BR102019026715A2 - Aplicação de moinho autógeno em processo de separação de materiais recicláveis presentes em lâmpadas led - Google Patents
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Abstract
aplicação de moinho autógeno em processo de separação de materiais recicláveis presentes em lâmpadas led. refere-se a uma rota de processo físico de preparação e separação dos componentes presentes nas lâmpadas led, visando à reciclagem de materiais e a destinação adequada de resíduos. o processo consiste de moagem em moinhos autógenos com diâmetro maior que seu comprimento, numa relação diâmetro/largura entre 1,5 e 3,0 com aletas aumentando sua eficiência. a operação unitária seguinte é o peneiramento do material obtido realizado em peneirador vibratório composto de decks de separação, tendo cada um deles uma saída de descarga material, e os materiais descarregados caem em correias transportadoras, sendo que a fração acima de 44,4 mm é retornada ao moinho autógeno e sobre as outras correias transportadoras são instalados extratores de metais para separação dos materiais magnéticos. os materiais obtidos, agora separados, são descarregados em carrinhos que os levam ao seu destino final. nas frações acima de 44,4 mm concentram-se as lâmpadas que retornarão ao moinho (lâmpadas inteiras); nas frações entre 16,0 mm e 44,0 mm são encontrados plásticos, ponteiras metálicas, placas de led e circuito impresso; já nas frações entre 4,74 mm e 16,0 mm são acumulados cobre, indutor, resistor, capacitor e plásticos; e nas malhas abaixo de 4,74 mm são depositados os vidros, parafusos, plásticos e materiais magnéticos. uma simulação de valor econômico dos produtos obtidos, com base na média dos valores praticados no brasil, indica bom potencial visto que nessa simulação todos os materiais separados podem ser comercializados no mercado de recicláveis e a destinação de rejeitos será praticamente zero. uma avaliação dos impactos da fase do ciclo de vida de lâmpadas led (destinação) concluiu que o invento acarretará em uma mitigação de no mínimo 86% no total dos impactos relacionados à destinação desse resíduo.
Description
[001] A presente invenção, pertencente ao setor de recuperação de material das válvulas de descarga ou lâmpadas, tem como objetivo o desenvolvimento de processo físico de preparação e separação dos componentes presentes nas lâmpadas LED, visando à reciclagem de materiais e a destinação adequada de resíduos, bem como dos dispositivos que compõem a unidade recuperadora, baseado na aplicação de moinho autógeno (11).
[002] As mudanças climáticas têm impulsionado avanços tecnológicos e motivado a adoção de políticas públicas que incentivem o uso de energias renováveis e diminuam a emissão de gases de efeito estufa. Segundo a Associação Brasileira da Indústria de Iluminação - Abilux, atualmente a iluminação representa cerca de 20% da energia elétrica consumida no Brasil. Visando a redução do consumo de energia elétrica do país e seguindo a tendência mundial em termos de energia sustentável, o uso de regulamentação nesse segmento tem como objetivo incentivar a exploração de outras tecnologias que proporcionem um horizonte mais favorável e seguro aos recursos energéticos utilizados em território nacional para fins de iluminação em geral, e aos consumidores é assegurado que os produtos comercializados atendam aos requisitos mínimos de eficiência energética e qualidade.
[003] Uma das medidas adotadas para garantir maior eficiência nas lâmpadas fabricadas e vendidas no Brasil foi a criação do PROCEL (Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica), programa que engloba ações dirigidas à conservação de energia elétrica, por meio da racionalização do uso e incentivo ao desenvolvimento de produtos eficientes e de menor consumo. Além disso, foram definidos índices mínimos de eficiência para lâmpadas incandescentes comuns, levando ao consumo a ser substituído por lâmpadas do tipo LFC (lâmpadas fluorescentes compactas), fluorescente tubular, halógena, e LED.
[004] A história do desenvolvimento de LEDs pode ser dividida em três gerações, cada uma das quais é caracterizada por avanços distintos na tecnologia de fabricação e equipamentos; desenvolvimento de novos materiais a base de fósforo; e avanços nas tecnologias de embalagem de dissipação de calor. Com o tempo, os LEDs estão se tornando mais brilhantes e a variação de cores tem se tornado mais flexível.
[005] Na década de 90 até os dias de hoje, estão os LEDs de alto brilho, que se tornaram populares, sendo as principais áreas de aplicação: exibições de movimento; piscas de LED; unidades de luz de fundo de LED; telefones celulares; iluminação LED automotiva; e iluminação de arquitetura. Agora, está chegando agora no mercado a iluminação geral, iluminação de comunicação e outras.
[006] Esse tipo de lâmpada possui características específicas que o diferencia dos produtos que estão no mercado há mais tempo, apresentando uma grande diversidade de modelos. Vislumbra-se que a participação de lâmpadas LED no mercado seja exponencial, principalmente se considerar o esforço normativo e legislativo do Brasil para incentivar o uso de tecnologias mais eficientes e sustentáveis no setor da iluminação.
[007] A evolução tecnológica das lâmpadas LED possibilitou uma infinidade de novos campos de aplicação que não poderiam ser realizados pelas tecnologias de iluminação convencionais, como a capacidade na mudança de cor e intensidade da lâmpada LED, ou a sua utilização em objetos decorativos.
[008] Em virtude da sua versatilidade, atualmente, existem diversos tipos de lâmpadas LED, segmentadas em lâmpadas e luminárias, de uso interno ou externo, exemplos dessas lâmpadas estão dispostas no Quadro 1 associado a Figura 1.
[009] A estrutura de uma lâmpada de LED consiste na presença da matriz de LED, da placa de circuito impresso (PCI) e seus componentes elétricos, da estrutura externa, de dissipador de calor, eventualmente uma ótica secundária, entre outros. A Figura 2 ilustra os componentes de uma lâmpada LED.
Quadro 1 - Tipos de lâmpadas LED.
Fonte: adaptado de UNITED STATES, 2016
Fonte: adaptado de UNITED STATES, 2016
[010] A estrutura de uma lâmpada de LED consiste na presença da matriz de LED (4), da placa de circuito impresso PCI (9) e seus componentes elétricos, da estrutura externa, de dissipador de calor (2), eventualmente uma ótica secundária (6), entre outros. A Figura 2 ilustra os componentes de uma lâmpada LED, sendo: 1 = Ótica secundária; 2 = Dissipador de calor; 3 = Base Parafuso; 4 = Matriz LED; 5 = Controlador; 6 - Lente de silicone; 7 = Fósforo; 8 = Substrato da matriz; 9 = Chip de LED.
[011] Decorrente desta alta variabilidade de lâmpadas presentes no mercado, a quantificação e recuperação dos componentes presentes nas lâmpadas de LED é uma tarefa desafiadora. No entanto, pode-se afirmar que o design de produtos de iluminação compactos baseados em LED geralmente envolve o invólucro, que é feito de vidro ou plástico (6), o dissipador de calor (2), que pode ser de cerâmica ou alumínio, a placa de circuito impresso - PCI (9) com os componentes elétricos, e a matriz de LED (4), como mostrado Figura 2.
[012] A composição das lâmpadas de LED é tão variada quanto os seus tipos. Além dos principais materiais como vidro, plásticos, metais, cerâmicas, polímeros de revestimento ou adesivos e componentes eletrônicos, no próprio LED é possível encontrar metais de terras raras como, por exemplo, Cério, Európio, Granada de Ítrio e Alumínio, Granada de Lutécio e Alumínio e Granada de Gadolínio e Alumínio; metais como o Gálio, Estanho, Níquel, Titânio, e Germânio; e metais preciosos, como Ouro e Prata. De maneira geral, a composição metálica geral das lâmpadas LED compreende: Dissipador de calor = 42%; Invólucro = 21%; circuito eletrônico = 16%; Bulbo de vidro = 15%; Módulo de LED = 4% e Soquete e prato = 2%.
[013] A Matriz de LED (4) presente nas lâmpadas é composta por diversos diodos emissores de luz que são diodos semicondutores. A cor da luz emitida pelos LEDs depende dos componentes químicos presentes, os chamados fosfatos de terras raras e outros metais.
[014] Segundo o levantamento realizado por Rahman et al. (2017), em nível mundial, menos de 2 % dos artigos publicados entre 2008 e 2016 com palavras-chave relacionadas a reciclagem de lâmpadas LED tinham como foco a reciclagem em si. A reciclagem tem sido focada na recuperação dos materiais mais valiosos que são encontrados nos próprios LED - índio e gálio dentro do diodo semicondutor, entre outros elementos químicos como o európio ou térbio. Os autores relacionam a ausência de pesquisa científica em reciclagem das lâmpadas LED com alguns fatores, como os estudos de análise de ciclo de vida, que indicam que os impactos ambientais do descarte das lâmpadas LED são quase nulos, em comparação com o seu ciclo de vida todo; ao baixo interesse econômico em linhas de reciclagem; e o baixo descarte em escala industrial das lâmpadas LED.
[015] Atualmente os produtos de LED pós-consumo costumam ser simplesmente armazenados, pois é necessário um processo de reciclagem apropriado que permita recuperar os materiais valiosos. Um pré-requisito para um processo de reciclagem eficiente é a correta separação dos componentes e materiais que se pretende reciclar.
[016] Segundo Gassman et al (2016), um grupo de pesquisas constituído pelo Fraunhofer Project Group Materials Recycling and Resource Strategies - IWKS e o Institute for Materials Science da Technische Universität Darmstadt desenvolveu recentemente pesquisas visando a reciclagem de todos os componentes presentes na lâmpada LED usando o método de fragmentação eletro-hidráulica (EHF) em que as ondas de choque emitidas pelo equipamento enfraquecem as interfaces dos constituintes da lâmpada, realizando uma separação seletiva. Esse método permitiu desmantelar as lâmpadas de LED em suas partes constituintes sem destruir os diodos emissores de luz. Ainda, Gassman et al (2016) mostram que a etapa inicial do processo, a cominuição, é o passo decisivo para boa separabilidade das frações, de modo que a intensidade da operação deva ser controlada, para que não sejam geradas frações de granulometrias semelhantes ou muito pequenas, que poderiam inviabilizar o processo de separação. A separação dos materiais pode ser realizada por separadores magnéticos; flotação - no caso de plástico e da cerâmica; peneiradores; mesa vibratória (ou densitária), entre outros.
[017] Em busca de documentos de patentes realizadas, foram encontrados três documentos: SE9501057, de 22/03/1995; WO9405428, de 31/08/1992 e WO2014014255, de 15/07/2012, a seguir apresentadas.
[018] SE9501057 (WO9629157) “METHOD AND SYSTEM FOR MECHANICAL SEPARATION OF VARIOUS MATERIALS/SUBSTANCES FROM DISPOSED FLUORESCENT LIGHT TUBES AND SIMILAR LAMPS BEING CRUSHED”, refere a método e sistema para separação mecânica de materiais dos tubos de luz fluorescente descartados que estão sendo quebrados. O sistema compreende um sistema de ar de exaustão acionado por ventilador, projetado para transporte aéreo e separação de fragmentos de material e que é fornecido com ar de três torres de separação (8, 8 ', 8' '). Um moinho que quebra os tubos de luz fluorescente entrega o material do tubo de luz fluorescente a uma primeira torre de separação onde fragmentos de material maiores são separados, enquanto fragmentos e partículas de material menores deixam a torre junto com o ar que sai. Uma tela divide a fração grossa da torre em fragmentos de vidro e fragmentos de metal. Os fragmentos de metal da tela são feitos para passar através de um triturador de metal que é conectado a uma segunda torre de separação. Um separador magnético (14) separa o material magnético de um transportador para os fragmentos de vidro e fragmentos de metal. Do transportador, os fragmentos de vidro são feitos para passar através de um triturador de vidro que é conectado a uma terceira torre de separação.
[019] A partir da saída da fração grossa da terceira torre, os fragmentos de vidro são transportados através de um copo para um recipiente de resíduos. Um ciclone com filtros a jusante separa o pó fluorescente do ar de exaustão.
[020] WO9405428, “PROCESS FOR BREAKING CLOSED GLASS BODIES CONTAINING POLLUTANTS DOWN INTO RECYCLABLE COMPONENTS”, consiste em processo para quebrar corpos de vidro fechados contendo poluentes, como tubos de raios catódicos ou lâmpadas de descarga de gás, em componentes recicláveis, nos quais os corpos de vidro são separados por tipos de vidro, e a tela e o cone de vidro dos tubos de raios catódicos e outros componentes, especialmente metálicos e cerâmicos, e os materiais considerados poluentes são removidos para processamento posterior; os corpos de vidro completos sendo divididos em pedaços do tamanho de uma mão. Posteriormente, pelo menos a proporção dos poluentes liberados ou dissolvidos na quebra dos corpos de vidro é separada do vidro quebrado e dos outros componentes, e metais magnéticos são separados; substâncias opacas como cerâmica, louça de barro, pedra e / ou porcelana são separadas e os vários tipos de vidro são separados em dispositivos adequados.
[021] WO2014014255 “CRUSHING UNIT AND MUNICIPAL SOLID WASTE TREATMENT DEVICE INCLUDING SAME”, refere-se a um dispositivo de tratamento de resíduos sólidos municipais que compreende: uma unidade de trituração que rasga os resíduos sólidos municipais e pulveriza seletivamente a matéria orgânica; uma unidade de seleção para classificar e selecionar o resíduo sólido municipal descarregado da unidade de britagem; uma unidade de reação para a biossecagem dos resíduos sólidos municipais classificados e selecionados; uma unidade de retorno que devolve os resíduos sólidos urbanos secos à unidade de trituração, a fim de aumentar a taxa de seletividade; e uma unidade de reciclagem para reciclar a matéria orgânica e os combustíveis restantes. A unidade de trituração é um triturador do tipo tambor rotativo para pulverizar naturalmente e seletivamente apenas a matéria orgânica sem usar força, permitindo assim a seleção de alta pureza com o mínimo consumo de energia, e a unidade de trituração ajusta um teor de umidade usando a matéria orgânica seca na unidade de reação na parte traseira, pelo que pode ser obtida uma maior eficiência de seleção. A unidade de reação na parte traseira é um dispositivo de biossecagem para realizar um processo de secagem em pouco tempo sem usar energia de secagem externa.
[022] Os documentos encontrados não se referem nem são óbvios em relação a atividade inventiva desta invenção.
[023] O objetivo da invenção foi o desenvolvimento de uma rota de processo físico de preparação e separação dos componentes presentes nas lâmpadas LED, visando à reciclagem de materiais e a destinação adequada de resíduos, isto é, uma tecnologia capaz de desmontar lâmpadas LED sem que houvesse uma redução excessiva de granulometria dos componentes, de modo a propiciar um melhor rendimento na separação dos materiais visando sua reciclagem e mitigação dos impactos relacionados à destinação desse resíduo, sendo sua atividade inventiva o uso de moagem autógena, bem como o peneiramento após moagem do material em tamanhos econômicos para reciclagem e mitigação dos impactos da destinação do resíduo baseado em moagem por moinho autógeno.
[024] A moagem do processo consiste no tipo moagem autógena, isto é, equipamentos que se diferenciam dos moinhos de carga cadente por apresentarem o diâmetro do moinho maior que seu comprimento, numa relação Diâmetro/Largura compreendida entre 1,5 e 3,0. Além disso, os moinhos autógenos são diferenciados por não fazerem uso de corpos moedores, ou seja, o próprio material a ser fragmentado atua como corpo moedor, e sua geometria é dimensionada de forma a oferecer altura de queda suficiente ao material para que ocorra sua fragmentação, o que faz com que o uso desse tipo de moinho fique restrito à fragmentação de materiais frágeis, compreendendo, portanto, a moagem autógena como a fragmentação de um material a partir do próprio material. Assim, pode-se utilizar-se um tambor cilíndrico com aletas aumentando sua eficiência.
[025] A operação unitária seguinte é o peneiramento do material obtido, que é realizado em peneirador vibratório composto de decks de separação, tendo cada um deles uma saída de descarga do material.
[026] Os materiais descarregados do peneirador caem em correias transportadoras para o seu transporte ou elevação, sendo que a fração acima de 44,4 mm é retornada ao moinho autógeno em uma correia transportadora com inclinação; as outras correias transportadoras são horizontais, e acima delas são instalados extratores de metais, para separação dos materiais magnéticos.
[027] Os materiais obtidos, agora separados, são descarregados em carrinhos que os levam ao seu destino final, obtendo-se os seguintes resultados:
[028] Nas frações acima de 44,4 mm concentram-se as lâmpadas que retornarão ao moinho (lâmpadas inteiras); nas frações entre 16,0 mm e 44,0 mm são encontrados plásticos, ponteiras metálicas, placas de LED e circuito impresso; já nas frações entre 4,74 mm e 16,0 mm foram acumulados cobre, indutor, resistor, capacitor e plásticos; e nas malhas abaixo de 4,74 mm foram depositados os vidros, parafusos, plásticos e materiais magnéticos.
[029] Por meio de separação magnética, é possível agrupar materiais de interesse, como partes elétricas da lâmpada com presença de contaminantes (circuito impresso, capacitor, e resistor); cobre; e plásticos.
[030] Uma simulação de valor econômico dos produtos obtidos, com base na média dos valores praticados no Brasil, indica bom potencial visto que nessa simulação todos os materiais separados podem ser comercializados no mercado de recicláveis e a destinação de rejeitos será praticamente zero.
[031] Uma avaliação dos impactos da fase do ciclo de vida de lâmpadas LED (destinação) conclui que ao se adotar a rota de processamento de reciclagem de lâmpadas LED desenvolvida no invento acarretará em uma mitigação de no mínimo 86% no total dos impactos relacionados à destinação desse resíduo.
[032] Figura 1 - Desenho sem escala mostrando os diversos tipos de lâmpadas LED e suas aplicações;
[033] Figura 2 - Desenho esquemático dos componentes de uma lâmpada LED mostrando: 1 = Ótica secundária; 2 = Dissipador de calor; 3 = Base Parafuso; 4 = Matriz LED; 5 = Controlador; 6 = Lente de silicone; 7 = Fósforo; 8 = Substrato da matriz; 9 = Chip de LED. Fonte: adaptado de UNITED STATES, 2016
[034] Figura 3A - Desenho esquemático sem escala em perspectiva superior mostrando os componentes do processo.
[035] Figura 3B - Desenho esquemático sem escala em perspectiva mostrando a estrutura de sustentação da planta de moagem e separação.
[036] Figura 4 - Desenho esquemático sem escala da vista lateral da planta de moagem e separação.
[037] Figura 5 - Desenho esquemático sem escala da vista superior da planta de moagem e separação.
[038] Figura 6 - Desenho esquemático em corte vertical de moinho autógeno(11), apresentando suas aletas (11.1)
Figura 7 - Desenho esquemático em corte vertical de moinho autógeno (11), apresentando a sua alimentação (11.2), saída (11.3) e grade opcional (11.4). Fonte: Adaptado de Gupta e Yan, 2016.
Figura 7 - Desenho esquemático em corte vertical de moinho autógeno (11), apresentando a sua alimentação (11.2), saída (11.3) e grade opcional (11.4). Fonte: Adaptado de Gupta e Yan, 2016.
[039] Figura 8 - Desenho esquemático mostrando o fluxograma do processo, mostrando o silo de alimentação (12), as peneiras (13) e os separadores magnéticos (14)
[040] O processo se inicia pela alimentação por um alimentador (12) do moinho autógeno (11), preferencialmente um moinho autógeno desmonta(11) com aletas internas (11.1), que se dá pelo centro do moinho (11.2), assim como a descarga do produto (11.3) podendo-se, opcionalmente, utilizar grades (11.4) em sua saída para reter as partículas maiores, considerando-se que o tamanho, espaçamento e forma da malha da grade são importantes, já que afetam a taxa de saída e a granulometria do produto (Fig. 7).
[041] O estado da técnica avalia que a potência consumida em moinhos autógenos (11) segundo os efeitos de diferentes tamanhos de aletas (lifters) (11.1) e da velocidade crítica utilizando valores de enchimento do moinho (11) entre 7 % e 20 %, mas nesta invenção se recomenta que para obtenção de maior impacto entre as partículas, deve-se optar por um menor grau enchimento, preferencialmente 3%.
[042] As velocidades de operação de moinhos autógenos (11) são muito maiores que as convencionais e estão na faixa de 70 % a 85 % da velocidade crítica, pois a velocidade critica influencia no comportamento da carga dentro do moinho (11), visto que em altas velocidades a probabilidade de se concentrar o material nas paredes é maior. Nesta invenção, a presença e o tamanho das aletas (11.1) podem favorecer o processo de cominuição, de forma que elas auxiliam no transporte das partículas resultando em sua queda livre e alta intensidade de impacto.
[043] Foram realizados 18 testes exploratórios de desmontagem das lâmpadas LED, considerando como parâmetro fixo 3% do enchimento do moinho (11) e 25 rpm a velocidade de rotação, e como variáveis a quantidade de aletas (11.1) dentro do tambor, isto é, 0, 2, 3, 4, 6 e 12 aletas (11.1) uniformemente distribuídas, e a sua operação durante 10, 15 e 25 minutos. Dos dados obtidos, verificou-se que o rendimento em massa da etapa fragmentação das lâmpadas tem seus melhores resultados nos tempos de processamento de 25 minutos para os testes com 12, 6, e 2 aletas (11), com valores de rendimento entre 58 % e 60 %, e os resultados de consumo de energia (kWh) não apresentam diferenças significativas em relação a variação da quantidade de aletas (11.1) existentes no tambor, mostrando-se estar relacionada com o tempo de moagem; portanto, a operação preferencial deve ser com 25 minutos de processamento em moinhos (11) com pelo menos 2 aletas (11.1). Testes realizados com moinhos (11) com ausência de aletas (11.1), em todos os tempos testados, tiveram os piores resultados, com produção de material na faixa dentre 44 mm e 12 mm da ordem de 3,5% a 4%.
[044] Após a etapa de moagem segue a etapa de peneiramento em peneiras (13), onde o material cominuído é despejado em uma peneira vibratória (13) de abertura de malha variando de 70 mm a 0,6 mm, preferencialmente três conjuntos de peneiras (13) de malhas onde as frações maiores que 44,4 mm concentram-se as lâmpadas que retornarão ao moinho (11) (lâmpadas inteiras); nas frações entre 16,0 mm e 44,0 mm são encontrados plásticos, ponteiras metálicas, placas de LED e circuito impresso; já nas frações entre 4,74 mm e 16,0 mm são acumulados cobre; bobina de cobre; resistor; capacitor e plásticos; e nas malhas abaixo de 4,74 mm são depositados os vidros, parafusos, plásticos e materiais magnéticos.
[045] Os produtos obtidos em cada faixa granulométrica são então submetidos a separação magnética por separadores magnéticos (14). Por meio dessa separação, é possível agrupar materiais de interesse, como partes elétricas da lâmpada com presença de contaminantes (circuito impresso, capacitor, resistor); cobre e plásticos, que são transportados por qualquer meio, preferencialmente carrinhos com rodas para o destino final.
[046] As características básicas dos equipamentos, por exemplo, dimensões e energia, dependerão da quantidade/volume de resíduo a ser processado em regime batelada; outras características são:
1 - Silo de alimentação (12): construído em metal, preferencialmente chapa de aço 1020;
2 - Moinho autógeno (11): construído em metal, preferencialmente aço de baixo carbono como aço 1020; com aletas (11.1) internas equidistantes de metal, preferencialmente aço de baixo carbono como aço 1020; com aberturas para alimentação e descarga pelo centro, e motor de acionamento, preferencialmente elétrico;
3 - Peneirador vibratório (13): composto de no mínimo 3 decks com malhas de 44,4 mm, 16,0 mm e 4,74 mm; e preferencialmente com ângulo em relação ao solo de 10°;
4 - Correias transportadoras (esteiras) (15): utilizadas para transporte ou elevação dos materiais, preferencialmente carcaças com lonas ou borrachas;
1 - Silo de alimentação (12): construído em metal, preferencialmente chapa de aço 1020;
2 - Moinho autógeno (11): construído em metal, preferencialmente aço de baixo carbono como aço 1020; com aletas (11.1) internas equidistantes de metal, preferencialmente aço de baixo carbono como aço 1020; com aberturas para alimentação e descarga pelo centro, e motor de acionamento, preferencialmente elétrico;
3 - Peneirador vibratório (13): composto de no mínimo 3 decks com malhas de 44,4 mm, 16,0 mm e 4,74 mm; e preferencialmente com ângulo em relação ao solo de 10°;
4 - Correias transportadoras (esteiras) (15): utilizadas para transporte ou elevação dos materiais, preferencialmente carcaças com lonas ou borrachas;
- • A fração acima de 44.4 mm é retornada ao moinho (11), preferencialmente em correia transportadora taliscadas em V e inclinada;
- • As demais correias transportadoras (15) são horizontais e acima delas são instalados os extratores de metais (separadores magnéticos) (14)
6 - Os materiais obtidos ao final do processo são descarregados e transportados para o destino final preferencialmente por carrinhos com rodas para facilitar o manuseio.
[047] Finalmente, analisando-se o invento em relação a avaliação do ciclo de vida do potencial de mitigação de impactos ambientais associados, realizado no ambiente do software Simapro Analyst V8.5.2.0, comparando-o com o processo de incineração, concluiu-se que o invento diminui em aproximadamente 15 pontos de impacto quando comparados pelo Método IMPACT 2002 + V2.14 / IMPACT 2002+, representando uma mitigação de aproximadamente 86% no total dos impactos relacionados, ainda que o impacto “mudanças climáticas” permaneça relativamente alto.
[048] OBS.: Considerou-se a incineração como rota de comparação, pois como se trata de uma cadeia produtiva a ser desenvolvida e que certamente será incluída no acordo setorial vigente para lâmpadas convencionais, coube utilizar critérios de modelagem mais prováveis do ponto de vista da governança ambiental, ou seja, a incineração é a pratica menos danosa para este tipo de resíduo, e do ponto de vista econômico, é a que daria mais retorno uma vez que, devido ao seu alto conteúdo energético (principalmente plásticos) pode ser utilizado para recuperação energética ou cogeração de energia. Além disso, as empresas que atualmente operam na logística reversa brasileira para lâmpadas convencionais (onde será incorporada a Lâmpada a LED) não utilizam aterros para dispor estes materiais.
[049] A concretização da invenção foi realizada com uma amostra de lâmpadas LED de diversos tamanhos e formas, possuindo as seguintes características: 
Tabela CI 1 - Análise química da amostra de lâmpadas moídas.
[050] O elevado valor de perda ao fogo (PF) obtido na análise da amostra das lâmpadas moídas, cerca de 60%, indica que a maior parte dos seus componentes é constituída por materiais orgânicos, principalmente plásticos.
[051] Dos cerca de 40% restantes, 9% são alumínio, 7% ferro, 6% silício, 3% cobre, 3% bromo, e 2,11 % de zinco. Outros componentes estão presentes em menor quantidade, com valores inferiores a 2%, podendo ser destacados estanho, antimônio, bário e chumbo.
[052] Os ensaios denominados análises ambientais (NBR 10.004:2004 – Resíduos Sólidos: Classificação) apresentaram os resultados que identificaram teores acima dos valores de referência para os seguintes compostos: chumbo (no extrato lixiviado) e alumínio e fenóis totais no extrato solubilizado. 
Tabela CI 2 - Compostos acima do valor de referência na análise ambiental
[053] A partir desses resultados o conjunto das lâmpadas LED analisadas pode ser classificado como resíduo Classe I - Perigoso, ou seja, pode trazer risco ao meio ambiente se gerenciado de modo inadequado.
[054] Para concretização da invenção foi utilizado um moinho (11) com quantidade diversa de aletas (11.1) e carga de 100 kg, cujos dados são apresentados a seguir: 
Quadro CI 1 - Dados do tambor usado na concretização da invenção.
[055] A Tabela CI 2 apresenta os resultados em relação a quantidade e disposição das aletas (11.1), bem como quanto ao tempo de moagem.
[056] Embora os testes com 12 aletas (11.1) apresentem os melhores valores de eficiência energética e de rendimento, o que indica maior índice de desmontagem das lâmpadas nos 3 tempos avaliados, a fragmentação foi excessiva, dificultando a separação dos produtos finais. O emprego de maior número de aletas (11.1) promove maior transferência de energia para a amostra e aumenta a intensidade do impacto, o que favorece que um maior número de lâmpadas seja quebrada/desmantelada; entretanto pelo mesmo motivo, ocorre uma excessiva redução de granulometria de alguns materiais. Por outro lado, os ensaios com menor quantidade de aletas (11.1) resultam em um baixo índice de fragmentação, dificultando a separação dos componentes. 
Tabela CI 2 - Distribuição granulométrica. Valores em % retida acumulada.
[057] Dos testes com melhores rendimentos (entre 58 % e 60 %), o teste com 6 aletas (11.1) e 25 minutos apresentou um melhor nível de separação, de forma tal que os materiais puderam ser separados por faixa granulométrica, isto é, os plásticos, os metais, os vidros, os capacitores; o circuito impresso, e resistores foram separados por tamanho.
[058] Analisando as frações obtidas no ensaio com 6 aletas (11.1) e 25 minutos foi possível verificar que os materiais de interesse podem ser agrupados em frações de tamanho, isto é, nas frações acima de 44,4 mm concentram-se as lâmpadas que retornarão ao moinho (11) (lâmpadas inteiras); nas frações entre 16,0 mm e 44,0 mm são encontrados plásticos, ponteiras metálicas, placas de LED e circuito impresso; já nas frações entre 4,74 mm e 16,0 mm foram acumulados cobre; bobina de cobre; resistor; capacitor e plásticos; e nas malhas abaixo de 4,74 mm foram depositados os vidros, parafusos, plásticos e materiais magnéticos.
[059] Os produtos obtidos em cada faixa granulométrica foram submetidos à separação magnética. Por meio dessa separação, foi possível agrupar materiais de interesse, como partes elétricas da lâmpada com presença de contaminantes (circuito impresso; capacitor; resistor); cobre; e plásticos, com os resultados apresentados na Tabela CI 3,
Tabela CI 3 - Massa retida e percentagem de material magnético nas frações após peneiramento do material.
[060] Resultando na seguinte composição de material (porcentagem em massa):
- • Plásticos = 28,92%;
- • Placas de circuito impresso/Ponteiras metálicas = 33,24%
- • Cobre/ Bobinas inteiras/Plásticos = 11,19%
- • Capacitores e Resistores = 1,83%
- • Vidros e Plásticos = 12,78%
- • Metais magnéticos e Parafusos = 2,77%
[061] ABILUX – Associação Brasileira da Indústria de Iluminação. Uso do LED revoluciona o setor de iluminação. Disponível em:< http://www.abilux.com.br/portal/abilux-na-midia/3/uso-do-led-revoluciona-o-setorde-iluminacao> Acesso em: outubro de 2018.
[062] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR ISO 14044: Gestão ambiental - Avaliação do ciclo de vida - Requisitos e orientações. Rio de Janeiro: ABNT, 2014
[063] GASSMANN, A. ZIMMERMANN, J.; GAUß, R.; STAUBER, R.; GUTFLEISCH, O. LED Lamps Recycling Technology for a Circular Economy. LED Professional, 2016.
[064] INMETRO. Lâmpada LED. Disponível em: <http://www.inmetro.gov.br/inovacao/publicacoes/cartilhas/lampadaled/lampadaled.pdf > Acesso em: outubro de 2018.
[065] MATTOS, W. Reciclagem: Alicerce do presente e do futuro. Lumière Electric. Ed. lumiere v. 245, p. 28-33, 2018.
[066] RAHMAN, S.M. et al. Missing research focus in end-of-life management of light-emitting diode (LED) lamps. Resources, Conservation & Recycling, 2017.
[067] UNITED STATES. Solid-stat lighting: R&D Plan. Solid-State Lighting Program - Department of Energy. 2016.
Claims (15)
- “USO DE MOINHO AUTÓGENO (11) EM PROCESSO DE SEPARAÇÃO DE MATERIAIS RECICLÁVEIS PRESENTES EM LÂMPADAS LED”, caracterizado por utilizar moinho autógeno (11) para separação dos materiais constituintes das lâmpadas LED em processo por batelada (batch);
- “UNIDADE DE PRODUÇÃO PARA PROCESSO DE SEPARAÇÃO DE MATERIAIS RECICLÁVEIS PRESENTES EM LÂMPADAS LED”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por possuir os equipamentos: moinho autógeno (11) metálico; silo de alimentação (12) metálico; peneirador vibratório (13) composto de, no mínimo, 3 decks com malhas de 44,4 mm, 16,0 mm e 4,74 mm; Correias transportadoras (esteiras) (15) de transporte ou elevação dos materiais; extratores de sucata (separadores magnéticos) (14) suspensos por estrutura metálica acima das esteiras (15); e meio de transporte do material separado para destino final;
- “EQUIPAMENTO DE PROCESSO DE SEPARAÇÃO DE MATERIAIS RECICLÁVEIS PRESENTES EM LÂMPADAS LED”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o moinho autógeno (11) ser moinho com as seguintes características: relação entre diâmetro e largura entre 1,5 e 3,0 e construído em metal; com aletas (11.1) internas de metal equidistantes; com aberturas para alimentação e descarga pelo centro, e motor de acionamento;
- “EQUIPAMENTO DE PROCESSO DE SEPARAÇÃO DE MATERIAIS RECICLÁVEIS PRESENTES EM LÂMPADAS LED”, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o moinho autógeno (11) ser construído em aço carbono de baixo impacto; com aletas (11.1) internas serem no mínimo em número de 2, todas elas equidistantes e construídas em aço carbono de baixo impacto; e o motor de acionamento ser elétrico;
- “EQUIPAMENTO DE PROCESSO DE SEPARAÇÃO DE MATERIAIS RECICLÁVEIS PRESENTES EM LÂMPADAS LED”, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o moinho autógeno (11) ser construído em aço 1020 e com aletas (11.1) internas construídas em aço carbono 1020;
- “EQUIPAMENTO DE PROCESSO DE SEPARAÇÃO DE MATERIAIS RECICLÁVEIS PRESENTES EM LÂMPADAS LED”, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o silo de alimentação (12) ser construído em metal;
- “EQUIPAMENTO DE PROCESSO DE SEPARAÇÃO DE MATERIAIS RECICLÁVEIS PRESENTES EM LÂMPADAS LED”, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o silo de alimentação (12) ser construído chapa de aço 1020;
- “EQUIPAMENTO DE PROCESSO DE SEPARAÇÃO DE MATERIAIS RECICLÁVEIS PRESENTES EM LÂMPADAS LED”, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por peneirador vibratório (13) ser composto de no mínimo 3 decks com malhas de 44,4 mm, 16,0 mm e 4,74 mm;
- “EQUIPAMENTO DE PROCESSO DE SEPARAÇÃO DE MATERIAIS RECICLÁVEIS PRESENTES EM LÂMPADAS LED”, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por peneirador vibratório (13) possuir ângulo em relação ao solo de 10°;
- “EQUIPAMENTO DE PROCESSO DE SEPARAÇÃO DE MATERIAIS RECICLÁVEIS PRESENTES EM LÂMPADAS LED”, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por as correias transportadoras (esteiras) (15) serem carcaças com lonas ou borrachas;
- “EQUIPAMENTO DE PROCESSO DE SEPARAÇÃO DE MATERIAIS RECICLÁVEIS PRESENTES EM LÂMPADAS LED”, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por as correias transportadoras (esteiras) (15) relativas a fração acima de 44.4 mm retornar ao moinho (11);
- “EQUIPAMENTO DE PROCESSO DE SEPARAÇÃO DE MATERIAIS RECICLÁVEIS PRESENTES EM LÂMPADAS LED”, de acordo com as reivindicações 10 e 11, caracterizado por a correia transportadora (esteira) (15) ser correia transportadora taliscada em V e inclinada; e as outras correias (esteiras)(15) serem horizontais e acima delas serem instalados os extratores de metais (separadores magnéticos) (14);
- “EQUIPAMENTO DE PROCESSO DE SEPARAÇÃO DE MATERIAIS RECICLÁVEIS PRESENTES EM LÂMPADAS LED”, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por os extratores de sucata (separadores magnéticos) (14) estarem suspensos por estrutura metálica acima das esteiras (15);
- “PROCESSO DE SEPARAÇÃO DE MATERIAIS RECICLÁVEIS PRESENTES EM LÂMPADAS LED”, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por o processo se iniciar pela alimentação do material no silo alimentador (12) do moinho autógeno (11) se dar pelo centro do moinho (11), utilizando valores de enchimento do moinho (11) entre 1% e 20% ,assim como a descarga do produto podendo-se, opcionalmente, utilizar grades (11.3) em sua saída, e tempo de operação maior que 10 minutos, sendo que a velocidade de rotação deve permitir a queda livre e alta intensidade de impacto do material; após a etapa de moagem segue a etapa de peneiramento, onde o material cominuído é despejado em peneirador com peneiras vibratórias (13) de abertura de malha variando de 70 mm a 0,6 mm; os produtos obtidos em cada faixa granulométrica são então submetidos a separação magnética por separadores magnéticos (14) e despejados em carrinhos de transporte para o destino final;
- “PROCESSO DE SEPARAÇÃO DE MATERIAIS RECICLÁVEIS PRESENTES EM LÂMPADAS LED”, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por o enchimento do moinho autógeno (11) se dar pelo grau de enchimento de 3%; a velocidade de rotação ser 25 rpm e a operação ser de 25 minutos.
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