Incorporação de cromo hexavalente em cimento aluminoso

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Materiais

Autores

Luz, C.A. (UTFPR-PB) ; Camargo, G.H. (UTFPR-PB) ; Baldin, C.R.B. (UTFPR-PB) ; Bonini, J.S. (UTFPR-PB) ; Navarini, C. (UTFPR-PB) ; Homrich, J.T.O. (UTFPR-PB)

Resumo

O dicromato de potássio possui em sua composição o metal pesado cromo hexavalente, presente também em alguns resíduos industriais e que impossibilitam sua disposição em aterros sanitários comuns, exigindo soluções de disposição diferenciadas e, às vezes, com alto custo. Este trabalho utiliza o cimento aluminoso Fondu, visando à aplicação da técnica de solidificação estabilização do cromo hexavalente presente no dicromato de potássio. As matrizes cimenticeas com o metal apresentaram boa resistência mecânica, com pouca alteração na formação das fases, porém a lixiviação foi de 12 ppm, sendo que o máximo permito para esse resíduo é de 5 ppm, segundo a NBR 10004.

Palavras chaves

cimento aluminoso; cromo hexavalente; resistência mecânica

Introdução

A atividade galvanotécnica industrial é um dos setores mais críticos no que diz respeito à emissão de poluentes no meio ambiente, tanto no aspecto de grandes volumes de descartes como também pelas suas características químicas, as quais são prejudiciais ao meio ambiente e aos seres humanos se descartados inadequadamente (BORGO, 2005). A NBR 10004:2004 o classifica os resíduos industriais contendo cromo hexavalente como resíduos perigosos, classe I e sua periculosidade é amplamente conhecida pela alta concentração de metais pesados em sua composição (BORGO, 2005). O descarte ou estocagem inadequada de resíduos industriais contendo cromo hexavalente causam danos ao meio ambiente e à saúde humana. A lixiviação de tais resíduos, por parte das águas das chuvas, pode promover a contaminação da cadeia alimentar com metais pesados (MILANEZ et. al., 2004). Solidificação/Estabilização (S/E) é uma tecnologia para gerenciar resíduos que vem sendo bastante empregada em países desenvolvidos. O sucesso desse processo está relacionado a interação do resíduo e da fixação de seus poluentes ao produto final (LUZ, 2005). A estabilização é a técnica que reduz a periculosidade de um resíduo com a conversão do contaminante em fases menos solúveis, menos móveis ou menos tóxicas, de forma que as características físicas não são necessariamente alteradas pelo processo de estabilização. Já solidificação envolve as técnicas cujo o resíduo é encapsulado em um sólido com alta integridade estrutural, não envolvendo, necessariamente, uma interação química entre resíduos e reagentes. Em geral os processos (S/E) adsorvem, encapsulam ou mudam as características físico-química do poluente no resíduo, resultando assim em um produto menos lixiviável (IVANOV, 2013). A produção do cimento Portland é caracterizada como um dos maiores consumidores de CaO, em relacionado a isso, tem-se uma demanda crescente por cimentos especiais, capazes de reduzir emissões de CO2 (BERETKA, et at., 1993), como o caso do cimento aluminosos (LUZ, 2005, NEVILLE, 1997). O cimento aluminoso é o aluminato de cálcio resultante da fusão de uma mistura de calcário, coque e bauxita com características de maior resistência à ação da água do mar. São tidos como especiais e sua composição vai conforme as proporções: CaO (35 a 42%), Al2O3 (38 a 40%), SiO2 (3 a 11%) e Fe2O3 (2 a 15%) (SILVA, 2009). O objetivo deste trabalho foi avaliar a capacidade do cimento aluminoso de encapsulamento do cromo haxavalente visando a solidificação de resíduos industriais contendo cromo.

Material e métodos

A composição química e as caracterisiticas físicas do cimento aluminoso Fondu utilizado como ligante na composição das pastas e argamassas apresenta como principais componentes; Al2O3 e CaO. A areia normalizada pelo IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas) segundo NBR 7214 (2015), foi utilizada para produção das argamassas para fins do ensaio de resistência à compressão e lixiviação. Utilizou-se como fonte de cromo hexavalente (VI) o sal de dicromato de potássio (K2Cr2O7) P.A - 99% de pureza. Para o estudo em pasta a relação água/cimento utilizada para todas as misturas (cimento/água/dicromato) foi de 0,4, com o objetivo de manter a mesma consistência nas pastas de referência e com 1% de cromo (VI).O preparo das pastas para realização dos estudos microestruturais de DRX (Difratometria de raios X), DSC (Análise Térmica Diferencial) e calorimetria de hidratação. A mistura foi realizada primeiramente a seco e posteriormente com adição da água gradual sob agitação manual constante por um período de tempo total de 60 segundos. Os estudos realizados em argamassa compreendem os ensaios de resistência mecânica e lixiviação (Cr+6 e Cr total) produzidas em matriz cimentícia, com relação água/cimento de 0,5. A relação de materiais secos foi de 1:3 (cimento/areia), com adições de cromo iguais àquelas utilizadas nas pastas. A definição dos quantitativos e a metodologia de preparo das argamassas foram padronizadas conforme a NBR 7215:1996. Os corpos de prova foram moldados em forma prismática 4x4x16cm, desmoldados após 7 dias de hidratação, sempre acondicionados em ambiente sob temperatura de 23° e umidade relativa do ar à 95%, até as idades de ensaio.

Resultado e discussão

Fez-se o monitoramento do calor de hidratação por um período de sete dias. Observou-se que as pastas isentas de cromo apresentaram uma liberação de calor mais rápida e mais intensa em relação à pasta com cromo hexavalente, indicando que a presença do sal implicou atraso e inibição do processo de hidratação do cimento. Os difratogramas foram realizados aos 7 e 28 dias de hidratação do cimento. Observou-se que aos sete dias, a adição de cromo hexavalente reduz a intensidade dos picos e retarda a ocorrência de algumas fases, corroborando com as curvas de calorimetria obtidas. Porém, após 28 dias de hidratação, as curvas das pastas com e sem cromo se mostram similares, mostrando que a interferência do cromo no processo de hidratação se dá apenas nos primeiros dias. Nas curvas de DSC, pode-se identificar algumas transformações endotérmicas caracterizadas pelos picos observados. Nas pastas com adição de dicromato de potássio e um tempo de hidratação de 7 e 28 dias, foram identificados os seguintes compostos: AH3, em aproximadamente 60° C que é característico das liberações de água combinada na estrutura da gibsita (gel) e água livre que não foi liberada no processo de secagem. CAH10, monoaluminato de cálcio com ocorrência em 130°C. As duas fases C3AH6 (aluminato tricalcico hidratado e AH3 (cristalino), teve ocorrência em 275°C. As fases formadas e suas respectivas faixam estão de acordo com a ocorrência do cimento aluminoso Fondu. Pela análise termogravimétrica observou-se que não houve uma diferença significativa nas perdas de massa para o mesmo intervalo de temperatura (30 – 550°C) para a pasta referência e com adição de dicromato de potássio, aos 7 e 28 dias. Os resultados obtidos pelo ensaio de resistência à compressão das argamassas de cimento Fondu contendo 0 e 1 (%) de cromo (VI) nas idades de 7 e 28 dias de hidratação foram, respectivamente, 30,5, 10,8, 23,0 e 12,4 MPa. Pode-se observar uma queda na resistência para as amostras com 1,0 (%) de cromo hexavalente, quando comparada às amostras de referência nas duas idades analisadas. Isto pode estar relacionado com redução da fase formada de C3AH6 nas amostras contendo cromo. A amostra que não possui nenhuma adição de dicromato de potássio sofre uma queda acentuada na resistência de 7 para 28 dias, sendo uma característica do cimento aluminoso, devido à conversão de fases que ocorre durante o seu processo de hidratação e relacionado ao aumento da porosidade, devido a redução do volume de sólidos. No entanto, ocorre uma inversão nesta característica quando a amostra com adição de dicromato de potássio passa dos 7 para os 28 dias com ganho de resistência. O resultado obtido no extrato lixiviado aos 28 dias de hidratação, realizado em argamassa, que continha adição de dicromato de potássio foi de 12,9 mg/L para cromo hexavalente e 13,0 mg/L para cromo total. O limite de detecção para cromo total em resíduos sólidos é de 5mg/L, valor esse, estabelecido pela norma vigente (NBR 10.004, 2004).

Conclusões

Observou-se que a presença do cromo causou um retardo no processo de hidratação do cimento aluminoso, o qual foi bastante evidente até sete dias, e bem discreto após 28 dias. Em relação à resistência mecânica, observou-se que a presença de cromo implicou intensa queda de resistência mecânica, mais intensa aos 7 dias. A presença do cromo evitou a queda de resistência típica que acontece nos cimentos aluminosos dos 7 para os 28 dias. Em relação ao teste de lixiviação, embora a concentração lixiviada de cromo tenha sido superior ao limite exigido pela NBR 100004, pode-se constatar que a retenção do metal pelo cimento aluminoso, de 88,5% foi um resultado satisfatório, uma vez que as condições da norma são bastante extremas e a solubilidade do cromo hexavalente é alta.

Agradecimentos

Os autores agradecem a instituição de fomento CAPES e a instituição de ensino UTFPR-PB.

Referências

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Resíduos sólidos - Classificação: NBR 10004. Rio de Janeiro, 2004c.

__________ Procedimento para obtenção de extrato lixiviado de resíduo sólido: NBR 10005. Rio de Janeiro, 2004.

BORGO, S.C. Minimização e Reciclagem de Logo Galvânico e Poeira de Jateamento. Dissertação de mestrado. Universidade Federal do Paraná, Curitiba, Paraná, 2005.

IVANOV, R.C. Influência do dicromato de potássio no comportamento do cimento aluminoso visando ao processo de S/E de resíduos com cromo. 2013. Dissertação de mestrado, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Paraná, 2013.

LUZ, C. A. Comportamento do cimento sulfo-aluminoso (CSA) e da cinza pesada (CZP) no tratamento de resíduos: Fosfogesso e lodo galvânico. 2005, 230 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil), Universidade Federal de Santa Catarina. Florianopólis, 2005.

MILANEZ, K.W., KNIESS, C.T., BERNARDIN, A.M., RIELLAN, H.G., KUHNEN, N.C. Caracterização de pigmentos inorgânicos à base de Fe, Zn e Cr utilizando resíduo de galvanoplastia como matéria-prima. Revista Cerâmica 51. 2005.

NEVILLE, A. M. Propriedades do Concreto. 2. ed. São Paulo - SP: PINI, 1997.

SILVA, J.O. Desenvolvimento De Estudos Para Elaboração Do Plano Duodecenal (2010 - 2030) De Geologia, Mineração e Transformação Mineral. Projeto De Assistência Técnica Ao Setor De Energia. Projeto Estal. Ministério De Minas E Energia – Mme, 2009.