PT104535A

PT104535A - Processo para o aproveitamento de resíduos da reciclagem do vidro e de lamas de estações de tratamento de água, ricas em alumínio, e produtos assim obtidos

Info

Publication number: PT104535A
Application number: PT10453509A
Authority: PT
Inventors: Amancio Luis Yrache Teixeira Pinto
Original assignee: Univ Tras Os Montes E Alto Dou
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2010-10-27
Also published as: PT104535B

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO DIZ RESPEITO AO APROVEITAMENTO DE RESÍDUOS DA INDÚSTRIA DO VIDRO E DAS LAMAS DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA, RICAS EM ALUMÍNIO, PARA A OBTENÇÃO DE PRODUTOS COM APLICAÇÃO NA CONSTRUÇÃO CIVIL E NOUTRAS INDÚSTRIAS ONDE SEJAM EXIGIDOS MATERIAIS COM BOM COMPORTAMENTO MECÂNICO, ESTABILIDADE A ALTAS TEMPERATURAS E A MEIOS DE ELEVADA ACIDEZ. O PROCESSO CONSISTE NA CALCINAÇÃO DAS LAMAS GERADAS NAS ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA E MISTURA COM RESÍDUOS DA INDÚSTRIA DO VIDRO, MOAGEM CONJUNTA DOS DOIS PRODUTOS, PREPARAÇÃO DE UM ACTIVADOR ALCALINO PARA ACTIVAÇÃO ALCALINA DAS FASES SÓLIDAS, SENDO O PRODUTO ASSIM OBTIDO SUBMETIDO A CURA À TEMPERATURA AMBIENTE E SEM QUALQUER DISPÊNDIO ENERGÉTICO ADICIONAL. O PRODUTO QUE SE OBTÉM TEM ELEVADA RESISTÊNCIA MECÂNICA, É RESISTENTE AO ATAQUE SALINO, AO ATAQUE POR ÁCIDOS OU À ACÇÃO DE TEMPERATURAS ELEVADAS.

Description

9 preço é bem superior, ou cinzas de processos térmicos como as geradas em centrais termoeléctricas de queima de carvão e cuja disponibilidade não é grande em Portugal.

Definições

Por "bom comportamento mecânico" entende-se um nivel de resistência da ordem dos 40 MPa em compressão simples e de 6 MPa em flexo-tracção.

Por "bom comportamento químico" entende-se resistência adequada ao ataque dos ácidos e dos sulfatos, ausência de reacção álcalis-agregado assegurando estabilidade química em outros processos que normalmente afectam a qualidade dos produtos de Cimento Portland.

Finalmente por "comportamento térmico" entende-se o facto de o produto manter integridade estrutural até temperaturas da ordem dos 1000°C com pequena quebra de resistência mecânica.

Objectos da Invenção

Constitui um primeiro objecto da invenção um processo para o aproveitamento de resíduos da reciclagem do vidro e de lamas de estações de tratamento de água, ricas em alumínio, que compreende os seguintes passos: 10 a) Calcinação a temperaturas entre 500 e 1000°C das lamas geradas nas estações de tratamento de água em que se use um floculante à base de alumínio; b) Mistura com resíduos da indústria do vidro ou da reciclagem do vidro, numa proporção em peso de 9:1 a 1:9; c) Moagem conjunta dos dois produtos misturados em moinho de bolas, seguida de peneiração, com um peneiro de 100 a 500 μιη; d) Preparação de um activador alcalino composto por uma mistura (numa proporção em peso entre 1:6 a 3:1) de soluções de hidróxido de sódio (numa concentração entre 5 e 25 molal) e de silicato de sódio; e e) Activação alcalina das fases sólidas por intermédio da adição do activador, envolvendo mistura enérgica durante 2 a 20 minutos.

Normalmente, o floculante que é referido no passo a) é o sulfato de alumínio.

De preferência a temperatura de calcinação do passo a) situa-se entre 700 e 800°C. 11

Habitualmente, as proporções em peso no passo b) variam entre 1:3 a 3:1. 0 peneiro utilizado no passo c) tem, preferencialmente, uma malha de 200 a 300 μιη.

No passo d) a proporção em peso de hidróxido de sódio para silicato de sódio situa-se, gealmente, entre 1:1 a 1:3 e a concentração de hidróxido de sódio varia, usualmente, entre entre 10 e 15 molal.

No passo e), o tempo de agitação preferido situa-se entre 3 e 7 minutos. O produto obtido no passo e) pode ser adicionalmente submetido a protecção com filme de polietileno e cura a temperatura ambiente durante pelo menos 3 dias, de preferência pelo menos 7 dias.

Constitui um segundo objecto da invenção um produto, de elevada resistência mecânica, e resistente ao ataque salino, por ácidos ou a temperaturas elevadas, que é obtido pelo processo de acordo com a invenção.

Este produto apresenta, normalmente, uma resistência mecânica em f lexo-tracção entre 3 e 8 MPa e em compressão simples entre 30 e 50 MPa. 12

Parte Experimental

Os exemplos que se seguem têm por finalidade ilustrar a invenção e não se destinam a limitar, por qualquer meio, o âmbito da mesma.

Exemplo 1

Preparação do Produto da Invenção a) Preparação dos componentes sólidos

As lamas do tratamento de água (ETA) foram calcinadas em mufla eléctrica, após secagem prévia em estufa ou ao sol, a 750°C durante 2 horas (à taxa de aquecimento de 10°C/min) e moldas em moinho de bolas durante 1 hora. Após moagem foram peneiradas no peneiro de 500 pm.

Os resíduos de vidro reciclado foram previamente moídos em moinho de bolas durante 1 hora e após moagem peneirados no peneiro de 500 pm.

As lamas e os resíduos de vidro passados no peneiro de 500 pm foram misturados de acordo com as composições estudadas, por exemplo 50%-50%, e moídos novamente no moinho de bolas, agora em conjunto durante mais 1 hora. No final o produto é peneirado com o peneiro de 250 pm, sendo o material que passou no peneiro aquele 13 que é considerado a matéria-prima (base ligante) da reacçao de Activação Alcalina.

Foi acrescentado à base ligante, na proporção de 1:2 (ligante-agregado), um agregado constituído por areia siliciosa (mas que também pode ser à base de resíduos de vidro) de granulometria 0-6,3 mm. Ambos os materiais, ligante e agregado, são misturados em seco até se obter homogeneização. b) Preparação do activador alcalino

Como activador foi utilizada uma mistura (1:2 em peso) de soluções de hidróxido de sódio (em diferentes concentrações 10-12,5-15 molal) e de silicato de sódio D40. c) Activação alcalina dos componentes sólidos

Procedeu-se então à mistura dos sólidos sobre a solução activadora, em agitação permanente e vigorosa. A relação "activador/sólidos" (fase líquida/fase sólida) foi ajustada de acordo com as necessidades de mistura, mas considera-se 0,25 como um valor de partida aceitável.

Finalmente, e após uma mistura enérgica durante 5 minutos, obteve-se uma pasta plástica, homogénea e fácil de trabalhar. 14 d) Protecçao e cura do produto obtido A pasta foi então vertida para moldes metálicos ou plásticos, com dimensões de 4x4x16 cm3, que foram compactados na mesa vibratória para libertação do ar ocluido e depois cobertos com filme de polietileno, ficando então a curar à temperatura ambiente durante 7 dias (T=20±5°C; HR=50±10%).

Exemplo 2

Características dos produtos obtidos e da matéria-prima 0 produto obtido no Exemplo 1 foi submetido a ensaios relativos à flexo-tracção e compressão simples (de acordo com as normas ASTM C-348-97 e C- 349-97). Os valores da resistência mecânica em flexo- tracção variaram de co a 6,3 MPa aos 7 dias e em compressão simples entre 39,4 e 43,2 MPa, também aos 7 dias.

Foram estudadas diferentes composições ponderais de resíduos de vidro e lamas de ETA, de maneira a que se alcançasse na mistura uma presença relativa de silício e alumínio adequada para garantir que a quantidade de átomos de silício e alumínio não ligados fosse a mínima possível. 0 controlo desta situação fez-se a jusante pelos resultados mecânicos obtidos. 15

Em termos da caracterização determinou-se: (i) composição química média por Absorção Atómica, AAS Perking Helmer 372 (Flame); (ii) composição mineralógica (DRX, Panalytical X'Pert PRO, detector X'Celerator, CuKalfa, Monochromator); (iii) comportamento térmico (TGA, TA Instruments-Model Q50); (iv) distribuição granulométrica (técnica laser, Coulter LS 230 - módulo fluido).

As técnicas acima referidas são as habitualmente utilizadas para a caracterização das matérias-primas na indústria do cimento, sendo também as técnicas referidas na generalidade dos artigos sobre activação alcalina. A tabela 1 mostra a composição química média dos materiais utilizados.

Tabela 1 - Composição química média dos materiais usados como matéria-prima estimada por absorção atómica

Material AI2O3 SÍO2 Fe2<>3 CaO Na20 K20 MgO Ti02 Lamas de ETA 56,33 20,59 4, 79 0,45 0,11 0,58 0,32 0, 11 Resíduos de Vidro 0,42 68,06 0,16 9,11 11,86 0,26 4,14 0, 02

Lisboa, 27 de Abril de 2009

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Processo para o aproveitamento de resíduos da reciclagem do vidro e de lamas de estações de tratamento de água, ricas em alumínio, caracterizado por compreender os seguintes passos: a) Calcinação a temperaturas entre 500 e 1000°C das lamas geradas nas estações de tratamento de água em que se use um floculante à base de alumínio; b) Mistura com resíduos da indústria do vidro ou da reciclagem do vidro, numa proporção em peso de 9:1 a 1:9; c) Moagem conjunta dos dois produtos misturados em moinho de bolas, seguida de peneiração, com um peneiro de 100 a 500 μιη; d) Preparação de um activador alcalino composto por uma mistura (numa proporção em peso entre 1:6 a 3:1) de soluções de hidróxido de sódio (numa concentração entre 5 e 25 molal) e de silicato de sódio; e e) Activação alcalina das fases sólidas por intermédio da adição do activador, envolvendo mistura enérgica durante 2 a 20 minutos. 2
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o floculante referido no passo a) ser sulfato de alumínio.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por no passo a) a temperatura de calcinação se situar entre 700 e 800°C.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por no passo b) as proporções em peso variarem entre 1:3 a 3:1.
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado se utilizar no passo c) um peneiro de 200 a 300 μιη.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por no passo d) a proporção em peso de hidróxido de sódio para silicato de sódio se situar entre 1:1 a 1:3.
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por no passo d) a concentração de hidróxido de sódio se situar entre 10 e 15 molal.
8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por no passo e) , o tempo de agitação se situar entre 3 e 7 minutos. 3
9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por o produto obtido no passo e) ser adicionalmente submetido a protecção com filme de polietileno e cura a temperatura ambiente durante pelo menos 3 dias.
10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o tempo de cura ser de pelo menos 7 dias.
11. Produto, de elevada resistência mecânica, e resistente ao ataque salino, por ácidos ou a temperaturas elevadas, caracterizado por ser obtido pelo processo de qualquer das reivindicações 1 a 10.
12. Produto de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por apresentar uma resistência mecânica em flexo-tracção situada entre 3 e 8 MPa.
13. Produto de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por apresentar uma resistência mecânica em compressão simples situada entre 30 e 50 MPa. Lisboa, 27 de Abril de 2009