PROCESSOS E TECNOLOGIAS DE RECICLAGEM …

PROCESSOS E TECNOLOGIAS DE RECICLAGEM

FUNDAMENTOS

PCC 3556

Materiais, reciclagem e gestão de resíduos da construção

Objetivos da aula

• Apresentar conceitos básicos relacionados a processamento mineral

– Balanço de massa, recuperação, distribuição

• Descrever as operações unitárias mais importantes para a reciclagem

• Discutir a eficiência das diferentes tecnologias usadas na reciclagem

Reciclagem de RCD

• Triar: separação manual ou mecanizada dos contaminantes do RCD Classe A (madeira, plástico, papel, gesso, aço, outros).

• Escalpar: remover a fração já fina presente no RCD (solo de escavação). Não deve ser considerado como agregados reciclados.

• Britar: redução do tamanho das partículas, podendo envolver vários estágios de britagem (não necessariamente um único estágio). Adequa o tamanho do agregado, mas pode influenciar na qualidade;

• Concentrar/Limpar: separação magnética (aço), pneumática (plástico, madeira, pequenos fragmentos) , separação por cor ou densidade (gesso, cerâmica vermelha). Visa melhorar a qualidade do agregado reciclado.

• Peneirar/Classificar: define faixas de tamanho de agregado reciclado. Pode remover excesso de finos.

São operações usuais da Eng. Minas (Processamento Mineral)

Tipos de usinas de RCD

Resíduo de Concreto: peças estruturais de concreto armado. Somente concreto e aço (limpo).

Resíduo Cimentícios: sobras de alvenaria (blocos de concreto), argamassas, etc

Tipos de RCD

Resíduo Misto: resíduo de alvenaria com bloco cerâmico, telhas de cerâmicas vermelha, argamassa

Resíduo Misto: sobras de alvenaria, misturado com solo de escavação, madeira, etc (material sujo)

Tipos de RCD

Origem do RCD

Escalpe (remover solo)

Feita antes da britagem (com ou sem vibração mecânica). Fundamental para se atender especificações de uso de agregados reciclados, obter produtos de melhor qualidade.

Tratamento Prévio (triagem)

Manual: feito em pilhas de resíduos. Baixa eficiência. Condições ocupacionais impróprias.

Cabine de triagem: feito em pilhas de resíduos. Alta eficiência. EPIs, coberto, ventilado

Unidades móveis de peneiramento

A fração escalpada é denominada de fração não classificada, contém solo. As aplicações são mais restritas – usos geotécnicos (valas, aterros de pequeno porte, )

Unidades móveis (peneiramento-triagem)

Protótipo móvel (IPT)atende prefeituras

Cominuição

• Fragmentar, reduzindo o tamanho das partículas.

• Liberação das fases é necessária para que a etapa de concentração funcione.

ValuableMaterial

ValuableMaterial

Fonte: Aula Prof. Carina Ulsen. Laboratório de Caracterização Tecnológica. Eng Minas. Poli USPGaudin. Ore mineral dressing. 1932.

Liberação das partículas

MISTO - FRAÇÃO MINERAL ÚTIL : ÁREA X PERÍMETROLIVRE

MISTA

área: 50%perímetro: 5%

área: 90%perímetro: 100%

área: 20%perímetro: 5%

área: 90%perímetro: 25%

área: 40%perímetro: 5%

área: 35%perímetro: 0%

Fonte: Aula Prof. Carina Ulsen. Laboratório de Caracterização Tecnológica. Eng Minas. Poli USP

Britagem (remove pasta de cimento)

Agregado Reciclado de Concreto (ou cimentício)

Pasta endurecida de cimento (mais porosa)

Agregado natural(poucos poros)

(de Juan e Gutiérrez 2009)

Cominuição

• Britagem– Compressão, impacto ou cisalhamento

– Relação de redução (de 4 a 8)• R = Dmax(entrada)/dmax(saída)

– Alimentação (3m a 10 mm).

• Moagem– Abrasão (desgaste), arredondamento

– Relação de redução (de 20 a 200)

– Alimentação (< 3 mm)

Metso Minerals. Basics in Mineral Processing. 2015

Tipos de britadores

Britador de mandíbulas Britador de impacto

http://trituradoras-de-roca.com

Como ajustar britadores de mandíbula?

Pré-fragmentação (resíduo de concreto)

Bolas de fragmentação, guindastes(quebra do concreto pela queda, separação do aço)

Rompedores pneumáticos em escavadeiras(quebra do concreto, separação do aço)

Granulometria do Produto Britado

A granulometria do produto depende da regulagem e tipo do equipamento de britagem, e da dimensão do material na alimentação.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1000

Po

rcen

tage

m p

assa

nte

(%)

Abertura da malha (mm)

15 mm 200 mm

40 mm 300 mm

Britador por impacto

Britador de mandíbula

METSO MINERALS, Basics in mineral processing, 2015. https://www.metso.com/contentassets/0efc5d1a7c5a4357baecc5e990dc1fe7/basics-in-mineral-processing-handbook-18-lr.pdf

Fator de redução = Dmax (antes)Dmax (depois)

Diferenças (britadores)

A.P. Chaves. Teoria e Prática de Tratamento de Minérios. Disponível: biblioteca Eng Minas Poli USP.

Britador de rolos dentados

Estágios de britagem?

Metso Minerals. Basics in Mineral Processing. 2015

Estágios sucessivos e fechados(remove pasta de cimento)

Circuito fechadoRealimenta material maior que tamanho de controleAtriçãoMecanismo mais eficiente para remover pasta de cimento

Estágios sucessivos (remove pasta de cimento)

Quattrone, Ângulo, John. Energy and CO2 from hig performance recycled aggregate production. Resources, Conservation and Recycling. 2014. http://dx.doi.org/10.1016/j.resconrec.2014.06.003

Estágios múltiplos de britagem (geram finos)

Quattrone, Ângulo, John. Energy and CO2 from hig performance recycled aggregate production. Resources, Conservation and Recycling. 2014. http://dx.doi.org/10.1016/j.resconrec.2014.06.003

Aumento da qualidade do agregado reciclado

Vertical Shaft Impactor (VSI)Material passante no rotor e lançado para a câmara de britagem

com velocidades entre 50-105 m/s

Vantagens:• maior arredondamento• menor geração de finos se comparado a moinhos, ou outros britadores• adequado para materiais abrasivos• empregado na produção de areia natural• produz areia reciclada de boa qualidade

FAÇO. Manual de britagem FAÇO. In: PAULISTA, A. M. S. F. D. A. (Ed.)1994.ULSEN, C. Ulsen, Caracterização e separabilidade de agregados miúdos produzidos a partir de resíduos de construção e demolição, Tese (Doutorado), Universidade de São Paulo (Escola Politécnica), 2011

Câmara de britagemonde ocorre quebra

pelo impacto de rocha contra rocha

Agregados Reciclados Cimentícios

Areia cimentícia reciclada (<4,8 mm): aplicação em argamassas, assentamento de tubulações, de blocos intertravados

Brita de concreto (9-19mm) recicladolastros de pisos, concretos

PeneiramentoÉ preciso haver tempo e área de peneiramento suficiente para que o processo de separação por tamanho seja eficiente. Fonte: Metso Minerals; Chaves e Peres [36,37]

Processo contra-correnteé mais eficiente

Angulo (º) 20 19 15 10

Malha (“) 6 a 4 4 a 1 2 ½ a 1/2 1 a 1/8

Malha 4 3 2 1 1/2 1/4 10 14

Rotação 800 850 900 950 1000 1400 1500 1600

Amplitude 6,5 5,5 4,5 3,5 3,0 2,0 1,5 1,0

Peneiramento

Metso Minerals. Basics in Mineral Processing. 2015

Usado para remover finos

Peneira de alta frequência (caro)

Requer reforço de tela

Concentração

• Propriedades diferenciadoras

– Densidade

– Afinidade da superfície (hidrofílica, hidrofóbica)

– Susceptabilidade magnética

– Condutibilidade elétrica

Força de separação

Alimentação

Resposta positiva

Resposta negativa

Separadores magnéticos

Wills. Magnetic separation.

O aço é o subproduto de mais alto valor produzido na usina!!!

Mais eficienteMenos eficiente

Classificador pneumático (leves)

Wilp, Holanda

partículas

leves

partículas

pesadas

alimentação

corrente de ar

partículas

leves

partículas

pesadas

alimentação

corrente de ar

Hendriks (2010)

Separação Densitária (Jigue)

Lei de Stokes (velocidade terminal)

Aceleração diferencial

Jigue a água (gesso)

Jigue a água

1a camada

2a camada

3a camada

4a camada

http://allmineral.com

Prós & Cons

• Prós

– Alta eficiência de separação.

– É eficiente em ampla faixa de tamanho de partículas (2 a 32 mm)

– Baixo custo de manutenção.

• Cons

– Consumo de água no processo, mas pode ser reciclada

– Requer deslamagem e aproveitamento posterior de lama

Jigue a ar (remoção leves)

Separação Densitária (finos)

Faixa de tamanho – 0,07 a 1 mmMenor capacidade de produção (0,25 t/h/m²)

Intervalos granulométricos mais estreitos (< 2mm)Capacidade de produção – até 4 t/h por espiral

Fonte: Aula Prof. Carina Ulsen. Laboratório de Caracterização Tecnológica. Eng Minas. Poli USP

Areia reciclada (fração densa)

2.5<d<2.6 g/cm3 (20.7% wt average)

lower content of porous phases (cement paste

and ceramics), high content of feldspar (XRD), low

grades of cement paste

d>2.6 g/cm3 (53.9% wt average)

liberated quartz and feldspar particles, mafic

minerals

Uso de espiral concentradora

Tese Carina Ulsen. Poli Minas

Separação solo – agregado natural

Eberhard - Suiça

Drum Washer

1 Alimentação2 Guias em forma de espiral3 Descarga do produto lavado10 Descarga da fração orgânica leve

Agregado de RCD misto (sem finos)

Separação por sensores

https://www.tomra.com/pt/

Separação (VIS, NIR)

• Identifica os materiais pelo espectro visível, combinando ou não com o do infravermelho.

• Separa diversos materiais orgânicos (polímeros, papel, madeira)

Titech; https://www.tomra.com/pt/https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.09.109

Plantas (Europa)

AlimentaçãoAgregado

descontaminadoSubprodutos da

reciclagem

Agregado Reciclado (melhoria de qualidade)

http://dx.doi.org/10.1590/S1678-86212013000200006

Alta eficiência de separação

COLOR SORTING

10

0% 62

.1 %

37.9%

INPUT ACCEPTED

REJECTED

C 62.3 %B 37.7 %

C 96.7 %B 3.3 %

C 6.0 %B 94.0 %

COLOR SORTING

XA 95.1 %GC 4.9 %

10

0%

42

.2 %

XA 45.4 %

GC 54.6 %

57.8%

XA 9.0 %GC 91.0 %

INPUT ACCEPTED

REJECTED

Remoção de cerâmica vermelha Remoção de gesso

http://dx.doi.org/10.1590/S1678-86212013000200006

Balanço de massa

Operação unitária(Cominuição,

Concentração)

AlimentaçãoConcentrado(produto)

Rejeito(subproduto)

Balanço de massa: MA=MC+MR

Distribuição de massa (recuperação):

Exercício

• Calcular teores e distribuições de massa e de cada material dentro das operações (alimentação, produto e rejeito).

placas de gesso acartonado: 4.431ggesso: 4.121 g ; papel: 310 g

-0,8 mm

produto: 2.816ggesso: 2.816 g

Rejeito:1.615gGesso: 1.305gpapel: 310g

+0,8 mm

Resposta

Operação Materiais Massa (g) Massa(%) Teor (%) Distribuição (%)

Alimentação Gesso 4121 93% 100%

Papel 310 7%

total 4431 100%

Concentrado Gesso 2816 100% 68%

Papel 0 0%

total 2816 64%

Rejeito Gesso 1305 81%32%

Papel 310 19%

total 1615 36%

A britagem (seguida do peneiramento) foi capaz de concentrar apenas 68% do gesso disponível na alimentação.Não houve liberação suficiente. A separação ainda é insuficiente.

Usi

na

de

reci

clag

em d

e R

CD

Cla

sse

A n

o B

rasi

lestoque de

contaminantes

resíduo cinza

resíduo vermelho

remoção de

impurezas

sucata

retroescavadeira

britador de

impacto

separador

magnético

>40 mm

40 a 20mm

5 a 20 mm

<5mm

Alimentação

agregados cinzas

agregados vermelhos

Triagem

Redução de tamanho

Remoção do aço

Classificação do tamanho

Usina de Reciclagem Convencional

www.logismarket.ind.br

Sem peneiramento(bica corrida mista

Peneiramentobritas e areias cimentícias

Finos naturais (escalpado)contém solo

Agregado reciclado misto(0-40 mm)

Diferença entre bica corrida mista (50-0 mm) de finos naturais (< 10mm – solo escalpado)

Uso em sub-bases

Fração cimentícia (usos)

Pedrisco (6,3-0mm) reciclado cimentício, usado na confecção de componentes pré-fabricados de cimento (como blocos de vedação e pavers –blocos de pavimentos intertravados).

Brita de concreto (9-19mm) recicladolastros de pisos, concretos

Pré-triagem, escalpebritagem

Peneirador rotativo

Classificador pneumático

Britagem, peneiramento

Usina na Alemanha

Berlin, Alemanha

ParâmetrosSubstituição da brita natural pela reciclada (%)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Teor de não minerais (%)

0,00 0,40 0,80 1,20 1,60 2,00 2,40 2,80 3,20 3,60 4,00

Teor de finos (%)

1,00 2,90 4,80 6,70 8,60 10,50 12,40 14,30 16,20 18,10 20,00

Absorção de água(%)

0,50 2,45 4,40 6,35 8,30 10,25 12,20 14,15 16,10 18,05 20,00

Brita graduada de RCD: soluções para homogeneidade

Homogeneização

Ib Finn Petersen. Blending in circular and longitudinal mixing piles. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems 74 (2004) 135– 141

Marques; Costa. The Use of Geostatistical Simulation to Optimize the Homogenization and Blending Strategies. Doi 10.1007/978-94-007-

4153-9_35

Controle de poluição(captação de particulados)

Costumam ser instalados nas operações de britagem e peneiramentoOutros Cuidados (transportadores de correia encobertos)

Fluxo de processo (jigue)

Wilp, Holanda

Rota (lavador de agregados)

Magdeburg, Alemanha

Conclusões

• As operações de reciclagem devem ser selecionadas de acordo com as características dos resíduos e qualidade desejada dos produtos.

• Devem ser desenvolvidos os fluxos de processos, balanços, recuperações em cada contexto.

Leitura Recomendada

• METSO. Basics in Mineral Processing. até cap 5. http://www.metso.com/globalassets/saleshub/documents---episerver/handbook-basics-in-minerals-processing_en.pdf

• Handbook of recycled concrete and demolition waste. Cap 9. Disponível no moodle