lavra e beneficiamento de minerais e carvões que não foram tratados ou que estão sendo descartados sem serem aproveitados. Esses rejeitos deixam de gerar novos produtos e produzem impactos ambientais pela deposição inadequada, pelo risco de contaminação de lençóis freáticos e pelas perdas de água de processo por falta do seu tratamento e do seu reuso. Um exemplo de perda e de impacto ambiental de rejeitos e efluentes é o das lamas provenientes da indústria de beneficiamento de mármore e granito. Nas diversas etapas de produção (nomeadamente, extração, corte, serragem e polimento dos blocos de pedra), as perdas podem ser da ordem de 30 a 40%. Atualmente, e em grande parte dos casos, não existe nenhuma preocupação com o meio ambiente, sendo o rejeito jogado diretamente em lagoas e rios, sem nenhum tratamento prévio, o que, apesar de as lamas de serragem não serem consideradas resíduo perigoso (classe I), constituem um sério problema ambiental. Figura 3 Impactos ambientais da lavra. Fonte: Neto, 2006. Poluição sonora Poluição atmosférica: Doenças respiratórias, silicose Solo transportado Copyright © Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT - http://www.sbrt.ibict.br 8 LAVRA BENEFICIAMENTO Figura 4 Impactos ambientais do setor de rochas ornamentais. Fonte: Neto, 2006. Para o uso das rochas ornamentais na construção civil, é necessário o seu desdobramento de blocos para chapas. Este processo é responsável pelo resíduo na forma de lama abrasiva. Esta lama é geralmente depositada num pátio, porém a quantidade produzida é significativa. Além disso, a polpa afeta a paisagem esteticamente, necessita-se de grande espaço para a sua estocagem, e o alto custo do recolhimento e armazenamento. Ressalta- se, ainda, que este resíduo (lama) quando seco constitui-se num pó fino que provoca danos a saúde humana. Figura 5 Impactos ambientais do beneficiamento. Fonte: Neto, 2006. O processo industrial de beneficiamento de rochas ornamentais, envolvendo o desdobramento de blocos de rochas, o polimento das chapas brutas serradas e no corte nas dimensões dos materiais para comercialização envolve grandes quantidades de águas para a sua realização. A necessidade de água nessa etapa do processo industrial é muito grande, encontrando-se para uma única politriz de 20 cabeçotes, operando 24 horas/dia, valores de águas residuárias de até 576 m3/dia. No processo de corte das chapas polidas são utilizadas máquinas cortadeiras, equipadas com discos de corte que funcionam com água para resfriamento, gerando, por conseguinte, também grande quantidade de águas residuárias. O lançamento das águas residuárias resultantes desse processo em corpos hídricos proporciona redução acentuada da qualidade de suas águas, principalmente devido à Lagoa de deposição do resíduo (LAMA) Copyright © Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT - http://www.sbrt.ibict.br 9 grande concentração dos sólidos totais presentes, os quais contribuem fortemente para o assoreamento dos corpos receptores, e na variação do pH para valores altamente alcalinos, dificultando a autodepuração através de métodos biológicos. Tais águas residuárias devem ser submetidas a tratamento prévio para que consigam a atender a legislação ambiental para lançamento em corpos receptores (Resolução CONAMA 020/86), visto que não atendem aos padrões limites estabelecidos. Neto (2006) propõe um sistema de tratamento adequado da lama (Fig. 6). Tratamento adequado da lama Figura 6 Tratamento adequado da lama. Fonte: Neto, 2006. No processo de corte dos blocos de rochas, onde são utilizados teares com lâminas de aço, são lançados sobre as mesmas uma mistura de água, cal e granalha de ferro, com objetivo principal de lubrificá-las e aumentar seu poder de corte. Tal mistura é constantemente monitorada pelos operadores das máquinas, controlando-se assim a densidade da lama , a concentração e capacidade de corte da granalha, dosando quando necessário os ingredientes para se manter uma boa qualidade da mistura. Com isso, tornam-se necessárias descargas periódicas do excesso da lama, principalmente devido ao acréscimo do material removido dos blocos de rocha. As águas residuárias desse processo apresentam valores altos para o pH, devido ao uso da cal, e que podem ser recirculadas após tratamento, ainda que com pH alcalino, sem prejuízos à qualidade do processo industrial de desdobramento de blocos. Já os efluentes do processo de polimento e corte das chapas possuem valores de pH mais baixos, e que podem ser recirculados para o mesmo processo sem danos à sua qualidade final. Verificou-se, portanto, que as águas provenientes dos teares, após tratamento, deveriam ser recirculadas somente para os teares, e aquelas provenientes do polimento e corte das chapas, após tratamento, poderiam ser recirculadas seja para o processo de corte, como para o de beneficiamento. Prezotti (2006) realizou pesquisas de campo em todoo estado do Espírito Santo e constatou que, em quase a totalidade dos casos, as empresas que trabalham com desdobramento de blocos lançam as águas residuárias de seus teares em tanques de acúmulo diretamente no solo, sem a devida impermeabilização. Não há nenhum tipo de recirculação do líquido, havendo sim, parte de sua eliminação através de evaporação e infiltração no solo, permanecendo a outra parte como umidade dos resíduos acumulados. Copyright © Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT - http://www.sbrt.ibict.br 10 Ainda segundo Pezotti (2006), das empresas que realizam processos de separação de fases dos efluentes gerados, cerca de 2% das 1.200 implantadas no estado, utilizam sistemas de tratamento cuja concepção de projeto resume-se em tratamento físico-químico, consistindo de dosagem de coagulante, sedimentação primária e utilização de filtro-prensa para desidratação do material sedimentado. Das empresas que trabalham com os processos de polimento e corte, praticamente todas utilizam alguma forma de reaproveitamento dos efluentes tratados. Normalmente, são utilizados tanques de concreto armado dotados de chicanas, construídos enterrados, cujo material sedimentado é recalcado através de bombas hidráulicas para locais de acúmulo também dispostos no solo. A problemática ambiental tem despertado nos últimos anos grande interesse no Brasil. As leis de controle ambiental tornaram-se mais severas e os órgãos de fiscalização ambiental tornaram-se mais eficientes. Por outro lado, os custos de disposição de resíduos de forma ecologicamente correta são elevados. Isto tem motivado a busca de alternativas tecnológicas viáveis para a disposição de resíduos industriais. 5 CARACTERIZAÇÃO DE RESÍDUOS SÓLIDOS NO SETOR DE ROCHAS ORNAMENTAIS Para se fazer o correto gerenciamento de um resíduo industrial seja para: aproveitamento; aterro; incineração. é preciso primeiro caracterizá-lo, classificando-o ambientalmente, e definir suas características físico-químicas. 5.1 Etapas para a caracterização - Classificação segundo a NBR 10004 (classificação ambiental); - Determinação da composição química e das propriedades físicas (visando um futuro aproveitamento). 5.1.1 Classificação do resíduo A classificação dos resíduos sólidos deve ser feita de acordo com a norma ABNT NBR- 10004/2004. CLASSE I - PERIGOSOS CLASSE II NÃO PERIGOSOS CLASSE II A NÃO INERTES CLASSE II B INERTES Têm por objetivo determinar qual a disposição ambientalmente correta (qual tipo de aterro, incineração). São de CLASSE I (Perigosos): Quando um resíduo, em função de suas propriedades físicas, químicas ou infecto- contagiosas, apresentar: 1) risco à saúde pública, provocando mortalidade, incidência de doenças ou acentuando seus índices; 2) riscos ao meio ambiente, quando o resíduo for gerenciado de forma inadequada. 3) Ou uma das características abaixo: inflamabilidade corrosividade toxidade Copyright © Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT - http://www.sbrt.ibict.br 11 reatividade patogenidade São de CLASSE II (Não perigosos): Resíduos classe II A - Não inertes Não se enquadram nas classificações de resíduos CLASSE I - Perigosos ou de resíduos CLASSE II B - Inertes, Apresentam um ou mais elementos acima do limite permitido no teste de solubilização e ou propriedades como: combustibilidade biodegradabilidade solubilidade em água Resíduos classe II B Inertes Quaisquer resíduos que: Quando amostrados de uma forma representativa, segundo a ABNT NBR 10007; e submetidos a um contato dinâmico e estático com água destilada ou deionizada, à temperatura ambiente, conforme ABNT NBR 10006; não tiverem nenhum de seus constituintes solubilizados a concentrações superiores aos padrões de potabilidade de água, excetuando-se aspecto, cor, turbidez, dureza e sabor. 5.1.2 Composição química (% em peso) do resíduo de granito Granito A Granito B composição % em peso composição % em peso SiO2 65,95 SiO2 67,14 Al2O3 12,84 Al2O3 14,92 Fe2O3 7,89 Fe2O3 4,40 TiO2 0,93 TiO2 0,79 MnO 0,04 MnO 0,01 MgO 1,47 MgO 0,73 CaO 3,01 CaO 1,91 K2O 4,19 K2O 5,18 Na2O 2,39 Na2O 2,93 PF 1,33 PF 0,50 PF = perda ao fogo. Fonte: Neto, 2006. 6 APROVEITAMENTO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS Para suprir as necessidades do mundo moderno, é necessário um aumento da produção que paulatinamente contribui para o aumento de resíduos, que nem sempre têm um destino ecologicamente correto. Como não é possível parar a produção, uma das grandes preocupações da atualidade, consiste em reaproveitar os resíduos gerados nos diversos processos produtivos. O estado do Espírito Santo, maior explorador do setor, estima que a produção de lama abrasiva de mármore e granito das indústrias da região esteja em torno de 4000 toneladas por mês. O mármore é um calcário metamórfico cristalino, basicamente constituído por calcita (CaCO3) e o granito é uma rocha ígnea, constituída principalmente por feldspatos, quartzo e micas. Em geral, resíduos de mármore e granito apresentam um comportamento não plástico e, tal como a grande maioria dos materiais cerâmicos tradicionais, seus Copyright © Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT - http://www.sbrt.ibict.br 12 constituintes químicos majoritários, expressos na forma de óxidos, são a silica (SiO2) e a alumina (Al2O3), seguidos pela cal (CaO) e os óxidos alcalinos (Na2O, K2O). Os teores de óxidos de ferro também podem ser significativos, mas o seu papel durante o processamento não é tão importante (são fundentes só a altas temperaturas). Portanto, este tipo de rejeito industrial apresenta um bom potencial para ser incorporado em massas argilosas destinadas à produção de materiais cerâmicos tradicionais. O resíduo fino sólido, pode ser utilizado na formulação de: Tijolos para fins estruturais; Bloquetes para calçamento de ruas e calçadas; Argamassa (substitui o calcário, matéria-prima normalmente utilizada nas formulações). Em testes realizados pelo CEFET-ES, a resistência à compressão da argamassa produzida com os resíduos do corte das serrarias, após o terceiro dia de cura, foi cerca de 2% superior a da argamassa existente no mercado. Após o vigésimo oitavo dia, a resistência à compressão foi cerca de 5% superior a argamassa de mercado (Fig. 7). Figura 7 Resistência à compressão da argamassa produzida com os resíduos do corte das serrarias. Fonte: Neto, 2006. O resíduo proveniente da serragem de rochas graníticas pode ser utilizado como material de enchimento em concretos asfálticos usinados a quente. Características específicas deste rejeito vislumbram a sua utilização como material de enchimento em concretos asfálticos: Fina granulometria, com 71,65% de materiais com dimensões inferior a 0,075mm; Composição pré-definida (granito moído). 7 ALGUNS EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NO TRATAMENTO DE RESÍDUO DA INDÚSTRIA DE BENEFICIAMENTO DE MÁRMORE E GRANITO 7.1 Hidrociclone Aparelho que utiliza a força centrífuga para a separação de um minério, em forma de polpa, em dois produtos de granulometrias distintas. Apresenta um corpo cônico e outro cilíndrico (Fig. 8), um orifício para a entrada da polpa (inlet), um orifício inferior de descarga (apex) e outro orifício superior também para descarga (vortex finder). Os hidrociclones ou ciclones hidráulicos são uma classe importante de equipamentos destinados, principalmente, à separação de suspensõessólido-líquido. Diferentemente das centrífugas, o movimento rotatório da mistura é produzido pelo próprio escoamento da suspensão, de tal forma que partículas na faixa de 5 a 400 m podem ser eficientemente separadas. Mais recentemente, tem-se investigado o uso desse dispositivo em sistemas de difícil separação, ou seja, aqueles constituídos de partículas muito pequenas e misturas com pequenos gradientes de densidades entre as fases. Os hidrociclones são agrupados em Copyright © Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT - http://www.sbrt.ibict.br 13 famílias, de acordo com as relações entre suas dimensões, sendo bastante estudadas as famílias de Rietema e de Bradley. Os hidrociclones cilíndricos são relatados na literatura como equipamentos que apresentam como função principal a classificação de partículas. Essa classificação depende do tamanho, da densidade e do formato das partículas. A classificação por tamanho pode ser expressa pela inclinação da curva de eficiência granulométrica em função do tamanho da partícula no ponto relativo ao diâmetro de corte, de modo que uma curva com inclinação infinita neste ponto, indica que não existem sólidos com tamanhos inferiores ao diâmetro de corte na corrente de underflow. Na realidade, sempre haverá partículas com diâmetros menores que o diâmetro de corte no underflow, uma vez que não existe classificador total. Figura 8 Hidrociclone. Fonte: Perry, 1997. Existem hidrociclones de numerosos tipos e tamanhos. Tipos de hidrociclones: hidrociclone classificador: Hidrociclone utilizado para separação de partículas em função do tamanho. hidrociclone espessador: Hidrociclone utilizado para separar sólidos do líqüido em que estão suspensos. hidrociclone lavador: Hidrociclone utilizado para separar partículas de acordo com as densidades das espécies minerais. 7.2 Filtro-prensa Os Filtros-prensa foram introduzidos por volta do século XIX e foram utilizados por muitos anos principalmente na separação de lamas servidas. Eles eram considerados máquinas de trabalho intensivo, conseqüentemente não encontraram muita aceitação nas indústrias de processo sofisticados e altamente automatizados. Isto ocorreu até meados dos anos 60 quando esta imagem mudou pela introdução de mecanismos avançados, orientados para obter bolos de baixa umidade que descarregam automaticamente e permitem a lavagem do pano ao término do ciclo de filtração. Copyright © Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT - http://www.sbrt.ibict.br 14 O Filtro Prensa consiste em uma cabeça e seguidor que contêm entre si um pacote de placas retangulares verticais que são apoiadas pelo lado ou sobre vigas. A cabeça serve como um extremo fixo no qual os tubos de alimentação e filtrado são conectados e o seguidor move-se ao longo das vigas e comprime as placas juntas durante o ciclo de filtração por um mecanismo hidráulico ou mecânico. Figura 9 Filtro-prensa. Fonte: http://www.ufrnet.ufrn.br/~lair/Pagina-OPUNIT/Filterpress.htm Cada placa é revestida com um pano filtrante em ambos os lados e, uma vez apertadas lado a lado, elas formam uma série de câmaras que dependem do número de placas. As placas geralmente têm uma porta de alimentação central que atravessa toda a extensão do filtro prensa, de forma que todas as câmaras do conjunto de placas estão interconectadas. Do mesmo modo, quatro aberturas de canto conectam todos as placas e coletam os filtrados mãe e de lavagem em uma "descarga fechada" para saídas que são localizadas no mesmo lado que a entrada de alimentação. Alguns filtros prensa têm placas que dispõem de torneiras no seu lado mais inferior, de forma que o filtrado flui em uma "descarga aberta" para uma calha e serve como "amostrador" da condição do pano filtrante, pela claridade do filtrado que atravessa cada câmara. A desvantagem deste arranjo é que não pode ser usado com filtrados que são tóxicos, inflamáveis ou voláteis. Figura 10 Diagrama de fluxo típico de um filtro-prensa. Fonte: http://www.ufrnet.ufrn.br/~lair/Pagina-OPUNIT/Filterpress.htm Atualmente os Filtros-prensa, como mencionado previamente, são equipados com características que habilitam operação completamente automática controladas por PLC (Power Line Communications sitema de automação). As principais características são: Deslocadores móveis que separam os pratos um por um para descarga do bolo a uma Copyright © Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT - http://www.sbrt.ibict.br 15 taxa de 5 - 6 segundos por placa. Um projeto especial do mecanismo móvel assegura que duas placas adjacentes não ficam aderidas devido a bolos pegajosos. Batedeira que sujeita a placa a vibrações e ajuda na descarga do bolo. Regadores do pano com tubulações moveis e jatos de alto impacto para lavagem intensiva do pano. Critérios de Seleção Os Filtros-prensa se aplicam melhor nas seguintes circunstâncias: Quando é requerido um conteúdo muito baixo de umidade, para a secagem térmica da torta ou incineração. Quando é requerida alta claridade do filtrado, para aplicações de polimento. Quando é requerida a liberação da torta auxiliada por compressão. Quando o bolo é disposto como enchimento de terra, para esparramar com um trator, desde que ela seja dura o bastante para agüentar seu peso. Quando grandes áreas de filtração são requeridas, num espaço limitado. 7.3 Filtro de tambor rotativo O filtro a vácuo de tambor rotativo pertence ao grupo de alimentação inferior e é um dos filtros mais antigos em uso na indústria de processos químicos (Fig. 11). Figura 11 Filtro de tambor rotativo. Fonte: http://www.ufrnet.ufrn.br/~lair/Pagina-OPUNIT/Drum_Filters.htm O filtro consiste dos seguintes subconjuntos: Um cilindro que é suportado por um munhão de grande diâmetro na extremidade da válvula, e por um rolamento na extremidade de movimentação, e que tem sua face dividida em setores circulares, cada um dos quais conectado a uma tubulação separada de vácuo. A tubulação interna é conectada às passagens de cada setor através do munhão e das extremidades superiores através de uma placa de desgaste que tem portas correspondentes ao número dos setores. O encanamento da plataforma do cilindro é arranjado de modo que cada setor tenha uma tubulação principal para coletar o filtrado no lado emergente do cilindro e uma tubulação para coletar o filtrado restante do lado descendente, para assegurar a evacuação completa antes da descarga do bolo. O cilindro move-se a uma Copyright © Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT - http://www.sbrt.ibict.br 16 velocidade que pode variar, de acordo com o tempo do ciclo, normalmente de 1 a 10 RPM. Uma válvula, com ajuste na ponte, controla a seqüência do ciclo de modo que cada setor seja sujeitado ao vácuo, ao sopro e a uma zona inoperante. Quando um setor entra na submersão, o vácuo começa e continua com a lavagem, se requerida, até um ponto em que é interrompido e ocorre o sopro para ajudar a descarregar o bolo. A válvula tem blocos ajustáveis de filtração em uma extremidade, e na outra um anel fixo da ponte. Os blocos ajustáveis da ponte permitem a otimização do formulário da relação de secagem dentro do ciclo de filtração, bem como a "submersão eficaz" do cilindro quando o nível da pasta no tanque está no máximo. Um mecanismo de descarga do bolo que pode ser uma lâmina raspadora, uma correia, ou um rolo e, em casos muito raros, uma descarga de fios. O sopro é aplicado somente aos filtros com mecanismos de descarga por raspador e de rolo, mas não nos filtros com descarga por correia ou de fios. Um agitador, que mantémdelicadamente a pasta em suspensão e alternando entre a face do cilindro e o fundo do tanque em cerca de 16 CPM. Um tanque com conexões para alimentação da pasta, uma caixa ajustável do excesso para ajustar a submergência desejada do cilindro e uma conexão de dreno. Os tanques são projetados normalmente para uma "submersão aparente" de 33-35%; entretanto, em determinadas aplicações é possível 50% ou mais. Nas aplicações onde a lavagem do bolo é requerida, 2 ou 3 distribuidores com bocais sobrepostos são montados a um par dos protetores de respingos aparafusados às extremidades do tanque. A posição dos distribuidores e da quantidade do líquido de lavagem é ajustável, dependendo das características da lavagem do bolo. Critérios de seleção Em termos gerais, os filtros de cilindro são apropriados às seguintes exigências processos: Polpas com sólidos que não tendem a sedimentar rapidamente e permanecerão em suspensão uniforme sob agitação delicada. Tortas que não requerem períodos de secagem longos alcançar valores assintóticos de umidade. Quando um único estágio de lavagem for suficiente para remover os contaminantes residuais do bolo ou produzir a recuperação máxima de filtrado. Filtrado que geralmente não requer uma separação afiada entre o filtrado matriz e filtrado da lavagem. Algumas válvulas complexas, entretanto, permitem remoção atmosférica dos setores e do encanamento interno para facilitar uma separação afiada dos filtrados. Filtrados nos quais é aceitável com uma quantidade baixa de finos que passam pela malha do pano filtrante nos primeiros segundos da formação do bolo. Geralmente, e dependendo do tamanho da partícula e da permeabilidade do pano, o filtrado pode conter 1000 a 5000 ppm de insolúveis. 7.4 Filtro de Discos Os filtros de discos pertencem ao grupo com alimentação lateral e estão disponíveis já há muitos anos. São usados geralmente em aplicações resistentes tais como enxugamento do taconito do minério de ferro, da hematita, do hidrato de carvão, de alumínio, do concentrado de cobre, dos concentrados da flutuação de pirita e de outros processos de beneficiamento. O grande momento para os filtros de discos ocorreu nos anos 60 quando as indústrias metalúrgicas estavam crescendo e foram fabricados filtros com áreas de 300 m2 e maiores. Copyright © Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT - http://www.sbrt.ibict.br 17 O filtro consiste em diversos discos, que podem chegar a 15 nas máquinas maiores, cada um composto de setores que são juntados para dar forma ao disco. Os setores têm nervuras para a garganta e são projetados para uma taxa de drenagem de capacidade elevada. Uma das principais características é que o espaço requerido pelos filtros de disco é mínimo e o custo por m2 de área de filtração é o mais baixo, quando comparado a outros filtros de vácuo. Durante a operação, cada setor submerge e um bolo é formado na face dos discos. Emergindo então à zona de secagem, o líquido é drenado para um tambor central e de lá, através de uma válvula, para o receptor de vácuo. A válvula com sua ponte ajusta o sincronismo, de modo que quando um setor sai da zona de secagem na ponte de separação é aplicado um sopro pressurizado, ou a baixa pressão, no bolo. As lâminas do raspador nos lados de cada disco, guiam o bolo às rampas de descarga, que são posicionadas entre discos adjacentes e devem ser bastante largas, para evitar sua obstrução pela queda do bolo. Um agitador de pás, situado no fundo do tanque, mantém em suspensão a polpa, que, na maioria das aplicações metalúrgicas contém sólidos de massa específica elevada, são de decantação rápida e abrasivos. Os principais componentes de um filtro de discos, como mostrado no corte transversal da figura abaixo, são: Os setores dos discos, que podem ser feitos de metal, de madeira especial, ou moldados por injeção em polipropileno. Um tambor suportado no centro pelos rolamentos principais e que abriga os condutos de passagem do filtrado. Os setores são unidos ao tambor através de conexões seladas por anéis circulares, em um número igual ao número de setores do disco. Uma válvula com pontes e os compartimentos internos para o formulário e seca sob o vácuo e endurece a descarga sob a pressão com 2-2,5 bar e rompe-se com um sopro constante de 0,2-0,25 bar. A maioria dos filtros de discos são conectados a apenas uma válvula, entretanto, freqüentemente são montados com uma válvula em cada extremidade quando a carga hidráulica é muito elevada. Um agitador com pás que são posicionadas entre os discos e suficientemente distante para não interferir com o bolo em formação. Um tanque que, em seu lado da descarga, tem compartimentos separados para a pasta dos discos e rampas de descarga para o bolo que cai ao se partir. Quando os sólidos são de natureza abrasiva, é aconselhável recobrir a parte inferior do tanque, que abriga o agitador, com borracha. Duas lâminas para descarga do bolo, em ambos os lados de cada disco, são suspensas por uma armação montada no tanque, e que servem para deflexionar e guiar o bolo às rampas da descarga. Em filtros de diâmetro grande as lâminas são do tipo em balanço, flutuando para manter o bolo afastado do disco e assim permitir o balanço de giro dos discos. Uma calha para o excesso, que se estende através de todo o comprimento do tanque e assegura a total submergência dos setores na zona da formação do bolo, tendo em vista que a exposição de um setor na posição 6 horas, causará a perda imediata do vácuo. Copyright © Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT - http://www.sbrt.ibict.br 18 Figura 12 Filtro de Discos. Fonte: http://www.ufrnet.ufrn.br/~lair/Pagina-OPUNIT/Filtro_de_discos.htm Critérios de seleção As principais considerações para se selecionar um filtro de discos são: Quando servirem a uma aplicação em que se encontrem as seguintes exigências: O formulário para secar a relação do tempo é aproximadamente ½ a 1. Nenhuma lavagem do bolo é requerida. As peças do bolo soltam facilmente do pano. O pano não se obstrui. Quando em um dos setores o pano rasga, o setor inteiro pode ser substituído em um tempo muito curto. A área de filtração pode ser expandida adicionando-se mais discos a um tambor que tenha discos não utilizados. O filtro de discos fornece a área máxima, em custo e espaço mínimos. 8 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO PARA FILTRAÇÃO Na escolha de um filtro para um processo específico, os fatores relacionados à finalidade do serviço devem ser comparados aos associados às características do equipamento e do meio filtrante. Fatores Importantes Relacionados com a Finalidade do Serviço: Tipo de suspensão a manusear; Volume a ser produzido; Condições do processo; Exigências de desempenho; Materiais aceitáveis para a construção do filtro. Fatores Importantes Relacionados com o Equipamento: Tipo do ciclo (em batelada / contínuo); Copyright © Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT - http://www.sbrt.ibict.br 19 Força motriz; Taxa de produção das maiores e das menores unidades; Precisão da separação; Possibilidade de lavagem da torta; Confiabilidade; Materiais de construção; Custos. As estimativas de custos devem incluir: Depreciação (custo do equipamento instalado mais tempo de vida); Manutenção; Custos de operação (mão de obra, utilidades e meio filtrante); Prejuízos por perda do produto (se houver). As características da suspensão indicam se para o seu tratamento é mais recomendável um clarificadorou um filtro com formação de torta. Se a melhor opção é o filtro de torta, as características da suspensão irão determinar a velocidade de formação e a natureza da torta, e também influenciará a escolha da força motriz, o tipo de ciclo e o modelo específico da máquina. Mais informações sobre as características da suspensão e adaptabilidade dos filtros mais comuns às várias classes de suspensões podem ser vistos no seguinte endereço: http://www.ufrnet.ufrn.br/~lair/Pagina-OPUNIT/selectfiltro.htm Conclusões e recomendações As indústrias do setor de pedras ornamentais deve estudar alternativas tecnicamente viáveis para o aproveitamento dos rejeitos da lavra e do beneficiamento nas pedreiras e serrarias. Este aproveitamento contribui para diminuir o impacto ambiental dos rejeitos acumulados. Para mais informações sobre o assunto sugere-se entrar em contato com o Centro de Tecnologia Mineral CETEM, que é um instituto de pesquisa de atuação nacional, vinculado ao Ministério da Ciência e Tecnologia MCT e, desde a sua criação, em 1978, tem se dedicado ao desenvolvimento tecnológico nas áreas relacionadas com a tecnologia mineral. Contato: CENTRO DE TECNOLOGIA MINERAL - CETEM Avenida Pedro Calmon, 900 - Cidade Universitária - Rio de Janeiro - RJ CEP 21941-908 tel.: (21) 3865-7222 / fax: (21) 2260-2837 e-mail: webmaster@cetem.gov.br Referências ALMEIDA, S. L. M.; CHAVES, A. P. Aproveitamento de rejeito de pedreiras de Santo Antônio de Pádua RJ. Rio de Janeiro: CETEM/MCT, 2002. 35 p. (Série rochas e minerais industriais, 6). Disponível em: http://www.cetem.gov.br/publicacao/CETEM_SRO_06.pdf. Acesso em: 11 dez. 2006. MARGUERON, C.; MELLO, E. F. Estratégias competitivas para empresas de rochas ornamentais na região metropolitana do Rio de Janeiro. Anuário do Instituto de Geociências. UFRJ. vol. 28 2. 2005. p. 71-101. Disponível em: http://www.anuario.igeo.ufrj.br/anuario_2005/Anuario_2005_71_101.pdf . Acesso em: 04 dez. 2006. MINEROPAR MINERAIS DO PARANÁ S. A. Disponível em: http://www.mineropar.pr.gov.br/mineropar/arquivos/File/publicacoes/relatorios_concluidos/20 _relatorios_concluidos.pdf. Acesso em: 05 dez. 2006. Copyright © Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT - http://www.sbrt.ibict.br 20 MOREIRA, J. M. S., MANHÃES, J. P. V. T., HOLANDA, J. N. F. Reaproveitamento de resíduo de rocha ornamental proveniente do Noroeste Fluminense em cerâmica vermelha. Cerâmica 51. 2005. p. 180-186. Disponível em: http://www.scielo.br/pdf/ce/v51n319/26789.pdf#search=%22tratamento%20de%20res%C3% ADduo%20da%20ind%C3%BAstria%20de%20m%C3%A1rmore%20e%20granito%22. Acesso em: 03 out. 2003. MOTHÉ FILHO, H. F.; POLIVANOV H.; MOTHÉ C. G. Reciclagem dos Resíduos Sólidos de Rochas Ornamentais. Anuário do Instituto de Geociências. UFRJ. vol. 28 2. 2005. p. 139- 151.Acesso em: http://www.anuario.igeo.ufrj.br/anuario_2005/Anuario_2005_139_151.pdf. Acesso em: 05 dez. 2006. NETO, A. A. B. A importância do equilíbrio sócio-ambiental na extração do mármore e do granito. Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo. 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