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APROVEITAMENTO DOS RESÍDUOS DE GRANITO E CAULIM COMO MATERIAIS ADITIVOS NA PRODUÇÃO DE TIJOLOS ECOLÓGICOS Joseane Damasceno MOTA1 Djane de Fátima OLIVEIRA2 Marinalva Ferreira TRAJANO Natália de Oliveira SANTIAGO Aldreany Pereira de Araújo SILVA 1Joseanemota2006@hotmail.com 2Av. das Baraúnas, 351, Campus Universitário, Bodocongó, CEP 58109- 753, Campina Grande/PB djaneufcg@yahoo.com.br RESUMO: Nos últimos anos tem aumentado à preocupação ambiental da sociedade, acrescida por parte dos industriais bem como das autarquias relativamente à geração de resíduos, de forma a encontrar uma solução ambiental de preferência economicamente viável. O beneficiamento de granito gera grandes quantidades de resíduos na etapa de desdobramento, assim também como o beneficiamento de caulim que gera resíduos os quais são lançados indiscriminadamente ao meio ambiente. Dessa forma, o objetivo deste trabalho é avaliar de forma sistemática o potencial da aplicação dos resíduos sólidos provenientes do beneficiamento de rochas ornamentais como matéria – prima alternativa na obtenção de tijolos ecológicos de solo-cimento visando diminuir a agressão ao meio ambiente, propondo assim soluções ecologicamente corretas. Além disso, caracterizar os materiais alternativos utilizados na confecção dos tijolos ecológicos de solo-cimento como análises químicas com técnicas de Espectofotometria de Raios-X por Energia Dispersiva (EDX), bem como ensaios mecânicos como de resistência à compressão simples (RCS) e ensaios de determinação do teor de absorção de água (ABS) analisando dessa forma a viabilidade técnica destes resíduos sólidos. Diante dos resultados de ABS, percebeu-se que os valores obtidos foram satisfatórios, abaixo de 20% e os resultados de RCS foram inferiores aos padrões mínimos exigidos pela norma regulamentadora, isso provavelmente pela granulometria do resíduo de caulim, considerado grosso. Assim, visando um estudo mais abrangente, conclui-se que os resíduos de granito e caulim são materiais promissores que podem promover a sustentabilidade. Palavras Chaves: Rochas ornamentais, resíduos sólidos, tijolos ecológicos. 1 INTRODUÇÃO A preocupação com o meio ambiente e a escassez de recursos naturais tem levado a sociedade a buscar alternativas alinhadas com novos conceitos e técnicas de crescimento sustentável, pois nos dias atuais, a sustentabilidade das atividades econômicas tem sido um dos principais desafios enfrentados pela humanidade. Assim as indústrias beneficiadoras de caulim e granito vêm preocupando os ambientalistas devido à enorme quantidade de resíduos gerados, que estão sendo lançados no ecossistema sem nenhum processo de tratamento para eliminar ou reduzir seus constituintes presentes. No Brasil existem grandes reservas de caulins, sendo 99,0 % de sua oferta concentrada nos estados de Amapá, Pará, São Paulo, Minas Gerais e Rio Grande do Sul. Em 2000, só os Estados do Amapá e do Pará produziram 84,0 % da oferta nacional. Já os estados Bahia, Paraíba e Paraná também aparecem como produtores de caulim beneficiado em pequena escala. Com base no exposto, e na potencialidade da industrialização do caulim no Brasil, observa-se a constante necessidade de estudos que permitam um aproveitamento racional dos resíduos provenientes das indústrias beneficiadoras (LIMA, 2005). Durante o beneficiamento são gerados dois tipos de rejeitos, denominados no meio mineiro por “grosso” e “fino”. Os quais não apresentam valor comercial, e por isso são descartados pelas empresas mineradoras indiscriminadamente no meio ambiente (DIAS, 2010). Já no setor de beneficiamento de rochas ornamentais, a geração de quantidades de resíduos é enorme, resíduos estes que são provenientes das etapas de corte e polimento das rochas e a disposição inadequada desses rejeitos, geralmente em vazadouros a céu aberto, provocando além da poluição visual, contaminação do ar e até sérios danos a saúde humana e de animais. O resíduo de corte de granito, conhecido como lama, é uma massa mineral composta, basicamente, por água, granalha, cal e rocha moída. Uma vez seca a lama granítica forma um pó de granulometria extremamente fina, não biodegradável, não tóxico e inerte (LIMA, 2010). Diante de tais aspectos verifica-se a necessidade de meios alternativos que possibilitem a reciclagem de resíduos, permitindo desta forma à minimização dos descartes e o aproveitamento dos resíduos como insumo de novos produtos, visando à economia de matérias-primas não renováveis, a diminuição da emissão de poluentes, melhoria nas condições de saúde, segurança e moradia da população (CAMPOS, 2007). Este trabalho tem como finalidade a busca por alternativas que minimizem as agressões ao meio ambiente provocada pelo excesso de resíduos gerados pelas indústrias de beneficiamento de granito e caulim, visando proporcionar soluções ecologicamente corretas caracterizando e avaliando o grau de confiabilidade dos materiais utilizados na produção de tijolos de solo-cimento. 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1 BENEFICIAMENTO DO GRANITO O beneficiamento do granito compreende três etapas. A primeira delas é responsável pela extração dos blocos a céu aberto nas grandes jazidas, iniciando-se pela escolha desta. Na segunda se processa então o desdobramento dos blocos ou o também chamado beneficiamento primário. Nas serrarias ocorre à transformação dos blocos em chapas com espessuras padrão de 10,20 ou 30 mm, através da utilização de máquinas apropriadas chamadas Teares. Finalmente a próxima etapa é a transformação das placas em produto final através do uso de equipamentos chamados politrizes. È realizado o levigamento (uniformização da superfície), polimento, lustração, corte e acabamento de maneira a se adequar com as especificações que o produto final requer. Durante todo o procedimento de corte e beneficiamento de rochas ornamentais, em geral, são geradas enormes quantidades de resíduos abrasivos na forma de uma lama (granito moído, cal ou substituto e granalha de ferro ou aço). Após passar pelos teares, a lama é drenada por um sistema de esgotamento, seguindo para tanques de decantação, onde a água é reaproveitada e o material sólido é retirado e depositado nos pátios das empresas. O desgaste das lâminas pode produzir pequenos fragmentos metálicos que são incorporados ao resíduo. A quantidade de resíduo gerado por cada processo depende da serrabilidade de cada material. O mármore, por exemplo, possui serrabilidade maior que a dos granitos, ou seja, permite ser desgastado com maior eficiência do equipamento, gerando uma quantidade de resíduo bem menor (GONÇALVES, 2000). Dentre os principais países produtores de blocos de mármore e granito (Itália, China, Espanha, Índia, Brasil, Portugal e Grécia), encontra-se o Brasil, com um setor de rochas ornamentais que movimenta cerca de US$ 2,1 bilhões/ano, incluindo-se a comercialização nos mercados interno e externo e as transações com máquinas, equipamentos, insumos, materiais de consumo e serviços. O setor gera cerca de 105 mil empregos diretos, distribuídos em aproximadamente dez mil empresas (FEITOSA, 2004). 2.2 RESÍDUO DE CAULIM O termo caulim é utilizado para denominar a rocha que contém a caulinita e também o produto resultante de seu beneficiamento. No passado, o caulim conhecido como china clay, foi descoberto na região montanhosa de Jauchou Fu, na China. O nome caulim deriva da palavra chinesa kauling, que significa cume alto (SILVA, 2007). Caulim é uma rocha constituída de material argiloso, com baixo teor de ferro e cor branca ou quase branca. Sua estequiometria se aproxima de Al2O3.2SiO2.2H2O (SOUSA SANTOS, 1959). Para Motta (2004) é um material branco (claro) e fino, com pouca contaminação de outros minerais e sem matéria orgânica. Entre suas características cerâmicas mais comuns destacam-se a cor branca de queima, refratariedade, plasticidade média a baixa e pouca resistência mecânica averde. É de conhecimento geral que os caulins apresentam juntamente com seu argilomineral constituinte, alguns minerais acessórios, tais como o quartzo, a mica e os minerais de ferro. Porém, se o tipo de mineral acessório e a proporção do mesmo variar entre uma região e outra da jazida, a matéria prima fornecida ao processo produtivo ao longo do tempo irá apresentar variações em suas características cerâmicas (MELCHIADES et al., 2002). O Caulim é uma matéria-prima muito utilizada em diversos segmentos do setor produtivo, tais como: tintas, cerâmica, papel e outros, possuindo, portanto uma demanda de milhões de toneladas por ano (FLÔR, 2004). Entretanto, o seu beneficiamento e a distância de determinados pólos elevam os custos do produto (MOTTA et al., 2004). Os caulins são resultantes de alterações de silicatos de alumínio, particularmente, os feldspatos, e podem ocorrer em dois tipos de depósitos: os primários ou residuais (eluvial) e os secundários (transportado ou sedimentar) (SILVA, 2007). 2.3 SOLO-CIMENTO O solo-cimento é obtido pela mistura de solo, cimento Portland e água. Envolve um processo físico-mecânico de estabilização, no qual as consequências decorrem de uma estruturação resultante da reorientação das partículas sólidas do solo com a deposição de substancias cimentantes nos contatos intragranulares, alterando a qualidade relativa de cada uma das três fases-sólidas, água e ar que constituem o solo, (MERCADO,1990). No Brasil, as pesquisas com solo-cimento começaram a ganhar destaque a partir da década de 1930, com a regulamentação de sua aplicação pela Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP). Em 1941 toda a pavimentação do aeroporto de Petrolina-PE foi feita com solo-cimento e em 1970 a rede pavimentada de solo-cimento no Brasil completou 7500 km. A partir de 1948 o solo-cimento passou a ser utilizado também na construção de habitações, com a construção de duas casas do Vale Florido, na Fazenda Inglesa, em Petrópolis-RJ. O bom estado de conservação destas obras após vários anos de utilização atestam a qualidade do produto e da técnica construtiva (SOUZA, 2006). Uma inovação da construção com o solo-cimento é a utilização de diferentes tipos de solos na fabricação de tijolos de solo-cimento, aonde as vantagens da utilização dos tijolos de solo- cimento vão desde a fabricação até a sua utilização no canteiro de obras. Os equipamentos utilizados são simples e de baixo custo possibilitando operação no próprio canteiro. Isso reduz os custos com transporte, energia, mão-de-obra e impostos. Além dessas vantagens, o tijolo de solo- cimento agrada também do ponto de vista ecológico, pois não passa pelo processo de queima, no qual se consomem grandes quantidades de madeira ou de óleo combustível, como é o caso dos tijolos produzidos em cerâmicas e olarias. (SOUZA, 2006). Na sua produção são utilizados os seguintes materiais: solo, cimento e água. A resistência à compressão dos tijolos de solo-cimento é semelhante à do tijolo convencional, mas a qualidade final é superior, pois apresenta dimensões regulares e faces planas. (FERRAZ, 2004). 3 METODOLOGIA 3.1 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS Inicialmente, antes de serem encaminhados para análise, os materiais (resíduo de granito solo e caulim) foram passados na peneira N° 200 mesh (0,076 mm de abertura) e secos em estufa a 110ºC por um período de 24 horas. A caracterização dos resíduos de granito e caulim e do solo empregados neste trabalho foi baseada na análise química por espectrografia de energia dispersiva de raios X, em equipamento EDX 700 da marca Shimadzu. As análises foram realizadas no Laboratório de Cerâmica do Departamento de Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Campina Grande/ PB. 3.1.1 Análise química A análise química das matérias-primas utilizadas para fabricação de tijolos ecológicos é de grande importância tanto industrial como científica, embora não permita uma avaliação completa da composição mineralógica e das propriedades físico-químicas. Os principais componentes analisados foram os óxidos de silício, alumínio, cálcio, magnésio, ferro, sódio e potássio. As amostras de solo e resíduos de granito e caulim foram submetidas à espectrografia de energia dispersiva de raios X, em equipamento EDX 700 da marca Shimadzu. 3.2 DEFINIÇÕES DOS TRAÇOS E CONFECÇÃO DOS TIJOLOS ECOLÓGICOS Foram determinados traços para a confecção dos tijolos ecológicos com resíduos de granito/caulim e solo cimento, onde foram realizados ensaios técnicos de resistência à compressão simples e absorção de água. Os seguintes traços foram estudados: 1:5:4, 1:6:3, 1:7:2, 1:8:1, onde a proporção representa cimento: resíduo de caulim + resíduo de granito: solo, respectivamente. Depois de definido os traços, utilizou-se a prensa modular SAHARA de acordo com a norma ABNT NBR 10832/89 - Fabricação de tijolo maciço de solo-cimento com a utilização de Figura 1 – Resíduo de Caulim Grosso. Figura 2 – Lama Abrasiva proveniente do corte de granito. Fonte: PRÓPRIA, 2011. Fonte: PRÓPRIA, 2011. prensa manual. Os tijolos incorporados com resíduos de granito e caulim/solo-cimento (figura 3) foram moldados com dimensões 0,25m de comprimento 0,70m de altura e 0,125m de largura. 3.2.1 Teor de absorção de água (ABS) e Resistência à compressão simples (RCS) O grau de porosidade é indicado pelo teor de absorção de água, ou seja, quanto menos a absorção de água menor a porosidade e como consequência uma maior resistência. Na realização dos ensaios de absorção de água, inicialmente as amostras foram serradas ao meio garantindo assim uma maior simetria nos ensaios de ABS e RCS. Depois foram colocadas por 24h em estufa a 110ºC e pesadas logo após (massa seca). Em seguida os tijolos secos foram imerso em água por 24 h e pesados novamente em (massa úmida). Para os ensaios de RCS os tijolos foram capeados com espátulas favorecendo superfícies planas e uma maior estabilidade na região do furo do tijolo. As duas metades do mesmo tijolo foram sobrepostas e colocadas na prensa de modo que o centro de gravidade estivesse no eixo de carga da prensa. Os ensaios de ABS e RCS foram realizados de acordo com a norma ABNT NBR 10836/94 para bloco vazado de solo-cimento sem função estrutural – Determinação da resistência à compressão e absorção de água. E comparando os valores obtidos destes ensaios de acordo com a norma ABNT NBR 10834: Bloco vazado de solo-cimento sem função estrutural. Especificação. Onde a mesma limita que os resultados de ABS não sejam maiores que 22% para os valores coletivos e 20% para valores individuais de ABS aos 28 dias de idade. Já para RCS a mesma determinam que a resistência média dos tijolos de solo cimento deve ser igual ou superior a 2,0 MPa, mas que os valores individuais não podem ser inferiores a 1,7 MPa aos 28 dias de idade. 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS 4.1.1 Análise Química do solo e dos resíduos de granito e caulim Na Tabela 1, estão apresentados os valores da composição química do solo e do resíduo de granito. Tabela 1 - Análises químicas do solo e dos resíduos de granito e caulim. Óxidos (%) SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O MgO Cão Na2O Outros Óxidos SOLO 53,16 35,99 6,61 1,07 0,97 0,35 - 0,29 RG 59,56 16,46 6,58 4,16 2,82 6,14 2,32 1,96 RC 76,01 16,38 0,70 6,71 - - 0,30 - Figura 3 – Tijolo fabricado com resíduos de granito e caulim/ solo-cimento. Fonte: PRÓPRIA, 2011. Com base nos valores da Tabela 1 verificou-se que a composição química do solo apresentou elevados teores de sílica (53,16%), óxido de alumínio (35,99%) e óxido de ferro (6,61%) totalizando aproximadamente 96% da composição total. O óxido de magnésio representou menos de 1%. A sílica e a alumina foram provavelmente provenientes da fração argilosa, feldspato e sílica livre. O K2O (1,7%) e o CaO foram provenientesda mica e do carbonato de cálcio respectivamente. A presença de Fe2O3 (6,61%) foi responsável pela cor avermelhada do solo. Os valores da Tabela 1 apresentam ainda os teores do óxido de silício no resíduo de granito, representando um percentual de 59,56%, constituinte principal do granito. O resíduo de granito também possui um teor considerável de alumina (16,46%) e óxido de ferro (6,68%). Os valores de SiO2, Al2O3 e Fe2O3 totalizaram cerca de 83% superando assim, o valor mínimo de 70% exigido pela ASTM C618 (2005) indicando assim que o resíduo granítico estudado tem provavelmente atividade pozolânica. O percentual de MgO (2,82%) esteve também abaixo do valor máximo de 5% sugerido pela ASTM C618 (2006). O óxido de cálcio (CaO) com um percentual de 6,14% e o ferro (Fe2O3) com 6,58% presentes na lama granítica foram derivados respectivamente da cal utilizada como lubrificante e das granalhas de aço utilizadas na etapa de desdobramento dos blocos em chapas. Segundo Buzzi (2008) o ferro metálico pode causar problemas, uma vez que quando oxida, causa uma expansão, podendo ocasionar fissuras nos produtos confeccionados com este resíduo. Analisando ainda a Tabela 1 verifica-se que os resíduos apresentam soma dos teores de SiO2, Al2O3 e Fe2O3, superando o valor mínimo de 70% requerido na ABNT NBR 12653 (1992). Observa-se também que os resíduos apresentam elevado teor de K2O, isto acontece provavelmente devido a formação geológica de onde é extraído o caulim. Com base na tabela 1 observa-se a composição do resíduo de caulim, onde o mesmo apresenta cerca de 76% de óxido de silício, 16,38% de óxido de alumínio, 6,71% de óxido de potássio e os demais óxidos apresentam-se apenas em traços. A Figura 5 apresenta o gráfico com os resultados do teor absorção de água dos tijolos estudados com 10% de resíduo de granito (RG) + 50% de resíduo de caulim (RC), 20% de RG + 40% RC e ainda 30% RG + 30% RC. O teor absorção de água desses tijolos ecológicos modulares de solo-cimento incorporados com resíduos de granito e caulim apresentaram resultados satisfatórios, dentro dos padrões mínimos exigidos pela norma ABNT 10834/94 apresentando valores de ABS mínimo de 15% para o traço com 10% de RG e 50% RC. Percebe-se ainda que os valores de ABS de água decresceram ao longo 0 5 10 15 20 7 28 AB S (% ) Tempo de Cura (Dias) Teor de Absorção de Água 10%RG e 50%RC 20%RG e 40%RC 30%RG e 30%RC Figura 5 – Teor absorção de água para os traços com 10% RG + 50% RC, 20% RG + 40% RC e 30% RG + 30%. do tempo de cura, fator esperado pelo fato do tempo de cura melhorar as propriedades dos tijolos de solo-cimento. A norma ABNT 10834/94 fixa um valor mínimo de ABS de 20% aos 28 dias de cura. Os resultados determinados para a Figura 6 estão relacionados com os testes de resistência a compressão simples na qual foram submetidos os tijolos. Analisando os resultados da Figura 6 acima se pode verificar que a RCS dos tijolos ecológicos para todos os traços aumentaram com o processo de cura. O traço com melhores resultados foi o com 10% RG +50% RC aos 28 dias de cura, onde o mesmo atingiu uma RCS de 1 MPa. A norma ABNT NBR 10834/94 fixa um valor mínimo de RCS de 2 Mpa aos 28 dias de cura, valor não alcançado para os tijolos ecológicos de solo-cimento incorporados com resíduos de granito e caulim. 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS A partir dos estudos realizados para fabricação de tijolos de solo-cimento incorporados com resíduos de granito e caulim pode-se concluir que: A análise química do resíduo de granito mostrou que o resíduo é constituído de elevados teores de Al2O3 e SiO2, sendo classificado como sílico-aluminoso. Já a análise mineralógica mostrou a presença principalmente do quartzo (SiO2), provavelmente devido à serragem do bloco de pedra. Para o resíduo de caulim a análise química mostrou que este é constituído principalmente de sílica e alumínio com um percentual maior que 92%. Os resultados de ABS de água apresentaram-se satisfatórios, visto que os tijolos alcançaram uma ABS mínima de 15% aos 28 dias de idade. Contrário aos valores de ABS, os resultados da RCS não foram satisfatórios, uma vez que o maior valor alcançado foi de 1 Mpa para o traço com 10% de resíduo de granito com 50% de resíduo de caulim. Visto que essa baixa RCS se deve provavelmente à granulometria do resíduo de caulim, já que não foi feito nenhum beneficiamento posterior a este, a exemplo sua trituração, afim da sua viabilidade ambiental e assim o resíduo foi considerado um resíduo grosso. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 7 28 R C S (M Pa ) Tempo de Cura (Dias) Resistência à Compressão Simples 10%RG e 50%RC 20%RG e 40%RC 30%RG e 30%RC Figura 6 – Resistência à compressão simples para os traços com 10% RG + 50% RC, 20% RG + 40% RC e 30% RG + 30%RC REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS _____NBR 10832: fabricação de tijolo maciço de solo-cimento com utilização de prensa manual. Rio de Janeiro, 1992. 8 p. _____ NBR 10834: Bloco vazado de solo-cimento sem função estrutural. Especificação. 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