CARACTERIZAÇÃO DE UM RESÍDUO SÓLIDO DE UMA INDÚSTRIA TEXTIL VISANDO A RECICLAGEM DO MESMO EM CERÂMICA VERMELHA.

K. ROSSINI; E.L.ANDRADE DE PAULA LOPES; F.AKIO SAITO; A.R.ZANDONADI; A.H.MUNHOZ JR,

Rua da Consolação, 930- prédio 15 (laboratório de caracterização de materiais) - Cep 01302-907 - Consolação - São Paulo - SP – Brasil – ahmunhoz@yahoo.com

Departamento de Engenharia de Materiais – Universidade Presbiteriana Mackenzie.

RESUMO

Na produção de tecidos, uma indústria Têxtil situada no interior do estado de

São Paulo, obtém simultaneamente uma quantidade considerável de resíduo sólido

cuja composição química exata não é conhecida. Esse resíduo não é reciclado

industrialmente, sendo um subproduto indesejável. Com o objetivo de verificar a

viabilidade da reciclagem deste resíduo sólido em cerâmica vermelha foi feita a

caracterização do resíduo. Na caracterização do resíduo sólido, a análise qualitativa

e quantitativa dos elementos metálicos presentes na amostra foi realizada utilizando

a técnica de espectrofotometria de absorção atômica. Para analisar o

comportamento térmico do resíduo, foram utilizadas as técnicas de análise térmica

diferencial e análise termogravimétrica. Também foram obtidos o teor de umidade e

as análises granulométricas do resíduo sólido

PALAVRAS-CHAVE: cerâmica vermelha, reciclagem, resíduo sólido, indústria têxtil

INTRODUÇÃO

A atividade industrial durante a obtenção de produtos gera subprodutos, por

exemplo os resíduos sólidos, que vem se tornando um problema cada vez mais

grave face às exigências dos órgãos oficiais de controle do meio ambiente. Assim

sendo surge nos dias de hoje a necessidade de um desenvolvimento sustentável

onde se insere a reciclagem de resíduos industriais para obtenção de produtos úteis.

Os Estados Unidos, por exemplo, devido ao grande número de indústrias que

se desenvolveram no país (possuindo uma industrialização mais antiga que a do

Brasil), possuem hoje 1551 sítios considerados tóxicos pela Agência de Proteção do

1

meio Ambiente dos EUA (U.S.Environmental Protection Agency – EPA

http://www.epa.gov). Segundo a EPA estes sítios deveriam ser remediados e o custo

para a remediação dos mesmos gira em torno de $1,27 bilhões de dólares

(KATHARINE Q. SEELYE, The New York Times; nytimes.com/national;

01/julho/2002).

Segundo o vocabulário básico de recursos naturais e meio ambiente editado

pelo IBGE1, “resíduos sólidos são resíduos nos estados sólido e semi-sólido, que

resultam de atividades da comunidade, de origem industrial, doméstica, hospitalar,

comercial, agrícola, de serviços e de varrição de ruas. Inclui ainda determinados

líquidos cujas particularidades tornam inviável o seu lançamento na rede pública de

esgotos ou em corpos de água, ou que exijam para isso soluções técnica e

economicamente inviáveis em face à melhor tecnologia disponível”1.

Os resíduos podem eventualmente substituir matérias primas trazendo

inclusive economia de recursos para as indústrias. O uso de resíduos em massas

cerâmicas, visando a obtenção de artefatos para usos diversos, constitui uma

solução para os problemas ambientais, contribuindo para a redução do consumo de

matérias-primas.

No processo de fabricação de tecidos da Indústria Santista Têxtil, o lodo

proveniente da Estação de Tratamento de Efluentes é um resíduo industrial que

contém uma grande quantidade de água e partículas coloidais obtidas por floculação

de materiais diversos. Utilizou-se para este estudo o “lodo concentrado”, segundo

denominação da própria Santista Têxtil.

REVISÃO BIBILIOGRÁFICA

Um processo desenvolvido para reciclagem de resíduos industriais perigosos

que resultou na construção de uma planta piloto de US$ 1,5 milhão em Ohio-EUA,

consiste em fazer inicialmente um pré-aquecimento do resíduo a 800o C para

gaseificar os compostos orgânicos, seguidos de um aquecimento a 1500o C para

obtenção de um vidro cerâmico. Neste processo deve-se garantir que as

quantidades de metais pesados e silicatos presentes sejam iguais para garantir que

a vitrificação ocorra2.

Goethita um resíduo tóxico rico em ferro (FeOOH) é obtido durante o processo

hidrometalúrgico de produção de zinco metálico. Devido à presença de impurezas

2

como Zn, Pb, Ni, Cd, Cu, As entre outros e a grande quantidade de resíduo

produzida anualmente, a disposição deste resíduo representa um sério problema

ambiental. A vitrificação do resíduo o qual resulta na incorporação dos metais

pesados em uma estrutura amorfa, representa um método promissor para

imobilização de metais pesados. Um método de tratamento de resíduos altamente

tóxicos (contendo Pb, Cd, Cu, Zn, As e Fe) proveniente de plantas de obtenção de

zinco eletrolítico, consiste em mistura-lo com uma quantidade adequada de agentes

redutores (Al, Si, Mg e Ca) usados individualmente ou combinados e óxido férrico.As

reações químicas de redução e os valores das entalpias padrão de reação obtidas a

25º C e 1 atm ( ) calculados a partir das entalpias padrão de formação

(

ºreaçãoH∆

º fH∆ ) dos reagentes e produtos são apresentadas nas equações (A) a (D).

1

2 3 2

12 3 2 3

12 3

12 3

3 / 2 3/ 2 2 _ º 465,1 ( )

2 2 _ º 852,0 ( )

3 3 2 _ º 981,4 ( )

3 3 2 _ º 1081,3 (

reação

reação

reação

reação

Fe O Si SiO Fe H kJmol A

Fe O Al Al O Fe H kJmol B

Fe O Mg MgO Fe H kJmol C

Fe O Ca CaO Fe H kJmol D

−

−

−

−

+ → + ∆ = −

+ → + ∆ = −

+ → + ∆ = −

+ → + ∆ = − )

O produto entra em ignição e o calor fornecido pela reação de auto propagação

a qual é altamente exotérmica, faz com que rapidamente se obtenha um material

amorfo constituído de aluminosilicatos contendo os metais em sua rede (ou seja, na

estrutura do vidro formado). A fase vítrea obtida é altamente resistente ao ataque

pela água. A presença do Ca promove a formação de óxido de cálcio, durante a

reação exotérmica, cuja presença aumenta o pH das soluções de lixiviação e

conseqüentemente diminui a liberação de espécies tóxicas (metais pesados)3.

Outro estudo avaliou a possibilidade de obter um vidro com os resíduos

industriais altamente tóxicos (contendo Pb, Cd, Ni, Cu, Zn, As e Fe) misturando o

resíduo com areia (constituída principalmente de quartzo, SiO2), tufo, feldspato,

calcário, dolomita, cacos de vidro entre outros em várias proporções. Um vidro com

estrutura semelhante à do “vidro cerâmico” contendo 75% de fase cristalina foi

obtido após resfriamento controlado4.

A incorporação de resíduos não tóxicos em cerâmica também é muito

estudada. Resíduos obtidos na serragem de granitos incorporados à massa para

produção de revestimento cerâmico em escala de laboratório e em planta piloto

3

foram estudados visando à substituição do feldspato pela lama obtida na serragem

de granito. A adição desse resíduo reduziu a absorção de água e aumentou a

resistência à flexão. Os experimentos mostraram um efeito desprezível na alteração

da densidade, contração durante a queima e plasticidade durante todo os estágios

de produção da cerâmica com a adição da lama obtida na serragem de granitos5.

Uma pesquisa relacionada à reciclagem de resíduos da serragem de granitos,

provenientes dos estados da Paraíba, Pernambuco e Ceará, na confecção de tijolos

e telhas, mostrou que as amostras que continham até 55% de resíduos (% em

massa) misturados a massa cerâmica apresentavam características adequadas para

uso como matéria-prima cerâmica6. Em um outro trabalho, a reciclagem de resíduos

provenientes da serragem de granitos também apresentou bons resultados em

massas para revestimento cerâmico. Os resíduos eram oriundos de indústrias de

Fortaleza e Recife7.

O resíduo proveniente da serragem de granitos, provenientes de indústria de

pedras ornamentais do estado do Espírito Santo, foi estudado para ser utilizado

como matéria prima para obtenção de produtos de cerâmica vermelha. Os

resultados mostraram que o resíduo é constituído basicamente de e que não é

plástico, podendo ser utilizado como matéria prima

2SiO na produção de cerâmica

vermelha8.

A utilização de resíduos da serragem de granitos de indústrias dos estados da

Paraíba, Ceará e Pernambuco como matéria prima na produção de blocos e

revestimento cerâmico (pisos e azulejos) também se mostrou viável. Os blocos e

revestimento cerâmicos obtidos utilizando o resíduo como matéria prima apresentam

características dentro das especificações da normalização brasileira9.

Os blocos cerâmicos comercializados pela Cerâmica Brioschi, localizada em

Piracicaba-SP, contêm, em sua composição, o caulim e um resíduo da fabricação de

papel fornecido pela empresa Votorantim Celulose e Papel (VCP)10.

A reciclagem de um resíduo sólido industrial constituído basicamente de

partículas de vidro, já se mostrou possível em corpos de cerâmica vermelha

conformados por prensagem a seco. As peças cerâmicas confeccionadas com

massa cerâmica contendo resíduo e argilas taguá apresentaram uma melhor

resistência mecânica que as confeccionadas somente com argila Taguá11 (sem a

adição de resíduo).

4

Trabalho publicado sobre a reciclagem de um subproduto de uma indústria

vidreira, mostrou ser viável a incorporação de um resíduo constituído principalmente

de partículas coloidais de vidro em corpos de cerâmica vermelha conformados por

extrusão12. As argilas dos trabalhos publicados por GRESPAN SETZ11 e CIFFONI12,

são da região de Jundiai, sendo as argilas desta região muito estudadas por

COSIN13 e outros devido à utilização industrial das mesmas.

MATERIAIS E MÉTODOS DE ANÁLISE

Na caracterização do resíduo sólido, a análise qualitativa e quantitativa dos

elementos metálicos presentes na amostra foi realizada utilizando a técnica de

espectrofotometria de absorção atômica utilizando um equipamento Varian modelo

AA1275.

Para analisar o comportamento térmico do resíduo, foram utilizadas as técnicas

de análise térmica diferencial e análise termogravimétrica utlizando o equipamento

Netzsch modelo STA409 cell; Na análise térmica utlizou-se uma razão de

aquecimento de 10o K/min. A temperatura inicial das análises térmicas foi de 25o C e

a temperatura final foi de 1300o C, utilizando um fluxo de 50mL/min de ar sintético.

Foram obtidas a análise térmica diferencial (DTA) e análise termogravimétrica (TG)

do resíduo úmido, de uma argila taguá e de uma amostra contendo 13% de resíduo

(seco a 110ºC até peso constante) e 87% de argila Taguá.

O teor de umidade do resíduo foi obtido realizando a secagem a 110o C até

peso constante em atmosfera de ar (oxigênio + nitrogênio).

A análise granulométrica do resíduo sólido foi realizada utilizando um

equipamento Beckman Coulter modelo N4 plus submicron particle analizer. Para o

ensaio da análise granulométrica uma massa de 0,1g de resíduo foi disperso em 300

mL de água destilada e essa suspensão foi analisada.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A Tabela I apresenta os elementos químicos analisados utilizando a técnica de

espectrofotometria de absorção atômica. As concentrações dos elementos metálicos

na amostra bruta (fornecida pela fábrica) e na amostra seca (após descontar a

5

umidade obtida no ensaio de secagem até peso constante a 110o C) são

apresentadas na Tabela I.

Tabela I Resultados dos ensaios de espectrofotometria de absorção atômica.

Elemento metálico Concentração do

elemento na amostra de

resíduo sólido (mg/Kg)

Concentração do

elemento na amostra seca

a 110º C (mg/kg)

Alumínio (Al) 1123 2575,7

Antimônio (Sb) 165 378,4

Bismuto (Bi) 136 311,9

Cádmio (Cd) 27,6 63,3

Cálcio (Ca) 4049 9286,7

Chumbo (Pb) 45,6 104,6

Cobalto (Co) 71,7 164,4

Cobre (Cu) 37,7 86,5

Cromio (Cr) 31,3 71,8

Estanho (Sn) 626 1435,8

Ferro (Fe) 2091 4795,9

Magnésio (Mg) 918 2105,5

Manganês (Mn) 50,3 115,4

Mercúrio (Hg) 3124 7165,2

Molibdênio (Mo) Nd Nd

Níquel (Ni) 117 268,3

Ouro (Au) 171 392,2

Potássio (K) 3471 7961,0

Prata (Ag) 8,24 18,9

Selênio (Se) 789 1809,6

Sódio (Na) 2229 5112,4

Titânio (Ti) Nd Nd

Tungstênio (W) 1217 2791,3

Vanádio (V) Nd Nd

Zinco (Zn) 66,6 152,8

*Nd= Não Detectado

6

Analisando a Tabela I verificamos que dos elementos analisados, entre os que

se emcontram em maior quantidades estão principlamente: Al, Ca, Fe, Mg, K e Na.

Esses elementos provavelmente não apresentarão maiores problemas para serem

incorporados ao corpo cerâmico durante a sinterização. A análise de

espectrofotometria de absorção atômica também mostra que o resíduo contem

elementos como Hg que poderão causar problemas durante a sinterização. Entre

outros elementos também encontrados na amostra analisada estão Pb e Ni,

mostrando a necessidade de realização de ensaios de lixiviação, solubilização dos

corpos cerâmicos após a sinterização, para verificar se os metais pesados foram

imobilizados na estrutura após a etapa de queima do material cerâmico.

As análises térmicas do resíduo são apresentadas na Figura 1(DTA) e Figura

2(TG).

A Figura 1 mostra a DTA do resíduo utilizado na pesquisa. Nela observa-se um

pico endotérmico em torno de 100°C provavelmente devido à saída de água. A

160,9o C observa-se outro pico endotérmico, provavelmente associado volatilização

de compostos orgânicos de baixa massa molar. Em torno de 585,6°C observa-se um

pico exotérmico, provavelmente devido à decomposição da matéria orgânica.

Figura 1. DTA da amostra de resíduo concentrado.

A TG apresentada na Figura 2, mostra a perda de massa associada

principalmente a vaporização de água em torno de 42,2% (porcentagem em massa).

7

Uma segunda perda de massa de 23,82% ocorre entre a perda de massa associada

à vaporização da água (~100o C) e a perda de massa associada ao pico exotérmico

observado a 586oC. A perda de massa total em relação à massa inicial obtida nesta

análise foi de 87,89% (porcentagem em massa).

Figura 2. TG da amostra de resíduo concentrado

As Figuras 3 e 4 apresentam as análises térmicas (DTA e TG respectivamente)

de uma amostra contendo 13% de lodo (seco a 110ºC até peso constante) e 87% de

argila Taguá, e de uma amostra constituída somente de argila Taguá. Um pico

exotérmico a 334,7o C não observado na DTA do resíduo puro (Fig 1) aparece na

DTA da mistura do resíduo com a argila taguá.

A análise TG da argila Taguá e da mistura de argila taguá com o resíduo

(Figura 4) mostra que a perda de massa até próximo de 253º C é aproximadamente

igual para ambas amostras (em torno de 3%). Acima desta temperatura as

diferenças entre as duas amostras são maiores. A perda de massa total da argila

Taguá foi de 7,97% (porcentagem em massa) enquanto que para a mistura taguá-

resíduo foi de 17,26% em relação a massa inicial.

8

Figura 3. DTAs da argila Taguá [1] e da mistura contendo 13% de resíduo e 87% de

argila taguá [2].

Figura 4. TGs da argila Taguá [1] e da mistura contendo 13% de resíduo e 87% de

argila taguá [2].

9

A análise de secagem do resíduo até peso constante em ar atmosférico a

110oC mostra que a perda de massa foi de 56,4 ± 3,4%.

Comparando os dados de perda de massa até peso constante a 110º C e a

perda de massa total obtida na análise TG (Fig. 2) verificamos que a amostra além

de água provavelmente também possui uma quantidade considerável de matéria

orgânica.

A análise granulométrica do resíduo (disperso em água) mostrou que o

diâmetro médio das partículas é de 697 nm.

CONCLUSÕES

A partir dos dados obtidos pode-se concluir que:

-o resíduo contem uma quantidade considerável de metais pesados fato que irá

requerer ensaios de lixiviação solubilização dos corpos cerâmicos (após a etapa de

queima) confeccionados com o mesmo.

-analisando os dados de perda de massa a 110o C até peso constante e os dados da

análise termogravimétrica do resíduo, observamos que o resíduo possui uma

quantidade muita elevada de água e de outras substâncias que se decompõem os

quais reduzirão em grande quantidade a massa inicial do resíduo durante o

processo de queima (sinterização).

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem:

Ao Instituto Presbiteriano Mackenzie e à Universidade Presbiteriana

Mackenzie pela concessão das bolsas de iniciação científica aos alunos Katiandry

Rossini e Eduardo Luiz Andrade de Paula Lopes.

À Química M. Liuba L.Crespo pelo auxílio na realização de alguns ensaios.

REFERÊNCIAS

1. IBGE. Vocabulário Básico de Recursos Naturais e Meio Ambiente,

Rio de Janeiro, 2002

10

2. CANNING, K. Pollution Engineering Troy. v. 29, issue 13, p. 10-14,

1997

3. SANNIA, M.; ORRÚ, R.; CONCAS, A.; CAO. G. Self-propagating

reactions for environmental protection: remarks on the treatment and recycling

of zinc hydrometallurgical wastes. Ind. Eng. Chem. Res, v. 40, p. 801-07,

2001.

4. PELINO, M.; CANTALINI, C.; ABBRUZZESE, C.; PLESCIA, P.

Treatment and recycling of goethite waste arising from the hydrometallurgy of

zinc. Hydrometallurgy. v. 40, issues 1-2, p.25-35, 1996.

5. TORRES, P.; FERNANDES, H.R.; AGATHOPOULOS, S.;

TULYAGANOV, D.U.; FERREIRA, J.M.F. Incorporation of granite cutting

sludge industrial porcelain tile formulations. Journal of the European Ceramic

Society. v.24, issues 10-11, 2003.

6. SOUTO, K. M. et. al. Anais do 45°Congresso Brasileiro de

Cerâmica. Florianópolis, SC, 2001, trabalho 4/027.

7. NUNES, R.I.S; NEVES,G.A. & FERREIRA, H.S. Anais do

46°Congresso Brasileiro de Cerâmica . São Pedro, SP, 2002, trabalho 5/07.

8. MOREIRA, J.M.S.; FREIRE, M.N.; HOLANDA, J.N.F. Utilização de

resíduo de serragem de granito proveniente do estado do Espírito Santo em

cerâmica vermelha. Cerâmica. v.49, n. 312, p.262-7, out/dez/2003.

9. MENEZES, R.R.; FERREIRA, H.S.; NEVES, G. A. Uso de rejeitos de

granitos como matérias primas cerâmicas. Cerâmica. v.48, n.306, p.92-101,

Abr/Jun/2002.

10. disponível em:

http://www.aguaonline.com.br/guiadosaneamento/residuo . Acesso em:

15/12/2002.

11

11. MUNHOZ JR., A.H.; GRESPAN SETZ, L.F.; ZANDONADI, A.R.

Reciclagem de Resíduo sólido de “pó de vidro em cerâmica vermelha –

Utilização do método estatístico de Weibull na análise da resistência a flexão

de corpos contendo diferentes teores de resíduo. Anais do 45o Congresso

Brasileiro de Cerâmica. Florianópoilis - SC, 2001.

12. CIFFONI, A.; KOHARA, G.K.; ZANDONADI, A.R.; MUNHOZ JR,

A.H. Recycling of two industrial residues in the production of heavy clay

products. Anais do Annual Meeting of the International Commission on Glass,

6th Brazilian Symposium on Glass and related Materials, 2nd International

Symposium on Non-Crystalline solids, V latin American Technical Symposium

on Glass – SIMPROVI. Campos do Jordão-SP, p.503-511, 21-25/Set/2003.

13. COSIN, S.; SOUZA, H. S.; SOUZA, P. S. Anais do 37o Congresso

Brasileiro de Cerâmica. Curitiba, Paraná, Maio de 1993, vol 1, p.207.

CHARACTERIZATION OF A SOLID RESIDUE OF A TEXTILE INDUSTRY

FOR RECYCLING THE RESIDUE IN HEAVY CLAY PRODUCTS

ABSTRACT

A textile industry from São Paulo State, Brazil, during the production of its

products obtains simultaneously a large amount of toxic waste. This solid waste is

not recycled in the textile industry so it’s an environmental problem. With the purpose

of recycling this industrial waste in heavy clay products the solid residue was

characterized. The metal elements were determined by atomic absorption

spectrophotometry. The differential thermal analysis (DTA) and the thermo

gravimetric analysis (TG) were recorded. The weight loss at 110ºC and the particle

size distribution was also obtained.

KEYWORDS: heavy clay products, recycling, solid residue, textile industry

12