Reaproveitamento dos Resíduos de Britagem de Granito Uso como

Transcrição

UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
REAPROVEITAMENTO DOS RESÍDUOS DE BRITAGEM DE GRANITO
Uso como agregado artificial na construção civil
ROBSON ARRUDA DOS SANTOS
João Pessoa - PB
Dezembro de 2011
REAPROVEITAMENTO DOS RESÍDUOS DE BRITAGEM DE GRANITO
Monografia apresentada à Coordenação do
Curso de Engenharia Civil da Universidade
Federal da Paraíba como requisito para
obtenção do grau de Bacharel em Engenharia
Civil.
ORIENTADOR: PROF. DR. BELARMINO BARBOSA LIRA
João Pessoa - PB
Dezembro de 2011
FOLHA DE APROVAÇÃO
REAPROVEITAMENTO DOS RESÍDUOS DE BRITAGEM DE GRANITO:
Trabalho de Conclusão de Curso em 21/12/2011 perante a seguinte Comissão Julgadora:
____________________________________________________
_____________________
Prof. Dr. Belarmino Barbosa Lira
Departamento de Engenharia Civil e Ambiental do CT/UFPB
____________________________________________________
_____________________
Prof. Drª Ana Cristina Taigy
Departamento de Engenharia Civil e Ambiental do CT/UFPB
____________________________________________________
_____________________
Prof. Drª Nelma Mirian Chagas de Araújo
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da
Paraíba/IFPB
____________________________________
Prof. Leonardo Vieira Soares
Coordenador do Curso de Graduação em Engenharia Civil
Agradecimentos
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Ao Prof. Belarmino B. Lira, paciente orientador, pela orientação desde o meu 2º
período de curso.
Às professoras Ana Cristina Taigy e Nelma Mirian Chagas de Araújo, que
participaram da banca examinadora e propuseram importantes modificações para
apresentação da versão final deste trabalho, contribuindo para que eu o aquilatasse.
Agradeço a todos que colaboraram desde o início, de maneira direta e indireta, para
que esse projeto fosse concluído. Professores e técnicos do IFPB/Cajazeiras, que me ajudaram
a chegar à universidade, agradeço-lhes, em especial aos professores Maria José Araújo (da
qual sou fã), Wilza Carla Moreira, Maria do Socorro Costa, Margarida Maria de Araújo e às
estimadas assistentes sociais, Maria das Graças e Francisca Lins.
Por dividir comigo a convivência na Residência Universitária da UFPB, agradeço à
Leogildo Alves, Thaise Amorim, Thiago Trajano, Bárbara e Elisabeth Cristina.
Aos meus colegas de estágio: Ramísio Vieira (grande amigo), Pollyanna Gomes,
Cinthia Cecília, Janienne Medeiros, Laísa Santos, Aldenor Souza e às minhas supervisoras,
Prof. Ana Cristina Taigy (estimada professora e grande profissional), Uyguaciara Castelo
Branco e Suzana Guerra.
Agradeço ao amigo Gesiel Prado, que me incentivou à pesquisa.
Ao meu grande amigo Ranilson Oliveira, pela amizade de longa data, o irmão que
escolhi.
A minha família, sempre presente: Alzeni Arruda (Mãe), José Manoel (Pai), Amanda
Arruda (Irmã), Renata Arruda (Irmã) e Maria José (Prima), meu amores.
Ao meu colega de curso, Raphael Wanderley, que me ajudou nos ensaios de
laboratório. Também aos meus colegas da ENGEOTEC Jr., especialmente a Jéssika Cahino.
Por fim, porém não menos importante agradeço a companhia de Pedro Pereira nos
últimos ajustes deste trabalho, por estar sempre me lembrando da hora de estudar.
Ao CNPq pelo apoio financeiro.
Aos meus pais,
Maria Alzeni e José Manoel (Jota), e minhas irmãs Amanda e Renata, que mesmo
longe estão sempre presentes.
Ao meu “porto seguro”.
Resumo
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A indústria da construção civil é responsável pelo emprego abundante de diversos recursos
naturais e é uma grande geradora de resíduos. A problemática destes resíduos pode ser
resolvida, visto que há tecnologia suficiente para seu tratamento e correta disposição final.
Este trabalho tem como escopo estudar o reaproveitamento dos resíduos gerados nas
instalações de produção de brita oriundas das rochas graníticas que são utilizados como
agregado para construção civil. Para se determinar a qualidade do material analisado, os
resíduos, foram realizados ensaios de acordo com as normas para agregado miúdo utilizados
na construção civil. Tendo as características do resíduo, foram moldados corpos de prova de
concreto, onde neste foi substituído totalmente a areia natural pelo resíduo. Foram realizados
ensaios de resistência à compressão nos corpos de prova aos setes dias de cura, onde foi
obtido uma média de 15,37 MPa para um fck = 20 MPa. Visto que um concreto convencional
já adquire resistência próxima ao fck aos setes dias, o valor inferior com a substituição da
areia pelo resíduo foi devido ao aumento do consumo de água para se obter o abatimento e
trabalhabilidade desejados. Outro fator foi a utilização do resíduo tal como se amostrou na
empresa, como o material apresenta uma superfície especifica elevada devido a sua
granulometria o fator a/c foi elevado. Para se obter um agregado economicamente viável e
com bom desempenho é preciso classificar o material, assim foi proposto em escala industrial
a utilização de hidrociclones para se obter cortes granulométricos para eliminação das frações
mais finas e assim diminuir o consumo de água possibilitando às suas aplicações, concreto e
argamassa, um desempenho aceitável. Desta forma, é possível reaproveitar os resíduos da
britagem da rocha granítica, aumentando as reservas de agregados naturais e contribuindo
para o desenvolvimento de “tecnologias limpas” na construção civil.
Palavras - chave: Reaproveitamento de resíduos, Construção Civil, Granito.
Abstract
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Civil construction is responsible for a high number of jobs, use several natural solid materials
and generate great quantities of residues. As the consequence appears the problems related to
the kind of treatment that should be carried out to treat the residues. The target of this work is
to study the reutilization of fine material produced at the granit rocks crusher plants, applying
it as aggregated by the civil construction. In order to verify the characteristics of the fine
residues material the tests according to the fine aggregated civil construction norms were
conducted. The analyses of this residue was carried out using standard concrete tests. The
sand used in concrete production was replaced by the fine stone residues from crusher plant.
For the laboratory production of concrete contained residue the additives were not used. The
screen analyses of the residues showed great amount of submesh fraction material. This
indicates that the material should be classified by hydrocyclones to remove part of the
submesh fraction. The hydrocyclonage is more appropriated to classify fine residues in
industrial scale due to operational cost. It was conducted compression resistance test to the
concrete at 07 days of curing and was obtained average values of 15,37 MPa for a fck = 20
MPa. The conventional concrete obtained a resistance close to the fck at the seven days of
curing by the replacing of the natural sand by the fine residues from granit crusher
installation. The compression resistance value decreased due to the high water consumption
and using residues of the crusher plant without any treatment. This material has higher
specific surface because of very fine granulometry. There is a need of classification of this
material by hydrocyclones to eliminate the submesh fraction and use the “undersize” fraction
of the hydrocyclone to produced the concrete. The hydrocyclone is efficient in industrial scale
for cut size of the fine material. This way the granit rock crusher fine residues may replace
natural sand used in the concrete production. This replacement may contribute to preserve the
natural sand deposits and to develop the clean technology of the civil construction industry.
Key – words: Reutilization the residues, Civil construction, Granit.
Lista de Figuras
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Figura 1 – Subsetores da indústria da construção civil ......................................................... 16
Figura 2 – Esquema de tratamento de rejeito (ARRUDA, 2009).......................................... 24
Figura 3 – Esquema típico de um hidrociclone (INÊS, 2008)............................................... 26
Figura 4 – Difratograma de Raio X do Resíduo .................................................................... 34
Figura 5 – Curva granulométrica do resíduo (agregado miúdo) ........................................... 35
Figura 6 – Curva granulométrica do agregado (Zona de areia grossa) ................................. 36
Figura 7 – Curva granulométrica do agregado graúdo .......................................................... 37
Figura 8 – Decantação do resíduo ......................................................................................... 37
Figura 9 – Máquina para capeamento dos corpos de prova .................................................. 38
Figura 10 – Granulometria do resíduo classificado por peneiramento .................................. 40
Figura 11 – Material retido na peneira de 2,36 mm .............................................................. 41
Figura 12 – Material retido na peneira de 1,19 mm .............................................................. 41
Figura 13 – Material retido na peneira de 600 µm ................................................................ 42
Figura 14 – Material retido na peneira de 300 µm ................................................................ 42
Figura 15 – Material retido no fundo..................................................................................... 42
Figura 16 – Aparência do concreto com resíduo ................................................................... 44
Figura 17 – Corpo de prova na máquina de ensaio de resistência à compressão .................. 45
Figura 18 – Corpos de prova rompidos ................................................................................. 45
Figura 19 – Resultado da resistência à compressão e flexão, em MPa ................................. 46
Figura 20 – Interface do programa de otimização de hidrociclones...................................... 47
Figura 21 – Conjunto de hidrociclones ................................................................................. 48
Figura 22 – Esquema do processo industrial do resíduo ....................................................... 49
Lista de Tabelas e Quadros
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Quadro 1 – Produção anual brasileira (em toneladas) ........................................................... 17
Quadro 2 – Principais utilizações dos agregados .................................................................. 17
Quadro 3 – Processo algébrico .............................................................................................. 30
Tabela 1 – Granulometria do resíduo (Agregado miúdo)...................................................... 35
Tabela 2 – Granulometria do agregado graúdo ..................................................................... 36
Tabela 3 – Granulometria do agregado classificado ............................................................. 39
Tabela 4 – resultados da resistência à compressão aos 7 dias ............................................... 44
Lista de abreviaturas e siglas
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ABCP
Associação Brasileira de Cimento Portland
ABNT
Associação Brasileira de Normas Técnicas
ACI
American Concrete Institute
CT
Centro de Tecnologia
LABEME
Laboratório de Ensaios de Materiais e Estruturas
NBR
Norma Brasileira
UFPB
Universidade Federal da Paraíba
UFRN
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
UFPE
Universidade Federal de Pernambuco
Sumário
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Capítulo 1 – Introdução ...................................................................................................... 12
1.1 Justificativa ...................................................................................................................... 13
1.2 Objetivo ........................................................................................................................... 14
1.2.1 Geral ............................................................................................................................. 14
1.2.2 Específicos .................................................................................................................... 14
Capítulo 2 – Fundamentação teórica ................................................................................. 15
2.1 A indústria da construção civil ........................................................................................ 15
2.1.1 Edificações.................................................................................................................... 15
2.1.2 Construção pesada ........................................................................................................ 15
2.1.3 Montagem industrial ..................................................................................................... 16
2.2 Agregados ........................................................................................................................ 16
2.3 Rocha ornamental – granito ............................................................................................. 18
2.4 Técnicas de processamento mineral ................................................................................ 19
2.4.1 Cominuição................................................................................................................... 19
2.4.1.1 Britagem .................................................................................................................... 19
2.4.1.2 Moagem ..................................................................................................................... 20
2.4.2 Classificação ................................................................................................................. 20
2.4.2.1 Peneiramento ............................................................................................................. 20
2.4.2.2 Hidrociclonagem ....................................................................................................... 21
2.4.3 Separação gravimétrica................................................................................................. 21
2.4.4 Filtragem ....................................................................................................................... 21
2.4.5 Flotação ........................................................................................................................ 21
2.4.6 Separação magnética .................................................................................................... 22
2.4.7 Separação eletrostática ................................................................................................. 23
2.4.8 Técnicas de processamento mineral x Reaproveitamento de resíduos industriais ....... 24
2.4.9 Classificação dos resíduos de britagem do granito ....................................................... 25
2.4.9.1 Hidrociclone .............................................................................................................. 25
2.4.9.2 Modelamento matemático ......................................................................................... 27
2.4.9.3 Modelo de Lynch-Rao para modelamento de hidrociclones ..................................... 27
2.4.9.3.1 Equações do modelo de Lynch e Rao ..................................................................... 28
2.5 Correção granulométrica ................................................................................................. 30
2.5.1 Processo algébrico ........................................................................................................ 30
2.5.2 Construção gráfica de Ruthfuchs ................................................................................. 31
2.5.3 Processo do triângulo ................................................................................................... 32
Capítulo 3 – Metodologia e estudo de aplicação ............................................................... 33
3.1 Ensaios em materiais ....................................................................................................... 33
3.1.1 Agregado miúdo (Resíduo de britagem de granito) ..................................................... 34
3.1.1.1 Granulometria ............................................................................................................ 34
3.1.2 Agregado graúdo .......................................................................................................... 36
3.1.2.1 Granulometria ............................................................................................................ 36
3.1.3 Concreto ....................................................................................................................... 37
3.1.4 Argamassa .................................................................................................................... 38
Capítulo 4 – Resultados e discussão ................................................................................... 41
4.1 Agregado reciclado .......................................................................................................... 41
4.2 Concreto .......................................................................................................................... 44
4.3 Argamassa ....................................................................................................................... 45
4.4 Processo industrial para reaproveitamento do resíduo .................................................... 46
4.4.1 Software para otimização de hidrociclone .................................................................... 47
Capítulo 5 - Considerações finais ....................................................................................... 50
Referências
Arruda, R. – Reaproveitamento de resíduos de britagem de granito
12
Capítulo 1 – Introdução
▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪
A indústria da construção civil é responsável pelo emprego abundante de diversos
recursos naturais e grande geradora de resíduos. Com isso, surge a problemática relacionada
com o tratamento, reciclagem, reutilização e/ou processamento dos resíduos gerados que são
depositados na natureza, agentes de sérios impactos ambientais.
O reaproveitamento de resíduos é uma alternativa econômica e ecologicamente viável,
que proporciona um destino definitivo para os resíduos oriundos não só da construção civil,
como também de indústrias de mineração, por exemplo, extração de mármore e granito.
Durante o beneficiamento das rochas naturais, 25% a 30% são transformados em pó, sendo
que no Brasil, estima-se que sejam geradas 240000 toneladas/ ano de resíduos destas rochas.
Sem um direcionamento correto, este pó é depositado em locais totalmente inapropriados,
gerando graves impactos ambientais (FORMIGONI, 2006).
Em decorrência dessa problemática, se torna imprescindíveis estudos que apontem
uma solução, seja em nível de reutilização, reciclagem, processamento ou mesmo correta
disposição final destes resíduos. Empregando o resíduo do granito como agregado em
argamassas e concretos, seria diminuída a quantidade de componentes destas aplicações que
possuem jazidas limitadas, sendo evitadas técnicas de extração danosa e economicamente
dispendiosas.
Em síntese, se pode afirmar que este uso dos resíduos visa um equilíbrio entre o
crescente setor da construção civil e a presente necessidade de preservar jazidas limitadas de
recursos naturais.
O estado da Paraíba é o terceiro maior produtor de rochas ornamentais da região
Nordeste, com isso se nota que com essa quantidade lavrada e beneficiada, principalmente do
granito para produção de brita é gerada uma grande quantidade de resíduos de pó de brita, que
são despejados na natureza. Esses resíduos podem ser utilizados em várias aplicações e neste
projeto se aplica a tecnologia disponível em processamento mineral para produção de
agregado para construção civil, aumentando as reservas naturais destes.
O campo de estudo do Tratamento de Minérios utiliza diversas técnicas, para separar,
classificar e concentrar minérios. Essas técnicas são amplamente utilizadas na indústria da
mineração, contudo, também podem ser aplicadas em outros processos.
Este estudo aborda a aplicação dos resíduos do processo de britagem do granito para
produção de agregado para construção civil. Assim, se tem como produto um material que
13
diferente na areia natural, constituída principalmente por quartzo, é uma mistura dos minerais
que formam o granito, essencialmente o quartzo, feldspato e a mica. Logo, há a necessidade
de controlar a porcentagem desses minerais no agregado em estudo. Para tanto são utilizadas
técnicas como peneiramento e hidrociclonagem para se fazer cortes em faixas granulométricas
desejadas a fim de obter as características desejadas para o agregado.
Na pesquisa se buscou analisar a viabilidade de utilização dos resíduos em questão
sem que haja gasto excessivo com seu tratamento, visto que já existem estudos em nível de
mestrado e doutorado que contemplam a utilização do resíduo através de tratamento especial.
No entanto, estes trabalhos já publicados, em sua maioria, versam apenas aplicações em nível
de laboratório, sem avaliar a utilização do resíduo em larga escala.
Para avaliar a utilização do resíduo como agregado, foi calculado um traço de concreto
com a substituição da areia pelo resíduo e moldados corpos de prova para medir a influência
nos resultados na resistência à compressão. Não foi utilizado aditivo plastificante na mistura
de concreto, com o propósito de avaliar a trabalhabilidade da pasta sem aditivo. Foi avaliada
também a aplicação em argamassa.
Buscando
alternativa
tanto
gerencial,
como
tecnológica
dos
resíduos
do
beneficiamento do granito para produção de brita, este projeto reveste-se de uma grande
importância, visto a necessidade da indústria da construção civil por materiais de boa
qualidade e desempenho, que assim contribuirão para qualidade dos produtos, bem como o
aprimoramento de novas tecnologias no âmbito do processo construtivo.
Este trabalho se divide em capítulos, que abrangem: Capítulo 1 – Introdução, que
apresenta a problemática e se discute sua inserção no contexto atual da engenharia; Capítulo 2
Fundamentação teórica, espaço para apresentação do referencial bibliográfico que norteou o
trabalho; Capítulo 3 – Metodologia e Estudo de aplicação, aborda a metodologia utilizada e a
aplicação estudada em concreto e argamassa; Capítulo 4 – Resultados e discussões, neste
capítulo são apresentados os resultados do estudo de aplicação (avaliação qualitativa e
quantitativa); Capítulo 5 – Considerações finais, neste se faz um apanhado geral do trabalho,
no contexto local (resultados obtidos) e sua relação no contexto de outras pesquisas.
1.1 Justificativa
O
avanço
em
pesquisas
que
proponham
alternativas
para
reaproveitamento/beneficiamento de resíduos é de suma importância visto o impacto
ambiental gerado por estes.
14
Publicada no Diário Oficial da União de 23 de junho de 2008, a PORTARIA Nº 222,
Institui o Plano Nacional de Agregados Minerais para Construção Civil - PNACC, e dá outras
providências. Esse plano tem o objetivo de garantir o suprimento adequado de insumos
minerais vitais ao crescimento econômico e à melhoria da qualidade de vida da população
brasileira. Assim, este trabalho contribui para vitalidade desta portaria, uma vez que aponta
soluções para a problemática dos resíduos concomitante a redução da exploração das jazidas
naturais dos agregados. Deste modo, a pesquisa reveste-se de uma importância técnicocientífica de controle tecnológico dos resíduos do beneficiamento do granito para produção de
brita.
1.2 Objetivo
1.2.1 Geral
Este trabalho tem como escopo estudar o reaproveitamento dos resíduos gerados nas
instalações de produção de brita oriundas das rochas graníticas que são utilizados como
agregado para construção civil.
1.2.2 Específicos
•
Estudar as técnicas de Tratamento de Minérios para aplicação no reaproveitamento dos
resíduos de britagem do granito.
•
Avaliar a completa utilização do resíduo, em todas as suas faixas granulométricas.
15
Capítulo 2 – Fundamentação teórica
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2.1 A indústria da construção civil
A indústria da construção civil ocupa posição de destaque na economia nacional,
sendo responsável por uma parcela significativa do Produto Interno Bruto (PIB) do país.
Dados recentes indicam que o macrocomplexo desta indústria responde por 15% do PIB
nacional (SOUZA, 2004).
A construção civil está entre os principais complexos produtivos que mais consomem
Minerais Industriais (CIMINELLI, 2003). Segundo Mariano (2008), esta também é líder em
geração de resíduos, e isto pode ser observado desde a produção de insumos, que caracteriza a
geração anterior à própria etapa construtiva.
A referida indústria representa um segmento de grande importância para o
desenvolvimento e crescimento do país. É necessário observar também que isso é devido a
algumas especificidades desse setor, tais como: baixa relação capital/produto; utilização
intensa de mão-de-obra, incluindo-se nesta a inserção de operários com baixo nível de
escolaridade; reduzidos níveis de importação (MELLO, 2009).
A construção civil é dividida em subsetores, sendo que esta divisão pode variar entre
alguns autores. A Fundação João Pinheiro (1992) considera três subsetores principais:
Edificações, Construção Pesada e Montagem Industrial, esta classificação é a mais utilizada
na literatura.
2.1.1
Edificações
Trata-se do subsetor em que se enquadram as construções de edifícios comerciais ou
industriais, de ordem pública ou privada. Este subsetor pode ser representado por empresa de
pequeno e médio porte, mas também de grande porte (ARAÚJO, 2002).
2.1.2
Construção pesada
Obras de saneamento, barragens, hidroelétricas, túneis, dutos e obras de tecnologia
especial são exemplos de obras incluídas nesse subsetor. Por ser um subsetor onde são
aplicados grandes investimentos, geralmente estatais, é representado por empresas de grande
porte (ARAÚJO, 2002).
Arruda, R. – Reaproveitamento de resíduos de britagem
britagem de granito
2.1.3
16
Montagem industrial
Neste subsetor, atuam empresas voltadas para a montagem de estruturas para a
instalação de indústrias, de sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica
e de sistemas de telecomunicações (MOURA, 1998).
Figura 1 – Subsetores da indústria da Construção Civil.
Indústria da
construção civil
Edificações
Construção
pesada
Montagem
industrial
2.2 Agregados
O termo “agregados para a construção civil” é empregado no Brasil para identificar
um segmento do setor mineral que produz matéria-prima
matéria prima mineral bruta ou beneficiada de
emprego imediato na indústria da construção civil. São basicamente a areia e a rocha britada
(VALVERDE, 2001).
Agregados para Construção Civil são materiais granulares, sem forma e volume
definidos, de dimensões e propriedades estabelecidas para uso em obras de engenharia civil,
tais como, a pedra britada, o cascalho e as areias naturais
naturais ou obtidas por moagem de rocha,
além das argilas e dos substitutivos como resíduos inertes reciclados, escórias de aciaria,
produtos industriais, entre outros. Os agregados são abundantes no Brasil e no mundo
(DNPM, 2009).
Os agregados podem ser naturais ou artificiais. Os naturais são os que se encontram de
forma particulada na natureza (areia, cascalho ou pedregulho) e os artificiais são aqueles
produzidos por algum processo industrial, como as pedras britadas, areias artificiais, escórias
de alto-forno,
forno, argilas expandidas, resíduos da construção civil e mineração, entre outros.
A ABNT NBR 7211 fixa as características exigíveis na recepção e produção de
agregados, miúdos e graúdos, de origem natural, encontrados fragmentados ou resultantes
resultante da
britagem
tagem de rochas. Dessa forma, define areia ou agregado miúdo como areia de origem
natural ou resultante da britagem
brita
de rochas estáveis, ou a mistura de ambas, cujos grãos
passam pela peneira ABNT de 4,8 mm e ficam retidos na peneira ABNT de 0,075 mm. Define
Defin
ainda agregado graúdo como pedregulho ou brita proveniente de rochas estáveis, ou a mistura
17
de ambos, cujos grãos passam por uma peneira de malha quadrada com abertura nominal de
152 mm e ficam retidos na peneira ABNT de 4,8 mm.
Minerações típicas de agregados para a construção civil são os portos-de-areia e as
pedreiras, como são popularmente conhecidas. Entretanto, o mercado de agregados pode
absorver produção vinda de outras fontes. No caso da areia, a origem pode ser o produtor de
areia industrial ou de quartzito industrial, ambas geralmente destinadas à indústria vidreira e
metalúrgica (VALVERDE, 2001).
Quadro 1 – Produção anual brasileira (em toneladas)
Bem Mineral
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
6
244,4
240,8
214,1
201
238
255
279
6
190,6
189,8
168,8
187
172
199
217
6
435
430,6
383,9
388
410
454
496
Areia (10 t)
Brita (10 t)
Total (10 t)
Fonte: DNPM (2009)
Pelo quadro acima é perceptível o crescente consumo de agregados pela construção,
assim verifica-se também em ordem direta o crescimento do montante de resíduos do
processo de produção de brita, poluindo o meio ambiente. Assim, o projeto contempla
aspectos econômicos e grandes ganhos na redução de resíduos em áreas urbanas e/ou rurais.
Quadro 2 – Principais utilizações dos agregados
Agregado
Areia Artificial e Areia Natural
Pedrisco
Brita 1
Brita 2
Brita 3
Brita 4
Rachão, pedra de mão ou pedra
marroada
Utilização
Assentamento de bloquetes, tubulações em geral, tanques,
emboço, podendo entrar na composição de concreto e asfalto.
Confecção de pavimentação asfáltica, lajotas, bloquetes,
intertravados, lajes, jateamento de túneis e acabamento em geral.
Intensivamente na fabricação de concreto, com inúmeras
aplicações, como na construção de pontes, edificações e grandes
lajes.
Fabricação de concreto que exija maior resistência,
principalmente em formas pesadas.
Também denominada pedra de lastro utilizada na ferrovias.
Produto destinado a obras de drenagem, como drenos sépticos e
fossas.
Fabricação de gabiões, muros de contenção e bases.
Brita graduada
Em base e sub-base, pisos, pátios, galpões e estradas.
Fonte: KULAIF (2001) apud DNPM (2009)
18
O quadro 2 mostra a vasta aplicação dos agregados, seja artificial ou natural, na
construção civil. O controle tecnológico dos agregados é de suma importância, pois refletirá
posteriormente na qualidade do material. Assim, é necessário que haja pesquisas para o
desenvolvimento e aperfeiçoamento de aplicações de agregados na construção, visto o
crescimento da indústria da construção e a necessidade de materiais mais resistentes e
versáteis.
2.3 Rocha ornamental – Granito
As rochas ornamentais são materiais que agregam valor principalmente através de suas
características estéticas, destacando-se o padrão cromático, desenho, textura e granulação. No
tocante à classificação comercial, os principais tipos de rochas ornamentais são os granitos e
os mármores. Para o setor, o termo granito designa um amplo conjunto de rochas silicáticas,
compostas predominantemente por feldspatos e quartzo. Abrangem rochas homogêneas
(granitos, sienitos, monzonitos, charnoquitos, diabásios, basaltos, etc...) e as chamadas
movimentadas (gnaisses e migmatitos). O Brasil possui uma das maiores reservas mundiais
de granitos (superiores a 1.500.000.000 m³), sendo a extração realizada diretamente dos
maciços rochosos, bem como dos matacões isolados sobre existentes (DUTRA, 2006).
O granito é uma rocha plutônica ácida, com aproximadamente 75% de sílica; cristais
de 1 a 5 mm, ou maiores; de cor cinza. Sua taxa de ruptura sob compressão é de
aproximadamente 90 MPa. Esta rocha geralmente fornece agregados de excelente qualidade,
pois são resistentes, tem baixa porosidade e absorção de água e não reagem com os álcalis do
concreto de cimento Portland. As rochas graníticas possuem uma grande diversidade de tipos
e cores, destacando-se o preto, branco, azul, marron, amarelo e verde, além dos
movimentados. Algumas rochas produzidas no estado da Paraíba são conhecidas com os
seguintes nomes comerciais: Preto São Marcos, Azul Sucuru, Green Space, Bordeaux Fuji,
Branco Fuji, Marron Madeira, Juparaná Florença, Róseo Picuí, Gold Fuji e Branco Floral
(PARAHYBA, 2009).
A Paraíba é o terceiro maior produtor de rochas ornamentais da região Nordeste, com
a mineração de rochas graníticas e quartizíticas, estando em primeiro e segundo lugar, Bahia e
Ceará, respectivamente. Os quartzitos apresentam-se como as opções populares para
revestimento, com a produção de ladrilhos de baixo custo, oriundos de jazidas situadas em
Junco do Seridó e Várzea (Santos, 2002, apud PARAHYBA, 2009).
19
2.4 Técnicas de processamento mineral
O tratamento de minérios ou processamento mineral é o campo que se dedica à
redução e separação de tamanhos de produtos minerais e à separação das espécies minerais
presentes nos minérios, para obtenção de concentrados e produtos aceitáveis pelo mercado,
dentro das especificações demandadas pela sua utilização final. O mineral ao passar pelo
processo de beneficiamento há alterações relacionadas na sua granulometria, mas não são
alteradas suas características químicas, os métodos e separação e classificação são
essencialmente físicos para que não se altere a estrutura interna da matéria (CHAVES, 2006).
A seguir são apresentadas as técnicas: cominuição, peneiramento, hidrociclonagem,
concentração gravimétrica, separação magnética, eletrostática, espessamento, filtração e
flotação, onde serão apresentados os conceitos e aplicações. Essas técnicas selecionadas
podem fazer parte de um processo para obtenção de agregados reciclados com maior
qualidade, contudo, algumas acarretam alto custo, assim, se dá ênfase ao processo de
cominuição e classificação.
2.4.1
Cominuição
A operação unitária de cominuição está presente na maioria dos procedimentos de
processamento mineral. A operação de fragmentação, no campo de beneficiamento de
minérios, agrupa um conjunto de técnicas que tem por finalidade reduzir, por ação mecânica
externa e algumas vezes interna, um sólido, de determinado tamanho em fragmentos de
tamanho menor (FIGUEIRA, 2004).
Podemos destacar a cominuição de dois tipos de materiais, homogêneos e
heterogêneos. A cominuição de materiais heterogêneos visa separar os minerais mais valiosos
dos minerais de ganga, mineral sem interesse econômico, enquanto que no mineral
homogêneo o objetivo é reduzir à granulometria requerida para liberação do mineral-minério
(LIRA, 1990, 2005).
Os processos de cominuição são basicamente divididos em 2 classes distintas:
britagem, que corresponde à etapa inicial, e moagem, etapa final da cominuição.
2.4.1.1 Britagem
Britagem é um processo que se aplica quando a redução de tamanho envolvida visa a
obtenção de um produto com granulometria superior a 10 mm. A mesma se desenvolve em
20
estágios seguintes: britagem primária, secundária, terciária e eventualmente quaternária. Em
cada estágio obtém-se uma determinada relação de redução, definida pelo quociente da
dimensão da alimentação pela dimensão do produto. A relação ideal é a de 4 para 1. Os
mecanismos envolvidos compreendem basicamente impacto, compressão e cisalhamento. Os
equipamentos tradicionalmente utilizados são os britadores giratórios, de mandíbulas,
cônicos, de rolos e de impacto, horizontal e vertical (DUTRA, 2008).
2.4.1.2 Moagem
Enquanto a britagem se aplica quando a redução de tamanho envolvida visa a
obtenção de produtos com granulometria superior a 10 mm, a moagem se aplica à
granulometria inferior a 10 mm. A moagem também se desenvolve em gradativos estágios,
considerando-se as relações de redução pertinentes. Os mecanismos envolvidos compreendem
basicamente impacto, compressão e cisalhamento, como na britagem. Os equipamentos mais
usados são os moinhos tubulares rotativos (bolas e barras), vibratórios, de rolos e de impacto
(DUTRA, 2008, LIRA,1990).
2.4.2
Classificação
2.4.2.1 Peneiramento
O peneiramento consiste na separação de um material em duas ou mais classes,
estando estas limitadas uma superior e outra inferiormente. No peneiramento a úmido
adiciona-se água ao material a ser peneirado com o propósito de facilitar a passagem dos finos
através da tela de peneiramento. O material retido na tela da peneira é denominado oversize e
o passante, undersize. (CARRISO, 2004).
Os peneiramentos industriais a seco são realizados, normalmente, em frações
granulométricas de até 6 mm. Entretanto, é possível peneirar a seco com eficiência razoável
em frações de até 1,7 mm. A úmido, o peneiramento industrial é normalmente aplicado para
até 0,4 mm, mas recentemente tem sido possível peneirar partículas mais finas, da ordem de
50 µm (CARRISO, 2004).
21
2.4.2.2 Hidrociclonagem
Os hidrociclones são equipamentos de classificação que dividem as partículas do fluxo
de entrada, imersas em líquido, em duas correntes: uma superior, que leva ao overflow do
classificador, e transporta as partículas mais leves; e uma inferior, que leva ao à descarga, ou
underflow, do classificador, e transporta as partículas mais pesadas. Dezenas de variáveis
determinam a eficiência de classificação, incluindo fatores relacionados à geometria do
hidrociclone, às condições operacionais e as características do material a ser classificado.
2.4.3
Separação gravimétrica
A concentração gravimétrica, ou gravítica, foi a principal ferramenta de
beneficiamento de minérios até o início do Século XX, quando ocorreu o advento da flotação.
Atualmente ainda é um método importante, principalmente por apresentar bons resultados
com baixo custo. É um processo que se baseia na diferença de densidade existente entre os
minerais presentes, utilizando-se de um meio fluido, água ou ar, para realizar a separação. Os
equipamentos tradicionalmente utilizados são os jigues, mesas vibratórias, espirais, cones e
“sluices” (DUTRA, 2008).
2.4.4
Filtragem
A filtragem é uma importante fase do processamento industrial em praticamente todos
os campos de produção de materiais. É definida como a operação de sólidos contidos numa
polpa onde a fase liquida, denominada filtrado, é forçado a passar através de um meio poroso,
chamado de meio filtrante, enquanto que a fase sólida, torta da filtração, forma uma camada
sobre a superfície do meio poroso (LUZ, 1995).
O processo pode ser conduzido de forma contínua ou intermitente, sob a ação de
vácuo ou pressão induzida. Os equipamentos tradicionalmente utilizados são os filtros a vácuo
(tambor, disco, correia etc.) o os filtros prensa (DUTRA, 2008).
2.4.5
Flotação
A aplicação dos princípios da termodinâmica para o sistema de flotação tem
contribuído significativamente para o entendimento dos princípios básicos do sistema de
22
flotação. Quando aplicado a sistemas físicos e químicos, a flotação, os princípios
termodinâmicos seguem os seguintes tópicos:
As condições químicas da substância, ou os diferentes estados físicos da mesma
substância existem equilíbrio.
Quando especificado as condições químicas da reação, ou a mudança de fase ocorre de
forma espontânea.
A relação entre a mudança de calor e outras formas de energia em uma reação química
por mudança de fase.
O efeito da temperatura nas reações químicas e na fase de equilíbrio (GOLDAN,
1976).
Atualmente é usado no tratamento de quase todos os tipos de minérios, devido à sua
grande versatilidade e seletividade. Permite a obtenção de concentrados com elevados teores e
expressivas recuperações. É aplicado tanto no beneficiamento de minérios com baixo teor,
quanto nos que exigem moagem fina para se atingir a liberação desejada.
O processo se baseia no comportamento físico-químico das superfícies das partículas
minerais presentes numa suspensão aquosa. A utilização de reagentes específicos,
denominados coletores, depressores e modificadores, permite a recuperação seletiva dos
minerais de interesse por adsorção em bolhas de ar. Os equipamentos tradicionalmente
adotados se dividem em 2 classes, mecânicos e pneumáticos, dependendo do dispositivo
utilizado para efetivar a separação. A flotação é adotada na produção de areias quartzosas de
elevada pureza, cloretos, feldspatos, fluorita, fosfatos, magnesita, sulfetos, talco
etc
(DUTRA, 2008).
2.4.6
Separação magnética
A separação magnética é um método consagrado na área de processamento de
minérios para concentração e/ou purificação de muitas substâncias minerais. Pode ser
empregada, dependendo das diferentes respostas ao campo magnético associadas às espécies
mineralógicas individualmente, no beneficiamento de minério e na remoção de sucata (LUZ
at al, 1995).
A propriedade de um material que determina sua resposta a um campo magnético é
chamada de susceptibilidade magnética. Com base nessa propriedade os materiais ou minerais
são classificados em duas categorias: aqueles que são atraídos pelo campo magnético e os que
são repelidos por ele. No primeiro caso tem-se os minerais ferromagnéticos, os quais são
23
atraídos fortemente pelo campo, e os paramagnéticos, que são atraídos fracamente. Aqueles
que são repelidos pelo campo denominam-se de diamagnéticos. O procedimento pode ser
feito tanto a seco como a úmido. O método a seco é usado, em geral, para granulometria
grossa e o a úmido para aquelas mais finas (LUZ, 1995)
A separação magnética é adotada na produção de areias quartzosas, feldspatos,
nefelina sienitos e para separar do lixo objetos de metal que serão reciclados.
2.4.7
Separação eletrostática
A separação eletrostática é um processo de concentração de minérios que se baseia nas
diferenças de algumas de suas propriedades, tais como: condutibilidade elétrica,
susceptibilidade em adquirir cargas elétricas superficiais, forma geométrica, densidade entre
outras. Para promover a separação é necessária a existência de dois fatores elétricos:
•
um campo elétrico de intensidade suficiente para desviar uma partícula eletricamente
carregada, quando em movimento na região do campo;
•
carga elétrica superficial das partículas, ou polarização induzida, que lhes permitam
sofrer a influência do campo elétrico (LUZ,1995).
O termo eletrostático é empregado com freqüência porque os primeiros separadores
eram de natureza puramente eletrostática, sem o chamado fluxo iônico. Atualmente são
usados equipamentos avançados, com maior aplicação comercial, em que a energia elétrica é
aplicada em forma de fluxo iônico e denominada de eletrodinâmica. O sucesso da separação
eletrostática dos minerais está relacionado à eficiência do mecanismo de eletrização dos
mesmos. As espécies mineralógicas devem responder de forma diferente tanto ao
carregamento superficial de cargas como ao campo elétrico aplicado a elas, e, ainda, à sua
natureza, composição química etc (LUZ, 1995).
Para que ocorra a separação dos minerais os mesmos devem estar individualizados, o
que favorece a sua eletrização seletiva. Outro fator a ser considerado é o limite inferior da
granulometria de liberação que deve ser da ordem de 20 µm. Em tais condições deve haver
uma quantidade mínima de massa, suficiente para que haja uma atração efetiva por parte da
força elétrica aplicada. Dentre os processos de eletrização, três deles apresentam relevância
para o método de separação. São usadas eletrizações por contato ou atrito, por indução e por
bombardeamento iônico. Cada processo proporciona, certo aumento na carga superficial das
partículas; no entanto, as
operações práticas são levadas a efeito por dois ou mais
mecanismos conjuntamente (LUZ,1995).
britagem de granito
2.4.8
24
Técnicas de processamento mineral x Reaproveitamento de resíduos industriais
Pesquisas do grupo de Tecnologia Mineral e Ambiental da UFPB já chegaram a bons
resultados com a reutilização dos resíduos industriais do beneficiamento do caulim, pó
cerâmico, vindo da indústria de porcelanato e gesso, da construção
construção civil. Estes resíduos foram
estudados na composição de uma argamassa com propriedades termo – acústicas e também, a
partir dos resíduos de gesso, produzir anidrita1 (LIRA, 2009). Antes de estes resíduos serem
aplicados passaram por um processo de separação e classificação para concentrar o material
desejado. Assim, pode ser feito
f
semelhante com o resíduo dee britagem do granito, pois assim
é possível concentrar o material em faixas granulométricas distintas, resultando em diferentes
agregados.
A figura 2 apresenta um esquema dos processos de tratamento de minérios e sua
aplicação para o reaproveitamento
reaproveitam
dos resíduos industriais:
Figura 2 – Esquema de tratamento de rejeito (ARRUDA
RRUDA, 2009).
Fonte: Autor
1
(CaSO4) . Forma anidra da gipsita, diidratado do sulfato de cálcio (CaSO4.2H2O).. Um dos principais minerais
de sulfato de cálcio e, na natureza, é freqüentemente encontrado associado à gipsita. Em laboratório é obtido pela
desidratação da gipsita.
25
Esse esquema é uma forma generalizada para resíduos industriais. No caso em estudo,
resíduos da britagem do granito, as etapas aplicáveis correspondem ao peneiramento (em
escala experimental) e classificação (em escala industrial). As outras etapas deixariam o
projeto de reaproveitamento dispendioso, sendo que com a classificação já se tem um bom
resultado.
2.4.9
Classificação dos resíduos de britagem do granito
2.4.9.1 Hidrociclone
O hidrociclone, também conhecido por ciclone hidráulico, ciclone de liquido,
separadores centrífugos, é um importante aparelho destinado a separação de suspensões, em
geral, sólido-líquido que se caracteriza por usar o efeito de centrifugação como principal
agente de classificação de partículas minerais, separando-as por tamanho (SOCCOL, 2003;
BARBOSA, 2008). Atualmente, na maioria das aplicações, os hidrociclones vêem
substituindo os classificadores verticais, tipo de classificador que leva em conta o efeito da
densidade das partículas e são usualmente utilizados em regime de sedimentação impedida
CARRISSO (2004).
Abaixo são citadas algumas das principais aplicações para os hidrociclones segundo
Carrisso (2004):
•
Espessamento - elimina a maior parte da água de uma polpa;
•
Deslamagem - elimina as partículas mais finas. Isto é normalmente necessário para os
processos de separação magnética a úmido, filtração, etc;
•
Classificação - frequentemente utilizado no fechamento de circuito de moagem onde o
underflow do hidrociclone retorna ao moinho; Classificação e Peneiramento;
•
Classificação seletiva – por meio de uma configuração de hidrociclones em série, é
possível obter-se um conjunto de produtos com granulometria definida;
•
Pré-concentração - utilizando hidrociclones de fundo chato, pode-se realizar
concentração por gravidade onde os minerais mais densos são descartados pelo
underflow.
Na Figura 3 é apresentado um hidrociclone convencional, o qual consiste em uma
câmara cilíndrico-cônica com entrada tangencial e duas saídas de material. O material de
alimentação do hidrociclone consiste numa polpa, que é geralmente composta pela mistura de
britagem de granito
26
água e minério
inério em proporções de sólido-líquido
sólido
preestabelecidas.. Essa polpa é injetada sob
pressão por uma entrada tangencial. A mesma segue uma trajetória helicoidal no interior do
hidrociclone criando uma região de baixa pressão no centro do equipamento. As partículas
part
são separadas sob ação de duas forças, a centrífuga e da gravidade, assim, as partículas mais
densas acumulam-se
se nas paredes do classificador devido a força centrífuga e saem pelo
orifício inferior, underflow,
underflow, devido a ação da força da gravidade. As partículas mais finas
concentram-se
se no centro ou vórtex do aparelho e tendem a sair pelo rebalse gerando o
overflow (BARBOSA, 2008; CARRISSO, 2004).
2004)
Figura 3 – Esquema típico de um hidrociclone (INES, 2008).
Fonte: Inês (2008)
Por trabalhar através de consumo de energia elétrica para alimentação de corrente na
bomba de polpa, o processo de hidrociclonagem pode tornar um problema ao invés de uma
solução (economicamente
economicamente viável).
viável . A análise de circuitos que operam com hidrociclones
mostram que o manuseio inapropriado de suas funções acarreta grandes perdas, tanto
energética, pois o material passaria mais tempo sendo processado para se chegar na
granulometria desejada, quanto perda de material, pois em condições de operação deficientes
deficiente
a eficiência de classificação do hidrociclone é prejudicada.
Com a possibilidade de se enfrentar um problema de geração de resíduos para
beneficiamento
iciamento de um material que já é um resíduo, é preciso buscar uma alternativa que
anule ou minimize esses erros de operação com hidrociclones. A geração de resíduos resulta
das falhas no controle das variáveis de operação do aparelho, para tanto, pode-se
pode utilizar do
27
modelamento matemático deste para determinar as condições ótimas de funcionamento.
Assim, através de ferramenta computacional todas as variáveis de operação do hidrociclone
são trabalhadas de forma otimizada.
2.4.9.2 Modelamento matemático
O desenvolvimento de processos e modelos matemáticos voltados à otimização do
circuito de classificação explica-se pela vasta utilização de moinhos e hidrociclones operando
em circuito fechado, em diversas aplicações industriais de grande relevância sócio-econômica
(LIRA,1990; KOMUENCH, 2000 apud BARBOSA, 2008).
São inúmeras as atividades industriais que se utilizam dos hidrociclones como
classificador. Essa vasta aplicação dos hidrociclones se dá por especificações técnicas que lhe
atribuem uma série de vantagens em relação a outros métodos de classificação de partículas,
onde se pode citar seu baixo custo de investimento e operação, são compactos, não
apresentam partes móveis e não agridem o meio ambiente (KAPUR, 1998 apud BARBOSA,
2008).
Modelos matemáticos constituem uma ferramenta poderosa para avaliação,
otimização, controle e dimensionamento dos equipamentos utilizados na indústria de
processamento mineral. A utilização destes modelos possibilita uma melhor eficiência
operacional dos circuitos instalados e permite implementar métodos confiáveis no
dimensionamento de novas instalações, baseados em dados laboratoriais, planta piloto e
usinas.
A concorrência e exigência do mercado, bem como o crescente custo dos insumos,
principalmente o energético, vem solicitando à indústria mineral uma melhoria na eficiência
operacional de suas usinas. Dentro deste contexto os circuitos de cominuição/classificação
possuem um papel fundamental, tanto do ponto de vista de custo global da operação como na
qualidade do produto.
2.4.9.3 Modelo de Lynch-Rao para modelamento de hidrociclones
Baseado nas dimensões geométricas e uma extensiva quantidade de dados
operacionais dos hidrociclones industriais, Lynch e Rao desenvolveram as equações destes
equipamentos para estabelecer sua característica de desempenho. As mudanças nas variáveis
denominadas: Capacidade (Q); Tamanho de classificação (d50); Recuperação de água no
28
underflow (Rf) e Recuperação volumétrica da polpa no underflow (RV), são controladas pelas
seguintes variáveis que podem ser ajustadas:
•
•
•
•
Diâmetro do “Vortex Finder”;
Diâmetro do “Spigot”;
Pressão de alimentação;
Concentração de sólidos na polpa.
A influência do “inlet”, ângulo do cone e comprimento do hidrociclone são
quantificados nas equações apresentadas posteriormente. Entretanto, as características do
minério no comportamento dos hidrociclones não são incorporadas. Em conseqüências, um
extensivo número de dados em pelo menos um dos classificadores a ser analisado, são
requeridos para determinar as constantes que dependem do material.
O modelo consiste numa série de equações que descrevem: relação entre vazão do
ciclone e a pressão da alimentação; curva padrão de partição; vazão de água; d50c (diâmetro
mediano de partição, corrigido) (CHAVES, 2006).
São definidas como variáveis de projeto: os diâmetros do vortex finder, apex e da
entrada de alimentação. São definidas como variáveis de operação: vazão, porcentagem, de
sólidos na alimentação e distribuição granulométrica da alimentação (CHAVES, 2006).
O método de Lynch e Rao é válido para hidrociclones industriais de 15 a 26 polegadas
de diâmetros os quais tratam polpas com 0 a 70% de sólidos em peso sob pressão acima de
4psi (GUTIÉRREZ, 1985 apud BARBOSA, 2008).
Trabalhando as equações de Lynch e Rao de forma geral, permite também, o trabalho
com ciclones de diâmetros menores. O diâmetro do apex ou spigot deve ser menor que o
diâmetro do vórtex finder e a porcentagem de sólido no underflow deve ser menor que um
certo valor limite com vistas a evitar o roping effect que ocorre quando o material da polpa se
deposita na parte cônica do hidrociclone fazendo com que o produto da descarga seja expelido
em forma de corda.(BARBOSA, 2008).
2.4.9.3.1 Equações do modelo de Lynch e Rao
O modelo de Lynch e Rao é descrito pelas 4 equações abaixo, que são
respectivamente: Equação da capacidade volumétrica, distribuição de água, d50 corrigido e
curva de eficiência reduzida (BARBOSA, 2008).
= . . . ( − ) ( Equação da capacidade volumétrica)
29
[1]
Onde:
Q = volume de polpa na alimentação do ciclone (m³/h);
p = pressão na alimentação do ciclone (psi);
dVF = diâmetro de vótex finder (pol);
PSF = porcentagem de sólido em peso da alimentação do hidrociclone;
A0 , A1 , A2, A3 = constantes típicas para o sistema mineral-hidrociclone.
= + . + . (Equação de distribuição de água)
[2]
Onde:
WOF = fluxo de massa de água no overflow (t/h);
WF = fluxo de massa da água na alimentação (t/h);
dspig= diâmetro do apex (pol);
B0 , B1 , B2 = constantes típicas para cada sistema mineral-hidrociclone investigado
( ) = + . + . + . + (Equação de d50 corrigido)
[3]
Onde:
d50c = tamanho de partícula em micrometros, material com mesma probabilidade de
aparecer no “overflow” e no “underflow”;
C0 , C1 , C2 , C3 , C4 = constantes típicas para cada sistema mineral-hidrociclone
investigado.
=
!
" !
(Equação para a curva de eficiência reduzida)
[4]
Onde:
α = parâmetro característico do material sendo classificado;
d = tamanho da partícula (µm);
d50c = valor de d50 corrigido (µm);
y = eficiência corrigida para partículas de tamanho d (eficiência reduzida para
partículas com tamanho adimensional d/d50).
30
2.5 Correção granulométrica
Com o exposto sobre a obtenção de cortes granulométricos através da
hidrociclonagem, surge então a possibilidade de correções granulométricas por meio dos
produtos da classificação realizada. Caso haja a necessidade de um material com uma
granulometria específica é possível obtê-la com a mistura de dois ou mais materiais, a fim de
que esta mistura se enquadre na granulometria desejada.
Para tanto, existem processos clássicos para essa correção em solos, apresentado pelo
Caputo (1983): Processo algébrico, Processo do Triângulo e Construção Gráfica de
Rothfuchs.
Esses métodos são aplicados para diferentes tipos de solo, logo, para utilizá-los nesse
trabalho se tomou precauções quanto à sua aplicação. Os processos, abaixo expostos,
passaram por adaptações de cálculo para se trabalhar com o resíduo de britagem de granito,
pois ao contrário da aplicação geral dos métodos, não existem granulometrias diferentes de
solos distintos, apresentam-se granulometrias diferentes de um mesmo tipo de solo, o resíduo
em questão.
2.5.1 Processo Algébrico:
Desejando compor uma mistura com três materiais, por exemplo, M1, M2, M3, cujas
porcentagens dos três agregados são, a, b e c são representadas no quadro 3, admite-se que as
porcentagens desejadas para a mistura sejam A, B e C, respectivamente.
Quadro 3 – Processo algébrico
Componentes
Agregado grosso
d > 2 mm
Agregado fino
0,074 mm < d < 2 mm
Material Ligante
d < 0,074 mm
Totais
Mistura
M1
M2
M3
Porcentagens
....
a1
a2
a3
an
A
b1
b2
b3
bn
B
c1
c2
c3
cn
C
100
100
100
100
100
X1
X2
X3
Xn
Mistura estabilizada
Para encontrar as porcentagens dos agregados necessários para correção, se utiliza da
resolução de sistemas lineares. Greco (2011) diz que o projeto de misturas deve considerar o
número de materiais a serem misturados e as tolerâncias das especificações a serem atendidas.
31
A autora ressalta que as especificações são feitas para vários intervalos de diâmetros de grãos
e como esses intervalos são quase sempre em número superior ao número de materiais
disponíveis para a mistura, o projeto de misturas recai na resolução de sistemas com mais
equações que incógnitas. Assim, é possível que não se encontre uma única solução para o
sistema. Mas como a solução buscada não corresponde a uma única curva granulométrica,
pode ser adotada uma solução dentro da faixa de granulometria desejada.
No entanto, para se facilitar os cálculos e tornar o sistema possível e determinado se
têm uma única solução para o problema. Como exposto em Caputo (1986), considera-se três
parâmetros para a dosagem, material grosso, fino e ligante, assim, viabiliza-se a mistura ao se
trabalhar com três diferentes materiais. Assim, se tem como solução para o sistema:
%&
)
$ &
*&
1
%'
)'
*'
1
.& %& + .' %' + .( %( = 1
%(
1
.&
. ) + .' )' + .( )( = 2 7
)(
2
, -.' / = 0 4 ⇒ 6 & &
*(
.& *& + .' *' + .( *( = 3
3
.(
1
.& + .' + .( = 1
1
O sistema como está apresentado acima possui mais equações do que incógnitas, logo
solução. No entanto, a linha 3 do sistema pode ser removida, pois os valores de *8 serão
se torna possível e indeterminado. Assim, se torna necessário fazer uso de artifícios para
praticamente nulos, devido a granulometria do resíduo não apresentar partículas menores de
0,074 mm. Logo, o sistema a ser resolvido se reduz a:
.&%& + .' %' + .( %( = 1
9 .& )& + .' )' + .( )( = 2 7
.& + .' + .( = 1
Assim, sabidos os coeficientes %: , ): e *: , encontra-se a porcentagem de cada
agregado na mistura, .&, .', .(, que podem ser calculados por qualquer método de resolução
de sistema de equações lineares.
2.5.2 Construção Gráfica de Rothfuchs
Segundo Greco (2011) o método gráfico de Rothfuchs ou método das áreas
balanceadas é aplicável a misturas de um número qualquer de materiais. Caputo (1983)
descreve o princípio em que se baseia este método:
britagem de granito
32
- A curva granulométrica desejada é, por hipótese, representada pela diagonal 00’ de
um retângulo,
ângulo, em que um dos lados é graduado em porcentagem, de 0 a 100, numa escala
linear. A partir desta escala e da reta 00’ define-se
define se a escala horizontal, relativa aos diâmetros,
e que é uma escala proporcional.
Método gráfico de Rothfuchs (CAPUTO, 1983).
- Sobre este diagrama, cujas escalas já estão definidas, traçam-se
traçam se as curvas granulométricas
dos materiais, substituindo-as,
substituindo as, em seguida, por segmentos de retas tais que as áreas por eles
compreendidas com as curvas primitivas, sejam compensadas e mínimas em valor absoluto.
- As extremidades opostas destes segmentos são ligadas, duas a duas, por outros segmentos,
os quais interceptam a curva granulométrica 00’ em pontos que, finalmente, determinarão as
proporções de cada material na mistura desejada.
As curvas
urvas dispostas dos materiais A, B e C, na ordem da direita pra esquerda, tem suas
porcentagens marcadas no eixo das ordenadas de cima para baixo, respectivamente, A, B e C.
2.5.3 Processo do triângulo
gulo
Este processo é apresentado por Caputo (1983), onde são dispostas as porcentagens de
agregado grosso, fino e ligante. No entanto, não se ver aplicação prática desse método ao
estudo em questão, visto que a porcentagem do material abaixo com diâmetro menor 0,074
mm é nula.
33
Capítulo 3 – Metodologia e estudo de aplicação
▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪
A pesquisa foi desenvolvida realizando, inicialmente, um planejamento das atividades
a serem executadas, determinando os colaboradores oriundos da universidade e empresa de
produção de brita. Abaixo estão dispostas as atividades:
1. Estudos sobre mineralogia, processamento mineral e metodologias de gestão ambiental;
2. Visitas às instalações de britagem da empresa colaboradora;
3. Coleta de material (pó de brita) para ensaios de laboratório;
4. Execução dos ensaios de análise física e química.
5. Análise dos resultados dos ensaios;
6. Análise da viabilidade de aplicação do material como agregado na construção civil;
Os resíduos utilizados neste trabalho foram amostrados em uma pedreira do Estado de
Pernambuco, pois uma análise prévia dos tipos de britadores e todo o processo de
beneficiamento do granito, esta se mostrou com maior rendimento. Caso as amostras fossem
coletadas de uma empresa com dimensionamento muito distante do aceitável, viriam muitas
partículas na granulometria de brita no material, que iria prejudicar sua aplicação.
3.1 Ensaios de materiais
O material em estudo se trata de um resíduo resultante da operação de britagem de
granito, operação mecânica de redução de partículas para produção de brita. Torna-se
necessário saber a composição química do material para se determinar suas potencialidades e
restrições quanto a sua aplicação. Para tanto foi realizado o ensaio de Difração de Raio X no
resíduo, que se observa na figura 4.
O DRX mostra que são identificados os minerais, ou grupos de minerais, no resíduo: F
– Feldspato, Q – Quartzo e C – Coríndon. O quartzo é um mineral duro muito comum,
composto de sílica cristalina (SiO2). A dureza do quartzo, como a do feldspato, deve-se ao
arranjo da estrutura do Si-O, que é muito forte. O feldspato mais comum em granitos são os
alcalinos, que contém potássio ou sódio (MEHTA, 2008). O Coríndon pode está associado a
calcita, feldspatos e micas, apresentando alta dureza na escala de Mohs.
britagem de granito
34
Os minerais constituintes do resíduo confirmam a inspeção visual de que não havia
minerais agregados que pudessem prejudicar a aplicação do material como agregado, apenas
as frações
es muito finas em que se tem material micáceo já desagregado.
Figura 4 – Difratograma de Raio X do resíduo
Fonte: Autor
3.1.1 Agregado miúdo (Resíduo de britagem de granito)
3.1.1.1Granulometria
A tabela 1 mostra o resultado do ensaio de granulometria para o agregado miúdo, que
neste trabalho é a substituição da areia natural pelo resíduo de britagem de granito. As figuras
5 e 6 são a representação gráfica dos resultados da referida tabela.
Pelos resultados da tabela 1, calcula-se
se o módulo de finura e o diâmetro máximo do
agregado. Sabendo que o módulo de finura (M.F) é dado pela soma das porcentagens
284,11
= 2,8411
100
acumuladas (retidas) em todas as peneiras da série normal, dividida por 100, tem-se
tem que:
;. < =
35
Sendo o diâmetro máximo das partículas (Dmáx) igual ao número de peneira da série
normal na qual a porcentagem acumulada é inferior ou igual a 5%, temos que:
Dmáx = 2,38 mm
A massa específica (FG ) do agregado é dado pela NBR 9776, que resultou em FG =
2,702 g/cm3.
Tabela 1 – Granulometria do resíduo2 (agregado miúdo)
Peneira
(mm)
Massa
retida (g)
% Retida
% Ac.
Retida
% Ac.
Passante
Limite
Inferior (%)
9,5
0
0
0
0
0
Limite
Superior
(%)
0
6,3
0
0
0
0
0
7
4,76
0
0
0
100
0
10
2,36
13,78
1,38
1,38
98,62
0
25
1,18
347,51
34,75
36,13
63,87
5
50
0,6
336,41
33,64
69,77
30,23
15
70
0,3
115,24
11,52
81,29
18,71
50
95
0,07
142,49
14,25
95,54
4,46
85
100
Fundo
45,3
4,53
100
0
-
-
Figura 5 – Curva granulométrica do resíduo (agregado miúdo)
120
% Acumulada Retida
100
80
Agregado
60
40
Limite Inferior (Agregado
miúdo)
20
Limite Superior (Agregado
miúdo)
0
0
2
4
6
8
10
Abertura das peneiras (mm)
Fonte: Autor
2
Compreende o resíduo que não passou por classificação, ou seja, estão presentes todas as frações como
mostrado nas figuras 11-15.
36
Figura 6 – Curva granulométrica do agregado (Zona de areia grossa)
100
% Retida Acumulada
90
80
70
60
50
Areia
britada
Zona 4
(inferior)
Zona 4
(superior)
40
30
20
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Abertura da peneira (mm)
Fonte: Autor
3.1.2 Agregado Graúdo
3.1.2.1 Granulometria
A tabela 2 mostra o resultado do ensaio de granulometria para o agregado graúdo,
referente à brita utilizada no concreto, a figura 7 é a representação gráfica dos resultados da
granulometria.
A figura 8 mostra o resíduo de pó de brita quando colocado em recipiente para
decantação. Após algumas horas não se verificam partículas em suspensão na água, o que
indica não haver argila e matéria orgânica como impureza no material.
Tabela 2 – Granulometria do agregado graúdo
Abertura da peneira (mm)
25
19
12,5
9,5
6,3
4,75
2,36
Massa retida (g)
0
410
2770
1105
550
60
105
% Massa retida
0
8,2
55,4
22,1
11,0
1,2
2,1
% Massa retida acumulada
0
8,2
63,6
85,7
96,7
97,9
100
37
Figura 7 – Curva granulométrica do agregado graúdo.
120,0
% Retida acumulada
100,0
80,0
Agregado Graúdo
60,0
Limite inferior (Brita 9,5/25)
40,0
Limite superior (Brita 9,5/25)
20,0
0,0
0
5
10
15
20
25
30
Fonte: Autor
Figura 8 – Decantação do resíduo.
Fonte: Autor
3.1.3 Concreto
Foi utilizado o método de dosagem ABCP, adaptado do método da ACI para
agregados brasileiros, para determinação do traço do concreto. Os traços resultaram:
T.U.P= Cimento: Agregado miúdo: Agregado graúdo: a/c
T.U.P = 1 : 1,98 : 3,1 : 0,55
O ensaio de consistência pelo abatimento do tronco do cone resultou em cerca de 65
mm. Foram moldados corpos de prova cilíndricos de acordo com a NBR 5738, e postos para
38
cura em tanque com água à temperatura aproximada de 25 0C, no Laboratório de Ensaios de
Materiais e Estruturas (LABEME) do Centro de Tecnologia (CT) da UFPB.
O capeamento dos corpos de prova foi feito mecanicamente pela máquina apresentada
na Figura 9.
Figura 9 – Máquina para capeamento dos corpos de prova.
Fonte: Autor
Após o capeamento os corpos de prova foram submetidos ao ensaio de resistência à
compressão na prensa de ensaios com capacidade de 120.000 Kgf, sensível a 200 Kgf,
recentemente calibrada pelo LabMetrol da UFRN, acreditado junto ao INMETRO.
3.1.4 Argamassa
Após a determinação do traço da argamassa em questão, foram realizados ensaios e
moldados os corpos de prova de argamassa. Para tal, foram utilizados os seguintes
instrumentos e materiais: Pá; Bandeja; Proveta; Bacia; Balança; Espátula; Moldes; Colher de
pedreiro; Cimento CPII-32; Pó de Brita; Água.
Após a separação dos materiais descritos acima, foram calculados e pesados a
quantidade de cada material componente do traço de modo que seja suficiente para a
confecção de seis corpos de provas. No traço 1 : 1 : 6 (Cimento : Cal : Pó de Brita) foi
necessário a respectiva quantidade 250g : 250g : 1500g com um fator água/cimento de 2,2
(g/g) determinado experimentalmente. O outro traço foi 1 : 2 : 9.
39
Em seguida, os materiais pulverulentos são misturados com o pó da brita, para a
obtenção da uniformidade, e posteriormente a água é acrescentada para dar trabalhabilidade a
argamassa que, após a homogeneização dos quatros componentes do traço deverá possuir uma
consistência de 25mm ± 1 no ensaio de consistência (NBR 13276/2005).
Após a obtenção da consistência desejada, foram moldados em corpos prismáticos de
40 x 40 x 160 mm.
Passados sete e 28 dias, os corpos de provas foram submetidos aos ensaios de flexão e
compressão, os quais forneceram os dados para análise da viabilidade da aplicação.
O material usado como agregado miúdo, o resíduo, já foi avaliado para confecção de
concreto, também em substituição total. Quando utilizado no concreto o agregado foi
utilizado como foi amostrado na pedreira, mas para a aplicação em argamassa foi preciso
eliminar a fração mais grossa do material, a massa retida na peneira de 4,76 mm e 2,36 mm.
A figura 5 mostra a análise granulométrica do resíduo sem classificação, que já foi
ensaiado em concreto. Para a argamassa foi necessário classificar o material, nesse caso foi
realizado por meio de peneiramento, mas em escala industrial é necessário a operação com
hidrociclones.
A tabela 3 e a figura 10 mostram a análise granulométrica do agregado classificado,
onde se retirou as partículas mais grossas, resultado do processo de britagem do granito. Da
tabela 3 se obtém módulo de finura = 2,64 e Dmáx= 2,36 mm.
Tabela 3- Granulometria do resíduo classificado
Abertura da peneira
(mm)
9,5
Massa retida (g)
% Retida
% Ac. Retida
%Ac. Passante
0
0
0
0
6,3
0
0
0
0
4,76
0
0
0
100
2,36
0,3
0,06
0,06
99,94
1,18
5,7
1,14
1,2
98,8
0,6
144,4
28,88
30,08
69,92
0,3
126,9
25,38
55,46
44,54
0,15
110,8
22,16
77,62
22,38
Fundo
111,9
22,38
100
0
% Acumulada Retida
Figura 10 - Granulometria do resíduo classificado por peneiramento.
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Agregado
Limite Inferior (Agregado
miúdo)
Limite Superior
(Agregado miúdo)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Fonte: Autor
40
41
Capítulo 4 – Resultados e discussão
▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪
4.1 Agregado reciclado
Analisando o material retido nas peneiras 2,36 mm, 1,19 mm, 600 µm, 300 µm e no
fundo é visto as diferentes formas de tamanho e textura de agregado que se pode obter através
do resíduo ensaiado. Realizando cortes no material à granulometria desejada é possível
utilizar inteiramente3 o resíduo, seja para concreto, argamassa, visto suas aplicações.
Figura 11 – Material retido na peneira de 2,36 mm.
9,8 cm
Fonte: Autor
Figura 12 – Material retido na peneira de 1,19 mm.
5,7 cm
Fonte: Autor
3
Quando se fala em utilizar inteiramente nos referimos a amostra total do resíduo, que parte pode ser destinada a
um agregado para argamassa e outra para concreto, evitando desperdício, por exemplo.
Figura 13 – Material retido na peneira de 600 µm.
12 cm
Fonte: Autor
Figura 14 – Material retido na peneira de 300 µm.
5,6 cm
Fonte: Autor
Figura 15 – Material retido no fundo.
5,6 cm
Fonte: Autor
42
43
A partir dos materiais mostrados nas figuras 11, 12, 13, 14 e 15 pode-se fazer uma
composição para se obter uma granulometria desejada para substituição do agregado miúdo
natural. O uso desse material conferirá ao concreto, por exemplo, maior trabalhabilidade e
menor custo. Mehta (2008) exemplifica com o caso da utilização de areias muito grossas e
muito finas, sendo que a primeira produz misturas de concreto ásperas e não trabalháveis, e a
segunda aumenta a demanda de água, consequentemente o cimento para um determinado fator
a/c, sendo assim, não econômicas. O mesmo autor complementa que agregados de
granulometria contínua, ou seja, que não apresentam grande deficiência ou excesso de
qualquer dimensão de partícula produzem misturas de concreto mais trabalháveis e
econômicas.
Com o agregado obtido através do resíduo é possível determinar um material com
granulometria contínua e assim melhorar as características supracitadas. No caso estudado da
substituição da areia pelo agregado (resíduo) foi propositalmente utilizado o material sem
muitas modificações ao amostrado na empresa, que beneficia granito para produção de brita.
Assim é possível ver a influência das características dos agregados para se obter uma boa
trabalhabilidade e economia, pois se tivesse sido feita uma composição granulométrica dos
pesos retidos em cada peneira, com vistas à utilização em concreto, se teria obtido melhores
resultados para a resistência à compressão, que foi prejudicada pelo aumento do consumo de
água.
A aplicação de resíduos da britagem de granito e outras rochas já são estudadas e já se
tem muitos trabalhos publicados sobre o assunto. A problemática da utilização desses
resíduos está na sua classificação, onde se podem obter várias faixas de granulometria do
resíduo, de acordo com a necessidade de aplicação, desde que seja empregada uma técnica
que viabilize o processo.
A peculiaridade de se trabalhar com o resíduo de britagem de granito está na
composição mineralógica do material, onde nas frações mais finas já se tem uma separação de
constituintes do granito, como a mica e feldspato. Para tanto, a pesquisa se prolongará e terá
como próximo passo a análise química do material e o estudo do seu comportamento na
durabilidade da argamassa e do concreto, bem como a análise de possíveis patologias.
Ressalta-se também a importância de se analisar a composição química de cada fração
retida nas peneiras, para avaliar se algum mineral constituinte do granito se desagregou
durante a redução das partículas.
44
4.2 Concreto
A substituição total da areia pelo resíduo da britagem de granito no concreto ensaiado
foi avaliada positivamente quanto às características de trabalhabilidade, consistência e
resistência, estando estas próximas ao resultado de um concreto convencional (areia como
agregado miúdo).
A Figura 16 mostra a aparência do concreto com o resíduo estudado, onde se percebe
os pontinhos pretos característicos do material (resíduo), que correspondem à mica
(muscovita) constituinte do granito britado.
Figura 16 – Aparência do concreto com resíduo.
Fonte: Autor
Os corpos de prova foram ensaiados quanto a sua resistência a compressão, aos sete
dias de cura em tanque com água, onde foi obtido um resultado satisfatório (Tabela 4), pois
não foi utilizado aditivo plastificante, correspondendo assim um acréscimo de água na mistura
do concreto (fck= 20 MPA).
Tabela 4 – Resultados da resistência à compressão aos 7 dias
Corpo de prova
Resistência aos 7 dias (MPA
1
15,3
2
15,7
3
15,1
4
15,4
Média
15,37
Os resultados de resistência aos sete dias de um concreto convencional devem estar
mais próximos do fck que os valores obtidos para os corpos de prova ensaiados. Essa queda de
45
resistência foi ocasionada devido o aumento no fator a/c, que no traço dimensionado era 0,55,
passou a ser 0,62, pois durante a preparação do concreto foi necessário adicionar mais água,
para se obter a trabalhabilidade e consistência desejada.
As figuras 17 e 18 mostram corpos de prova na máquina de ensaio de resistência à
compressão e corpos de prova rompidos, respectivamente.
Figura 17 - Corpo de prova na máquina de ensaio de resistência à compressão
Fonte: Autor
Figura 18 – Corpos de prova rompidos
Fonte: autor
4.3 Argamassa
A figura 19 mostra os resultados do ensaio de resistência à compressão e tração na
flexão, sendo os resultados de índice 1 a 6 correspondente ao traço de argamassa 1:1:6 e de 7
a 8, correspondente ao traço 1:2:9. O ensaio de resistência à compressão foi realizado aos 7 e
28 dias, e de tração na flexão aos 28 dias.
britagem de granito
46
Figura 19 – Resultado da resistência à compressão e flexão, em MPa.
5
4
3
2
4,25
3,55
3,84
3,98
4,09
4,20
2,71
2,71 2,71
2,5
2,46
2,4
2,02 2,02
1,65 1,65 1,57 1,57
1,08
0,99 1,06
0,95 0,94
0,79
0,69 0,69 0,69 0,630,91
0,66
0,64
0,55
0,53
0,44
0,440,32
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Argamassa
Compressão (7 dias)
Compressão (28 dias)
Flexão (média aos 28 dias)
Fonte: Autor
Os resultados mostram que a substituição do agregado natural pelo resíduo não traz
prejuízos à aparência da argamassa, ponto a ser observado, visto a presença da mica no
material, principalmente na parte mais fina. Também foi verificado um bom desempenho
quanto à resistência à compressão e flexão, com resultados bem uniformes, sendo que o traço
1:1:6 obteve resistências maiores em relação ao traço 1:2:9,
1:2 o que já era esperado, onde se
pode observar as relações água/cimento de 2,2 e 3,14, respectivamente.
4.4 Processo industrial para reaproveitamento do resíduo
O processo de classificação do material por peneiramento não é viável em escala
industrial. Este trabalho visa à aplicação real dos resultados obtidos, para tanto, tem-se
tem
que
adaptar o processo em laboratório para aplicação na indústria, assim oferecendo alternativa
para redução do consumo de agregado natural, que por meio de modos de exploração
inapropriados degradam o meio ambiente.
Existem váriass técnicas disponíveis que podem se aplicadas para beneficiar o material
em estudo. O objetivo de se fazer a classificação do resíduo é obter mais de um produto a
partir dele, ou seja, faixas granulométricas de material dependendo do deu uso.
O aparelho que reúne características técnicas para a aplicação desejada neste trabalho
é o hidrociclone,, usado em diversas aplicações na engenharia, especialmente no Tratamento
de Minérios.
47
4.4.1 Software para otimização de hidrociclones
O software foi desenvolvido em parceria com Jonathas Jerônimo Barbosa, que em seu
estudo de doutorado, conta com a colaboração do Prof. Belarmino B. Lira. A versão final do
programa, com mais detalhes, aperfeiçoado, será um dos resultados da tese de doutorado de
Jonathas Barbosa.
A ferramenta computacional, na versão apresentada neste trabalho já é suficiente para
a demanda de operação para obtenção das características técnicas do material processado,
com a ressalva de que esta versão ainda não está pronta para ser utilizada por quem não
conhece a metodologia de modelamento matemático abordada, precisa de ajustes para se
tornar compreensível.
O software consiste em um programa de fácil operacionalização, onde apresenta tudo
na tela principal, os dados do hidrociclone, a curva de eficiência etc. Os resultados exibidos
pelo programa são respostas das equações de Lynch e Rao, que foram usadas para modelar o
hidrociclone.
É importante enfatizar a utilização da ferramenta computacional para gerenciar o
processo de hidrociclonagem, pois caso contrário pode ser identificado problemas na
qualidade do material que se deseja classificar, assim, não se justificaria a utilização da
hidrociclonagem como alternativa viável para produção do agregado artificial proposto neste
trabalho.
Figura 20 – Interface do programa de otimização de hidrociclones.
Dados do
hidrociclone
Constantes do modelo
de Lynch & Rao
Fonte: Autor
48
A Figura 20 mostra a interface do software. Como se pode ver, todos os dados
necessários a modelagem do hidrociclone estão presentes na tela inicial, tornando o programa
fácil de ser utilizado. Ressalta-se que a aplicação desta ferramenta no processamento do
material é constante durante sua produção, sempre são ajustados valores, parâmetros como
vazão, pressão etc.
Este software possibilitará um alto grau de controle da produção, pois antes de
começar a operar as características do material a ser classificado, as informações acerca destes
serão analisadas. Depois de dispostas no programa de otimização de hidrociclones, solicita a
este que retorne em sua tela as constantes do equipamento, em seguida otimiza o hidrociclone,
onde neste passo são obtidos os valores que devem ser usados para se chegar ao resultado de
classificação desejado de forma a evitar desperdício de material.
A figura 21 mostra o esquema de operação de hidrociclones em escala industrial. Os
hidrociclones são dispostos em um conjunto, em quantidade variável. Na Paraíba, o
beneficiamento de alguns minerais é realizado através de hidrociclones, por exemplo, o
benefiamento de caulim no interior do estado.
Figura 21 – Conjunto de hidrociclones.
Essa configuração de operação em conjunto dos hidrociclones possibilita uma eficaz
manutenção destes, visto que ao se retirar uma unidade componente do conjunto não é preciso
interromper o processo para se executar os reparos.
O esquema a seguir apresenta em síntese o processo proposto para o reaproveitamento
do resíduo de britagem do granito, bem como aplicado a outros resíduos. Aborda todo o
processo necessário para obtenção de um agregado com qualidade, enfatizando os processos
anteriores ao tratamento do resíduo, indispensáveis para comprovar a viabilidade de
tratamento do resíduo.
49
Figura 22 – Esquema do processo industrial do resíduo.
Estudo Técnico e econômico para
produção de agregado reciclado
Tipos de
britadores e
todo processo
produtivo da
empresa
Atual destino
dos resíduos
gerados.
Estudo do resíduo
Características
químicas e físicas
Viabilidade
de
aplicação
Quantidade de
geração versus
produção em larga
escala de agregado.
Instalação de hidrociclonagem
(Processamento industrial do resíduo)
Domínio do
programa de
otimização
de
hidrociclone
s
Dimensionamento
das instalações
Especificações dos agregados
desejados para se fazer o corte
na granulometria requerida em
projeto
Agregado para Construção Civil
Fonte: Autor
Ressalta-se no esquema acima, no nível do estudo do resíduo, a análise das
características químicas e físicas do material, que podem ser determinantes na aplicação deste,
posto que o agregado deve ser inerte.
50
Capítulo 5 – Considerações finais
▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪
As pesquisas acerca do reaproveitamento de resíduos cresceram consideravelmente
atualmente, visto o foco das discussões sobre as mudanças que vêm ocorrendo na natureza.
Seja quem veja esse discurso de sustentabilidade como sensacionalista, ou aqueles que
queiram impactar menos o meio ambiente com medidas “ecologicamente corretas”, ambos
podem convergir à conclusão sobre a viabilidade de reutilização de um resíduo, abundante em
certas regiões, onde se justifica sua utilização pela disponibilidade e viabilidade de
tratamento.
Muitos pesquisadores já estão se atentando que está no momento de aplicar e
desenvolver novas tecnologias a uma causa que beneficie a comunidade, contribuindo para a
melhoria da qualidade de vida das pessoas.
A indústria da construção civil, como grande geradora de resíduos, necessita da
aplicação de tecnologia que convirja a um ponto que atenda as necessidades demandada pelo
crescente mercado da construção civil, mas que não implique no detrimento do meio
ambiente, cumprindo um papel social de oferecer conforto a população.
A proposta deste trabalho em substituir o agregado miúdo natural, areia, por resíduos
da britagem é viável, desde que o processo seja gerenciado e passe por etapas de
planejamento anteriores a execução, para se dimensionar a produção e investigar a viabilidade
para tal aplicação. Muitas cidades já sofrem com a falta de agregado natural, sendo necessário
transportá-los
a
longas
distâncias,
o
que
eleva
o
preço
do
material.
O
reaproveitamento/beneficiamento do resíduo deve ser pensado de forma estratégica, que
atenda às necessidades de mercado, um produto barato e com características tecnológicas de
qualidade.
Como visto no capítulo anterior, os resultados alcançados foram satisfatórios, visto as
condições em que o resíduo foi empregado. Analisando o material que ficou retido nas
peneiras, vê-se que o resíduo em questão, se trabalhado tal como é amostrado não traz
resultados expressivos comparado com um agregado resultado de uma composição de cada
porção retida nas peneiras. Estas porções são escolhidas dependendo da granulometria
desejada, por faixa granulométrica, quando em escala industrial se utiliza da hidrociclonagem,
com o objetivo de se chegar a um agregado com granulometria contínua e assim atribuir ao
concreto maior trabalhabilidade e melhores resultados de resistência.
51
Os processos4 de obtenção de material (granulometria desejada) com proporções, a
determinar, de outros materiais (granulometria disponível) são clássicos quando se trata de
correção de solos para diversas aplicações na engenharia. No entanto, essa pode ser aplicada
no caso estudado neste trabalho, conferindo maior versatilidade e total reaproveitamento do
resíduo.
Reaproveitar e/ou beneficiar os resíduos de britagem de granito carece, antes de tudo,
de um estudo de suas características técnicas, região em que se encontra a usina de britagem,
com a finalidade de aplicar o produto nas proximidades em que é gerado. Essa necessidade de
estudos complementares ao conhecimento técnico do resíduo se dá pela justificativa
econômica da sua utilização, pois assim sairia energeticamente dispendioso.
Quando no início desta pesquisa, na busca por referencial bibliográfico, foram
tomadas por base algumas dissertações e teses de programas de pós-graduação em todas as
regiões do Brasil, contudo, os objetivos destes trabalhos tomavam focos distintos do abordado
nesta monografia. Grande parte dos trabalhos mostra uma aplicação em concretos e
argamassas, avaliando características técnicas como resistência, trabalhabilidade, durabilidade
etc, não focavam a necessidade de tratar o resíduo.
As questões abordadas nesse trabalho foram sendo desenvolvidas durante todo curso
de graduação, em participação em projetos de pesquisa: Separação e classificação de finos
(UFPB); Modelamento de matemático de Hidrociclones (IEL/CNPq); Avaliação de aplicação
de resíduos de britagem de granito em argamassa (UFPB). Assim, todos os resultados
apresentados foram obtidos em pesquisa bibliográfica e ensaios realizados no âmbito dos
laboratórios da UFPB, UFRN e UFPE, instituições parceiras em projetos do grupo de
pesquisa em Tecnologia Mineral e Ambiental, coordenado pelo Prof. Belarmino B. Lira.
Tratando-se da aplicação destes resultados no Estado da Paraíba é notória a
necessidade de investimento em tecnologia que promova, em primeiro lugar, o correto
dimensionamento das usinas de britagem de granito, pois se verifica que a grande geração de
resíduos é causada por falhas no processo de cominuição da rocha granítica, logo, se deve
pensar inicialmente em reduzir o montante de resíduos, para posteriormente, dar-lhes o devido
tratamento.
4
Ressalta-se que a utilização do processo algébrico, do Triângulo e Construção gráfica de Rothfuchs está
condicionada a um estudo preliminar dos materiais disponíveis, com a avaliação do resultado do ensaio de
granulometria.
52
Como direcionamento para futuras pesquisas, pretende-se realizar ensaios para
determinação de diferentes granulometrias a partir dos resíduos e padronizar a produção
através da hidrociclonagem, criando assim, uma lista de faixas possíveis de granulometria e
suas aplicações em argamassas e concretos, de acordo com as características técnicas
desejadas.
Como o objetivo principal do trabalho versava sobre a aplicação do resíduo, com
ênfase no seu tratamento, não se adentrou em minúcias na avaliação dos resultados das
características técnicas do concreto e da argamassa preparados com o resíduo, apenas
constatou-se que estão dentro de um padrão aceitável para utilização. A investigação mais
criteriosa sobre dessas características será contemplada em outros projetos de pesquisa.
Por fim, ressalta-se a importância da feitura desta pesquisa para o enriquecimento e
consolidação de certos conceitos vistos durante o curso de graduação em engenharia civil,
com destacada importância para a atuação profissional pretendida.
53
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Reaproveitamento dos Resíduos de Britagem de Granito Uso como

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