BR102020019891A2

BR102020019891A2 - Processo para fabricação de blocos de concreto usando escória de chumbo e produtos obtidos

Info

Publication number: BR102020019891A2
Application number: BR102020019891-2A
Authority: BR
Inventors: Murilo Pereira Moisés; Alesandro Bail; Alexandre Amado De Moura; Davi Graize Trindade
Original assignee: Universidade Tecnologica Federal Do Parana; Davi Graize Trindade Eireli
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2022-04-12

Abstract

O desenvolvimento de processos para tratamento e reaproveitamento de resíduos é alvo de estudos ao redor do mundo, pois melhoram a qualidade ambiental, uma vez que transforma resíduos em matéria prima para novos processos fabris. Tecnologias limpas a custo competitivo têm feito com que empresas revejam suas políticas priorizando essas soluções. Este invento apresenta uma tecnologia para a fabricação de blocos de concreto usando resíduos de recicladoras de chumbo secundário como substituinte ao agregado miúdo. Portanto, é apresentada uma alternativa economicamente viável e ambientalmente segura para estes resíduos, que atualmente têm sido armazenados pelas indústrias para posterior descarte oneroso em aterros sanitários ou lixões, devido ao alto custo de tratamento e falta de tecnologias alternativas para reciclagem.

Description

PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DE BLOCOS DE CONCRETO USANDO ESCÓRIA DE CHUMBO E PRODUTOS OBTIDOS

BREVE DESCRIÇÃO

[001] A presente tecnologia consiste no “PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DE BLOCOS DE CONCRETO USANDO ESCÓRIA DE CHUMBO E PRODUTOS OBTIDOS” e refere-se ao processo de fabricação de blocos de concreto para serem utilizados no campo da construção civil. Dentre as diversas vantagens do presente invento podemos destacar a substituição parcial do agregado miúdo por escória de chumbo secundário, contribuindo com a diminuição do impacto ambiental gerado pelo mal gerenciamento de resíduos contendo chumbo e com o custo na produção de blocos de concreto, mantendo as suas propriedades mecânicas exigidas para uso para fins estruturais e de vedação, dentre elas, a resistência a compressão.

CAMPO DE APLICAÇÃO

[002] A presente invenção está inserida na área de engenharia civil, especificamente na linha de fabricação de materiais de construção, como blocos de concreto aplicados com objetivo de vedações verticais e funções estruturais. É apresentada neste invento uma tecnologia com viabilidade econômica e indiscutível contribuição ambiental, pois reinsere um resíduo sólido perigoso em um processo produtivo com segurança, visto que os contaminantes presentes no resíduo não são liberados para o ambiente, e ainda, não comprometem as características mínimas exigidas pelas normas brasileiras para uso de blocos de concreto.

CONVENCIMENTO

[003] No Brasil, o Ministério do Meio Ambiente (MMA) instituiu a Política Nacional do Meio Ambiente através da lei n° 6.938/81. Nessa lei, foi criado o Conselho Nacional do Meio Ambiente que é um órgão consultivo e deliberativo do sistema nacional de meio ambiente (Ministério do Meio Ambiente, 2018). Atualmente estes órgãos desenvolvem e atualizam resoluções, como a CONAMA 430/11, que determina a concentração máxima permitida de substâncias químicas nocivas à saúde humana ou ao meio ambiente nos resíduos industriais a serem descartados, tais como: metais, derivados de petróleo, organoclorados e outros.

[004] Diversas substâncias que compõem essa lista estão presentes na escória de fornos de fundição e outros resíduos industriais, mas o principal subproduto da indústria de reciclagem de chumbo secundário, que até o momento não possui tecnologia para tratamento disponível no país, é a escória que é formada durante a etapa de fundição e refino do chumbo. Este resíduo sólido possui elevada concentração de ferro e outros metais, tendo pequeno valor econômico e geração em grande quantidade.

[005] A reciclagem de chumbo a partir de fornos de fundição é um processo que gera uma quantidade elevada de resíduos sólidos e efluentes industriais, que necessitam de tratamento antes da sua disposição final. A normativa CONAMA 430 regulamenta os parâmetros de lançamento de chumbo e outros metais, baseado em sua periculosidade (CONAMA, 2011). Os compostos causadores da degradação da qualidade do solo e água causam grande preocupação do ponto de vista ambiental devido a sua capacidade de interferir nas diferentes cadeias alimentares e propriedade nutricionais no meio (Rodrigues, 2010).

[006] A grande quantidade de ferro presente na escória das recicladoras de chumbo pode ser explicada pelo fato de ser utilizada limalha de ferro como sequestrante de impurezas no processo de refino do chumbo. Devido à falta de tecnologias viáveis economicamente, estas indústrias têm que recorrer ao armazenamento e descarte da escória, algumas vezes sem a devida cautela quanto aos sistemas de proteção ambiental, podendo acarretar na migração dos compostos presentes neste subproduto para o solo e lençol freático. A política nacional de resíduos sólidos enfatiza a necessidade de priorizar métodos de reciclagem, reaproveitamento e reuso quando disponíveis, antes do descarte.

[007] Por outro lado, o mercado de materiais de construção mundial é crescente e a quantidade de blocos de concreto aplicados como agentes de vedação e/ou estruturais, aumentou significativamente nos últimos anos, principalmente devido a vantagens proporcionadas durante a execução da obra, como rapidez, acabamento refinado, isolamento térmico e acústico, e resistência mecânica que satisfazem as normas mais rígidas do setor de construção civil.

[008] Assim, a substituição parcial de um componente do concreto, como o agregado miúdo, sendo este muitas vezes admitido como areia, agrega valor à cadeia produtiva da construção civil, pois possibilita a diminuição da quantidade de areia extraída de fontes não renováveis, diminui o custo na aquisição desse componente pelas empresas fabricantes de blocos de concreto, e ainda, contribui com o gerenciamento efetivo a ambientalmente correto da escória gerada no processo de reciclagem de chumbo secundário.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[009] Neste tópico, serão apresentadas algumas anterioridades de pesquisa e documentos patentários que descrevem o emprego de escória gerada no processo de reciclagem de chumbo secundário na construção civil.

[010] O documento BR 10 2016 004341 7 A2 refere-se a um processo de extração de sulfato ferroso hidratado da escória ferrosa gerada no processamento pirometalúrgico de chumbo secundário. A PI 0615489-1 B1 trata de uma tecnologia para o processamento de produtos químicos que contenham chumbo e zinco, tendo como objetivo a reciclagem do chumbo e zinco por meio de um processo térmico. A PI 0004475-0 A2 refere-se ao aproveitamento de químicos contendo ferro, zinco e chumbo gerados preferencialmente em pós de aciaria, usando escória alcalina. É digno de nota que as tecnologias protegidas nos documentos citados são distintas ao processo e produto apresentado neste pedido de patente, pois este trata do uso de escória gerada durante o processo de reciclagem de chumbo secundário, especificamente inserindo-a no setor de fabricação de materiais de construção como blocos de concreto, em substituição do agregado miúdo, como a areia.

[011] O documento BR 10 2019 022724 9 B1 trata de um processo de fabricação de agregado artificial a partir de resíduos gerados em barragens de minério. Neste processo, o resíduo arenoso de minério de ferro é misturado a um aglomerante, formando um agregado artificial esferoidal capaz de substituir o agregado natural, usado na fabricação de concreto. O presente pedido de patente difere do documento supracitado, pois não se trata da fabricação de agregado artificial, eliminando assim a necessidade de adicionar um agente aglomerante, isso é feito com a substituição de uma parte a areia usada no concreto por escória gerada no processo de reciclagem de chumbo secundário, diminuindo o custo gerado com areia e ainda, disponibilizando ao setor produtivo uma tecnologia alternativa para o gerenciamento de resíduos sólidos contendo ferro e chumbo.

[012] A patente CN1295177C “ Method for processing building material using lead mine waste slag’ trata da produção de materiais de construção usando escória de chumbo, sendo que é usado cal e gesso na composição do concreto. O presente pedido de patente apresenta uma formulação para fabricação de blocos de concreto em que uma parte da areia é substituída por escória de chumbo secundário, sem a necessidade de adição de cal ou gesso. Assim, atribuindo vantagem econômica, ambiental e operacional ao processo.

[013] CN110482973A “Concrete based on industrial waste as raw material and preparation method thereof’ relata sobre a fabricação de concreto usando resíduo industrial, como as cinzas de carvão. A presente invenção difere da patente CN110482973A, pois trata do uso de escória gerada no processo de reciclagem de chumbo secundário como substituinte à areia no processo de fabricação de blocos de concreto, agregando valor ao resíduo sólido industrial e contribuindo com o gerenciamento eficaz da escória de chumbo.

[014] PI 0006466-1A2 apresenta um processo para aproveitamento de metais a partir de rejeitos siderúrgicos descartados, como a escória. O processo é baseado na instalação de indústrias recicladoras próximas aos depósitos de escória, sendo que o processo de recuperação dos metais do resíduo se dá a partir da fusão da escória e o seu posterior resfriamento súbito. A PI 0805558-0A2 revela uma tecnologia para a fabricação de bloco de concreto para uso no setor de construção civil usando pó de jeans como matéria prima principal. A PI 0203986-9 A2 trata sobre um processo para a produção de artefatos de concreto usando resíduos de borracha e pneumáticos inutilizados. Vale a pena destacar que o presente invento difere de todas as tecnologias acima destacadas, pois trata-se de um processo de fabricação de blocos de concreto usando escória de chumbo como substituinte da areia, deste modo, oferecendo ao setor de fabricação de materiais de construção uma alternativa para diminuir os custos com matéria-prima e ainda, contribuir com o controle da poluição ambiental.

[015] Os documentos CN107056163A “Method for preparing concrete with alumina industrial waste”, CN107129201A “Concrete containing industrial and agricultural solid waste” e KR20140123789A “Concrete block manugacturing method using the shellfish by-products, and an industrial-waste of iron works”, apresentam tecnologias distintas da disposta neste invento. Embora considerem o uso de resíduos na composição do concreto, os documentos supracitados não protegem o uso de escória de chumbo como substituinte à areia, como pleiteado neste invento. O uso de escória de chumbo oferece vantagens econômicas e ambientais para o setor de construção civil e para as indústrias de reciclagem de chumbo.

[016] É importante realçar que existem outras patentes depositadas e concedidas relacionadas ao uso de escória de chumbo, entretanto, nenhuma delas contempla o uso da escória como substituinte de areia no processo de fabricação de blocos de concreto, resultado alcançado por meio do traço usado, que possibilita um processo de fabricação simples, eficiente, e com viabilidade econômica e ambiental. Isso evidencia o diferencial inovativo e a relevância do presente pedido.

OBJETIVO DA INVENÇAO

[017] A presente invenção tem como objetivo a fabricação de artefatos de concreto com diversas aplicações, como bloco de vedação, bloco estrutural, mourão, meio-fio, lajotas para laje e piso, com substituição parcial do agregado miúdo por escória gerada no processo de reciclagem de chumbo secundário.

DA INVENÇÃO

[018] A presente invenção descreve um processo ambientalmente correto para produção de blocos de concreto, em que a areia é parcialmente substituída por um resíduo industrial de difícil e oneroso gerenciamento, que é a escória gerada no processo de reciclagem de chumbo secundário, sem comprometer a resistência à compressão do material produzido conforme estabelecido em ABNT NBR 6136.

VANTAGENS DA INVENÇÃO

[019] É possível destacar algumas vantagens do presente invento, tais como:

✓ Diminuir o valor investido pelas fabricantes de artefatos de concreto para aquisição de matéria-prima;
✓ Diminuir o custo de gerenciamento de escórias de chumbo, visto que atualmente são enviadas para aterros industriais;
✓ Oferecer ao mercado uma tecnologia alternativa para o gerenciamento de resíduos industriais;
✓ Reduzir os impactos causados pelo mau gerenciamento de escória de chumbo;
✓ Disponibilizar um processo de produção simples, eficaz e com viabilidade econômica para a fabricação de blocos de concreto ambientalmente amigáveis.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[020] Figura 1. Fluxograma do processo de fabricação de blocos de concreto com substituição parcial da areia por escória de chumbo;

[021] Figura 2. Resistência à compressão dos corpos de prova em 14 e 61 dias, com substituição de 10 e 20 % de areia por escória de chumbo secundário. A linha vermelha horizontal em 3 MPa indica a resistência à compressão exigida pela norma NBR 6136 na classe C e a segunda linha em 4 Mpa representa a resistência necessária para pertencer a classe B.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[022] O procedimento adotado consistiu em preparar peças de bloco de concreto contendo 10 e 20% de areia substituída por escória de chumbo e avaliar a resistência à compressão durante o período de 14 e 61 dias. A escória utilizada neste invento apresentou tamanho de partícula entre 0,1 e 2,3 milímetros e foi usada sem tratamento prévio, ou seja, como coletada.

[023] O processo de fabricação de blocos de concreto (Figura 1), inicia-se com a transferência do cimento (1), areia (2), pó de pedra (3), pedrisco (4), aditivo plastificante (5), água (6) e escória (7), por meio de uma esteira (E1), para um misturador automático (M) com capacidade máxima de 715 kg acoplado a uma balança (B), na proporção de: cimento (1), numa proporção entre 1 e 10 % m/v do produto; areia (2), numa proporção entre 10 e 30 % m/v do produto; pó de pedra (3), numa proporção entre 30 e 70 % m/v do produto; pedrisco (4), numa proporção entre 15 e 40 % m/v do produto e, aditivo plastificante (5), numa proporção entre 0,01 e 5 % m/m, água na proporção entre 1 e 10 % m/v do produto e escória de chumbo na proporção entre 2 e 80 % da massa de areia (2), no qual os componentes são misturados por um período entre 1 e 5 minutos, até que se atinja uma massa com consistência em ponto de pelota, a qual é transferida por meio de uma esteira (E2) para a prensa (P) onde os blocos de concreto são moldados, podendo pertencer a qualquer família de blocos, como exemplo, as famílias 29 e 39, que tem peças com dimensões (cm): 14x19x29; 14x19x44; 14x19x14; 14x19x39; 14x19x19; 14x19x34; 14x19x54, sendo largura, altura, e comprimento, entre outras dimensões disponíveis no mercado. Após a moldagem, os blocos de concreto moldados são transportados por meio de empilhadeira (EM) para a estufa para secagem (ES), onde são mantidos à temperatura ambiente para a reação de cura, durante o período de 14 e 61 dias, estando, após esse período prontos para serem aplicados na construção civil.

[024] A NBR 6136 classifica os blocos de acordo com a função a ser aplicada, onde as classes variam entre A, B e C, com resistências características a compressão axial das peças entre 3 MPa para blocos sem função estrutural a 8 MPa para blocos com função estrutural.

[025] Podemos observar na Figura 2 que o bloco com substituição de 10% apresentou resistência a compressão em torno de 7 MPa, acima do mínimo exigido pela NBR 6136/2014 (linhas vermelhas), resultado extremamente satisfatório que comprova a viabilidade técnica do processo descrito neste invento. O bloco com traço que considera 20% de substituição da areia pelo resíduo industrial apresentou resistência superior a 5 Mpa. Assim, ambos os traços atendem rigorosamente à norma aplicada a blocos de concreto para uso de vedação e estrutura, e indispensáveis para sua comercialização.

[026] Assim, sabendo que o produto obtido atende às normas quanto a sua resistência mecânica, é apresentada na tabela 01 os resultados dos testes de lixiviação e solubilidade exigidos pela ABNT NBR 10.004/2004, realizados no bloco de referência (sem adição de resíduo), e nos blocos com 10% e 20% de areia substituída por resíduo. Este procedimento foi adotado para garantir que o produto não contamine o ambiente. Como claramente observado na tabela, os blocos com 10 e 20% de substituição atendem à NBR 10.004, principalmente no parâmetro chumbo, principal contaminante da escória de chumbo secundário.

[027] Portanto, é importante destacar que o processo de fabricação de blocos de concreto usando escória de chumbo secundário como substituinte a areia, bem como os produtos obtidos, apresentam diferencial inovativo, especificamente devido ao uso de um resíduo sólido industrial como matéria-prima e o traço (relação cimento/pedrisco/resíduo) específico apresentado neste invento.

Claims

PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DE BLOCOS DE CONCRETO USANDO ESCÓRIA DE CHUMBO caracterizado por se iniciar com a transferência do cimento (1), areia (2), pó de pedra (3), pedrisco (4), aditivo plastificante (5), água (6) e escória (7), por meio de uma esteira (E1), para um misturador automático (M) acoplado a uma balança (B), na proporção de: cimento (1), numa proporção entre 1 e 10 % m/v do produto; areia (2), numa proporção entre 10 e 30 % m/v do produto; pó de pedra (3), numa proporção entre 30 e 70 % m/v do produto; pedrisco (4), numa proporção entre 15 e 40 % m/v do produto e, aditivo plastificante (5), numa proporção entre 0,01 e 5 % m/m, água (6) na proporção entre 1 e 10 % m/v do produto e escória de chumbo (7) na proporção entre 2 e 80 % da massa de areia (2), no qual os componentes são misturados por um período entre 1 e 5 minutos, até que se atinja uma massa com consistência em ponto de pelota, a qual é transferida por meio de uma esteira (E2) para a prensa (P) onde os blocos de concreto são moldados e transportados por meio de empilhadeira (EM) para as estufa para secagem (ES).
PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DE BLOCOS DE CONCRETO USANDO ESCÓRIA DE CHUMBO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por empregar resíduos de escória de chumbo secundário (7), provenientes da reciclagem industrial de chumbo, com partículas de tamanho entre 0,1 e 5 micrômetros e umidade de 1 a 15 %.
PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DE BLOCOS DE CONCRETO USANDO ESCÓRIA DE CHUMBO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por substituir parcialmente a areia (2) por escória de chumbo (7), numa proporção entre 2 a 80 % de escória (7), em relação à massa de areia (2), sendo, preferencialmente, a proporção de escória (7) entre 10 e 20% em relação à massa de areia (2).
PRODUTOS OBTIDOS PELO PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DE BLOCOS DE CONCRETO USANDO ESCÓRIA DE CHUMBO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizados por se constituir de:
- ✓ cimento (1), numa proporção de até 4 % (31 kg) m/v do produto;
- ✓ areia (2), numa proporção de 19 % (135 kg) m/v do produto;
- ✓ pó de pedra (3), numa proporção de 50 % (360 kg) m/v do produto;
- ✓ pedrisco (4), numa proporção de 26 % (184 kg) m/v do produto;
- ✓ escória (7), numa proporção entre 2 e 80 % (1,4 kg a 27 kg) m/m em relação à areia (2).
PRODUTOS OBTIDOS PELO PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DE BLOCOS DE CONCRETO USANDO ESCÓRIA DE CHUMBO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizados por blocos de concreto para serem aplicados na construção civil de qualquer família de blocos, como as famílias 29 e 39, com peças de dimensões (cm): 14x19x29; 14x19x44; 14x19x14; 14x19x39; 14x19x19; 14x19x34; 14x19x54, sendo largura, altura, e comprimento, entre outras dimensões disponíveis no mercado.