Minimização do consumo de cimento em processos de solidificação e estabilização aplicados a resíduos galvânicos e de rochas ornamentais

Abstract

Diante da necessidade de uma gestão adequada para o que representa a periculosidade dos Resíduos Galvânicos e dos Resíduos de Rochas Ornamentais, encontram-se desafios tecnológicos em novas rotas de gestão que, preferencialmente, permitam a reinserção destes resíduos em programas de reutilização ou reciclagem. Neste sentido, o objetivo deste trabalho é formular uma composição para o processo de Solidificação e Estabilização do Resíduo Galvânico, concomitantemente com Resíduos de Rochas Ornamentais, com o mínimo consumo de cimento, sem adições e evitando o consumo de recursos energéticos e ambientais. Para isso, foram visados os principais parâmetros de referência para resistência mecânica à compressão uniaxial e os limites de concentração de substâncias para resíduos inertes e não perigosos, Classe II-B, em testes de lixiviação. Primeiramente ambos os resíduos foram caracterizados. O cromo do Resíduo Galvânico foi selecionado como variável resposta para as etapas preliminares dos processos de Solidificação e Estabilização. Os corpos de prova foram confeccionados em moldes cilíndricos (5 cm de diâmetro por 10 cm de altura) sem nenhum prétratamento físico-químico, térmico ou adições. Os testes foram modelados e executados de acordo com um planejamento fatorial 23 . A influência das massas dos materiais/resíduos e suas interações com contaminantes foram investigadas e testes de resistência à compressão uniaxial, lixiviação, raios-X e análises químicas deram suporte à formulação de otimização. As ferramentas estatísticas identificam a suplementação de cimento como o fator chave para a retenção de contaminantes nas amostras, e baixas quantidades são suficientes quando combinadas com Resíduos de Rochas Ornamentais. Os resultados obtidos permitiram minimizar o consumo de cimento com destaque para a composição ótima obtida na proporção mássica de 0,06: 1,00: 1,00 (Cimento Portland: Resíduo de Rochas Ornamentais: Resíduo Galvânico). Os parâmetros de referência para materiais à base de resíduos foram alcançados com sucesso, apresentando resistências à compressão uniaxial superiores a 1 MPa aos 7 dias de cura, e superiores a 3 MPa aos 28 dias. As eficiências de retenção foram 95% para alumínio, 98% para ferro, e 99% para cromo, manganês, chumbo, zinco e hidrocarbonetos. O principal mecanismo de retenção para a formulação é atribuído à capacidade de sorção proporcionado pelo efeito catalítico ou pelas forças eletrostáticas dos grupos -OH do Resíduo de Rochas Ornamentais. A sua abundância em filossilicatos, ricos em oxigênio, favorece a interação eletrostática com os contaminantes (eletropositivos) durante as reações pozolânicas, incorporando-os na matriz. Este processo é favorecido pela sua elevada área superficial específica e pelo seu pequeno tamanho de partícula (efeito filler) na redução da porosidade da matriz, tornando-a mais concisa e estanque. Portanto, foi concluído que o Resíduo de Rochas Ornamentais é um material importante para fins de Solidificação e Estabilização, pois, estas propriedades agregam valor ao produto solidificado à base de resíduos. Este avanço contribui para o desenvolvimento de novas rotas de gestão de resíduos e produtos sustentáveis, ao passo que soluciona e destina o passivo dos resíduos perigosos, reduz o consumo de cimento e evita o consumo de recursos energéticos e ambientais.

Abstract: Given the need for proper management of the hazardousness of Galvanic Waste and Ornamental Rock Waste, technological challenges are encountered in new management routes that preferably allow the reinsertion of these wastes into reuse or recycling programs. Thus, the objective of this work is to formulate a composition for Solidification and Stabilization (S/S) of Galvanic Waste, concomitantly with Ornamental Rock Waste, with minimal cement consumption, without additions and avoiding consumption of energy and environmental resources. For this, the benchmarks for unconfined compression resistance strength and the limits of concentration of substances for inert and non-hazardous residues in leaching tests were targeted. Firstly, both residues were characterized. Chromium from Galvanic Waste was selected as the response variable for preliminary steps of the Solidification and Stabilization processes. The specimens were performed in cylindrical molds (10 cm height, 5 cm diameter) without any physical, chemical, thermal pretreatment or additions. The tests were modeled and executed according to a factorial design 23 . The influence of masses of materials/residues and their interactions with contaminants were investigated and tests of unconfined compression resistance strength, leaching, X-ray and chemical analysis supported the formulation of optimization. Statistical tools identify cement supplementation as the key factor for retention of the contaminants in specimens, and low quantities are enough when combined with Ornamental Rock Waste. Optimization tests were accomplished to minimize Ordinary Portland Cement consumption with emphasis on the optimal composition obtained in the mass ratio of 0.06: 1.00: 1.00 (Portland Cement: Ornamental Rock Waste: Galvanic Residue). The reference parameters for waste materials were successfully achieved, showing unconfined compression resistance strength greater than 1 MPa at 7 days of cure and greater than 3 MPa at 28 days. Retention efficiencies were 95% for aluminum, 98% for iron, and 99% for chromium, magnesium, lead, zinc and hydrocarbons. The main retention mechanism for the formulation is correlated to the sorption capacity provided by the catalytic effect or the electrostatic forces of the -OH groups of the Ornamental Rock Waste. The abundance of phyllosilicates which are rich in oxygen, favors electrostatic interaction with contaminants (electropositive) during pozzolanic reactions, incorporating them in the matrix. This process is favored by its high specific surface area and small particle size (filler effect) in reducing the porosity of the matrix, making it more concise and watertight. Therefore, it was concluded that the Ornamental Rock Waste is an important material for Solidification and Stabilization purposes, as these properties add value to the waste-based material. This advance contributes to the development of new routes for the management of waste and sustainable products, while solving and destining the liability of hazardous waste, reducing the consumption of cement and avoiding the consumption of energy and environmental resources.