AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE INCORPORAÇÃO DE RESÍDUOS DE PEDRA CARIRI EM AMOSTRAS DE GESSO ORIUNDAS DO POLO DO ARARIPE.

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Materiais

Autores

Lima, P.H.P. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ) ; Lira, M.C.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CARIRI) ; Souza, T.D. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CARIRI) ; Pinto, L.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CARIRI) ; Neiva, L.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CARIRI)

Resumo

O objetivo desse trabalho é investigar a capacidade de incorporação de resíduos da Pedra Cariri, em amostras de gesso de reservas do polo gesseiro do Araripe. As amostras utilizadas foram de gipsita Rapadura e Johnson. Os materiais de estudo foram submetidos a caracterizações de análise química, para determinação das suas composições. As amostras de gibsita foram dopadas com resíduos de Pedra Cariri nas proporções de 1, 3 e 5%, em peso, e ensaiadas por microdureza e compressão. Observou-se que a dopagem exerceu influência direta no tempo de endurecimento das amostras, reduzindo-o com o aumento do teor incorporado. A dureza aumentou de acordo com o aumento do teor de resíduo, já para a compressão os dopados apresentaram maior resistência à compressão, comparados aos de gipsita pura.

Palavras chaves

Gipsita; Polo gesseiro do Araripe; Resíduos de Pedra Cariri

Introdução

A atividade de mineração de gesso no Nordeste brasileiro, que se estima a maior reserva de gipsita do país, devido à facilidade de extração e alta pureza do minério (CONDEPE, 1966). Estudos afirmam que a pureza do minério varia entre 88 e 98% (BALTAR et al., 2003; ARAÚJO, 2004). As reservas localizadas na região de Araripina, no estado de Pernambuco, abrangem os municípios de Araripina, Ipubi, Trindade, Exu, Santa Filomena, Ouricuri e Bodocó (MELO, 1988). O gesso produzido da gipsita (sulfato de cálcio di- hidratado) é obtido através da calcinação em fornos (BELFORT, 2002), com destino à construção civil. O polo gesseiro de Pernambuco é responsável por 90% da produção de gipsita do país, gerando mais de 12 mil empregos, sendo essa uma das mais importantes atividades econômicas desta região (SANTOS e SARDOU, 1996). Quanto ao processo de deterioração ecológica e social da região, foi referido “cautelosamente” no Plano Estadual de Controle da Desertificação de Pernambuco que classifica a região apenas como área com problemas ambientais, e por Sobral (1997), que aborda a temática com ressalva. Além dos problemas ambientais, o gesso gera problemas de saúde causados pela sua produção. Segundo dados de COUTINHO et al., (1994), apud MEDEIROS, (2003) a segurança do trabalho em ambientes de exploração de minérios tem diversos problemas (excesso de poeira, calor e ruído, por exemplo), sendo o trabalhador pouco atendido em relação aos serviços de saúde. Segundo o Sebrae, as principais causas das faltas no trabalho são alcoolismo, doenças comuns e atividades agrícolas. A poeira do gesso pode causar um vasto espectro de problemas à saúde das pessoas, acarretando desde efeitos irritativos nos olhos, nas mucosas e no aparelho respiratório, passando por efeitos cutâneos, ou até mesmo efeitos crônicos ou permanentes na saúde das pessoas. Há um relatório de síntese russa da década de 1960 que mostra a crescente incidência de rinites, laringites e faringites em trabalhadores de uma indústria de gesso naquele país (NIOSH, 2002; VOROPAREV, 1967). Animais expostos à poeira do gesso atestaram pneumonia e pneumoconioses, produzindo alterações na circulação sanguínea e linfática em nível pulmonar, como também grande dificuldade na respiração (YESO, 1989, p. 279). Sem dúvida, o Polo Gesseiro do Araripe é uma área de grande pressão sobre a vegetação nativa, uma vez que a matriz energética é extremamente dependente da lenha para calcinação da gipsita (ALBUQUERQUE, 2002). A ação antrópica se processa com grande intensidade, exigindo estratégias de contenção da devastação florestal que incluam: a aplicação de técnicas de plantio, planos de manejo florestal sustentável e medidas para evitar o processo de desertificação propiciado pela prática inadequada de exploração florestal. A Pedra Cariri, o segundo material abordado neste estudo, é advindo da Bacia Sedimentar do Cariri, a qual é uma das mais importantes do mundo devido à enorme quantidade e qualidade de preservação de fósseis. Está inserida na formação Santana que se constitui um importante sítio geológico e paleontológico do Brasil, situado na região Nordeste. Esta unidade é parte integrante da bacia sedimentar do Araripe. Litologicamente compõe-se de estratos horizontalizados de calcário intercalados a folhelhos sílticos e arenitos, depositados durante o Cretáceo Inferior (cerca de 120 milhões de anos) e é uma importante jazida de calcário, atualmente explorado para a indústria de rochas para fins ornamentais. A atividade mineira nos calcários da região de Nova Olinda e Santana do Cariri vem proporcionando, assoreamento de riachos, alteração do pH das águas e do aumento de zonas de erosão. Esse fato suscita certa urgência em medidas de preservação como a criação de parques temáticos, incrementando a economia regional como atividades eco turísticas (SILVA, 2008). Devido aos fatos expostos acima, o presente trabalho teve como objetivo a investigação da capacidade de incorporação de resíduos da Pedra Cariri, utilizado como dopante, em amostras de gesso extraídas de reservas pertencentes ao Polo Gesseiro do Araripe. Fazem parte dos objetivos deste trabalho avaliar a influência exercida pelo resíduo da Pedra Cariri sobre as propriedades físicas e mecânicas de corpos de prova a base de gesso bem como definir uma aplicação industrial viável e economicamente rentável para o resíduo mencionado uma vez que o mesmo é, atualmente, considerado um resíduo sólido poluente do meio ambiente.

Material e métodos

Materiais: As gipsitas Johnson (GJ) e Rapadura (GR) foram submetidas a valores de temperaturas na faixa entre 140 e 160°C, no entanto, a GJ foi submetida a um forno cujo ambiente estava sob pressão de vapor de água, saturado, em autoclaves, proporcionando uma liberação mais lenta da água de cristalização e uma maior uniformidade na desidratação, proporcionando cristais bem formados nas formas prismáticas e aciculares, característicos de hemi-hidrato do tipo α. A gipsita Rapadura, por sua vez, foi calcinada em um forno sob pressão atmosférica. A liberação da água de cristalização é rápida nesta forma de processamento, proporcionando a formação de cristais irregulares, fraturados e porosos, característicos de hemi-hidrato do tipo β. Os resíduos de Pedra Cariri foram beneficiados por meio dos seguintes procedimentos: britagem, moagem em moinho do tipo martelo e, por fim, peneiramento em malha de n° 30 ABNT. Caracterização química: A determinação da composição química das amostras de gipsita e de Pedra Cariri foi realizada por meio da técnica de fluorescência de raios x - FRX. Para isso foi utilizado um espectrômetro de fluorescência de raios x por energia dispersiva da marca Panalytical, modelo Série Epsilon 1.Procedimento realizado para confecção dos corpos de prova: O procedimento consistiu em Secagem das amostras de gipsita (Johnson e Rapadura) em estufa por 2 horas a 80°C. Peneiramento e pesagem do material a ser utilizado. Caso fosse feita a incorporação de Pedra Cariri na série, misturar-se-ia a gipsita com a massa de Pedra Cariri pré-estipulada por no mínimo 20 min, visando máxima homogeneidade. A massa de gesso foi polvilhada sobre a água, evitando a formação de grumos e montes. O material foi deixado em repouso, e em seguida misturado, desfazendo grumos e bolhas. A pasta obtida foi transferida para o molde, batendo com uma espátula, evitando o aprisionamento de bolhas de ar. A desmoldagem foi feita com o início do aquecimento dos corpos de prova. Estes foram identificados pela face rugosa (Superior), e deixados secando sob ar circulante por um tempo mínimo de 5 dias. Após a secagem, foram colocados na dessecadora por 24h, removendo-os apenas para realização dos ensaios mecânicos. Antes da realização dos ensaios, foi aferida a densidade dos corpos de prova. Caracterização mecânica: Esta etapa foi realizada com base nos ensaios de dureza e de compressão dos corpos de prova de gesso puro e dos incorporados com diferentes percentuais de resíduos de Pedra Cariri. Estes foram realizados de acordo com a NBR 12129. Para a dureza o equipamento utilizado foi um microdurômetro modelo DHTMV-1000. Sendo este realizado na face oposta à rugosa do corpo de prova, e em duas faces laterais rugosas do mesmo. Quanto a resistência a compressão as análises foram realizadas em uma máquina universal de ensaios da marca WDW- 300E, série 319. Sendo estas aplicadas sobre duas faces laterais opostas sobressalentes, até a ruptura dos mesmos.

Resultado e discussão

Caracterização química: Com a caracterização por FRX, foram obtidos os resultados das composições químicas, qualitativas e quantitativas, das amostras de materiais analisados neste trabalho, tais resultados estão apresentados na figura 1. As amostras de GJ (Figura 1a) e GR (Figura 1b) apresentam em sua composição majoritariamente CaO e SO₃, sendo estes valores semelhantes, no entanto, a amostra de rapadura apresenta mais teores de impurezas, como SrO, Al₂O₃, Ce₂O₃, Yb₂O₃, ZrO₂. Já a Johnson apresenta teores maiores de SiO₂, Fe₂O₃ e TiO₂, e não apresenta Ce₂O₃ e Yb₂O₃ na sua composição, o que confere sua maior pureza, como previsto na literatura. Além disso, pode-se observar que as duas amostras apresentaram teor muito baixo de impurezas (1,204% para a amostra de GJ e 1,19% para a de GR). Conforme a literatura, o minério de gesso obtido na região de Araripe possui percentual de impureza menor ou até 1,5%. Isso indica que as amostras deste estudo estão conforme a literatura. Os resíduos de Pedra Cariri (Figura 1c e d) são compostos majoritariamente por CaO, como também teores de outros óxidos, e apresentam teor de MnO e ZnO semelhante. O resíduo de pedra Cariri cinza (PCC) apresenta óxidos de ZrO₂ e SrO, que não são identificados na amostra de resíduo de pedra Cariri amarela (PCA); como também um maior teor de MgO e SO₃. Já esta segunda apresenta teores maiores de SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃. As impurezas silicosas e argilominerais tendem a diminuir a resistência do gesso. Devido a este fato, espera-se que com a incorporação haja uma maior resistência nas incorporadas com resíduo de PCC, comparada às amostras com o resíduo da PCA. Influência da incorporação de resíduos na coloração dos corpos de prova: Foi possível comparar a influência exercida pelos resíduos de Pedra Cariri sobre a coloração apresentada pelos corpos de prova (cp) confeccionados com a gipsita pura. Os confeccionados a partir das gipsitas puras do tipo Johnson e do tipo Rapadura se diferenciaram, dos que foram incorporados com resíduos de Pedra Cariri, em relação às colorações finais apresentadas; ficou perceptível que estes últimos se mostraram com colorações levemente amareladas em relação aos primeiros. Nos cp feitos a partir da GR pura, pôde-se observar uma discreta inclinação da coloração em direção à tonalidade amarela ao passo em que o percentual do resíduo de PCA foi aumentando. A incorporação dos resíduos de PCC, aparentemente, não exerceu influência sobre a tonalidade da coloração dos cp, comparado aos de GJ pura. Já os confeccionados a partir da gipsita pura do tipo Rapadura, a influência dos resíduos de PCA sobre a coloração se mostrou ainda mais intensa do que no caso anterior e, novamente, o resíduo de PCC, aparentemente, não exerceu influência sobre a tonalidade da coloração, comparado aos de GR pura. Caracterização física: Em relação a granulometria das amostras, as de Pedra Cariri e de gesso passaram quase que totalmente pela peneira de n° 30 ABNT. Em todas as séries, para todas as composições e para os dois tipos de gipsita, o resultado foi o mesmo: a massa que não conseguiu passar pela peneira foi inferior à 1g. Este resultado consta que o material obtido está em perfeita granulometria, segundo a norma técnica, o que comprova o valor deste material. Com relação ao tempo médio de endurecimento dos corpos de prova, este reduziu gradualmente, tanto de GR quanto GJ, com o aumento de percentual em peso de incorporante adicionado. Todos os parâmetros capazes de reduzir o tempo foram observados, como temperatura do molde, temperatura da sala, teor de água, umidade relativa do ar, dentre outros. Entretanto, como a única variação era o teor de incorporante, atribuiu-se esta redução ao mesmo. Este fato pode ser entendido pela redução de massa de gipsita necessária para reagir, visto que parte desta massa foi substituída por resíduo de pedra cariri. A gipsita do tipo Johnson, segundo a literatura, possui morfologia mais uniforme, maior pureza que a GR, o que a faz reagir bem mais rapidamente do que esta última. Pode-se observar um aumento na densidade dos cp de GR com o aumento de resíduo de pedra Cariri, tanto amarela como cinza (Figura 2a). O aumento é relativamente gradual com adição de resíduo de PCA, de 1 a 3%, com uma pequena queda com a adição de 5%. A adição de PCC deixa a densidade do cp menor, comparada aos incorporados com PCA; mas ainda possui uma densidade maior que este puro. No caso da GJ, só houve redução de densidade, comparado ao puro, em um caso (adição de 3% de resíduo de PCC, em peso); nos casos restantes, essa densidade manteve-se constante ou aumentou. A adição de 1% de PCA aumentou a densidade do cp, a de 3% deste resíduo manteve-se constante comparada ao cp puro, havendo um pequeno aumento com adição de 5% deste resíduo. No caso do incremento de PCC, a composição de 1% obteve maior densidade dentre todas as formulações, houve uma redução drástica com a adição de 3% de resíduo, seguida de um pequeno aumento a 5%. A densidade, de acordo com Pinho (2003), é um fator extremamente importante na determinação das propriedades mecânicas deste material. Segundo esta autora, um excesso de utilização de água no preparo dos cp diminui muito a densidade e com isso, há redução nas propriedades mecânicas. Este fato é explicado pela mesma devido a criação de defeitos volumétricos pelo excesso de água, e após a secagem, esses defeitos tornam-se pequenos vazios, os quais reduzem a resistência do material. Na Figura 2b se mostra a relação entre a densidade com a tensão de compressão, obtida no estudo da autora supracitada. Caracterização mecânica: Foram confeccionados 42 cp, em séries de três cp, onde cada série continha uma composição específica. Estes receberam sua nomenclatura de acordo com sua composição. No que diz respeito à microdureza, os cp de GR com adição dos resíduos apresentaram maior dureza em relação ao cp puro (Figura 2c). Com o aumento de incorporante, este valor aumentou em todos os corpos de GR. Este fato pode ser explicado pelo aumento de discordâncias na estrutura, o que pode aumentar as propriedades mecânicas. O mesmo se observa nos cp de GJ, com o diferencial de que esta tem valores de dureza maiores que os de GR. Em relação as amostras a base de GJ, todos os cp incorporadas com resíduo apresentaram maior resistência do que os puros, tendo destaque os que foram incorporadas com PCC, os quais apresentaram maior resistência à compressão em relação às demais (Figura 2d). Esse resultado corrobora com os resultados de FRX, devido à composição da mesma ser menor em compostos silicosos, o que de acordo com a literatura fragiliza o gesso. Nas amostras a base de GR, o resultado da caracterização mecânica foi similar. Em alguns casos, os corpos de prova romperam-se em um valor muito abaixo do normal. Verificou-se que as fissuras que estes apresentaram originaram-se a partir de pequenos grumos e rugosidades do corpo de prova, o que obviamente caracterizam pontos concentradores de tensão. Alguns apresentaram essas imperfeições na superfície por conta do molde utilizado (feito de silicone). Pelo fato do silicone ser um material com baixa estabilidade dimensional, quando comparado a materiais como o aço, o acrílico, os plásticos, entre outros, também usados para confeccionar moldes para a preparação de peças de gesso, alguns cp confeccionados neste trabalho apresentaram defeitos de instabilidade dimensional e irregularidades superficiais, fato este que pode ter comprometido a resistência mecânica dos mesmos. Para contornar esta situação, recomenda-se, portanto, a utilização de moldes que ofereçam maior estabilidade dimensional as amostras conformadas.

Composição química: a) Gipsita Johnson, b) Gipsita Rapadura, c) Pedra Cariri Amarela e d) Pedra Cariri Cinza.


a) Densidade das diferentes dopagens, b) Relação de tensão de compressão Vs. densidade, c) Microdureza das misturas e d) Resistência a compressão.

Conclusões

A determinação da composição química das amostras de gipsita evidenciou que os dois tipos de amostras possuem, individualmente, menos de 1,5% de impurezas em suas composições, e que a amostra de GJ apresenta percentual inferior de impurezas comparada a GR. Já para os dois tipos de resíduo de Pedra Cariri comprovou-se que as composições dos mesmos são formadas, majoritariamente, por CaO. A incorporação do resíduo de PCC não exerceu influência sobre a coloração dos cp a base de gesso, em contrapartida o de PCA influenciou discretamente. Essas observações valem para os dois tipos de gipsita. Quanto a influência sobre o tempo de endurecimento dos mesmos, o de PCC atuou diminuindo-o na medida em que o percentual adicionado foi aumentando. Em relação as propriedades mecânicas a dureza aumentou em função do aumento do percentual de resíduo de Pedra Cariri adicionado aos mesmos. O mesmo aconteceu para a resistência à compressão com destaque para o resíduo de PCC, com o qual obteve-se os melhores resultados. Para este último os valores obtidos estão dentro das especificações estabelecidas pela ABNT para o gesso destinado à construção civil; inclusive, estão acima dos valores médios estipulados pelo órgão normativo. A densidade dos corpos de prova variou entre 1,14 e 1,27 10³kg/m³, de acordo com a literatura esses dados conduzem a valores de resistências condizentes com as normas vigentes estabelecidas pela ABNT para o gesso. Dentre o percentual de resíduo empregado ficou constatado que o valor que levou às melhores respostas no que concerne as propriedades mecânicas dos cp foi o valor de 5% da PCC. Com isso, é possível incorporar resíduos de Pedra Cariri, em diferentes concentrações, nas amostras de gipsita estudadas neste trabalho.

Agradecimentos

Referências

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