BRPI0801704A2 - métodos de utilização de lodo de sedimentos de rios e lagos como componente principal de produção de novos materiais de construção civil - Google Patents

Abstract

MéTODOS DE UTILIZAçãO DE LODO DE SEDIMENTOS DE RIOS E LAGOS COMO COMPONENTE PRINCIPAL DE PRODUçãO DE NOVOS MATERIAIS DE CONSTRUçãO CIVIL. Referem-se a composições e tecnologias de fabricação de novos materiais como tijolos e cerâmicas para aplicação na construção civil, à base de sedimentos de rios e lagos com alto nível de umidade (usualmente até 80% ou mais). O teor de sedimentos como componente principal de misturas iniciais pode atingir o nível de 80% ou mais, depende de propriedades e percentagens dos outros componentes usados para preparação destas misturas iniciais e de exigências às propriedades mecânicas de materiais fabricados. Para diminuir a umidade de misturas podem ser usados cinza de queima de madeira (ou cinza de xisto betuminoso, ou cinza de carvão mineral, ou cinza de queima de casca de arroz ou outras gramíneas, escorias siderúrgicas e outros absorventes de água). Para produção de materiais semelhantes ao concreto como ligantes de sedimentos podem ser usados rejeitos de produção de cal ou escórias siderúrgicas ou cimento Portland, de forma independente ou em combinação destes materiais. Para produção de cerâmicas é possível incorporar argila natural, usualmente na faixa de 10 - 20%.

Description

MÉTODOS DE UTILIZAÇÃO DE LODO DE SEDIMENTOS DE RIOS E LAGOSCOMO COMPONENTE PRINCIPAL DE PRODUÇÃO DE NOVOS MATERIAISDE CONSTRUÇÃO CIVIL.

A presente Patente de Invenção refere-se aos métodos (composições e tecnologia), denominados MÉTODOS DE UTILIZAÇÃO DE LODO DESEDIMENTOS DE RIOS E LAGOS COMO COMPONENTE PRINCIPAL DEPRODUÇÃO DE NOVOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL para aplicaçãoria construção civil, à base de resíduos de materiais de sedimentação de rios elagos. Usualmente os sedimentos ficam em duas camadas com diferentes composições mineralógicas, granulométricas, químicas etc. Nas camadas maisprofundas ficam materiais mais grossos e mais pesados - pedras, pedregulhos,areias, siltes, etc. Acima deste material usualmente fica a camada de materiaismais leves e finos - substancias argilosas e orgânicas. Com o tempo estacamada se torna mais compactada e transforma-se em lodo bastante denso.

Ambas as camadas acumulam-se nos fundos de rios e lagos e criam dificuldadespara navegação de barcos, iates, canoas, etc.

Os materiais de dragagem de sedimentos usualmente ficam nas margens de riosou lagos, mas chuvas ou ventos os levam para a água. Alem disso, nas margenseles criam problemas ambientais, contaminam paisagem e dificultam a passagem.

Ainda não existem métodos economicamente e ambientalmente eficientes deutilização de materiais sedimentares. O uso de lodo como fertilizante é limitadocom a presença de sedimentos grossos e muitas vezes contaminados com metaispesados de industrias. A utilização de material grosso como componente demateriais de construção civil é dificultoso com a presença de lodo orgânico e com alta (até 80% ou mais) umidade. Dividir grandes quantidades destes dois tipos demateriais depois de drenagem deles de rios e lagos é bastante difícil eeconomicamente não viável.Os objetivos da presente patente são:

1. desenvolver novas composições com a completa utilização de misturas de produtos de drenagem retirados das margens dos rios e lagos através do usode sedimentos sem secagem e sem separação de componentes emcombinações com outros resíduos industriais. Isto permitirá uma revitalizaçãode rios e lagos como vias marítimas e de comunicação.

2. desenvolver novas tecnologias ou adaptar tecnologias tradicionais parautilização de novos materiais na construção civil com maior aproveitamentoeconômico e propriedades suficientes de acordo com NBR-8953 e NBR-13279.

Os resultados das pesquisas, defendidas com MÉTODOS DE UTILIZAÇÃO DELODO DE SEDIMENTOS DE RIOS E LAGOS COMO COMPONENTEPRINCIPAL DE PRODUÇÃO DE NOVOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVILtêm em vista todas estas particularidades das misturas dos sedimentos comomateriais principais para fabricação de materiais de construção civil: 1. A influencia negativa de alto teor de substancias orgânicas e argilosas e deumidade de lodo pode ser reprimida com uso de outros componentes demateriais do tipo cinzas de queima (de madeira, de xisto betuminoso, decarvão mineral, etc) para fabricação de tijolos, blocos entre outros semcimento Portland e sem queima; 2. No caso de presença de altos teores de metais pesados nos sedimentos,as misturas nomeadas acima podem ser quimicamente ligadas emcerâmicas de tipo tijolos com queima.O teor de sedimentos como componente principal de misturas iniciais pode atingiro nível de 85% ou mais, depende de propriedades e percentagens dos outros componentes usados para preparação destas misturas iniciais e de exigências àspropriedades mecânicas de materiais fabricados.

Para superação de baterias patogênicas de água de rios ou lagos existe fortenecessidade do uso de produtos químicos como hipoclorito de sódio emquantidade que depende de nível de contaminação bacterial. Por isso a presente patente inclui dois tipos de novos materiais de construção civil- sem queima e com queima - com diferentes composições de misturas iniciais ecom diferentes tecnologias de fabricação.

O primeiro material patenteado nos MÉTODOS DE UTILIZAÇÃO DE LODO DESEDIMENTOS DE RIOS E LAGOS COMO COMPONENTE PRINCIPAL DE PRODUÇÃO DE NOVOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL são tijolosmaciços, tijolos com buracos e blocos com propriedades semelhantes àspropriedades de concreto.

Para fabricação destes primeiros produtos de patente no nível industrial comomatéria-prima, exceto de misturas de ambas camadas de sedimentos (de lodo ede areia) podem ser usados os materiais secos sempre disponíveis eambientalmente puros (sem metais pesados acima da demandas de NBR)seguintes:

• cinza de queima de madeira, ou cinza de xisto betuminoso, ou cinza de carvão mineral, ou cinza de queima de casca de arroz, ou outras

gramíneas e absorventes de água de sedimentos relativamente baratos;

• resíduos de produção de cal. No caso de falta de resíduos de produção decal ele pode ser substituído com cal virgem de mercado, ou escoriassiderúrgicas de diferentes processos tecnológicos com alto teor de CaO.

No caso de ausência destes pode ser usado também o cimento Portland,

Como alguns dos componentes podem ser usados também areia, argila, silte,cascalho, rejeitos de corte e polimento de rochas naturais ou outros tipos deagregados com diminuição parcial de percentagem de mistura de sedimentos.Os resíduos de produção de cal são compostos por cal com óxidos totais na base não volátil (CaO+MgO) < 88%, i.e. com teor total de outros elementos químicos,calcário mal queimado, etc, mais do que 12% (NBR-6453). Resíduos deprodução de cal usado neste estudo têm mais do que 18% de CaC03. Porém, oteor de CaC03 pode ser diferente e depende de qualidade de queima de calcário,do tempo após a fabricação da cal e das condições de sua armazenagem. O destino final desse resíduo tem gerado grandes problemas ambientais eeconômicos.

Os processos tecnológicos de fabricação dos materiais semelhantes aosconcretos de MÉTODOS DE UTILIZAÇÃO DE LODO DE SEDIMENTOS DERIOS E LAGOS COMO COMPONENTE PRINCIPAL DE PRODUÇÃO DE . NOVOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL incluem as operações seguintes:

1. dosagem de componentes de mistura em percentagem desejável, quedepende de valores das propriedades esperáveis dos produtos finais;

2. homogeneização de mistura de componentes;

3. exposição de misturas de componentes durante 20-30 minutos para30 terminação de reações exotérmicas de hidratação de cal;

4. compactação de mistura homogeneizada com prensa de um ou (melhor) dedois lados com força de formação experimentalmente determinada; possíveltambém a compactação de mistura na vibro prensa, no caso de uso decimento Portland como ligante;

5. depósito dos materiais compactados no ar aberto com temperatura de meioambiente ou autoclavagem em condições (temperatura e pressãoantecipadamente determinados) no caso de uso como ligantes de cal residualou cal virgem de mercado; depósito dos materiais compactadas no meio ambiente úmido (no caso de uso como ligante o cimento Portland ou escoriassiderúrgicas).

O teor de mistura de sedimentos pode atingir o nível até 85% em peso comumidade de lodo real até 80% ou mais sem secagem preliminar. A misturahomogeneizada será compactada pelo método de prensagem com diferentes

esforços de compactação de um lado ou (muito melhor) de dois lados. Acompactação de mistura pronta de dois lados aumenta as propriedadesmecânicas do produto final. A força de compactação neste estudo foi 10 MPa compressão tradicional uniaxial de um lado. Os valores das propriedades mecânicasaumentam com o tempo de cura no ar aberto.

A resistência à compressão uniaxial de amostras de diferentes composições comuso como ligante de resíduos de produção de cal deste estudo na 3o dia de curausualmente oscila entre 2 e 4 MPa, no 14° dia - 6-8 MPa e no 28° dia entre 10 -12 MPa. A resistência continua crescer até um ano ou mais.Conforme a NBR 7170 (1983) a resistência uniaxial dos tijolos maciços deve ser

as seguintes: Classe A < 2,5 MPa;

Classe B 2,5 < 4,0 MPa;Classe C > 4,0 MPa.O valor da resistência deste material pode ser aumentado com o aumento depercentagem dos componentes de misturas iniciais, especialmente do teor de

resíduos de produção de cal, de cal comercial, ou escorias siderúrgicas, ou usode cimento Portland e outros materiais ligantes. A mudança de processostecnológicos (moagem de resíduos de produção de cal ou escorias siderúrgicas,pressão de formação, ou o uso de método de prensagem de materiais de doislados, etc.) também podem aumentar os valores das propriedades mecânicas.

Os materiais têm altos valores de resistência à água e baixo coeficiente dedilatação.

O segundo material patenteado nos MÉTODOS DE UTILIZAÇÃO DE LODO DESEDIMENTOS DE RIOS E LAGOS COMO COMPONENTE PRINCIPAL DEPRODUÇÃO DE NOVOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL são os materiaiscerâmicos, desenvolvidos com misturas de materiais de sedimento, contaminadocom teor de metais pesados acima de demandas de NBR com umidade real (até80% ou mais) sem secagem preliminar e com teor de sedimentos até 85% empeso de misturas iniciais. Para produção de cerâmicas é possível incorporar argila natural, usualmente na faixa de 10 - 20% ou mais.

Os processos tecnológicos de fabricação de materiais cerâmicos (segundomaterial da patente) incluem as operações seguintes:

• dosagem de componentes de mistura de materiais de sedimentos com cinzasou com outros componentes semelhantes em percentagem desejável, que

depende de valores das propriedades esperáveis dos produtos finais;

• homogeneização de mistura de componentes;

• compactação de mistura homogeneizada com pressão de formaçãoexperimentalmente determinada ou com extrusão na extrusora;

• secagem até peso constante;

• queima com temperatura e regime antecipadamente escolhidos. Nestapesquisa a queima acontece com a temperatura oscilando entre 700 até 950°C durante 3 - 6 horas na temperatura máxima.As valores de resistência à flexão de três pontos das amostras queimadas nestapesquisa variam de 4 até 12 MPa. Conforme a NBR 7171 (1992) a resistência uniaxial dos blocos cerâmicos deve ser as seguintes:

Classe 15= 1,5 < 2,5 MPa,Classe 25 = 2,5 < 4,5 MPa.Todos os materiais cerâmicos desenvolvidos têm lixiviação de metais pesadosmuito menor que as exigências definidas em normas brasileiras e internacionais. Resultados experimentais desta patente demonstram, que os materiais obtidoscom o presente método podem substituir todos os tijolos maciços de classes A, Be C e blocos cerâmicos das classes 15 e 25 com grande vantagem depropriedades mecânicas.

A capacidade de absorção de água (de 8,9 até 14,5%) também corresponde à demanda pela NBR 7171 para bloco cerâmico para alvenaria (não deve sermenor de 8% nem superior a 25%).

O baixo custo de matérias - primas (sedimentos de rio e resíduos industriais)garante um grande efeito econômico para a produção destes materiais.6/7

Os valores das resistências e outras propriedades mecânicas de materiaisapresentados em ambas partes desta patente podem ser aumentados com amudança de percentagem dos componentes de misturas iniciais e com mudançade processos tecnológicos (pressão de compactação, temperatura e duração de queima na temperatura máxima, regime de aquecimento e resfriamento, etc)conforme as demandas da construção civil ou da NBR.

0 aproveitamento destes compósitos de resíduos industriais acima citadosusados como matéria-prima para fabricação dos materiais desenvolvidos destapatente permite a obtenção de materiais de construção civil com característicasiguais ou superiores às dos materiais tradicionais (tijolos, telhas, cerâmicas, etc.)apresentando, entretanto, mas com menor preço de custo.As maiores vantagens do MÉTODOS DE UTILIZAÇÃO DE LODO DESEDIMENTOS DE RIOS E LAGOS COMO COMPONENTE PRINCIPAL DEPRODUÇÃO DE NOVOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL em comparação com métodos tradicionais de produção de tijolos maciços e blocos cerâmicos são:

1. energético: para produção de materiais semelhantes ao concreto desenvolvidonão são necessárias altas temperaturas de fabricação de tijolos maciçosconvencionais com a perda de grande energia;

2. resistência mecânica: os resultados experimentais desta patente incluem só resultados de pesquisa exclusivamente com lodo de sedimentos e resíduos de

produção de cal. Sem dúvida, materiais ligantes tradicionais (cimento Portlande cal de mercado) podem aumentar. significativamente os valores deresistência de novos materiais;

3. econômica: um custo muito baixo de matérias-primas - resíduos industriais (lodo de sedimentos, cinzas de diferentes combustíveis, escorias siderúrgicas

e resíduos de produção de cal) garantindo um alto efeito econômico deprodução destes materiais;

4. ambiental: o método desenvolvido nesta patente é baseado na utilizaçãomáxima de vários resíduos industriais e por isso tem forte contribuição para as questões que envolvem a revitalização de rios e lagos como vias marítimas decomunicação

5. social: a qualidade de vida dos moradores próximos aos rios e lagos semdúvida pode ser melhorada por causa da revitalização dos rios e lagos comovias marítimas de comunicação e como áreas da pesca, preservação dasmargens da contaminação de produtos de drenagem. Além disso, para aprodução dos novos materiais desenvolvidos é necessário criar uma rede denovas empresas com geração de novos empregos.Os produtos obtidos pelas tecnologias de MÉTODOS DE UTILIZAÇÃO DE LODO DE SEDIMENTOS DE RIOS E LAGOS COMO COMPONENTE PRINCIPAL DEPRODUÇÃO DE NOVOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL são compósitosbaseados na utilização máxima de resíduos industriais não perigosos de classe IIe, portanto tem forte contribuição para as questões que envolvem a proteção domeio ambiente.

Claims (5)

1.

MÉTODOS DE UTILIZAÇÃO DE LODO DE SEDIMENTOS DE RIOS E LAGOSCOMO COMPONENTE PRINCIPAL DE PRODUÇÃO DE NOVOS MATERIAISDE

CONSTRUÇÃO

CIVIL tratam de várias composições e tecnologias

caracterizadas por obtenção das misturas dos seguintes materiais: -1. sedimentos de rios e lagos com umidade usual (até 80% ou mais de teor deágua) sem secagem preliminar,-2. resíduos de produção de cal (ou cal virgem de mercado, ou escoriassiderúrgicas de diferentes processos tecnológicos, ou cimento Portland),-3. cinza de queima de madeira (ou cinza de xisto betuminoso, ou cinza de carvãomineral, ou cinza de queima de casca de arroz ou outras gramíneas, ouescorias siderúrgicas e outros absorventes de água de sedimentosrelativamente baratos e localmente disponíveis),-4. para produção de cerâmicas é possível incorporar argila natural, usualmente na faixa de 10-20%.Os processos tecnológicos de fabricação de materiais semelhantes ao concretodesta patente incluem as operações seguintes:-1. dosagem de componentes de mistura em percentagem desejável, quedepende de valores das propriedades esperáveis dos produtos finais;-2. homogeneização de mistura de componentes;-3. compactação de mistura homogeneizada com pressão de formaçãoexperimentalmente determinada;-4. depósito dos materiais compactados à céu aberto com temperatura domeio ambiente ou autoclavagem em condições (temperatura e pressão antecipadamente determinados) no caso de uso como ligantes de calresidual ou cal virgem de mercado; depósito dos materiais compactadasno meio ambiente úmido (no caso de uso como ligante o cimento Portlandou escorias siderúrgicas).Os processos tecnológicos de fabricação de materiais cerâmicas desta patente incluem as operações seguintes:-1. dosagem de componentes de mistura em percentagem desejável, quedepende de valores das propriedades esperáveis dos produtos finais;-2. homogeneização de mistura de componentes;-3. compactação de mistura homogeneizada com pressão de formaçãoexperimentalmente determinada;-4. secagem até peso constante;-5. caso de fabricação de cerâmicas, queima dos materiais secos com temperatura e regime antecipadamente escolhidos.