XXI EN TMM E - Nata i-R N. novembro 2005 .

CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA DOS PRODUTOS DA SEPARAÇÃO DENSITÁRIA DE AGREGADOS RECICLADOS

C. Ulsen t; H. Kahn2; S. C. Angulo1

; V. M. John4

1- Mestranda cm Engenharia Mineral- Depto de Engenharia de Minas c de l'ctrúlco. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. CEP 0550H-030. E-mail: c ;tr i na ,ul sc ll ((!j).Q ii.~br

2- Prof. Dr. Livre-docente. Engenhari a de Minas c do Petról eo. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. CEP 05508-030. E-mail: hcnriguc.kahn(a •poli.usp.br

3- Doutorando cm Engenharia civil. Departamento de Construção Civil. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. CF.P 05424-970. E-mail : scrgio.angu_L<.lli!Jp_()\i~ l illl!f

4- Prof. Dr. Livre-docente. Departamento de Construção Ci vil. Escola Pol itécnica. Univers idade de São Paulo. CEP 05424-'170. E-mail : vandc_rkYJ_pJ.)!l@Jlo li.usp.hr

RESUMO

Os resíduos de construção c demolição (RCD) representam cerca de 50% de todo o res íduo sólido gerado em cidaUes brasile ims de grande porte; trata·sc d~ uma prútica onerosa c contrária uos modelos atuais de desenvolvimento sustentável. Nesse sentido, fo ram avaliados os aspedos tecnológicos relevantes para a produção do agregado rec iclado amostrados em duas centrais de reciclagem do Estado de São Paulo com produtos diferenciados na sua origem e natureza (agregados cin za c vermelho).

A metodologia empregada envo lveu a caracterização tecnológica através da Jctcrminaçào de curvas de separabilidade por densidade aliada a uma caracterização tisico-química dos requisitos relevantes para uso como agregados. mediante cominuição. pcneiramcnto c separação por líquidos densos, aná li ses químicas de todos os produ tos gerados c análise minera lógica dos produtos de separação mineral.

Os resultados das análises não demonstram diferenças substanc iais em termos de composição química (60 a RS% de SiO~ e demais óx idos como AI,O, c CaO) c mineral (calcita. quartzo. tddspatos c arg ilomincrai s). independente da origem ou natureza do resíduo. A composição minera l ~ qualitat i vamente diferente nos produtos de separação em líquidos densos. especialmente nos produtos de d>2,5 g/cm '. Uma sepa ração cm d> l ,'l g/cm ' permite retirar. de forma efi ciente. os resíduos considerados não minera is do RCD. cm torno de I O'Y., mim. O trahalho rea lizado indicou, ainda. que a classificação corrente do RCD segundo critérios visuais (tipo cinza c vermelho) nas instalações de reciclagem não permite caracterizar a qualidade dos produtos segundo as propriedades tisicas de agrl.!gados, contrário ao que se veicula no mercado.

PALAVRAS-CH AV E: caracteri zação, reciclagem, resíduos. benefici amento mineral

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Ulscn. C. : Kahn. H: Ângulo, S.C. ; John, V.M.

I. INTRODUÇÃO

Os RCDs s~o um dos responsáveis pelo esgotamento de á reas de aterros cm cidades de méd io c grande porre, uma vez que e les correspondem a mais de 50'X, (mim) dos resíduos sólidos urbanos. No l:lrasil. estima-se que é gerado anualmente a lgo em torno de 6H,5 x I o" I RCD. A 10m disso, eles são responsáveis por altos custos sócio-económicos e ambientais nestas cidades em função das deposições irregulares. Os gastos na cidade de São Paulo referentes à colcta-transpo n c-deposição são da ordem de R$ 45.0 x I O"/ ano para estes resíduos (Pinto, 1999; John , 2000; Ec, 2000: Sch ncider. 2002: Angulo et ai., 2002). Dessa forma a reciclagem de RCD é uma l(mna de aprox imar o sctor da sustcn tabilidade através da redução dos impactos negati vos dos seus resíduos nas c idades c da geração de matéria -prima que pode ser substituída pela na tura l, não-renovável , através de bencti c iamento mineral.

Os RC Ds são constituídos por concreto. argamassa. te lhas. tijolo, solo, plitsticos, metais, made ira, papel. betume, cnlrc outros, sendo que a composição minera l representa 90l}';, cm massa. tanto nu Brasi l como cm países europeus (Cameiro c t a i. . 2000; Ferraz ct a i. , 2001: EC. 2000) . Do ponto de vis ta químico. a composição estimada do RCD bras ile iro . e m óx idos, é s ílica, seguido de alumina c óx ido de cálcio (Angulo ct ai. , 2002). As us inas de reciclagem brasile iras class ificam os res íduos cm doi s tipos. cujo crité ri o exclusivo é a cor: Tipo I ou Cinza e Tipo II ou vermelho; o material cinza é constituído prcJomin:mll.:mcnte por materiais de construção à base de cimento como concretos, argamassas c blocos de concreto, c o vcnnt.::lho com maior quantidade de ccrdmic<.~ vermelha.

A principa l ap licação para os agregados recicl ados tem sido cm atividadcs de pavimentação, entretanto esse mercado pode consumir no máximo 50% do to ta l produzido (llcndriks, 2000: Ângulo et a i., 2003), dessa forma há uma necess idade crescente cm utilizá-los cm outras apl icações, cm especial, argamassas e concretos (Angulo et ai.. 2002) . O uso de agregados reciclados cm mercados mais nobres exige melhorias na gestão do processo de rec iclagem, nas ferramentas de controle de qualidade c na tec nologia de beneficiamento (Angulo et ai.. 2002). Pelo menos três usinas de reciclagem no mundo jú haviam implantado cm 1995 a jigagem como método de separação qua litati va dos resíduos minerais com menor quantidade de contaminação (ions solú veis), Estados Un idos (es tado da fl o rida) , Áustria c Ho landa (Jungmann: Quindt . 1999).

No sentido de avali ar as propriedades dos RCDs cfctuou-sc a amostragem de duas instalações de reciclagem do Estado de São Paulo, sendo uma de grande porte ( ltaqucra) c outra de pequeno pone (Vinhedo). Amostragem sistemci ti ca por integração gcramm três amostras para est udos detalhados de caracter ização dirigidos ao estabelec imento de curvas de separabilidade por dens idade c consequente caracterização química de tais produtos.

2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

LI Coleta de amostras representativas

As amos tras dos agregados de RCO reciclados tOram colctadas cm duas usinas de reciclagem si tuadas nas prox imidades da capita l paulista: usina de ltaqucra, que utiliza um britador de impacto com capac idade de I 00 t/h. c usimt da Vinhedo, com um britador de mandíbula de capacidade 8 t!h. Foram colctados os produtos cinza c vem1clho de ltaqucra (IT I c IT 11 , n:spccti vamcntc ) c o produto vermelho de Vinhedo (V 11 ).

A amostragem fl>i ctC1uada na saída da correia transportadora. após a bri tagcm c antes do pcnciramcnLO. segundo procedim ento conhecido como amostragem sistemática com incrementos cm in tervalos regu lares (Luz ct ai. , 1998) com amostras co letadas durante 20 dias de produção cm intervalos regulares de 2 horas. Cada amostra fi.li homogeneizada através de pilha alongada retirando-se a líquotas representativas de cerca de 65 kg para ensaios de carac terização.

1.2 Classificação granulométrica

A class ili caçào granulométrica I(Ji realizada por pcneiramento cm peneiras com aberturas de 25.4; 19, 1; 12,7; 9,52: 4,7(, : 2,3X: 1, 19; 0,59; 0,297: 0, 149 mm. resu ltando cm dez frações g ranulométr icas (cm mm ): -25,4+ 19, 1; -19.1 + 12,7; -12 ,7• 9,52; -9,52+4 ,76: -4,76+ 2,3X: -2 ,3X+ I, I9; -1 , 19 t 0,59: -0,59+0,30: -0.30+0, 15 c -0. 15. A traçào aci ma de 25. 4 mm tüi cominuída cm britador de mandíbula, com ab~rtura de-mesma dimensão. cm c ircuito fechado C\) 111 penei ra. Essa frayão foi dassilicada granulomctricamcntc c composta nos respecti vos inlcrvalos.

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,

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1.3 Separação em líquidos densos

Foram realizados ensaios de separaçõe:. seqOenciais por l!quidos densos cm quatro densidades distintas: 1,7; 1,9; 2,2; 2,5 g/cm>, por fração granulométrica (-25,4T19,1; -19,1 + 12,7; -12,7+9,52; -9,52+4,76; -4,76+1.19 c -1,19+0,30 mm). As sepamçõeR cm líquidos densoR foram realizadas em dcnsidudcs de 1,7 c 1,9 g/cm1

cm solução aquosa de cloreto de zinco (ZnCh) e, sequencialmente, em solução de bromofónnio c álcool etílico nas densidades de 2,2 e 2,5 g!cm'.

1.4 Anilise quJmica das frações granulométricas e dos produtos da separação densitiria

As frações granulométricas e os produtos da separação cm líquidos densos foram objeto de anál ises químicas por FRX (fluorescência de mios X), em amostm fundida, com dctcnninações de Si02, Fe20J. AlzOJ, CaO, MgO, Na20, K20 . MnO, Ti02, P10 3• SO>c perda ao fogo a 1050 •c alnlvés de cspectrômetro Magix-Pro, PANalylical.

2 RESULTADOS

2.1 Distribuição granulométrica

A granulometria dos produtos obtidos na;, usinas de reciclagem de RCD pelas operações de cominUiçllo e classificaç.~o é adequada ao uso como agregados. A fração graúda corresponde de 40 a 50% do total (Figura I). A fração graúda retida na malha de abertura 25,4 mm também nao é comumente ut ilizada em concretos e a sua massa corresponde a 20 a 45% do total. Quando reprocessada atr.lvés de um segundo estágio de cominuição cm escala de bancada e composta com as demais frações. as distribuiçõe~ granulométrica~ se ajustaram melhor frente aos limites granulométricos estabelecidos como brita do tipo I da ABNT.

Somente 50% da produção nas usinas poderiam potencialmente ser utilizados como agregados para a produçao de concretos uma vez que o uso da fração miúda nlto é consolidado c, portanto, restringido na especificação da RJLEM (Rilem Recomrnendation, 1994). Conclu i-se que uma usina de reciclagem de RCD deve considerar necessariamente urna outra nplicação concomitantemente com e>ta para ser eficiente do ponto de vista técnico e econômico cm função da representatividade da fração miúda na massa tolal.

A Figum I apresenta a distribuição granulométrica do produto britado abaixo de 25 mm para as amostras estudadas.

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Figura I -Curvas de distribuição acumulada no passante (% massa)

2.2 Análise química das frações granulométrlcas

Os resultados das análises granuloquimicas pam das três amostras é expresso na Figura 2.

340

Ulsen, C.: Kahn, H; Ângulo, S.C.; John, V.M.

Do ponto de visla qujmico, os produtos obtidos pelas operações de cominuiçio e classificação slo constituídos majorilariamcnte por sílica (60 a 85%) e. S<.'Cundariruncntc, Al20 3 e CaO.

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Figura 2- Teores dos principais óxidos por fração granuloméuica das três amostras estudadas

Pode ser observado um comportamento distinto entre a fraç.ão graúda e miúda para os três produtos esmdados, com diferenciação da fração passante em peneira de abertura de 0,15 mm. Os principais óxidos presentes nas frações de produto graúdo (+4,8 mm) são Si02 (64-72%), Al20 1 (7-12%) c CaO (5-12%). Para o miúdo (-4,8+0,3 mm) bá um aumento médio do teor de sílica (63-85%), além de um enriquecimento de AI201 c CaO na fração passante em 0.15 mm.

Visto a similaridade de teores entre os agregados tipos l c II questiona-se esla classificaçilo de RCDs visto que os os teores sao essencialmente influenciados pelo tamanho das partículas, independentemente da natureza (cinza ou vermelho).

Os óxidos de Siú: e Al20:1 slo provenientes dos diversos tipos de silicatos e sílico-aluminatos provenientes das rochas naturais. da pasta de cimento ou de cal endurecida e da CCJâmica (vcnnelha ou branca) pw..ente no RCD mineral. J6 o óx.ido de cálcio é proveniente exclusivamente da pasta de cimento ou de cal eodu.rccida já que, nesta região de estudo, existem poucas jazidas de agregados de origem calcária. Como ~ teores de Siú: e Al10 3 são superiores ou iguais aos teores de CaO, podc-'IC concluir que grande pane desses óxidos sao originados das rochas natumis e da ccrllmica ao invés da pasla de cimento ou de cal endurecida.

A perda ao fogo está correlacionada com a soma dos teores de CaO e Ah03 conforme ilustra a Figura 3. Isso pode ser explicado pela presença da parcela hidrutadn ou carbonatada dos aglomerantes da pasta de cimento ou cal endurecida e pela presença de água de constituição dos argilominerais provenientes de ccrfimica vermelha queimada abaixo de SOO"C ou do solo mistumdo.

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Figura 3 RclaçAo entre perda ao fogo e teores de Ca0+AI20 1

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2.3 Balanço de massa dos produtos das separações densitârias

A Figura 4 mostra a distribuição mássica acumulada no afundado por fraçllo granulométrica.

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Col1e de denliclade (glan') Col1e de denlldade (gc:m') Corte de densidade (g/cm')

Figura 4 - Distribuição cm massa acumulada no afundado

Existe uma tendência de awnento de mas.o;a nos intervalos mais densos à medida que o tamanbo das particulas diminui. O conteúdo em ma.~sa do produto afundado em 2,2 g!cm' para os agregados graúdos de ltaquera (·25,414,8 mm de IT C e de IT V) é superior a 70%, enquanto que parn os agregados graúdos de Vinhedo situa-se em torno de 40%.

A Figura 5 apresenta a distribuição (em massa) das frações graúda e miúda em funçilo do intervalo de densidade.

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Figura 5- Distribuição dos produtos nas densidades

Os produtos de densidade inferior a 1,7 g/cm1 nllo têm uma participação significativa cm massa e apresentam alto teor de contaminantes (>10%). tais como madeira, plásticos, material orgânico. A porcentagem de material de densidade entre 1.7 e 1,9 glcml é muito pequena nos caws de Itaquera I e 11, porém assume valores bastante significativos na fração graúda de Vinhedo li (>10"/o). A parcela de produtos de melhor qualidade (peso especifico acima de 2.2 g!cml) é maior para a fração miúdo (em tomo de 80% da massa total) do que para a grau da (entre 40 c 70%).

Os produtos da separabilidade graúdos (tipo 11) não são semelhantes, apcl>llr de mesma origem visual. Os agregados graúdos de ltaquera são de melhor qualidade para uso em concreto, pois apresentam maior panicipaçfto de produtos

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Ulscn, C.; Kahn, 11; Ângulo, S.C.; John , V.M.

de separação acima de 2,2 kg/dm' enquanto que os de Vinhedo apresentam maior participação de produtos de separação abalXO deste valor.

Dessa fonna, o critério visual de seleçio do RCD cm cinu (tipo I) c vennelho (tipo II) não retrata de forma adequada a quahdade dos produtos que podem ser obttdos e não deve ser usado como ferramenta de controle de qualidade.

2.4 Análise química dos produtos da separação mineral

A Figura 6 ilustra as correlações entres os principais óxidos e perda ao fogo por faixa granulomélrica.

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figura 6 Comparação da composição graouloquímica por faixa de densidade das três amostras

A separação na densidade 1,7 g/cm' concentrou junto ao produto flutuado grande parte do material não-mineral presente nos agregados graúdos do RCD reciclados. Desta forma, a separuçllo ror densidade pode ser empregada para se avaliar o teor de material nilo mineral em substituição ao método da catação atualmcmc empregado nas usinas.

A soma dos teores de Si02, Al20 1 e Fe:03 representam as rochas e cerâmica~ queimadas acima de 500 "C e são menos expressivas para os intervalos de menor densidade. Os teores de CaO variam entre 1,6 e 18% no intervalo "1,7 < d< 1,9", de 3,6 a 11,6% no intervalo "1,9< d< 2,.2", de 3,6 a 9,0% no intervalo "2,.2< d< 2,5", e de 1,0 11

13,0% no intervalo "d> 2,5". A soma dos teores de CnO e P.F. representa os aglomerantes c urgilominerais c diminuem com o aumento da densidade da fração.

A perda ao fogo nos produtos de separações em líquido denso variou de 15,9 a 40,3% no intervalo '·1,7 < d< 1,9'', de 10,4 a 15,6' ·• no intervalo "1,9< d< 2,2", de 6,8 a IO,OOo no intervalo "2,.2< d< 2,5", e de 2,7 a 5.5'·• no intervalo "d> 2,5'', diminuindo à medida que o intervalo de separação se toma mais denso.

2.5 Estudos complementares

Os resultados acima citados foram complementados por um amplo conjunto de estudos adicionais que confirmando que o processamento de RCDs por concentração dcnsitâria pode viabilizar a produção de agregados reciclados para concreto estrutural ~ o> 20 MPa (Uisen, 2004).

Carrijo (2005) concluiu que os concretos obtidos com agregados graúdos de RCD reciclados separados em intervalos de densidade apresentam resistência mecânica distinta para uma mesma rclaçllo água/cimento ou consumo de cimento, sendo um parâmetro relevante para o controle de qualidade dos agregados para uso cm concretos. A Figura 7 mostra que o diferença nos resultados de resistência média à compressilo dos concretos pode chegar a 17,6 MPa para a relação alc-0,4. As resistênciaS médias dos concretos com agregados no intervalo "d> 2,2" são semelhantes às dos concretos preparados con1 agregados naturais. Eles podem ser empregados em concretos estrUtUraiS convencionaiS com resistência mecânica superior a 20 MPa.

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XXI ENTMME- Natai-RN, novembro 2005.

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ReSistência méd1a é compressao (MPa)

Figura 7- ResL~tência é compressão média para concretos de agregados graúdos reciclados

A massa acumulada dos agregados graúdos de RCD reciclados no intervalo de densidade "d> 2,2" variou aprox.imadamente de 50 a 95%. Do ponto de vista industrial, essa concentração pode ser obtida através de equipamentO> gravíticos c-omo jigue ou outros. Neste caso, os jigues podem trabalhar numa faixa de variação granulométrica de 2 a 32 mm. compreendendo a fração graúda e m1úda dos agregados de RCD reciclados.

3. CONCLUSÕES

Granulometricnmcntc, os produtos podem ser classificados em dois tipos (graúdo e miúdo), ambos têm a mesma expressão quanto à distribuição de rnassu. A separação por l!quidos densos indica que 70% cm massa dos agregados reciclados apresentam densidade superior a 2,3 gicm3 e podem ~er produtos em potencial parn utilização cm concreto estrUtural. Estudos complementares concluíram que o procc:;s.'Ullento de RCDs por concentração densitária pode viabilizar a produção de agregados reciclados tanto para concreto estrutural (o> 20 MPa) como para concretos de alta resistência (o > 50 MPa) (l.Jlscn, 2004), aplicações que nllo podem ser cogitadas com a tecnologia de reciclagem arualmente disponível nas centrais de reciclagem brasileiras.

Em lermos de comrosição quimica nno foi encontrada nenhuma diferença substancial entre os três RCDs estudados que justifique a classificação vigente cm tipos I (cinza) e 11 (vermelho) segundo este critério. A composição química é essencialmente innuenciada pelo tamanho das panícula~. sendo que os agregados reciclados de Vinhedo têm menos aglomerantes.

Como os agregados graúdos de ltaquera. do tipo cinza e vennclho, apresentam distribuição de massa semelhante na separação por densidade c os agregado. graúdos do tipo vennelho de ltaqucra c Vinhedo apresentam distribuição em massa di;tiota, a classificação do RCD baseada no critério vi;ual também não deve ser empregada para a avaliação da qualidade das propriedades tisicas doo agregados reciclados.

Os óxidos de Si02 e AhO~ são proveniemes dos diversos tipos de si licatos e silico-aluminados provenientes das rochas natur-dis, da pasta de címento ou de cal endurecida e da cerâmica (vermelha ou branca) presente no RCD mineral. Já o óxido de cálcio é proveniente da pasta de cimento ou de cal endurecida já que, nesta região de estudo, existem poucas jazidas de agregados de origem calcária.

A partictpação em massa dos produtos de densidade inferior a I, 7 glcm1 é inferior a I O"lo, sendo que estes apresentam alto teor de contaminantes. A porcentagem de material de densidade entre 1,7 e 1,9 glcm1 é muito pequena nos casos de ltaqucra I e 11, porém chega a 10"/o na fraçllo graúda de Vinhedo 11 . A di~tribuição de produtos de melhor qualidade (peso específico acima de 2,2 gicm1) é maior para a fração miúda (cm tomo de 80"/o da massa total) do que para a graúda (entre 40 c 70%).

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Uls~n. C.; Kahn. I!; Ângulo, S.( .. John, V.M.

Os produtos da separa h i lidadc (tipo 11) graúdos não são semelhantes, apesar de mesma origem visual. Os agregndos graúdos de ltaqucra são de melhor qualidade para uso cm coní.:rclo. pois aprcscnlam maior participação de material com densidade acima de 2,2 g/cm1

. Dessa n.lrma a classificação visual não deve ser cmprcgad<l como critério de avali ação de qualidade dos produtos que podem ser obtidos.

4. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem aos órgãos de fomento FINI:P-Hahitarc (Fundo Verde Amarelo). CNPq, FAPESP (02í08615-0 c 02íOOX49-l) c às prefeituras das cidades de São Paulo c Vinhedo pelo apoio a rcalizaçõo do presente estudo.

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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