Investigação da incorporação de lodo ETA de Manaus em tijolos de argila cozida

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Materiais

Autores

Pessoa Júnior, W.A.G. (IFAM CMDI) ; de Souza, J.L.F. (UFAM) ; Santana, G.P. (UFAM) ; Manzato, L. (IFAM CMDI)

Resumo

O descarte de lodos de estação de tratamento de água (LETA) quando realizado de maneira inadequada em leitos dos rios causam danos ao ambiente e a saúde humana. O presente trabalho propõe investigar a reutilização do LETA na produção de tijolos de argila cozida, como uma das alternativas viáveis e sustentáveis desse passivo ambiental. Os tijolos estudados (0, 5, 10, 20, 30 e 40 % m LETA/argila) foram moldados por extrusão e queimados a 900 °C. A argila e o LETA foram caracterizados por termogravimetria (TG) e difração de raios X (DRX) e foi realizado ainda o ensaio de compressão dos tijolos. Os resultados obtidos confirmaram a viabilidade da incorporação de LETA na produção de tijolos de argila cozida.

Palavras chaves

Sustentabilidade; Novo material; Resíduo Sólido Industrial

Introdução

Apesar de o descarte inadequado do LETA gerar inúmeros problemas ao meio ambiente e ser proibido pela legislação brasileira, cerca de 17 toneladas diárias desse resíduo são despejados diretamente nos corpos hídricos próximos às ETAs de Manaus (SANTOS et al, 2018). Nas últimas décadas, o reuso e reciclagem do LETA tem demandado grande interesse por pesquisadores, seja para minimizar os impactos ambientais negativos que sua eliminação gera ou para agregar valor ao resíduo que tem grande potencial para formar novos materiais. A aplicação do LETA já foi reportado pela literatura na fabricação de diversos produtos, tais como: cimento portland, potes cerâmicos, e tijolos geopoliméricos, devido ao alto teor de Sílica e Alumina em sua composição (ZHANG, 2013). Inserido no contexto de reutilizar de forma sustentável o LETA, a incorporação do lodo à argila para produzir tijolos surge como uma linha de pesquisa bastante viável. Algumas vantagens no uso do LETA em tijolos são (1) a preservação dos depósitos de argila, (2) a minimização dos impactos ambientais negativos gerados no processo de queima, pela emissão de gases poluentes na atmosfera e causadores do efeito estufa, CO₂, CO, vapor de água etc (UKWATTA et al, 2018), (3) a grande importância social e econômica que essa área industrial tem no mercado mundial, seja na geração de empregos ou na construção de edifícios, casas etc, e a (4) inertização de metais tóxicos que possam estar presentes na composição química do lodo. Mediante o exposto, este trabalho teve por objetivo avaliar a possibilidade da substituição parcial da argila pelo LETA, produzido no município de Manaus, na produção de tijolos cerâmicos de argila cozida, realizado pelo processo de queima.

Material e métodos

Coleta do LETA e da argila. O LETA foi cedido pelo Programa Águas para Manaus e produzido por uma de suas ETAs, as águas brutas utilizadas por essa estação foram captadas no Rio Negro e o coagulante utilizado no tratamento foi o sulfato de alumínio. Já a argila foi coletada diretamente do estoque de material de uma olaria, localizada na rodovia AM 070, em Iranduba (AM). Antes da realização dos ensaios, o LG e a argila foram secos em estufa por 24 horas a 105 °C e moídos por 2 h no moinho de bolas, separadamente. Preparação dos tijolos. Os dois materiais foram misturados junto com 30% m/m de água em uma batedeira nas seguintes proporções de LETA 0, 5, 10, 20, 30 e 40% m/m. Os blocos maciços foram moldados por extrusão nas dimensões 100x25x15 mm, secos por sete dias à luz do sol e queimados em forno tipo mufla, a 900 °C por três horas para produção dos tijolos. Para evitar as rachaduras no processo de queima, deixaram-se estáveis as temperaturas nos patamares de 150, 300, 450, 600 e 750 °C, durante uma hora. As amostras de LETA foram nomeadas LETAN (in natura) e LETAC (calcinado) e da argila ARGN e ARGC, in natura e calcinada, respectivamente. Caracterização estrutural do LETA e da argila. As amostras foram caracterizadas pela técnica de difração de raios X (DRX, BRUKER D2 Phaser, fenda de 0,6 mm, radiação de Cu Kα, 30 kV, 10 mA, faixa de varredura 5 a 70°) e por termogravimetria e sua derivada, (Analisador térmico simultâneo TG/DTG, TA Instrument, SDT Q600, atmosfera de nitrogênio 5.0, razão de aquecimento de 10 °C min-1, aproximadamente 10 mg de amostra até 1000 ºC). Resistência à compressão. A determinação da resistência à compressão dos tijolos foi realizada de acordo com a norma brasileira NBR 15270-2 (ABNT, 2017).

Resultado e discussão

A fig 1a exibe os difratogramas do LETA e da argila, in natura e calcinados,as fases cristalinas identificadas nas amostras in natura foram o SiO₂, caulinita e a muscovita 2M1 no LETAN e na ARGN; o rutilo no LETAN e a goetita na ARGN. Quando calcinados, verificou-se o surgimento de uma fase de hematita e de muscovita desidroxilada na LETAC e ARNC, além da presença de quartzo α na LETAC e do desaparecimento das fases de goetita e caulinita associados à desidratação e desidroxilação destes minerais. A partir das análises de TG (fig 1b) do LETAN, observaram-se quatro picos. O primeiro, antes de 100 °C e perda de massa 5,6% é relacionado à perda de moléculas de água absorvidas pela estrutura (OLIVEIRA et al, 2018). A segunda de 11,2% refere-se ao segundo e terceiro picos: 368 °C e 480 °C, atribuídos à perda de matéria orgânica e a formação da metacaulinita, respectivamente, um material amorfo que mantém as placas hexagonais da caulinita original e transforma o alumínio octaédrico em alumínio tetraédrico (GENG et al, 2018), o último pico em 738 °C e perda de massa de 0,8% se deve desidroxilação da muscovita (GRIDI-BENNADJI, 2010). Por outro lado, a argila possui apenas três picos como pode ser visto no termograma (fig 1c): 1) 48 °C, e perda de massa 3,04%; 2) 278 °C, relacionado a desidratação da goetita (BODIAN, 2018) e 3) 482 °C, atribuído a desidroxilação da caulinita. A fig 2a mostra os tijolos obtidos e a fig 2b, os valores de resistência a compressão, MPa: 0%- 1,74, 5%- 1,54, 10%- 1,32, 20%- 1,23, 30%- 1,00 que indicaram a viabilidade da proporção 5% em produzir tijolos de boa qualidade que satisfazem o valor limite estipulado na norma (1,5 MPa).

a) DRX das amostras LETAN, LETAC, ARGN e ARGC. b) TG/DTG do LETAN e c) TG/DTG do ARGN.


a) Tijolos produzidos, b) Gráfico de resistência a compressão dos tijolos produzidos (MPa).

Conclusões

Este trabalho mostrou a viabilidade da substituição parcial de até 5% de LETA na argila para produzir tijolos de argila cozida. O que ajuda na questão da sustentabilidade aumentando o ciclo de vida de um resíduo abundante descartado inadequadamente, em um novo material de valor agregado.

Agradecimentos

Os autores agradecem o suporte financeiro das agências Brasileiras CNPq, CAPES e FAPEAM e ao Laboratório de Síntese e Caracterização de Nanomateriais - IFAM CMDI.

Referências

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15270-2: Componentes cerâmicos – Blocos e tijolos para alvenaria Parte 2: Métodos de ensaios. Rio de Janeiro: 2017. p.16.
BODIAN, Séckou et al. Thermo-mechanical behavior of unfired bricks and fired bricks made from a mixture of clay soil and laterite. Journal of Building Engineering, v. 18, p. 172-179, 2018.
GENG, J.; SUN, Q. Effects of high temperature treatment on physical-thermal properties of clay. Thermochimica Acta, v. 666, p. 148–155, 2018.
GRIDI-BENNADJI, F. et al. Structural transformations of Muscovite at high temperature by X-ray and neutron diffraction. Applied Clay Science, v. 38, p. 259–267, 2008.
OLIVEIRA, H. A. et al. Estimating isotherm parameters of drying clay for the ceramic industry of Sergipe , Brazil. Applied Clay Science, v. 161, n. April, p. 211–214, 2018.
SANTOS, G. Z. B.; MELO FILHO, J. A.; MANZATO, L. Proposta de uma cerâmica obtida por meio de geopolimerização de lodo de ETA calcinado. Cerâmica, v. 64, p. 276–283, 2018.
UKWATTA, A. et al. A study of gas emissions during the firing process from bricks incorporating biosolids. Waste Management, p. 1–14, 2018.
ZHANG, L. Production of bricks from waste materials – A review. Construction and Building Materials, v. 47, p. 643–655, 2013.