PT1994996E - Processo para produzir um componente sustentavelmente processável a partir de sedimentos contaminados de água mineral ou material do solo - Google Patents

Description

ΡΕ1994996 1 DESCRIÇÃO "PROCESSO PARA PRODUZIR UM COMPONENTE SUSTENTAVELMENTE PROCESSÁVEL A PARTIR DE SEDIMENTOS CONTAMINADOS DE ÁGUA MINERAL OU MATERIAL DO SOLO" A invenção refere-se a um processo para produzir um material de construção viável e duradouro a partir de sedimentos minerais aquáticos contaminados ou de material do solo, em particular para elementos de suporte de carga e de não suporte de carga em terraplanagens e na construção de estradas.

Os solos ou também os sedimentos aquáticos, que são frequentemente também chamados lama, na medida em que se acumulam, paricularmente, durante o trabalho de escavação em bacias portuárias, canais e similares, podem estar poluídos com contaminantes, que na sua maioria dizem respeito principalmente a iões de metais pesados de ligação complexa e/ou outros compostos orgânicos, frequentemente extremamente prejudiciais, do mais variado tipo de produtos químicos. Isto significa que os solos ou sedimentos aquáticos que se acumulam durante trabalhos de escavação ou similares não podem, em caso algum, ser despejados em aterros, como era habitual anteriormente e ainda acontece hoje em quantidades não insignificantes, uma vez que os contaminantes neles contidos ao longo do tempo podem entrar 2 ΡΕ1994996 nas águas subterrâneas através de lixiviação e pode polui-las .

Também deve considerar-se que a acumulação do solo ou de sedimentos aquáticos, mesmo se são mantidos em armazenamento temporário em zonas de secagem e desidratados por evaporação, no que diz respeito à engenharia de solos não cumprem, com regularidade, os critérios necessários para trabalharem como materiais de construção ou de forma adequada para enchimento, no que respeita à resistência e durabilidade a longo prazo, resistência à carga, etc.

Devido às propriedades negativas mencionadas os sedimentos aquáticos que se acumulam em quantidades consideráveis separam-se, com frequência pelas mesmas razões e com a mesma preparação, por desidratação, evidentemente, também como material de construção, por exemplo, para materiais para terraplanagens e para construção de estradas, porque também revelam os mesmos efeitos negativos com tal utilização e/ou não tem as propriedades físicas requeridas. 0 objectivo da presente invenção é, portanto, criar um processo com o qual solos ou sedimentos aquáticos contaminados podem ser transformados num material de construção viável e duradouro, que pode ser produzido continuamente, mantido em armazenamento temporário e processado em qualquer altura. 3 ΡΕ1994996 0 documento ΕΡ 0500199 Α2 divulga um processo para a preparação de sedimentos aquáticos contaminados de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1. O documento EP 0756904 A2 divulga um processo para a preparação do solo por meio de bentonite organofilica numa concentração de 0,02-1,25%.

Um outro documento DE 19936324 AI divulga um processo para o tratamento de resíduos e de lamas, que inclui a utilização de 3,2% de ureia. O objectivo descrito de produzir um material de construção viável e duradouro é conseguido, de acordo com a invenção, por um processo de acordo com a reivindicação 1. A viabilidade duradoura do material de construção é entendida como significando, no âmbito da invenção, que o material de construção produzido de acordo com a invenção, durante um período de, pelo menos, dez anos, de preferência vinte anos, cinquenta anos ou oitenta anos, não excede uma resistência máxima de 0,3 MPa, de preferência de 0,25 MPa, com maior preferência 0,2 MPa e especialmente de preferência 0,1 MPa. A resistência de partida do material de construção imediatamente após a preparação da invenção está dentro do intervalo aproximado de 0,05 a 0,1 MPa.

Por adição de bentonite organofilica, especialmente, os contaminantes, como resultado dos hidrocarbonetos, são ligados. A ureia, em particular, liga- 4 ΡΕ1994996 se a metais pesados, tais como cobre e zinco. 0 ligante hidráulico faz com que o material estabilize, de modo que resulta um material de construção resistente à carga com propriedades de vedação e suporte.

No que respeita à argila em pó, que pode consistir em 10 - 75% de caulinita e 5 - 25% de quartzite, demonstrou-se, vantajosamente, que não é propensa a inchar, conferindo, esta propriedade natural, uma estabilidade quimico-cristalina e uma resistência geoquímica à caulinita de grão fino. Devido a esta falta de propensão para o inchamento cristalino interior, nenhuma difusão iónica pode realizar-se em conformidade.

Tem sido demonstrado, por exemplo, que os valores de Kr, necessários para as medidas de vedação, de 10~10 m/s quando se utiliza argila caulinitica (em pó) são facilmente alcançados e que as massas produzidas como resultado também possuem uma plasticidade residual, de modo que, por exemplo, a pressão de sedimentação do material depositado pode ser reduzida sem formação de fendas.

Nas superfícies do caulino carregadas de plaquetas de hidrato não ocorre nenhuma corrosão significativa. Apenas nas extremidades das partículas podem ocorrer permuta e absorções iónicas. Os produtos resultantes das reacções de precipitação irão solidificar no estado amorfo e também precipitar na forma de partículas mais finas nos poros finos. Devido ao crescimento 5 ΡΕ1994996 desregulado desses cimentos porosos a permeabilidade (valor kr) dos sedimentos aquáticos preparados é ainda mais reduzida e a estabilidade a longo prazo é assegurada ou aumentada. A estabilidade também não é prejudicada pela absorção de compostos orgânicos. Componentes orgânicos nos sedimentos aquáticos de até cerca de 20% não tem qualquer impacto negativo sobre a estabilidade a longo prazo devido às propriedades especificas das argilas cauliniticas em pó.

De preferência, propõe-se que o material seja misturado com 7,5 - 8,5%, de preferência 8%, de argila em pó, 0,15 - 0,25%, de preferência 0,2%, de bentonite organofilica, 1 - 3%, de preferência 2%, de ureia e 3 - 5%, de preferência 4%, de ligante hidráulico.

Vantajosamente os sedimentos aquáticos ou do solo contém areia não excedendo 50% em peso.

Num modelo de realização da invenção é usada uma argila caulinitica em pó que é, pelo menos em grande medida, isenta de carbonato.

De preferência, propoe-se que uma argila em pó, com uma finura de moagem de até cerca de 1,5 mm, seja utilizada, em que de preferência nao menos do que aproximadamente 70% do teor de grãos tem um tamanho de partícula até 0, 002 mm, portanto uma proporção máxima muito 6 ΡΕ1994996 substancial de partículas finas.

Convenientemente os sedimentos aquáticos são aerados antes da mistura, para ser exacto, de preferência ao serem triturados.

Também acaba por ser extremamente vantajoso se a mistura obtida durante a preparação for mantida em armazenamento temporário independentemente de apenas bentonite organofílica ou ureia ou ambas terem sido misturadas homogeneamente com o sedimento aquático a ser preparado antes de depositar e, de preferência, também ainda antes de trabalhar como material de construção, e para ser mais preciso, de preferência durante pelo menos um dia inteiro, em que o material preparado até este ponto deverá ser protegido durante o armazenamento temporário das influências do clima e, em particular, de chuvas torrenciais. 0 ligante hidráulico adicionado compreende 5-15% em peso, de preferência 10% em peso, de qlínquer de cimento Portland, 60-80% em peso, de preferência 70% em peso, de escória granulada de alto forno e 10-30% em peso, de preferência 20% em peso, de cal fina com alto teor de cálcio. A escória granulada de alto forno é, neste caso, entendida como um material com a seguinte composição: aproximadamente 30-45% em peso de CaO, 30-45% em peso de SiC>2, 5 - 15% em peso de AI2O3, 4-17% em peso de MgO, 0,5 -1% em peso de S e vestígios de outros elementos, de 7 ΡΕ1994996 preferência com a composição: CaO 35-45% em peso, S1O2 35-40%, AI2O3 10-15%, MgO 5 - 15%, Fe 0,2-0,3%, Mn 0,1-0,2%, S 0,5-1,5%, Ti02 0,5-1,5%, K20 0,5-1, 0%, Na20 0,2-1,0%. A finura Blaine encontra-se, de preferência, dentro do intervalo de 4200 cm2/g +/- 100 cm2/g. A este respeito, é também reconhecido que argilas cauliniticas reagem de forma relativamente rápida com misturas hidráulicas - e resultam em cimentos químicos, e para ser mais preciso, essencialmente, de acordo com o esquema de reacção: argila mineral + ligante hidráulico = Ca - argila mineral + nova formação. O produto resultante da reacção constitui, assim, uma mistura complexa constituída por minerais de argila (provenientes da lama primária aquática e da mistura de argila), silicatos Ca/Al hidratados recém formados, hidróxidos de metal e complexos orgânicos e é quimicamente estável em si, desde que o fornecimento de água seja limitado ou completamente desligado. O mecanismo da solidificação de um material de origem misturado com um ligante hidráulico e uma argila, compatível com os processos de difusão, prossegue principalmente dentro das gamas de partículas mais finas como o tipo de uma aproximação assimptótica no sentido de um equilíbrio termodinâmico. Devido às quantidades mínimas adicionais, de acordo com a invenção, de ligante hidráulico não pode ocorrer uma solidificação substancial mesmo após um longo período de tempo, de modo que o material preparado ΡΕ1994996 também pode ser trabalhado depois de longos períodos de novo de forma semelhante a um material de solo natural.

Por adição de ureia um efeito de ligação de Cu e Zn é especialmente conseguido, em que o carbono contido nos componentes orgânicos prejudiciais dos sedimentos aquáticos com a ureia envolve compostos químicos específicos que conduzem à ligação, bem como à solidificação posterior dos contaminantes.

De acordo com a invenção, propõe-se que a ureia possa ter um teor de azoto de amida de 40 - 50%, em particular 46%. Embora grânulos de ureia possam, em princípio, ser utilizados, é conveniente utilizar ureia granulada que, devido à sua finura, se mistura rapidamente e uniformemente com o sedimento aquático seco. Pode ser proposto que a ureia tenha um teor de biureto que não excede 1,2%. O processo da invenção e o dispositivo para implementar o processo é a seguir explicado com referência a um desenho esquemático.

Os sedimentos aquáticos ou material de solo 3 escavados a partir de uma massa de água 1, como por exemplo, uma bacia portuária, um canal ou similar, por meio de uma máquina escavadora (grua de baldes) 2 ou similar, são em primeiro lugar depositados, de forma adequada, numa zona de secagem 4 e aí desidratados naturalmente (em 9 ΡΕ1994996 particular por meio de evaporação) para um teor de água não superior a 130% do peso seco do sedimento 3.

Caso, possivelmente, seja requirida, por razões específicas, uma desidratação substancialmente mais forte a 70 ou 50%, se necessário antes de preparação adicional, pode ter lugar mais (pós)desidratação mecânica ou secagem, ou os sedimentos aquáticos escavados 3, também sem prévia desidratação natural, podem ser alimentados a uma instalação de desidratação mecânica.

Quando o material do solo é preparado é garantido um teor mínimo de água, o que assegura que o trabalho pode realizar-se com as misturas da invenção. Se necessário o material muito seco é humedecido. Depois do material a ser preparado ter atingido o teor de água especificado, é alimentado a uma tirturadora 5, a qual está equipada com (pelo menos) um veio 6 indicado no desenho apenas por uma linha a traço e ponto, no qual estão dispostos elementos de trituração do tipo lâminas 7, que (pré-) trituram, (pré) homogeneízam e, ao mesmo tempo, fazem a aeração dos sedimentos aquáticos desidratados 3.

Os sedimentos aquáticos desidratados, triturados, aerados e, portanto, também homogeneizados, a serem preparados chegam, em seguida, por meio de um transportador 8 a um dispositivo de pesagem 9, o qual no que diz respeito ao desejo de uma operação contínua, consiste numa balança de correias ou similar, e a partir do dispositivo de 10 ΡΕ1994996 pesagem 9 para uma misturadora positiva de eixo duplo 10.

Ao mesmo tempo sinais (eléctricos), que indicam o volume horário do material de sedimento alimentado à misturadora 10, são enviados a partir do dispositivo de pesagem 9 para uma unidade de controle 11, a qual, entre outras coisas, não só regista mas também processa computacionalmente estes sinais (quantidades-) e, por seu lado, transmite sinais de controle para um dispositivo de saída 12, sob a forma de um tipo de válvula rotativa ou similar, o qual está disposto a jusante de um reservatório de armazenamento 13 para a argila caulinítica em pó e é controlado pela unidade de controle 11 de modo que, em cada caso, uma quantidade específica de argila caulinítica em pó é continuamente adicionada à misturadora 10 ou ao material de sedimento aquático 3 a ela alimentado - e para ser mais preciso, no caso do exemplo do modelo de realização ilustrado, 8% de argila caulinítica em pó (em relação ao peso seco do sedimento aquático) , em que esta quantidade, que pode situar-se entre 5 e 10%, é aqui suficiente, porque os sedimentos aquáticos foram relativamente fortemente desidratados, de modo que o teor de água é de 90%, por exemplo.

Além disso, a unidade de controle 11 controla um dispositivo de saída 14 de um reservatório de armazenamento 15, que contém agente ligante hidráulico, em que 4% do ligante hidráulico (em relação ao peso seco do sedimento) é adicionado aos sedimentos aquáticos 3 na misturadora 10 - 11 ΡΕ1994996 como se fosse um "iniciador" ("starter") , a fim do material alcançar suficiente resistência o mais breve possível após a preparação.

Também é assinalado que a unidade de controle 11 continua a estar funcionalmente ligada a um dispositivo de saída 16 de um reservatório de armazenamento 17, que contém bentonite organofílica e/ou ureia granulada, que podem ser misturadas de uma maneira controlada ou proporcionada com os sedimentos 3 a serem preparados, assim como a argila caulínica em pó e o ligante hidráulico, e para ser mais preciso, dependendo da qualidade do material a ser preparado, por um lado e da sua finalidade de utilização, por outro lado, numa quantidade entre aproximadamente 0,1 -0,5% ou 1 - 5% (mais uma vez em relação ao peso seco dos sedimentos aquáticos). É novamente assinalado que cerca de 70% do teor de grãos da argila caulinítica em pó, com uma finura de moagem de aproximadamente 1,5 mm, alimentados de um modo proporcionado desde do reservatório de armazenamento 13 aos sedimentos aquáticos 3 a serem preparados, têm um tamanho de partícula no intervalo de até 0,002 mm. A partir da misturadora 10, o material finalmente e substancialmente preparado, o qual é homogeneizado por uma trituradora adicional 23, é levado através de um transportador 18 para um depósito temporário 24, colocado em armazenamento temporário, aí protegido contra as 12 ΡΕ1994996 condições climatéricas por um dia inteiro e, em seguida, utilizado como material de construção.

Neste caso, é também assinalado que as pás 20 dispostas em ambos os veios 19 da misturadora 10 estão ligadas durante o funcionamento (os dois veios 19, 19 encontram-se na horizontal um ao lado do outro) , de tal forma que elas apresentam um efeito de auto-limpeza uma contra a outra, como se fossem limpadores.

Além disso, é assinalado que o processo de preparação não deve, de modo algum, ser realizado de forma continua. Em vez disso, pode mesmo ser vantajoso realizá-lo de forma descontinua, e para ser mais preciso no que diz respeito, particularmente, ao desejo de misturar intima e homogéneamente os componentes individuais na misturadora 10 bem como do subsequente esvaziamento necessário. No caso de operação descontinua a base 21 da carcaça substancialmente cilíndrica da misturadora 22 pode ser aberta por meio de um cotovelo curvo de 120°, de modo que, comparada com as bem conhecidas misturadora positivas de eixo duplo, é possível uma saída que é cerca de quatro vezes maior e um esvaziamento livre de problemas. Quaisquer não-homogeneidades são eliminadas por uma trituradora a jusante 23 .

Como já proposto acima, inúmeras outras modificações, tanto em termos de processo bem como em termos de dispositivo são possíveis. Assim, por exemplo, um 13 ΡΕ1994996 silicato tal como, em particular, sílicas de precipitação industrial podem ser adicionadas como "iniciador" ("starter"), e na verdade de modo conveniente na misturadora 10, e de facto, de preferência, no caso de funcionamento descontínuo, a fim de ser capaz de produzir uma mistura muito homogénea.

Devido ao ligante hidráulico formulado especialmente o material de construção resultante permanece viável durante um longo período de tempo (pelo menos 10, 20, 50 ou 80 anos). O material pode, portanto, ser produzido continuamente, mantido em armazenamento temporário e ser utilizado a qualquer momento. O material pode ser usado como um material de construção para o enchimento acima da água, para elementos de suporte de carga e/ou de vedação em estruturas de barragem, para estruturas de suporte em fundações de estradas, para enchimento de não suporte de carga na construção de estradas, substituição do solo, vedação da superfície e base de aterros. O material de construção da invenção permanece viável duradouramente e pode ser usado, removido e reciclado. 14 ΡΕ1994996

Lista dos símbolos de referência 1 Massa de água 2 Escavadora 3 Sedimentos aquáticos 4 Zona de secagem 5 Tirturadoa 6 Veio da trituradora 7 Elementos triturados 8 Transportador 9 Dispositivo de pesagem 10 Misturadora 11 Unidade de controle 12 Dispositivo de saída (de 13) 13 Reservatório de armazenamento 14 Dispositivo de saída (de 15) 15 Reservatório de armazenamento 16 Dispositivo de saída 17 Reservatório de armazenamento 18 Transportador 19 Veios 2 0 Pás 21 Base 22 Carcaça da misturadora 15 ΡΕ1994996 23 Trituradora 24 Depósito temporário

Lisboa, 17 de Setembro de 2012

Claims (12)

1. ΡΕ1994996 1 REIVINDICAÇÕES 1. Um processo para produzir um material de construção viável e duradouro a partir de sedimentos minerais aquáticos contaminados - ou material do solo (3), em que o material é desidratado num teor de água que não excede 130% do seu peso seco e é triturado homogeneamente, e o material triturado (3) resultante é homogeneamente misturado (10) com, em termos do seu peso seco, a) 5 - 10% de argila em pó, b) 0,1 - 0,5% de bentonite organofilica ou 1 - 5% de ureia e c) 2 - 5% de ligante hidráulico, caracterizado por o ligante hidráulico compreender 5-15% em peso e em particular 10% em peso de clinquer de cimento Portland, 60 - 80% em peso e em particular 70% em peso de de escória granulada de alto forno e 10 - 30% em peso e em particular 20% em peso de cal fina com alto teor de cálcio, e que a mistura proporcional de ureia constitui 1-5% do peso seco do material do solo contaminado.
2. 2. Um processo de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por, onde o material do solo está envolvido, o teor de água do material é reduzido para 5 - 40% em peso do seu peso seco.
3. 3. Um processo de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por o material ser misturado com 7,5 - 8,5% e, em particular, 8% de argila em pó, 0,15 - 0,25% e, em particular, 0,2% de bentonite organofilica, 1 - 3% e, em 2 ΡΕ1994996 particular, 2% de ureia e 3 - 5% e, em particular, 4% de ligante hidráulico.
4. 4. Um processo de acordo com uma das Reivindicações precedentes, caracterizado por os sedimentos aquáticos (3) serem trabalhados com uma proporção de areia que não excede 50% em peso.
5. 5. Um processo de acordo com uma das Reivindicações precedentes, caracterizado por o material (3) ser aerado e homogeneizado antes e depois da mistura
6. 6 . Um processo de acordo com uma das Reivindicações precedentes, caracterizado por a argila em pó consistir em 10 - 75% de caulinita e 5 - 25% de quart zite.
7. 7. Um processo de acordo com uma das Reivindicações precedentes, caracterizado por a argila em pó ter uma finura de moagem de até cerca de 1,5 mm.
8. 8. Um processo de acordo com uma das Reivindicações precedentes, caracterizado pelo uso de argila em pó em que não menos do que aproximadamente 70% do teor de graos tem um tamanho de partícula de até 0,002 mm.
9. 9. Um processo de acordo com uma das Reivindicações precedentes, caracterizado por a mistura resultante ser mantida em armazenamento temporário (24), 3 ΡΕ1994996 durante pelo menos um dia inteiro antes do assentamento ou ainda a trabalhar como um material de construção.
10. 10 . Um processo de acordo com uma das Reivindicações precedentes, caracterizado por a ureia ter um teor de azoto de amida de 40 - 50% e , em particular, 46%.
11. 11. Um processo de acordo com uma das Reivindicações precedentes, caracterizado por a ureia ser comprimida.
12. 12 . Um processo de acordo com uma das Reivindicações precedentes, caracterizado por a ureia ter um teor de biureto nao superior a 1,2%. Lisboa, 17 de Setembro de 2012