dimensionamento de planta industrial para beneficiamento do molde cerâmico residual proveniente do...
DESCRIPTION
Foi realizado o estudo de operações de beneficiamento bem como o dimensionamento de uma planta industrial para a valorização de um molde cerâmico residual, utilizado para dar forma às peças de um dos processos industriais da Fundição de Precisão: a Microfusão. Nas regiões Sul e Sudeste está localizada a maioria das empresas nacionais, de modo que em todo o país estima-se que sejam gerados 2,3 milhões de quilogramas desse material cerâmico mensalmente, predominantemente depositados em aterros industriais. Após ser submetido a um processo de caracterização mineralógica (fluorescência e difração por raio X e análises térmicas), ele apresentou propriedades altamente refratárias, devido a predominância de alumina (Al2O3), sílica (SO2) e zircônia (ZrO2) em sua composição química e perda ao calor desprezível, dados que revelaram um grande potencial de aplicação em diversos setores industriais. Ao realizar a análise mercadológica do resíduo, a empresa CRETATec encontrou mercados para valorização do mesmo como, por exemplo, a fabricação de refratários pré moldados e monolíticos e a indústria de cerâmica avançada. O projeto da planta de beneficiamento industrial está sujeito às variáveis de logística de produção do material, viabilidade técnica e econômica processual de acordo com as exigências do produto final e logística de venda da matéria-prima beneficiada. A solução encontrada aborda operações de desmetalização (separação magnética), cominuição (moagem) e classificação granulométrica (peneiramento). O armazenamento da matéria-prima será feito em Big Bags e o transporte até as empresas compradoras por caminhões de carga. O beneficiamento do material cerâmico para a incorporação na fabricação de tijolos refratários mostrou baixos custos iniciais, baixos custos de operação e retornos financeiros rápidos e pouco significativos. A planta de beneficiamento para utilização do mesmo como terra refratária ou na incorporação do processo de fabricação de produtos de cerâmica avançada apresentou custos de investimento inicial elevados, R$230.000,00 em média, porém justificados devido aos altos custos com disposição convencional do material. Os custos de operação mensais e custos de produção por tonelada foram mais elevados para pequenas quantidades e médios para quantidades mais elevadas. O retorno financeiro será em médio prazo e pode atingir valores bastante expressivos.TRANSCRIPT
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
FÁBIO VICTOR
DIMENSIONAMENTO DE PLANTA INDUSTRIAL PARA
BENEFICIAMENTO DO MOLDE CERÂMICO RESIDUAL
PROVENIENTE DO PROCESSO DE MICROFUSÃO.
FLORIANÓPOLIS
2011
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
FÁBIO VICTOR
DIMENSIONAMENTO DE PLANTA INDUSTRIAL PARA
BENEFICIAMENTO DO MOLDE CERÂMICO RESIDUAL DO
PROCESSO DE MICROFUSÃO
Trabalho apresentado ao Curso de Graduação
em Engenharia Mecânica da Universidade
Federal de Santa Catarina como parte dos
requisitos para a obtenção do título de
Engenheiro Mecânico.
Orientador: Eng. Sandriny da Silva Lacerda
FLORIANÓPOLIS
2011
DIMENSIONAMENTO DE PLANTA INDUSTRIAL PARA
BENEFICIAMENTO DE MOLDE CERÂMICO PROVENIENTE DO
PROCESSO DE MICROFUSÃO
Este Trabalho de Graduação foi julgado adequado para a obtenção do título de
Engenheiro Mecânico e aprovado em sua forma final pela Comissão examinadora e pelo
Curso de Graduação em Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Santa
Catarina.
Lauro Cesar Nicolazzi Dylton do Vale Pereira Filho
Coordenador do Curso Professor da Disciplina
Comissão Examinadora: Eng. Sandriny Lacerda
Orientador
Eduardo Matzenbacher
Profª. Dylton do Vale Pereira Filho
Victor, F., 1988 -
Dimensionamento de Planta de Beneficiamento de Cerâmica Residual do Processo de
Fundição de Precisão / Fábio Victor. - 2011.
68f. : il. color. ; 27.9 cm
Orientador: Eng. Sandriny Lacerda
Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) - Universidade Federal de Santa
Catarina, Curso de Engenharia Mecânica, 2011.
1. Molde cerâmico. 2. Valorização de resíduo. 3. Indústria de refratários.
4. beneficiamento de materiais cerâmicos. I. Lacerda, Sandriny da Silva.
II. Universidade Federal de Santa Catarina. Curso de Graduação em Engenharia
Mecânica. III. Dimensionamento de Planta Industrial para Beneficiamento de Molde
Cerâmico Residual Proveniente do Processo de Microfusão.
AGRADECIMENTOS
Este projeto é o resultado de um trabalho desenvolvido em duas etapas, tendo
sido iniciado com o contato do engenheiro Eduardo Bordin com a empresa de
reciclagem industrial CRETATec no início de 2011. Começo agradecendo, portanto, a
todos os envolvidos na primeira etapa do projeto, principalmente o Eng. Afonso José
Alonso, responsável pela execução de um estudo de caracterização do molde cerâmico e
incorporação na fabricação de tijolos refratários. Embora não o tenha conhecido
pessoalmente, sua colaboração foi essencial para que o presente estudo fosse possível.
Agradeço também aos meus dois novos amigos, Eng. Sandriny Lacerda e
Guilherme Pacher, o primeiro que também foi o orientador desse trabalho, que ousam
duplamente todos os dias: uma vez por iniciar seu próprio negócio logo no início da
carreira profissional, a empresa CRETATec, e uma segunda vez por atuarem no ramo
incipiente da reciclagem industrial brasileira, mas que é de fundamental importância.
Logo de início, nos conhecemos em meios não ortodoxos aos quais fomos conduzidos
por pensamentos diferenciados convergentes. Daqui em diante, estou seguro que
estaremos juntos na busca de formas alternativas para o desenvolvimento dos processos
industriais e, mais do que isso, na busca do desenvolvimento social como um todo.
Finalizando, agradeço a minha família, principalmente a meus pais Sérgio e
Eliana, que sempre me deram todo o suporte necessário, me motivando a ser melhor a
cada dia e me disponibilizando todas as oportunidades acadêmicas e profissionais
possíveis.
ii
RESUMO
Foi realizado o estudo de operações de beneficiamento bem como o dimensionamento
de uma planta industrial para a valorização de um molde cerâmico residual, utilizado
para dar forma às peças de um dos processos industriais da Fundição de Precisão: a
Microfusão. Nas regiões Sul e Sudeste está localizada a maioria das empresas nacionais,
de modo que em todo o país estima-se que sejam gerados 2,3 milhões de quilogramas
desse material cerâmico mensalmente, predominantemente depositados em aterros
industriais. Após ser submetido a um processo de caracterização mineralógica
(fluorescência e difração por raio X e análises térmicas), ele apresentou propriedades
altamente refratárias, devido a predominância de alumina (Al2O3), sílica (SO2) e
zircônia (ZrO2) em sua composição química e perda ao calor desprezível, dados que
revelaram um grande potencial de aplicação em diversos setores industriais. Ao realizar
a análise mercadológica do resíduo, a empresa CRETATec encontrou mercados para
valorização do mesmo como, por exemplo, a fabricação de refratários pré moldados e
monolíticos e a indústria de cerâmica avançada. O projeto da planta de beneficiamento
industrial está sujeito às variáveis de logística de produção do material, viabilidade
técnica e econômica processual de acordo com as exigências do produto final e logística
de venda da matéria-prima beneficiada. A solução encontrada aborda operações de
desmetalização (separação magnética), cominuição (moagem) e classificação
granulométrica (peneiramento). O armazenamento da matéria-prima será feito em Big
Bags e o transporte até as empresas compradoras por caminhões de carga. O
beneficiamento do material cerâmico para a incorporação na fabricação de tijolos
refratários mostrou baixos custos iniciais, baixos custos de operação e retornos
financeiros rápidos e pouco significativos. A planta de beneficiamento para utilização
do mesmo como terra refratária ou na incorporação do processo de fabricação de
produtos de cerâmica avançada apresentou custos de investimento inicial elevados,
R$230.000,00 em média, porém justificados devido aos altos custos com disposição
convencional do material. Os custos de operação mensais e custos de produção por
tonelada foram mais elevados para pequenas quantidades e médios para quantidades
mais elevadas. O retorno financeiro será em médio prazo e pode atingir valores bastante
expressivos.
Palavras-chave: molde cerâmico, valorização de resíduo, indústria de refratários,
beneficiamento de materiais cerâmicos.
iii
ABSTRACT
It was performed the study of materials processing operations as well as the design of an
industrial plant for the reuse of a residual ceramic shell, utilized to manufacture metal
parts from one of the Investment Casting process. In Brazil, most of the national
factories are located at the Southern and Southeastern regions and it is estimated that 2,3
million kilograms of ceramic shells are generated monthly, which are predominantly
disposed at industrial landfills. After being submitted to mineralogical characterization
processes (X ray fluorescence, and diffraction and thermal analyzes), the ceramic shell
showed highly refractory characteristics, as expected, due to the predominance of
alumina (Al2O3), silica (SiO2) and zircon (ZrO2), little amount of flux material in its
chemical composition, and low weight loss due to high temperature exposure. These
results revealed a great potential for application of the ceramic shell in several industrial
sectors. By performing a market analysis, CRETATec encountered industrial
manufacturers for its use, such as molded and monolithic refractory industry and
advanced ceramics industry. The design of the industrial processing plant is subject to
variables of logistics of waste generation, feasibility of technical and economical
processing, and logistics of selling the new raw material to the consumers. The
proposed solution addresses operations of demetallization (magnetic separation),
comminuting (grinding) and particle size classification (screening). The storage of the
material will be operated in big bags (FIBC) and transported to the consumers by load
trucks. The processing of the ceramic shell for incorporating at the manufacture of
refractory bricks presented low initial costs and low operating costs, and short term low
or average payback. The industrial processing plant for utilizing the ceramic shell as
refractory aggregate or at the manufacture of advanced ceramics products exhibited
high initial costs, R$230.000,00 on average, however acceptable due to high
conventional disposing expenditures. Monthly operating costs and production costs per
tons were found high for low quantities of material processing, and average for higher
quantities. Payback is in medium-term and might reach significant values.
Key-words: ceramic shell, refractory industry, waste appreciation, ceramics processing
iv
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Metodologia de valorização de resíduos. [4] ................................................... 5
Figura 2 - Fabricação dos moldes, cachos sendo revestidos com camadas de barbotina.
[7] ...................................................................................................................................... 7
Figura 3 - Vazamento do metal nos moldes cerâmicos em forma de cachos. ................. 8
Figura 4 - Fluxograma do processo de fundição por cera perdida. [5] ............................ 8
Figura 5 - Fotos do material cerâmico residual proveniente de uma fábrica de
Microfusão do Rio Grande do Sul. [autoria própria] ...................................................... 10
Figura 6 - Fotos de rechupes de aço contaminantes. [autoria própria] ......................... 12
Figura 7 - Fotos do processo de fabricação de tijolos refratários, tijolos após secagem e
tijolos embalados para venda. [autoria própria] ............................................................ 14
Figura 8 - Fluxograma do processo de fabricação de refratários pré-moldados. [11] ... 15
Figura 9 - Fluxograma do processo de fabricação de refratários monolíticos. [11] ...... 18
Figura 10 - Fluxograma do processo de fabricação de produtos da cerâmica avançada.
........................................................................................................................................ 19
Figura 11 - Exemplo de transportador de correia de rolos horizontal. .......................... 21
Figura 12 - Funcionamento da Placa Magnética suspensa. ........................................... 23
Figura 13 - Funcionamento da polia magnética. ............................................................ 24
Figura 14 - Funcionamento do Tambor Magnético. ....................................................... 24
Figura 15 - Funcionamento do separador de corrente parasita. ................................... 25
Figura 16 - Funcionamento do moinho martelo. [19] .................................................... 26
Figura 17 - Funcionamento do moinho laminador. ........................................................ 27
Figura 18 - Funcionamento do moinho desintegrador. ................................................. 27
Figura 19 - Funcionamento do moinho de bolas [19] .................................................... 27
Figura 20 - Representação esquemática de um classificador. ....................................... 28
Figura 21 - Representação esquemática de uma grelha fixa. [20] ................................. 30
v
Figura 22 - Representação esquemática de uma peneira rotativa: (a) vista lateral e (b)
vista isométrica. [20] ...................................................................................................... 31
Figura 23- Peneira vibratória inclinada. [20] .................................................................. 31
Figura 24 - Abertura equivalente em função do tamanho do produto: A para telas de
borracha e plástico com abertura quadrada; B para telas de borracha e plástico com
abertura retangular, e para telas de arame com abertura quadrada; C telas de arame
para abertura retangular. [22] ....................................................................................... 32
Figura 25 - Exemplo de peneira vibratória horizontal circular. [23] .............................. 32
Figura 26 - Caçamba Roll On Roll Off. [24] ..................................................................... 33
Figura 27 - Caminhão Roll On Roll Off. ........................................................................... 34
Figura 28 - exemplo de big bag. ..................................................................................... 34
Figura 29 - Empilhadeira alocando big bag na caçamba de um caminhão de carga. .... 35
Figura 30 - Fluxograma do processo de beneficiamento do molde cerâmico para
incorporação na indústria de tijolos refratários. ............................................................ 40
Figura 31 - Fluxograma do processo de aplicação do molde cerâmico na indústria de
terra refratária e cerâmica avançada. ............................................................................ 44
Figura 32 - Fluxograma do processo de beneficiamento do molde cerâmico para
aplicação como terra refratária e em produtos de cerâmica avançada ........................ 45
Figura 33 - Custos operacionais (30 x103 kg) .................................................................. 54
Figura 34 - Custos operacionais (150x103 kg). ............................................................... 54
Figura 35 - Fluxograma esquemático do processo de beneficiamento do molde
cerâmico. ........................................................................................................................ 56
Figura 36 - Fluxograma descritivo do processo de beneficiamento do molde cerâmico.
........................................................................................................................................ 56
Figura 37 - Possíveis processos de beneficiamento. ...................................................... 58
Figura 38 - Custos de investimento inicial. ..................................................................... 60
Figura 39 - Custos mensais de operação. ....................................................................... 60
Figura 40 - Custo por tonelada de material produzido para cada processo. ................. 61
vi
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Caracterização química do molde cerâmico. P. F. - Perda de massa por
aquecimento a 1.273 K. N. D. - Não detectado. ............................................................. 11
Tabela 2 - Comparação das composições químicas das peças padrão e piloto. P. F. -
Perda de massa por aquecimento a 1.273 K. N. D. - Não detectado. ............................ 16
Tabela 3 - Comparação das propriedades relevantes entre produção padrão e piloto. 17
Tabela 4 - Escalas granulométricas de peneiramento. [20] ........................................... 29
Tabela 5 - Tipos de caminhões de carga. [25] ................................................................ 35
Tabela 6 - Valores médios gastos com aterros industriais por fábricas da indústria de
Microfusão. ..................................................................................................................... 36
Tabela 7 - Custo da matéria-prima in natura a ser substituída. ..................................... 37
Tabela 8 - Taxas de depreciação. .................................................................................... 38
Tabela 9 - Economia da fábrica de tijolos refratários na substituição de matéria-prima.
........................................................................................................................................ 39
Tabela 10 - Valores de frete de caminhão 10 m³ para diferentes distâncias. ............... 40
Tabela 11 - Propriedades diferenciadoras e seus correspondentes métodos de
tratamento. [27] ............................................................................................................. 41
Tabela 12 - Custos da operação de separação magnética ............................................. 43
Tabela 13 - Capacidade de armazenamento do silo conforme a logística de
abastecimento da planta. ............................................................................................... 46
Tabela 14 - Custos da operação de Armazenamento/Alimentação............................... 47
Tabela 15 - Especificações do transportador de correia. ............................................... 47
Tabela 16 - Custos da operação de transporte. ............................................................. 48
Tabela 17 - Custos do processo de moagem .................................................................. 50
Tabela 18 - Especificações da peneira circular vibratória. ............................................. 51
Tabela 19 - Custos de funcionamento da peneira circular vibratória. ........................... 51
Tabela 20 - Custos de Expedição, ................................................................................... 52
vii
Tabela 21 - Análise mercadológica para utilizacão da matéria-prima na fabricação de
tijolos refratários. ........................................................................................................... 53
Tabela 22 - Retorno financeiro do processo para produção de 30x103 kg. ................... 55
Tabela 23 - Retorno financeiro para a produção de 150 x103 kg. .................................. 55
Tabela 24 - Análise mercadológica para venda da matéria-prima beneficiada. ............ 57
Tabela 25 - Gastos com infra-estrutura e despesas com funcionários. ......................... 58
Tabela 26 - Dados de produção da planta ...................................................................... 59
viii
SUMÁRIO
RESUMO ......................................................................................................................... ii
ABSTRACT .................................................................................................................... iii
LISTA DE FIGURAS ..................................................................................................... iv
LISTA DE TABELAS .................................................................................................... vi
SUMÁRIO ..................................................................................................................... viii
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1
2 OBJETIVOS ............................................................................................................. 2
2.1.1 Objetivo Geral ............................................................................................ 2
2.1.2 Objetivos específicos .................................................................................. 2
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................. 3
3.1 Reciclagem e gestão de resíduos industriais ...................................................... 3
3.1.1 Classificação de Resíduos Sólidos ............................................................. 3
3.1.2 Valorização como alternativa mineral ........................................................ 4
3.2 A Indústria de Microfusão ................................................................................. 6
3.2.1 Processo Industrial ...................................................................................... 6
3.3 Indústria de Materiais Refratários .................................................................... 12
3.3.1 Tijolos Refratários .................................................................................... 13
3.3.2 Terra Refratária......................................................................................... 17
3.4 Indústria de Cerâmica Avançada ..................................................................... 18
3.5 Operações de Beneficiamento de Materiais Cerâmicos .................................. 20
3.5.1 Silos .......................................................................................................... 20
3.5.2 Transportador de correia ........................................................................... 21
3.5.3 Separadores Magnéticos ........................................................................... 21
3.5.4 Separador de Corrente Parasita................................................................. 25
3.5.5 Métodos de Cominuição ........................................................................... 25
3.5.6 Classificação ............................................................................................. 28
3.5.7 Peneiramento ............................................................................................ 28
3.5.8 Métodos de expedição .............................................................................. 33
4 ESPECIFICAÇÃO DOS PROCESSOS ................................................................. 36
4.1 Incorporação na fabricação de tijolos refratários ............................................. 38
4.1.1 Transporte ................................................................................................. 40
4.1.2 Desmetalização ......................................................................................... 41
4.2 Terra Refratária e Indústria de Cerâmica Avançada ........................................ 43
ix
4.2.1 Armazenamento/Alimentação .................................................................. 46
4.2.2 Transporte ................................................................................................. 47
4.2.3 Separação Magnética ................................................................................ 48
4.2.4 Moagem .................................................................................................... 48
4.2.5 Peneiramento ............................................................................................ 50
4.2.6 Expedição ................................................................................................. 51
5 RESULTADOS E ANÁLISES .............................................................................. 53
5.1 Tijolos Refratários ........................................................................................... 53
5.2 Terra Refratária e Cerâmica Avançada ............................................................ 56
6 CONCLUSÃO ........................................................................................................ 63
REFERÊNCIAS ............................................................................................................. 65
ANEXOS ........................................................................................................................ 68
1 INTRODUÇÃO
Os recursos naturais utilizados nos processos industriais sempre foram
considerados abundantes e inesgotáveis, de modo que as questões ambientais sequer
faziam parte do planejamento dos processos produtivos até poucas décadas atrás.
Depois de finalizado seu ciclo de vida, eles eram indiscriminadamente depositados na
natureza, tanto em aterros industriais ou, de forma irregular, em áreas não reservadas a
esses fins. Hoje, existe a perspectiva de escassez de recursos em médio e longo prazo,
dificuldade crescente de acesso a eles e aumento gradativo dos preços. Assim sendo, a
reciclagem e o reaproveitamento de resíduos industriais são de fundamental importância
para a redução da quantidade de recursos utilizados e diminuição de custos de produção.
Dentro da indústria de fundição de precisão se observa o processo de
microfusão, ou fundição por cera perdida, que se caracteriza pela fabricação de produtos
com exatidão dimensional, alta qualidade de acabamento e alto grau de liberdade de
formas. Para dar forma a suas peças de aço, seu processo de fabricação utiliza moldes
de cerâmica, que são fragmentados e descartados em aterros industriais após o uso.
Ainda que a fábrica de microfusão não consiga reincorporá-los em seu próprio processo,
estes possuem características de alta refratariedade, visto que sua composição pertence
ao diagrama ternário ZrO2-Al2O3-SiO2 (ZAS) formado a partir de mulita, sílica e farinha
de zircônia, e são classificados como resíduo inerte. A partir dessas características, são
pesquisados possíveis setores industriais de materiais cerâmicos para sua incorporação.
Foram definidas três aplicações, apresentadas em ordem crescente de exigência
composicional, granulométrico e pureza: produção de tijolos refratários, utilização
como agregado refratário e produção de produtos de cerâmica avançada.
O molde cerâmico deixa o processo de microfusão com granulometria bastante
heterogênea e contaminada por rechupes de aço fisicamente liberados de natureza
magnética e paramagnética. Para atender as exigências de cada aplicação proposta, deve
ser realizado um estudo de desenvolvimento tecnológico para transformação do molde
cerâmico residual em matéria-prima refratária de alto valor agregado. Nesse estudo
foram pesquisadas operações de beneficiamento, cujo objetivo é a desmetalização,
moagem e classificação do material, e foram definidos processos alternativos para
posterior análise comparativa de acordo com a viabilidade econômica, capacidade
técnica, automatização e logística.
2
2 OBJETIVOS
2.1.1 Objetivo Geral
Realizar o dimensionamento de uma planta de beneficiamento de molde
cerâmico residual proveniente do processo de microfusão para incorporação na indústria
de materiais refratários monolíticos, pré-moldados e indústria de cerâmica avançada.
2.1.2 Objetivos específicos
- Analisar de operações de beneficiamento de materiais cerâmicos.
- Definir de processos de beneficiamento que atendam os requisitos de projeto:
desmetalização, cominuição, classificação e expedição.
- Realizar uma análise comparativa entre os processos segundo qualidade
técnica, economia, automatização e logística.
3
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 Reciclagem e gestão de resíduos industriais
Os processos produtivos que abastecem a sociedade moderna com bens de
consumo apresentam fluxo de recursos naturais que entram na forma de matéria prima e
insumos, sejam eles materiais ou energéticos, e geram saídas na forma de resíduos de
inúmeras naturezas. A quantidade de resíduos gerados devido ao desenvolvimento
industrial e tecnológico é crescente, como também é a preocupação ecológica. A forte
pressão sobre as empresas da legislação ambiental (cada vez mais rigorosa), e do
impacto negativo sobre a imagem empresarial no mercado, uma vez que não
desenvolvam práticas mais sustentáveis, acarretou uma mudança na política de gestão
de resíduos. Usualmente são depositados em aterros industriais ou mesmo em locais
sem controle algum. Assim sendo, novas medidas para redução em extrações de bens
não renováveis e reutilização dos recursos naturais no próprio processo produtivo têm
sido adotadas, mas que no Brasil ainda são incipientes. Uma vez que o mundo adentra a
era da sustentabilidade, espera-se que esse quadro seja progressivamente revertido.
Dijkema et al [1], fala do paradigma vigente quanto ao gerenciamento de
resíduos:
[...] resíduo geralmente tem uma conotação negativa, relacionada a lixo,
detritos ou até materiais tóxicos ou perigosos. Pode-se classificar como um
material que se gostaria de eliminar, geralmente pagando uma taxa pelo
serviço. Contudo um material só é resíduo quando assim é experimentado ou
rotulado como tal. Um produtor pode, por exemplo, considerar um
subproduto indesejável como sucata ou resíduo, enquanto outros encaram
como potenciais recursos. Resíduo é então um conceito subjetivo que
classifica um material ou objeto que não desaparece após eliminação. Essa
qualificação, no entanto, pode mudar: o que hoje é considerado resíduo pode
ser visto como recurso no futuro. Em uma visão mais estratégica, resíduo é o
material que não é utilizado em seu pleno potencial. [...]
A adoção desse novo conceito ao lidar com as matérias-primas e subprodutos
utilizados na indústria implica uma transformação nos processos produtivos como
conhecidos hoje, da qual fazem parte a utilização racional, o reaproveitamento de
materiais e a reciclagem. A reciclagem de resíduos industriais requer conhecimentos
multidisciplinares envolvendo engenharia, economia, ciência social, logística urbana e
regional.
3.1.1 Classificação de Resíduos Sólidos
No interesse do presente trabalho é importante a observação da classificação dos
resíduos sólidos perante a legislação brasileira. A norma NBR 10004:2004 - Resíduos
Sólidos - Classificação, elaborada pela Associação Brasileira de Normas Técnicas -
ABNT, em revisão à norma NBR 10004:1987, de mesmo título, visa fornecer subsídio
4
para o gerenciamento de resíduos sólidos. A classificação dos resíduos sólidos envolve
a identificação do processo ou atividade que lhes deu origem, de suas características e
constituintes mineralógicos e químicos, e comparação com listagens de resíduos já
conhecidos e classificados. [2]
Segundo a norma, os resíduos sólidos são classificados em:
a) Classe I - Resíduos Perigosos: apresentam risco à saúde pública ou ao meio
ambiente; ou possuem características de inflamabilidade, corrosividade, reatividade,
toxicidade e patogenicidade, ou ainda que pertençam à lista de resíduos já classificados
como tal nos anexos da norma.
b) Classe II - Resíduos Não Perigosos: não apresentam as características citadas
na classe I. Exemplos: sucata de metais ferrosos, sucata de metais não ferrosos (latão),
resíduos de minerais não metálicos, terra de fundição e outros.
c) Classe II A - Não Inertes: são resíduos não perigosos que podem apresentar
propriedades tais como biodegradabilidade, combustibilidade e solubilidade em água.
d) Classe II B - Inertes: resíduos que quando amostrados e submetidos a contato
dinâmico e estático com água destilada ou deionizada, a temperatura ambiente, não
tiverem seus constituintes solubilizados a concentrações superiores aos padrões de
potabilidade da água, exceto aspecto, cor, turvides, dureza e sabor. Deve também
apresentar valores de lixiviabilidade dentro dos permitidos por norma. [2]
A classificação de um dado resíduo não é imutável como provam as constantes
atualizações dos dispositivos legais, estando dependente dos avanços tecnológicos. A
realização de estudos de reaproveitamento de materiais tem permitido desenvolver
novas técnicas de tratamento e reciclagem, fazendo emagrecer a classe. [3]
3.1.2 Valorização como alternativa mineral
A viabilidade de valorização de um determinado material como alternativa
mineral depende de fatores interligados que envolvem aspectos técnicos, econômicos e
de logística, tais como disponibilidade e quantidade gerada, grau de pureza, aplicação
de utilização, condições de mercado, custos com a deposição e impactos ambientais,
custos de reciclagem, transportes, beneficiamentos, e possíveis ganhos com valorização;
sendo mais atraentes nos casos de materiais com fluxo constante e homogêneo,
relativamente limpos, com proximidade entre fonte geradora e utilizadores, e que
induzem ganhos técnicos e econômicos quando da aplicação de recuperação. [3]
Em relação à quantidade, homogeneidade e grau de pureza, deve-se analisar a
fonte geradora, variando conforme o processo produtivo ou condições de utilização do
material. Além desses fatores, a aplicação depende mais fortemente da composição do
resíduo, sendo que se deve fazer uma caracterização fisico-química através de ensaios e
procedimentos que possam avaliar o seu potencial e garantir o desempenho de um
produto desenvolvido com este material alternativo. As condições de mercado dizem
respeito aos custos da matéria prima natural e interesse das indústrias em alternativas,
sendo importante também avaliar os custos despendidos com a deposição, transporte e
acondicionamento do resíduo, confrontando isto com os custos para reciclagem,
beneficiamento e transporte do material como alternativa mineral, e possíveis ganhos
com a comercialização do mesmo. [3]
5
A crescente atividade industrial e os aumentos constantes no preço das matérias
primas naturais têm levado a indústria de transformação a adotar práticas de
recuperação de descartes em larga escala, que deve dar-se na forma de incorporação em
produtos existentes ou desenvolvimento de novos produtos, sendo que estas soluções
tecnológicas envolvem uma metodologia de avaliação com as seguintes etapas:
- (i) classificação do resíduo,
- (ii) potencialidade mineral,
- (iii) quantidade gerada e homogeneidade,
- (iv) viabilidade técnica e econômica de aplicabilidade.
Na figura 1, a metodologia para avaliação e aplicação de um resíduo como
alternativa mineral é representada em mais detalhamento.
Figura 1 - Metodologia de valorização de resíduos. [4]
Na classificação do resíduo (i) realizam-se ensaios fisico-químicos de acordo
com a norma já referenciada, quanto a características de periculosidade
(inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade e patogenicidade) e de inércia
química (solubilidade e lixiviabilidade).
A potencialidade mineral (ii) avalia informações de composição e
comportamentos básicos, através de análises como fluorescência e difração de raios-X e
análise térmica, que quando aliados ao histórico do material permitem comparação com
matérias primas convencionais. [4]
A quantidade gerada e homogeneidade (iii) devem ser avaliadas junto às fontes
geradoras, geralmente interessadas, quando não parceiras, no desenvolvimento do
projeto, sendo que trabalhos e publicações sobre o setor também podem ser uma boa
base de estimativa.
6
A viabilidade técnica e econômica de aplicabilidade (iv) faz-se a partir dos
dados e levantamentos obtidos nas etapas anteriores e levantamento de potenciais
produtos e seus custos e valores envolvidos que, associados a ensaios específicos vão
indicar a aplicabilidade do resíduo como matéria prima.
3.2 A Indústria de Microfusão
Na indústria da fundição de precisão para fabricação de peças, observa-se o
processo de microfusão ou de cera perdida, que se destaca por produção de peças com
excelente precisão dimensional, máxima liberdade de desenho e detalhes, e ampla
variedade de ligas e metais na constituição. Suas principais vantagens,
comparativamente a outros processos de fundição e conformação, são: custo inicial com
ferramental baixo, eliminação de desperdícios de metal que compõe o produto final,
liberdade de projeto quanto à forma do produto final, estreitas tolerâncias e bom
acabamento de superfície.
No processo da fundição de precisão, uma lama cerâmica é aplicada em torno de
um modelo para construir o molde que será consumido. Dependendo do tipo de modelo,
este também poderá ser destruído. Para a produção dos moldes é utilizada um material
cerâmico refratário. Atualmente os moldes sólidos são mais comuns para a área
odontológica e de jóias, sendo as cascas cerâmicas mais utilizadas industrialmente.
Quanto aos modelos consumíveis, pode-se agrupá-los em cera e plásticos. A cera é o
material mais utilizado, que caracteriza o processo de fundição por cera perdida
denominado também de microfusão.
Se comparada com a indústria da fundição como um todo, não apresenta grande
volume de produção. Não obstante, o valor agregado das peças e o estágio de tecnologia
empregada dá destaque a este segmento. No Brasil são cerca de 30 empresas localizadas
nas regiões Sul e Sudeste, como a Fundimazza e Jandinox, que produzem no total cerca
de 9x106 kg de produtos fundidos e consequentemente em torno de 2,25x10
6 kg de
casca cerâmica, ou molde cerâmico, residual. Algumas indústrias que utilizam peças
produzidas por cera perdida são a aeroespacial, automobilística, eletrônica, alimentícia,
agrícola, petroquímica, mecânica, têxtil, marítima, nuclear, médica e odontológica, lazer
e equipamentos óticos. [5]
3.2.1 Processo Industrial
O processo de fundição por cera perdida pode ser dividido nas seguintes etapas
[6]:
- Produção do modelo de cera, através da injeção de cera em uma matriz,
geralmente, metálica;
- Montagem da “árvore” ou cacho de modelos;
- Produção do molde cerâmico em casca através de camadas obtidas por:
- Imersão do cacho de cera no banho de lama cerâmica;
- Estucagem que consiste no recobrimento com partículas refratárias;
7
- Secagem dos moldes;
- Deceragem - retirada da cera do molde por derretimento.
- Sinterização do molde para aumento da resistência da casca e retirada de
resíduos de cera por volatilização;
- Fusão/Vazamento do aço;
- Quebra dos moldes (manual ou por vibração mecânica);
- Acabamento;
- Inspeção.
O processo de produção se inicia com o projeto da peça (produto final) e
fabricação de matriz metálica para injeção dos modelos de cera idênticos à peça. A
seguir, estes são armados em cachos para alimentação de até 20 modelos, que variam
conforme o formato da peça. São imersos em material cerâmico em forma de barbotina
(suspensão coloidal cerâmica), para seu revestimento, conforme ilustra a figura 2, até a
formação de um molde cerâmico ao seu redor.
Figura 2 - Fabricação dos moldes, cachos sendo revestidos com camadas de barbotina.
[7]
O molde recém-formado é então revestido com grânulos refratários de estuco, ou
seja, que melhoram a aglomeração e fixação das camadas. Depois de seco, repete-se
este procedimento várias vezes para formação de diversas camadas. Segue-se a
desceragem, na qual o molde é levado à autoclave, onde a cera é derretida, recolhida e
reutilizada. O processo termina com a sinterização dos moldes cerâmicos a temperatura
de 1,273 K (para ganho de resistência mecânica), o vazamento do metal nos cachos,
conforme a figura 3, e a quebra do molde cerâmico, que é feita por vibração mecânica.
A peça é então removida e procede ao acabamento final de usinagem da peça,
extremamente minimizado pelo processo descrito. [6]
8
Figura 3 - Vazamento do metal nos moldes cerâmicos em forma de cachos.
Na figura 4, o processo é analisado através de um fluxograma simplificado que
evidencia a geração do molde cerâmico residual.
Figura 4 - Fluxograma do processo de fundição por cera perdida. [5]
3.2.1.1 Processamento do Molde Cerâmico
9
No processamento específico dos moldes cerâmicos se observa a imersão do
cacho de modelos de cera em camadas de barbotina, escoamento e cobertura com areia
fina (estuco). Após secagem este procedimento é repetido várias vezes utilizando grãos
progressivamente maiores formando uma casca refratária com geralmente de seis a nove
camadas de 5 a 16x10-3
m de espessura cada. Como citado anteriormente, são realizadas
etapas de desceragem e sinterização, preparando o molde para receber o vazamento. Os
materiais utilizados para produzir a casca deverão ser suficientemente refratários para
suportar metal fundido a temperaturas em torno de 1.923 K, devendo permanecer inertes
para evitar reações molde metal. Os componentes que conferem a refratariedade são:
- Mulita: presente na forma de um composto com cristais de mulita
(3Al2O3.2SiO2) e sílica amorfa, estável a altas temperaturas com moderada expansão
térmica, o qual é produzido sendo sinterizado, triturado e separado por tamanho de grão
para uso em barbotinas (pós) e estuco (grãos).
- Alumina: possui alto grau de pureza, por volta de 99,5% Al2O3, com SiO2,
Fe2O3 e TiO2 como impurezas. É altamente refratária, com ponto de fusão acima de
2.273 K, expansão térmica intermediária e baixa reatividade.
- Sílica: aparece na forma de areia de sílica de diversas granulometrias, com
baixo custo e pureza de aproximadamente 99,5% de SiO2 de origem eletro fundida, com
baixo teor de cristobalita, baixa expansão e condutividade térmicos e densidade.
- Zirconita: composta por partes em torno de 67% de ZrO2 e 33% de SiO2,
contendo expansão térmica intermediária. Disponível em variados tamanhos de
partículas, esse componente apresenta baixa reatividade com a maioria dos metais e
ligas para fusão. [6]
Alguns aditivos precisam ser adicionados para auxiliar na processabilidade da
barbotina e nas propriedades das camadas do molde tais como (i) aglomerantes, que
promovem a união entre os agregados na barbotina; (ii) antiespumantes, para eliminar o
ar incorporado prejudicial no recobrimento dos cachos pela barbotina; (iii) agentes de
molhamento, que reduzem a tensão superficial da barbotina permitindo um bom
recobrimento dos cachos; e (iv) agentes nucleantes, utilizados para refinar o tamanho de
grão na superfície de contato com a peça. [6]
Cada camada do molde cerâmico é composta por diferentes dosagens dos
componentes refratários e aditivos, de acordo com a exigência. As primeiras camadas de
barbotina contêm partículas mais finas, de alta refratariedade e baixa reatividade com as
ligas metálicas, e com aditivos que conferem bom acabamento superficial. As camadas
mais externas têm função de reforço mecânico, com partículas maiores. Entre as
camadas há ainda o estuco, constituído por agregados granulares de areia de zircônia
(zirconita) e sílica, e que servem para impedir o escoamento das camadas de barbotina,
melhorar a aglomeração entre as mesmas e constituir espessura no molde. [6].
3.2.1.2 Características do Molde Cerâmico
A deposição do molde cerâmico em aterros industriais exige a certificação do
resíduo conforme a norma brasileira de resíduos sólidos NBR 10004:2004 - Resíduos
Sólidos - Classificação. Ela já foi classificada como resíduo classe II B, ou seja, não
perigoso inerte. Isso indica que:
10
- não possui características de inflamabilidade, corrosividade, reatividade,
toxicidade e patogenicidade, de acordo com os ensaios descritos na norma de
classificação de resíduos sólidos;
- não consta na lista de materiais perigosos da mesma e não foi detectada
nenhuma substância proibida ou que caracterizasse a periculosidade deste resíduo;
- não apresenta propriedades como biodegradabilidade, combustibilidade e
solubilidade em água, conforme procedimentos também indicados na norma.
Essa classificação é determinante para a aplicação da metodologia para
valorização de resíduos. O cenário é favorável, visto que não há necessidade de
inertização, apenas incorporação do material em formulações na qual possa haver
valorização do mesmo através de suas propriedades. O transporte do material também é
favorável, tendo em vista que não há comportamento perigoso nem de solubilidade e
lixiviação.
Ao deixar o processo de microfusão, após a quebra por vibração mecânica, o
produto restante do molde são peças de tamanhos bastante variados. A área máxima das
peças é de 0,02 m², com até 0,200 m de comprimento por até 0,015 m de espessura. A
figura 5 apresenta o material, após o processo de quebra, proveniente de uma fábrica de
microfusão do Rio Grande do Sul.
Figura 5 - Fotos do material cerâmico residual proveniente de uma fábrica de
Microfusão do Rio Grande do Sul. [autoria própria]
Alonso [5] analisou sua composição química através de espectometria por
fluorescência de raio X. A tabela 1 mostra os resultados dessa análise.
11
Tabela 1 - Caracterização química do molde cerâmico. P. F. - Perda de massa por
aquecimento a 1.273 K. N. D. - Não detectado.
Elemento Teor (%) Elemento Teor (%)
Al2O3 37,15 P2O5 0,05
SiO2 44,74 CaO 0,05
ZnO2 14,75 Co2O3 <0,10
Fe2O3 1,13 Cr2O3 <0,10
K2O 0,75 SrO <0,10
TiO2 0,66 PbO N. D.
Na2O3 0,33 ZnO N. D.
MnO 0,16 P.F. N. D.
BaO 0,12 Li2O -
MgO 0,09 B2O3 -
A partir dessa análise, vale ressaltar as seguintes características:
- é constituído predominantemente por sílica (SiO2) e alumina (Al2O3);
- possui baixos percentuais de fundentes, como K2O, e impurezas, como óxido
de ferro (Fe2O3), se comparados com argilas e materiais cauliníticos. Isso também
revela potencial de refratariedade;
- possui notável teor de zircônia (ZrO2). Essa deve se apresentar na forma de
zirconita (ZrSiO4), presente na areia de zircônia;
- a perda ao fogo é desprezível. Isso indica que o resíduo não possui material
orgânico ou umidade, o que aumenta o rendimento do agregado como matéria prima em
produtos sinterizados;
- não apresenta substâncias que poderiam gerar gases tóxicos ou de difícil
extração, o que a torna indicada para sinterização.
Segundo essas informações, conclui-se que o material é compatível com
aplicações em produtos utilizados a temperaturas acima dos 1.773 K, devido à alta
concentração de alumina aliada a zircônia, que incrementa ainda mais a refratariedade.
O molde cerâmico fragmentado deixa o processo de microfusão contaminado
com rechupes de aço de tamanhos bastante variados, com dimensões semelhantes entre
os lados (até 0,150 m). Esses rechupes são gerados por excessos ou fuga de metal no ato
de vazamento do mesmo nos cachos de moldes cerâmicos ou, raramente, por algumas
pequenas peças defeituosas, e estão fisicamente soltos em relação ao molde (não reagem
quimicamente). O tipo do aço varia de acordo com as peças que são fabricadas na
microfusão: aço carbono, aço inoxidável, aço baixa e alta liga, etc. Dentro dos fins de
interesse deste estudo, os rechupes são divididos entre aço magnético - consiste na
maior parte (em torno de 90%) - e aço paramagnético - o restante (em torno de 10%). A
quantidade total de aço é pequena em relação ao total de material gerado (menos de
5%). A figura 6 mostra exemplos de rechupes de aço.
12
Figura 6 - Fotos de rechupes de aço contaminantes. [autoria própria]
A composição e granulometria são bastante heterogêneas entre as diferentes
camadas do molde cerâmico, o que inviabiliza sua reincorporação para a confecção de
novos moldes dentro do mesmo processo. Ainda assim, os elementos que o compõem,
possuem propriedades de ampla utilização em diversos setores industriais,
principalmente no de materiais refratários. Além disso, o baixo nível de contaminação
do resíduo no processo e homogeneidade de volume gerada evidencia o potencial de
aproveitamento deste material como matéria prima alternativa.
3.3 Indústria de Materiais Refratários
Os cerâmicos refratários, conhecidos apenas por refratários, são aqueles capazes
de suportar condições extremas de temperatura sem perder suas propriedades físico-
químicas, entre elas a resistência mecânica, a condutividade térmica e elétrica e
permanecer não reativo e inerte. Os processos e operações dos equipamentos industriais
geralmente também envolvem esforços mecânicos, ataques químicos e outras
solicitações. Portanto, eles também devem ter resistência a quente, à abrasão, à erosão e
ao ataque químico por sólidos, líquidos ou gases e a variações extremas de temperatura.
De acordo com sua massa específica, são classificados em densos e isolantes. [8]
CALLISTER, JR. [9]` classifica os refratários em quatro categorias:
- argila refratária (sílico-aluminosos): possuem de 25 a 40% de Al2O3 + SiO2.
São os mais comuns entre todos os materiais refratários. Capazes de suportar
temperaturas máximas da ordem de 1.860 K, sem líquido em equilíbrio, mas admite-se
pequena quantidade de líquido presente durante seu uso sem comprometer a integridade
mecânica. Logo, a temperatura máxima dependerá do percentual de alumina (Al2O3)
presente, pois quanto mais alumina presente menor a quantidade de líquido pra mesma
temperatura.
- sílicosos (refratários ácidos): capazes de suportar temperaturas máximas da
ordem de 1923 K, sendo que pequeno percentual do material sinterizado estará na forma
líquida. Nesses refratários o teor de alumina (Al2O3) é considerado uma impureza, pois
aumenta o percentual de líquido presente reduzindo a temperatura máxima de trabalho e
fazendo a mistura cerâmica se aproximar do ponto eutético.
- básicos: são ricos em MgO (magnésia ou periclásio). A presença de sílica é
prejudicial em altas temperaturas por razões semelhantes à presença de alumina
13
naqueles a base de sílica. Substituem o refratário ácido (a base de sílica) quando a
escória do aço é básica.
- especiais: possuem maior temperatura de trabalho, são mais resistentes a
ataque químico, porém também são mais caros. Alguns exemplos são a alumina
(Al2O3), a Berília (BeO), a Zircônia (ZrO2), o Carbeto de silício (SiC) e o Grafite (C).
Quanto à forma de produção, podem ainda ser agrupados em dois grupos [10]:
- materiais refratários conformados: são os refratários submetidos a processos de
queima e definições de forma e dimensões controladas, como tijolos, válvulas, placas e
peças em geral;
- materiais refratários monolíticos: são produzidos por blendagem e mistura de
agregados secos sem a necessidade de processos de moldagem, prensagem e queima. Os
materiais monolíticos apresentam normalmente custos menores devido à ausência de
tais etapas em seu processo de produção.
Segundo a ABCERAM [11], o segmento de materiais refratários brasileiro tem
cerca de cem empresas entre fabricantes, distribuidores/revendedores e serviços,
localizadas predominantemente na região sudeste. Estas empresas prestam serviços e
abastecem um mercado bastante abrangente, desde para simples aplicações como
churrasqueiras e lareiras, até para as de elevada complexidade, como nos equipamentos
siderúrgicos. Podem ser destacadas algumas empresas como Reframa e Gabriella na
região de Criciúma, Refrisul no Rio Grande do Sul, Ibar e Ziegler em São Paulo e Togni
em Minas Gerais. O setor tem como objetivo produzir refratários competitivos em
qualidade e custos com a concorrência internacional vinda da Europa e Ásia e já
consegue cobrir todos os principais campos de aplicação dos materiais refratários.
Portanto, a utilização de matérias primas alternativas de menor custo e alta qualidade
pode ser um instrumento chave para ganhar competitividade.
3.3.1 Tijolos Refratários
Dentre os refratários moldados, encontram-se os blocos e tijolos refratários, cuja
produção atende diversos tipos de utilização variando a composição e formato. A
produção de tijolos refratários é caracterizada pela baixa exigência da qualidade da
matéria-prima se comparada a outros produtos da indústria de refratários. São
comumente produzidos tijolos dos tipos paralelo, cunha, furado, placas retangulares,
placas em formato de “L”, plaquetas, entre outros. [5]
A fabricação de tijolos refratários utiliza-se basicamente de argilas refratárias
duras (flint fireclay), argilas refratárias “semi-duras”, argilas refratárias plásticas, e
caulim para geração de material com composição principal de alumina (Al2O3) em
níveis variando de 18% a 44% e sílica (SiO2) entre 50% e 80% [10], sendo que,
comumente, quanto maior o teor de alumina, maior o desempenho e temperatura de
aplicação. A variação de 30% para 40% de alumina na composição pode incrementar a
temperatura de aplicação de 1.573 K em 200 K, passando para 1.773 K.
Para exemplificar o processo de produção, será descrito o processo de fabricação
de tijolos refratários sílico-aluminosos de uma fábrica de refratários da região de
Criciúma, produzidos para fornalhas da indústria de cana-de açúcar que trabalham à
temperatura máxima de 1.573 K [5]. Existem quatro composições todas baseadas em
alumina e sílica, formuladas com seis argilas diferentes (caulins, argilas fundentes, entre
14
outras) que resultam em pequenas alterações no teor de sílica e alguns fundentes, sem
alterar o teor de alumina, apenas com a finalidade de ajustar a sinterização devido aos
diversos formatos de peças com dois ciclos térmicos distintos. As argilas passam
inicialmente pelo secador para moagem a seco, realizada em moinho contínuo de
martelo, que resulta em granulometria grosseira (partículas de até 3 mm). A seguir, são
armazenadas nos silos e retiradas nas proporções de acordo com a peça a ser produzida.
Todas as peças são conformadas na forma de prensagem, em prensa hidráulica
para peças com formatos retangulares e prensa de fricção para peças irregulares (tijolo
tipo cunha, por exemplo). Há dois ciclos térmicos que também variam conforme o
formato das peças. Para peças de maior volume, o ciclo é de 8 h em forno contínuo com
temperatura máxima na casa dos 1.623 K e por volta de 1.173 K a 1.273 K nas outras
regiões. Para peças finas e plaquetas, o ciclo é da ordem de 54 min na mesma
temperatura. Finalmente, as peças são empilhadas e classificadas. As peças refugadas
são moídas e voltam para o processo. As ilustrações da figura 7 mostram o processo de
fabricação dos tijolos refratários na empresa da região de Criciúma.
Figura 7 - Fotos do processo de fabricação de tijolos refratários, tijolos após secagem e
tijolos embalados para venda. [autoria própria]
A figura 8 apresenta um fluxograma padrão do processo de fabricação de
refratários moldados, inclusive os tijolos refratários.
15
Figura 8 - Fluxograma do processo de fabricação de refratários pré-moldados. [11]
3.3.1.1 Incorporação do molde cerâmico
Alonso [5] realizou testes de aplicação do molde cerâmico na fabricação de
tijolos refratários. Utilizou-se uma formulação com 30% em massa de molde cerâmico
em substituição ao material de correção. A tabela 2 apresenta a composição química da
formulação com cerâmico residual (piloto) em comparação com a formulação
tradicional (padrão).
16
Tabela 2 - Comparação das composições químicas das peças padrão e piloto. P. F. -
Perda de massa por aquecimento a 1.273 K. N. D. - Não detectado.
Formulação Padrão Piloto Formulação Padrão Piloto
Elemento Teor (%) Teor (%) Elemento Teor (%) Teor (%)
Al2O3 20,94 26,33 B2O3 - -
SiO2 71,77 65,21 Li2O - -
CaO 0,16 0,22 BaO N.D. N.D.
Fe2O3 2,22 1,85 Co2O3 <0,10 <0,1
K2O 3,60 2,75 Cr2O3 <0,10 <0,1
MgO 0,29 0,23 PbO N.D. N. D.
MnO 0,07 0,06 SrO <0,10 <0,10
Na2O3 0,22 0,26 ZnO <0,10 <0,10
P2O5 0,05 0,05 ZrO2 <0,10 2,14
TiO2 0,50 0,70 P.F. <0,39 <0,39
A partir dessa análise, vale ressaltar as seguintes características da composição
piloto em relação a padrão:
- nota-se claramente sua adequação composicional;
- os fundentes e impurezas, em geral, apresentaram teores inferiores;
- a alumina se mostrou em maior quantidade;
- há a presença de zircônia, ainda que em baixas quantidades.
Com isso, é esperado acréscimo de refratariedade para a produção piloto em
relação à formulação padrão, o qual foi confirmado através das propriedades mecânicas
avaliadas, tais como absorção de água, resistência a tração na flexão e ao choque
térmico. Foram também comparadas as principais fases cristalinas identificadas por
DRX. A tabela 3 mostra os resultados.
A partir dessas análises, vale ressaltar as seguintes conclusões:
- as propriedades estão de acordo com a produção;
- apesar de haver perda de resistência mecânica devido à maior refratariedade,
ela ainda está em concordância com as especificações
- a resistência ao choque térmico apresentada no piloto foi o dobro da produção
padrão
- a absorção de água seguiu o comportamento padrão.
- é notável a presença da zirconita na produção piloto, além da mulita e sílica,
também presentes no padrão.
- a trabalhabilidade foi interessante: não houve diferenças em relação às matérias
primas tradicionais.
- foi observado um rendimento maior na produção piloto, visto qu e a casca
apresenta perda ao fogo desprezível em relação às matérias primas tradicionais.
17
Tabela 3 - Comparação das propriedades relevantes entre produção padrão e
piloto.
Propriedades Padrão Piloto
Temp. Sinterização (K) 1.623 1.623
Principais Fases
Cristalinas
(DRX)
Sílica (SiO2), Mulita
(3Al2O32SiO2), Hematita (Fe2O3)
e Sanidina (KOAlSi3O8)
Sílica (SiO2), Mulita
(3Al2O32SiO2),
Zirconita (ZrSiO4)
Resistência a Flexão
(MPa) 6,0 2,6
Absorção de Água (%) 11,9 10,3
Resistência ao Choque
Térmico ¼ 2/7
* Resistência ao choque térmico = A/B, onde, A é o número do ciclo em que surgiu a primeira trinca e B
é o número do ciclo em que houve ruptura total do corpo de prova.
Portanto, a utilização do molde cerâmico em formulações com frações pequenas
já atende todas as exigências de refratariedade dessa aplicação e demonstra sinais de
que tem potencial para aplicações ainda mais severas.
3.3.2 Terra Refratária
Dentre os materiais refratários, observa-se a terra refratária, também conhecida
como agregado refratário em algumas aplicações, usada na formação de concreto
refratário e outras peças estruturais. Os concretos refratários são misturas de agregados
e aglomerantes (cimentícios ou não) compostos de duas fases: o agregado, fase discreta
e particulada; e a matriz, fase finamente granulada e contínua que envolve os agregados
[10]. A matriz de um concreto refratário constitui-se por material ligante, água, aditivos
e a parte mais fina do agregado. O material ligante, em conjunto com os finos presentes
no agregado, é diluído e dispersado na solução de água e aditivos, constituindo a parte
que dará fluidez ao concreto quando em estado fresco. Dentre os agregados encontram-
se as argamassas refratárias e a terra refratária.
O molde cerâmico possui composição química e comportamento físico
aproximadamente compatível com a argamassa refratária, mas também possui teores de
impurezas, como álcalis e ferro, que poderiam se tornar fundentes na mistura quando
submetidos a altas temperaturas. Além disso, essa aplicação não utilizaria o potencial da
casca referente à grande presença composicional de zircônia, que é indiferente a
argamassa. Portanto, ainda que atendesse algumas exigências desse produto, possuiria
valor agregado mais baixo. A terra refratária possui exigência composicional um pouco
diferente, demandando a presença de sílica, magnésia, alumina, zircônia, e outros
componentes. A utilização do molde cerâmico para essa aplicação possui maior
adequação físico-química, além de agregar mais valor como produto. A figura 9
18
apresenta o fluxograma de fabricação dos materiais refratários monolíticos, inclusive a
terra refratária.
Figura 9 - Fluxograma do processo de fabricação de refratários monolíticos. [11]
Diferentemente do caso de tijolos refratários, não há estudos que comprovem a
eficácia da utilização do resíduo cerâmico como terra refratária. Ainda assim, há
adequação quanto à composição química e quantidade gerada.
3.4 Indústria de Cerâmica Avançada
19
Os materiais cerâmicos são fabricados a partir de matérias-primas naturais ou
sintéticas e, por isso, podem ser divididos em cerâmicas tradicionais e cerâmicas
avançadas, também conhecidas como cerâmicas de alta tecnologia. As cerâmicas
avançadas são materiais produzidos e purificados sinteticamente, com um controle
rígido da matéria-prima e do processamento empregados, o que leva à obtenção de
peças com propriedades e microestrutura controlada. São compostos em sua grande
maioria por uma família de substâncias chamadas de óxidos de terras raras. Os
principais componentes são: alumina (Al2O3), zirconia (ZrO2), ítria (Y2O3), magnésia
(MgO), nitreto de silício (Si3N4), carbeto de silício (SiC), ZTA (zirconia toughened
alumina), nitreto cúbico de boro (c-BN), carbeto de boro (B4C), carbeto de titânio
(TiC), diboreto de titânio (TiB2) e outros compósitos. [12]
Devido a sua estrutura proporcionam alta resistência mecânica (em torno de três
vezes a resistência da maioria dos aços), baixo peso e alta resistência à corrosão para
aplicação em condições extremas de temperatura e ambientes corrosivos (superior a
2.273 K em algumas aplicações). Um dos problemas da utilização destes materiais é a
fragilidade, mas novas combinações com fibras de reforço têm aumentado sua
ductilidade e tenacidade. É processado com matérias-primas relativamente caras e os
equipamentos de processo são mais sofisticados e trabalham em condições mais críticas,
de modo que existe um maior custo envolvido em sua produção. Não obstante, o valor
agregado desses produtos é muito superior ao da cerâmica tradicional ou mesmo
refratária, como tijolos e blocos. [13]. Na figura 10 é apresentado um fluxograma do
processo padrão de produtos de cerâmica avançada.
Figura 10 - Fluxograma do processo de fabricação de produtos da cerâmica avançada.
As cerâmicas avançadas são usadas em diversas aplicações como naves
espaciais, satélites, usinas nucleares, implantes dentários, aparelhos de som e de vídeo,
20
suporte de catalisadores para automóveis, sensores (umidade, gases e outros),
ferramentas de fragmentação, entre outros. A alumina (Al2O3) e a zircônia (ZrO2) são os
principais óxidos cerâmicos utilizados como materiais estruturais. Com estes materiais
podem ser fabricados guia-fios, selos mecânicos, cadinhos, bicos e tubos para
jateamento, sensores de oxigênio, refratários, etc.
Assim como na utilização como terra refratária, não há estudos que comprovem
a eficácia da incorporação do molde cerâmico na fabricação de produtos de cerâmica
avançada. Ainda assim, há adequação quanto à composição química e quantidade
gerada. De acordo com a aplicação, poderá ser necessária a correção da formulação com
casca incorporada por outras matérias-prima que possuam determinados elementos
desejados.
3.5 Operações de Beneficiamento de Materiais Cerâmicos
Segundo Lins et al. [14], beneficiamento de materiais consiste de operações que
visam modificar a granulometria, a concentração relativa das espécies de diferente
composição presentes ou a forma, sem modificar a identidade química ou física dos
materiais. Há, no entanto, autores que defendem um conceito mais amplo para o
tratamento, como sendo um processamento no qual os minerais podem sofrer até
alterações de ordem química, resultantes de simples decomposição térmica ou mesmo
de reações típicas geradas pela presença do calor.
As cerâmicas são materiais inorgânicos e não-metálicos, obtidas geralmente
após tratamento térmico em altas temperaturas, de matérias-primas na forma de pó. Os
materiais cerâmicos são, em geral, bons isolantes térmicos e elétricos, possuem alta
temperatura de fusão, além de estabilidade química, resistência à abrasão e alta dureza.
Apesar da baixa tenacidade e baixa ductilidade da maioria, o que limita as aplicações
dos cerâmicos, outras propriedades como dureza, refratariedade e inércia química, os
tornam ideais para diversas aplicações.
A seguir são apresentados equipamentos de operações referentes a processos de
beneficiamento de matérias cerâmicos, como armazenamento, transporte, separação,
classificação, moagem e peneiramento.
3.5.1 Silos
Os silos são reservatários de capacidades diversas, desde 1 m³ até mais de 200
m³, cuja finalidade é o armazenamento e alimentação de materiais a granel. As
composições mais comuns são de metal e alvenaria. No Brasil, ainda não há uma norma
específica que regulamente o dimensionamento e construção de silos, de modo que para
se classificar esse tipo de estrutura, deve-se recorrer a normas estrangeiras acerca do
tema. De acordo com elas, os silos podem ser classificados de acordo com as seguintes
características [15]:
- Geometria: são classificados de acordo com a relação entre altura efetiva do
produto armazenado e o maior diâmetro inscrito de sua seção transversal.
- Tipo e geometria de fluxo: o formato do silo determina o comportamento de
esvaziamento do mesmo, que pode ser de massa (todas as partículas se movimentam) ou
21
de funil (apenas as partículas alinhadas com a boca de descarga se movimentam).
Quanto à geometria, o silo pode ser assimétrico, planar ou excêntrico.
- Tipo de fundo: podem ter fundo plano (ângulo de inclinação das paredes com a
horizontal menor que 5º) e fundo inclinado (em forma de funil, tronco piramidal e
tronco cônica).
3.5.2 Transportador de correia
O transportador de correia é um equipamento industrial utilizado para transporte
de cargas a granel ou de peças unitárias móveis. Ele consiste em uma estrutura do tipo
calha, chapa ou rolete, horizontal ou inclinada, que sustenta duas ou mais polias que
movimentam uma superfície (lona, tela de aço ou fita de aço) na qual os materiais são
transportados. Estão presentes em praticamente todos os processos de beneficiamento
de materiais em geral, como minerais, materiais cerâmicos, entre outros. As principais
vantagens são a simplicidade do projeto, o custo operacional e de manutenção
reduzidos, pode atingir elevadas velocidades e têm grande durabilidade [16]. A figura
11 mostra um exemplo de transportador de correia de roletes, horizontal.
Figura 11 - Exemplo de transportador de correia de rolos horizontal.
O dimensionamento do transporte exige amplo conhecimento das características
do material a ser transportado - granulometria, massa específica e teor de umidade -,
perfil do transportador - comprimento entre polias extremas e altura de elevação -, e a
capacidade de carga desejada. O acionamento é feito por uma das polias, no caso de
transportadores pequenos, e através de tambores de acionamento nos transportadores de
grande porte, que são acoplados a um moto-redutor elétrico. A potência de acionamento
deve ser suficiente para superar as forças de inércia dos roletes, tambores e correia,
resistências de atrito de acessórios, como raspadores e guias laterais, e a força da
gravidade para deslocamento vertical do material transportado.
3.5.3 Separadores Magnéticos
Os modelos com aplicação prática industrial podem se dividir em dois principais
ramos: os separadores magnéticos que atingem os objetivos de separação desviando as
partículas magnéticas da corrente principal - separação magnética de gradiente livre -, e
22
os separadores magnéticos que atingem os mesmos objetivos de separação colecionando
as partículas magnéticas em matrizes ferromagnéticas - separação magnética de alto
gradiente. [17]
A propriedade de um material que determina sua resposta a um campo
magnético é chamada de susceptibilidade magnética. Com base nessa propriedade os
materiais são classificados em duas categorias: os que são atraídos pelo campo
magnético e os que são repelidos por ele. Materiais magnéticos compreendem aqueles
que são fortemente atraídos pelo ímã comum. O exemplo mais conhecido é a magnetita.
Os paramagnéticos são fracamente atraídos e o exemplo clássico é a hematita. Os
materiais diamagnéticos possuem susceptibilidade magnética negativa e, portanto, são
repelidos quando submetidos a um campo magnético, entre outros se destacam; quartzo,
cerussita, magnesita, calcita, barita, fluorita, esfalerita, etc.
A separação magnética pode ser feita tanto a seco como a úmido. O método a
seco é usado, em geral, para granulometria grossa e o método a úmido para aquelas
mais finas. Recentemente tem-se verificado grandes avanços em ambos os métodos,
sem contar com a utilização da tecnologia dos supercondutores, que abriu um novo
horizonte na área de processamento de minérios. São conhecidos separadores
magnéticos que operam industrialmente com um campo que varia de 5 a 6 T , sendo 1 T
(Tesla) igual 104 G (Gauss) e, que, representa 1 N.A-1
m-1
[18]
Foram pesquisados equipamentos de separação magnética a seco que
atendessem as necessidades do presente processo de beneficiamento. Os equipamentos
escolhidos para análise, que serão especificados adiante, são largamente utilizados na
proteção de equipamentos tais como: moinhos, britadores, picadores e esmagadores.
3.5.3.1 Placa Magnética
As placas magnéticas são utilizadas em diversos tipos de indústria onde haja a
necessidade de retirada de impurezas ferrosas quando transportados em calhas, dutos ou
correias transportadoras. Alguns exemplos de indústrias de aplicação são: a alimentícia,
beneficiamento de cereais, cerâmicas, rações, indústria química, fiações e indústria
plástica.
Durante seu funcionamento, permanece estática e realiza a separação por contato
com o produto ou de forma suspensa. À medida que o material passa a contaminação
ferrosa é capturada pelo seu campo magnético, enquanto o restante do material segue no
processo de beneficiamento. As placas que trabalham por contato com o material só
podem ser utilizadas nos processos que possuem calhas ou dutos para o transporte.
Nesses casos, o fluxo material não magnético é atrapalhado pelo material contido. As
placas suspensas e de contato são muito semelhantes, diferindo apenas na forma de
aplicação. A figura 12 mostra um esquema do funcionamento da placa magnética
suspensa.
23
Figura 12 - Funcionamento da Placa Magnética suspensa.
As principais vantagens em sua utilização são: fácil instalação e limpeza
(geralmente manual), baixo custo, não requer alterações estruturais na planta (exceto as
placas por contato), não requer manutenção e não possui custo operacional. A principal
desvantagem é a limpeza manual da placa que exige que a linha de beneficiamento
esteja parada para que possa ser efetuada. A paralisação da linha é necessária para
garantir a segurança do operador.
3.5.3.2 Polia Magnética
A polia magnética é uma solução automática para a remoção de impurezas
ferrosas de produtos transportados por correias, enquanto protege moinhos, britadores e
máquinas em geral. Funciona com correias de borracha, lona ou aço inoxidável não
magnético. Os circuitos magnéticos podem ser de fluxos cruzados ou fluxos radiais.
Algumas aplicações são em beneficiamento de cereais, indústrias alimentícias,
carboníferas, cerâmicas, recuperação de resíduos siderúrgicos, separação de minérios e
outras.
Sua utilização consiste na substituição de uma das polias convencionais da
correia transportadora por uma polia magnética, sendo que pode ser tanto a polia tratora
como a polia de rolamento. As polias são montadas em um cilindro de aço inoxidável
de grande resistência mecânica, no interior do qual se encaixam os conjuntos de ímãs
permanentes. Durante seu funcionamento, o material não magnético segue seu fluxo
natural no processo, enquanto o fluxo do contaminante magnético é desviado.
Comumente possui diâmetros de 200 a 600x10-3
m, para serem utilizadas em correias
desde 203 x10-3
m de largura. A tabela 13 mostra um esquema do funcionamento da
polia magnética.
As principais vantagens de sua aplicação são: limpeza automática, fácil
instalação (substitui uma polia convencional sem que sejam necessárias modificações
estruturais), alta eficiência, não requer manutenção e não possui custo operacional. A
principal desvantagem é a dependência de um transportador de correia.
24
Figura 13 - Funcionamento da polia magnética.
3.5.3.3 Tambor Magnético
O tambor magnético é utilizado para limpar diferentes tipos de material a
granel. São indicados para produção em larga escala ou quando a correia do extrator
magnético está sobrecarregada ou se desgastando rapidamente. Não possui pontos
mortos, pois o circuito magnético é estacionário, e funcionam com maiores intervalos
de operação.
O tambor é alimentado a partir da parte superior: o material a granel é
distribuído de maneira uniforme por um sistema de alimentação até o tambor magnético
giratório. Qualquer item magnético é atraído à carcaça do tambor e levado ao ponto em
que termina o núcleo magnético. As partículas não-magnéticas já se separaram antes
deste ponto. Como o material e o tambor giram na mesma direção, o fluxo é fácil de
manejar e as perdas de ferro são pequenas. O tamanho das partículas do material
normalmente determina o diâmetro do tambor. A Tabela 14 mostra um esquema do
funcionamento do Tambor Magnético.
Figura 14 - Funcionamento do Tambor Magnético.
As principais vantagens de sua aplicação em relação aos demais separadores
magnéticos pesquisados são limpeza automática e alta eficiência. As principais
desvantagens são: investimento inicial maior, possui custo de manutenção e custo
operacional e requer alterações estruturais na planta;
25
3.5.4 Separador de Corrente Parasita
A corrente parasita do qual trata o equipamento, em inglês eddy current, é uma
corrente originada numa massa metálica por indução eletromagnética, o que acontece
quando há variação do fluxo magnético que atravessa essa massa metálica. Uma forma
de isso acontecer é através de corrente alternada, que produz um fluxo magnético
alternado. A partir disso, origina-se um redemoinho ou turbilhão de correntes, do qual
decorre o nome eddy, que tem esse significado. Nos separadores de corrente parasita,
essa corrente é produzida intencionalmente. Eles possuem um pequeno transportador de
correia que carrega uma camada de material misto e, ao final da correia, há uma polia
com um sistema veloz de rotação de ímãs permanentes ou eletroímãs que geram campos
magnéticos variáveis de alta freqüência. Estes campos criam correntes parasitas nas
partículas de metais que os atravessam, induzindo sobre elas campos magnéticos
opostos aos campos externos, sendo lançadas para fora do fluxo de material
transportado, conforme mostrado na figura 15. Sua principal aplicação é para a
separação de materiais não magnéticos no tratamento de resíduo urbano e da construção
civil.
Figura 15 - Funcionamento do separador de corrente parasita.
3.5.5 Métodos de Cominuição
A operação de cominuição agrupa um conjunto de técnicas que tem por
finalidade reduzir, por ação mecânica externa e algumas vezes interna, um sólido, de
determinado tamanho em fragmentos de tamanho menor. É dividida, basicamente, em
duas classes distintas: britagem (cominuição inicial) e moagem (cominuição final). [2]
A britagem é a operação que fragmenta os blocos obtidos na lavra, mas como
existe uma série de tipos de equipamentos, esta operação deve ser repetida diversas
vezes, mudando-se o equipamento, até se obter um material adequado à alimentação da
moagem. É a primeira etapa da maioria dos processos de beneficiamento de minerais e
visa à obtenção de produtos com granulometria mais grosseira, superior a 10
milímetros.
A moagem se aplica quando a redução de tamanho envolvida visa a obtenção de
produtos com granulometria inferior a 10 milímetros. Assim como a britagem, também
26
pode se desenvolver em estágios subseqüentes, considerando-se as relações de redução
pertinentes. Os mecanismos envolvidos compreendem basicamente impacto,
compressão e cisalhamento. A energia requerida para fragmentar uma porção do
material é proporcional à nova área específica produzida, assim o tempo e a potência
gastos aumentam quando as dimensões são reduzidas. A forma e distribuição
granulométrica dependem das máquinas utilizadas e do material. Nos processos de
beneficiamento de materiais cerâmicos, não se faz necessária a utilização de processos
de britagem, apenas os de moagem, pois as granulometrias e resistência mecânica das
matérias-primas, argilas, caulim, calcários, feldspatos, etc, são pouco elevadas.
Os equipamentos de moagem são denominados moinhos. Os mais empregados
para o beneficiamento de cerâmicos são:
- Moinho martelo: consiste de um eixo girando em alta rotação e no qual ficam
presos, de forma articulada, vários blocos ou martelos. O material é alimentado pela
parte superior e as partículas sofrem o impacto dos martelos e são projetadas contra a
superfície interna da câmara, fragmentando-se, para depois serem forçadas a passar por
tela inferior que vai bitolar a granulometria da descarga, conforme mostrado na figura
16.
Figura 16 - Funcionamento do moinho martelo. [19]
- Moinho laminador: também conhecido por moinho de cilindros, possui dois
rolos paralelos rotativos, de igual diâmetro e de superfície abrasiva. O espaçamento
entre as carcaças define o tamanho da granulometria de saída, que podem ser até 2x10-3
m. É comum que seja utilizado mais de um laminador em série para garantir melhor
eficiência do processo. A figura 17 mostra o funcionamento do moinho laminador
27
Figura 17 - Funcionamento do moinho laminador.
- Moinho Desintegrador: possui dois rolos rotativos paralelos de tamanhos
diferentes. O rolo maior gira em baixa velocidade e tem a função de manter uma
alimentação constante enquanto o rolo menor, que dispõe de diversas facas em sentido
longitudinal, gira em alta velocidade e fragmenta os materiais passantes. O espaçamento
entre a superfície mais externa das facas e a carcaça maior define a granulometria de
saída do processo. A figura 18 mostra o funcionamento de um moinho desintegrador.
Figura 18 - Funcionamento do moinho desintegrador.
- Moinho de Bolas: constituídos de uma carcaça cilíndrica de ferro, revestida
internamente com placas de aço (aumenta impureza) ou borracha, que gira sobre
mancais e contém no interior uma carga solta de bolas de ferro ou aço. Normalmente
são utilizados em moagens nas quais a granulometria final seja #200 a #325.
Figura 19 - Funcionamento do moinho de bolas [19]
28
3.5.6 Classificação
Na classificação, a separação é realizada tomando-se como base a velocidade
que os grãos atravessam um meio fluido, a seco ou a úmido. O fundamento principal
das operações de classificação está embasado no conceito de velocidade terminal.
Quando uma partícula cai em um meio que não o vácuo, este oferece resistência ao seu
movimento, a qual aumenta em razão direta com a velocidade, até atingir um valor
constante. Quando as duas forças que atuam na partícula (gravitacional e de resistência
do fluido) se tornam iguais, a partícula atinge uma velocidade denominada terminal e
passa a ter uma queda com velocidade constante. [20]
Os classificadores consistem essencialmente de uma coluna de separação, na
qual o fluido, seja líquido ou gasoso, está ascendendo a uma velocidade uniforme. As
partículas introduzidas na coluna de separação sobem ou descem de acordo com suas
velocidades terminais. Assim, são obtidos dois produtos: um overflow consistindo de
partículas com velocidade terminal menor que a velocidade do fluido e um underflow de
partículas com velocidade terminal maior do que a velocidade do fluido, conforme
mostrado na figura 20. Os classificadores podem ser divididos em vários tipos. Dentre
eles, destacam-se os aeroclassificadores, que usam o ar como meio fluido, que são
eficientes para granulometrias baixas (1 a 10x10-3
m), muito utilizados para eliminação
de finos (abaixo de 100x10-6
m). [20]
Figura 20 - Representação esquemática de um classificador.
3.5.7 Peneiramento
Carrisso e Correia [20] descrevem o peneiramento como a separação de um
material em duas ou mais classes, segundo o tamanho geométrico das partículas. Pode
ser executado a seco ou a úmido, com o propósito de facilitar a passagem dos finos
através da tela. Os peneiramentos industriais a seco são realizados normalmente em
frações até 6,0 mm e, com uma eficiência menor, porém razoável, em frações de até
1,7x10-3
m. Já o peneiramento a úmido é aplicado geralmente para partículas de até
0,4x10-3
m e em alguns casos específicos até 50x10-6
m. O material retido na tela da
29
peneira é denominado oversize e o passante undersize. A determinação das faixas de
tamanho das partículas é feita por meio de uma série de aberturas de peneiras que
mantém entre si uma relação constante. [21]
A escala granulométrica obedece à equação an = ao.r, onde an é a abertura de
ordem n, ao é a abertura de referência e r é a razão de escala
Na Tabela 4 são apresentadas as escalas Tyler, Richards e ISO e suas
associações com o número de malhas (mesh).
Tabela 4 - Escalas granulométricas de peneiramento. [20]
Escala Tyler
r = 2 = 1,414
a = 74 um
Escala Richards
r = 2 = 1,19 a =
1,0 mm = 18
malhas
Escala ISO
Malhas Mm Malhas Mm polegadas Malhas
3 6.68 3 6.35 0.25
3 5.66 0.223 3
4 4.699 4 4.77 0.187
5 4 0.157 5
6 3.327 6 3.36 0.132
7 2.83 0.111 7
8 2.362 8 2.38 0.0937
10 2 0.0787 10
10 1.651 12 1.68 0.0661
14 1.41 0.0555 14
14 1.168 16 1.19 0.0469
18 1 0.0394 18 (Base)
20 0.833 20 0.841 0.0331
25 0.707 0.0278 25
28 0.589 30 0.595 0.0234
35 0.5 0.0197 35
35 0.417 40 0.42 0.0165
45 0.354 0.0139 45
48 0.295 50 0.297 0.0117
60 0.25 0.0098 60
65 0.208 70 0.21 0.0083
80 0.177 0.007 80
100 0.147 100 0.149 0.0059
120 0.125 0.0049 120
150 0.104 140 0.105 0.0041
170 0.088 0.0035 170
200 0.074 200 0.074 0.0029
230 0.063 0.0025 230
270 0.053 270 0.053 0.0021
325 0.044 0.0017 325
400 0.038 400 0.037 0.0015
30
Os equipamentos utilizados no peneiramento são denominadas peneiras, que
podem ser divididas em diversos tipos, mas para os fins desse estudo serão divididos em
três:
- estacionárias
- rotativas
- vibratórias
Nas peneiras estacionárias, a única força atuante é a força de gravidade e por
isso esses equipamentos possuem superfície inclinada. Um exemplo são as grelhas
fixas, que consistem de um conjunto de barras paralelas espaçadas por um valor pré-
determinado, e inclinadas na direção do fluxo da ordem de 35° a 45°, conforme
mostrado na figura 20. São empregadas basicamente em circuitos de britagem para
separação de blocos de 7,5x10-2
a 0,2x10-2
m, em geral, sendo utilizados
invariavelmente a seco. Sua eficiência é normalmente baixa (60%), porque não havendo
movimento da superfície não ocorre a estratificação, que facilita a separação.
Figura 21 - Representação esquemática de uma grelha fixa. [20]
As peneiras rotativas, ou trommels, possuem a superfície de peneiramento
cilíndrica ou ligeiramente cônica, que gira em torno do eixo longitudinal. O eixo possui
uma inclinação que varia entre 4° e 10°, dependendo da aplicação e do material nele
utilizado. Podem ser operadas a úmido ou a seco. A velocidade de rotação fica entre 35-
40% da sua velocidade crítica (velocidade mínima na qual as partículas ficam presas a
superfície cilíndrica). Nessas condições, a superfície efetiva utilizada no peneiramento
está em torno de 30% da área total. As principais vantagens dos trommels são sua
simplicidade de construção e de operação, seu baixo custo de aquisição e durabilidade.
Atualmente, são substituídos, parcialmente, por peneiras vibratórias que têm maior
capacidade e eficiência, mas ainda são muito utilizados em lavagem e classificação de
cascalhos e areias, conforme mostrado na figura 21.
31
Figura 22 - Representação esquemática de uma peneira rotativa: (a) vista lateral e (b)
vista isométrica. [20]
Nas peneiras vibratórias, o movimento vibratório é caracterizado por impulsos
rápidos, normais à superfície, de pequena amplitude (1,5 a 25x10-3
m) e de alta
freqüência (600 a 3.600 movimentos por minuto), sendo produzidos por mecanismos
mecânicos ou elétricos. As peneiras vibratórias podem ser divididas em duas categorias:
aquelas em que o movimento vibratório é praticamente retilíneo, num plano normal à
superfície de peneiramento (peneiras vibratórias horizontais); e aquelas em que o
movimento é circular ou elíptico neste mesmo plano (peneiras vibratórias inclinadas).
Estas peneiras são as de uso mais frequente em mineração, sendo muito empregadas nos
circuitos de britagem e de preparação de minério para os processos de concentração. Na
figura 22 é mostrado um exemplo de peneira vibratória horizontal inclinada.
Figura 23- Peneira vibratória inclinada. [20]
Devido à inclinação da peneira, a projeção da abertura da tela é inferior a
abertura real. Portanto, recomenda-se que seja utilizado uma abertura ligeiramente
maior do que a granulometria de classificação desejada. A figura 23 apresenta um
gráfico que determina o tamanho de abertura para uma tela industrial (abertura
32
equivalente) em função da abertura da malha da peneira de laboratório (tamanho do
produto).
Figura 24 - Abertura equivalente em função do tamanho do produto: A para telas de
borracha e plástico com abertura quadrada; B para telas de borracha e plástico com
abertura retangular, e para telas de arame com abertura quadrada; C telas de arame para
abertura retangular. [22]
Ainda dentre as peneiras vibratórias horizontais, vale ressaltar as peneiras
circulares para separação de materiais com baixas produtividades (de 1 a 14x103 kg/h) e
baixas granulometrias (0,05 de até 5x10-3
m). Possuem um sistema que vibra ao redor
de seu centro de massa, sendo que a vibração é fornecida por um motovibrador
eletromotórico em cujas pontas de eixo estão afixadas duas massas excêntricas. Podem
separar tanto materiais em estado líquido ou lodoso quanto em estado sólido.
Adicionalmente, possuem uma saída central para separação de finos. A figura 24 mostra
um exemplo dessa peneira.
Figura 25 - Exemplo de peneira vibratória horizontal circular. [23]
33
3.5.8 Métodos de expedição
Os métodos de expedição se caracterizam pela medição da quantidade de
material (por peso ou volume), forma de armazenamento (a granel ou em recipientes e
embalagens) e forma de distribuição (transporte rodoviário, ferroviário ou hidroviário).
3.5.8.1 Materiais a granel
Os materiais a granel são aqueles que são movimentados soltos, sem nenhum
tipo de recipiente ou embalagem. É o método de expedição mais simples e amplamente
utilizado na mineração, na construção civil e muitos outros. Usualmente, o manuseio de
materiais a granel inclui a alimentação de um caminhão de carga basculante através de
uma pá carregadeira para posterior transporte até seu próximo destino.
3.5.8.2 Caçamba “Roll on Roll off”
A expedição dos materiais a granel também pode ser feita através de caçambas
roll on roll off, que fazem parte de um tipo de caçamba móvel, extraídas por completo
do caminhão. Seu formato é retangular, conforme mostrado na figura 25, e sua
capacidade varia de 10m³ a 40m³. Para ser transportado, é necessário que o caminhão
que irá conduzi-lo seja adaptado a essa caçamba através de carroceria especial munida
de haste móvel em formato de “L”, com um gancho acoplado na extremidade, conforme
mostrado na figura 26. Ao posicionar a caçamba sobre o caminhão, o gancho é preso em
uma alça lateral da caçamba e ela é puxada para cima da carreta.
Figura 26 - Caçamba Roll On Roll Off. [24]
34
Figura 27 - Caminhão Roll On Roll Off.
3.5.8.3 Big Bag
Os big bags são contentores flexíveis de volume médio (em inglês FIBC -
Flexible Intermediate Bulk Container), normalmente confeccionadoss de tecido
polietileno ou polipropileno, com ou sem revestimento, usados para transporte e
armazenamento de qualquer tipo de líquidos, granulados ou produtos em pó, como por
exemplo fertilizantes, sais, produtos químicos, granulados sintéticos, rações, lixo tóxico,
cimento, minerais, metais e muitos outros. Estão disponíveis em diferentes tamanhos e
especificações. [24]
Para o manuseio no processo de enchimento e para manipulação através de
máquinas de levantamento, todos os big bags contam com quatro alças, de dois
diferentes tipos: fixadas na costura vertical e fixadas nas laterais, as últimas para
facilitar as operações de levantamento. Os fundos, retangulares, variam de 700x700 mm
a 1.200x1.200 mm, e a altura varia de 500 mm a 2.200 mm. A capacidade de volume é
de 0,5 a 3 m³ e a capacidade de carga varia de 100 a 2.000 kg. Um exemplo é mostrado
na figura 27.
Figura 28 - exemplo de big bag.
O transporte de big bags pode ser feito de diversas formas, sendo que uma das
mais comuns delas é através de empilhadeiras. Os garfos da empilhadeira encaixam nas
alças reforçadas e o eleva até o caminhão de carga, conforme mostrado na figura 28, ou
outro destino.
35
Figura 29 - Empilhadeira alocando big bag na caçamba de um caminhão de carga.
3.5.8.4 Caminhão de carga
Na logística brasileira, o transporte rodoviário é o tipo de transporte mais
importante, pois movimenta dois terços do total de carga do país. Os custos com
transporte podem chegar a 60% dos custos logísticos e corresponde em média 20% do
custo total das empresas, tamanha sua importância sobre o negócio [25]. Alguns tipos
de caminhões de carga são mostrados na tabela 5.
Tabela 5 - Tipos de caminhões de carga. [25]
Caminhão Ilustração Dimensões Capacidade
Veículo urbano
de carga
2,2 m de larg. x
6,3 m de comp. 3 t
Toco ou semi-
pesado
comp. 14 m 6 t
Truck ou
pesado
comp. 14 m 10 a 14 t
Cavalo
Mecânico ou
extra pesado
-- Depende da
carreta
Cavalo
Mecânico
Trucado
-- Depende da
carreta
Carreta 2 eixos
comp. 18,5 m 20 t
Carreta 3 eixos
comp. 18,5 m 28,5 t
Carreta Cavalo
Trucado comp. 18,5 m 32 t
36
4 ESPECIFICAÇÃO DOS PROCESSOS
As propriedades físico-químicas da casca estão em concordância com as
propriedades das matérias-primas utilizadas na indústria de materiais refratários e
cerâmica avançada e existe adequação quanto à quantidade de material residual gerado e
material a ser absorvido pelos novos processos. Visto que o molde cerâmico é
classificado como resíduo sólido inerte e não perigoso, foram pesquisadas operações de
beneficiamento que não alteram sua identidade química ou física.
Economicamente, o processo de valorização do material deve ser benéfico para
todas as empresas envolvidas: a fábrica de microfusão - que elimina seu passivo
ambiental e tem a oportunidade de transformá-lo em lucro -, a fábrica da indústria de
refratários - que passa a comprar matéria-prima a um valor inferior e reduz seu custo de
produção -, e os demais possíveis parceiros - como uma empresa de reciclagem, por
exemplo. Ademais, existe o apelo de sustentabilidade intrínseco na reciclagem de
resíduos a ser usado pelas empresas como marketing de economia verde.
Atualmente, o molde cerâmico residual produzido pela indústria de microfusão
não é reaproveitado e se destina a aterros industriais. Portanto, além de ser desperdiçado
o potencial desse material, sua disposição polui o meio-ambiente e gera gastos
indesejados para quem os produz. A tabela 6 mostra valores gastos com aterros
industriais para quantidades variadas de resíduo gerado.
Tabela 6 - Valores médios gastos com aterros industriais por fábricas da indústria
de Microfusão.
MC* (x10³ kg/mês)
30 50 150 500
Gasto Aterro (mês)
R$2,800,00 R$4,650.00 R$14.000,00 R$46.450,00
Gasto Aterro (ano)
R$33,440.00 R$55,750.00 R$167.200,00 R$557.350,00
*MC - Molde Cerâmico
Tendo em vista que uma fábrica de microfusão comum gera cerca de 30.000 kg
de molde cerâmico por mês, a simples eliminação dos gastos com aterros industriais já
traria benefícios anuais na ordem de R$33.000,00. Em uma fábrica de grande porte, ou
se somadas várias fábricas, o gasto é ainda mais significativo. A venda desse material
pode amenizar esses gastos e, se bem aproveitado, se tornar uma nova fonte de lucros
para o gerador e demais empresas envolvidas, uma vez que o molde cerâmico
beneficiado pode ser negociado como matéria-prima no mercado. As condições dessa
negociação irão variar de acordo com os interesses das partes envolvidas.
O tipo de beneficiamento ao qual o molde cerâmico residual será submetido
depende do tipo de indústria a qual ele será destinado. Sua aplicação na produção de
materiais refratários é subdivida em materiais pré-moldados e monolíticos. O objetivo
será sua incorporação apenas na fabricação de tijolos refratários, dentre os pré-
37
moldados, e para ser utilizada como terra refratária, dentre os monolíticos. No caso da
cerâmica avançada, a casca será destinada a fabricação de produtos compostos
preferencialmente de Alumina, Sílica ou Zircônia, como o cadinho, produtos TZP
(tetragonal zirconia polycrystal), sensor λ de automóveis, faca e tesoura cerâmica. As
matérias-primas dos produtos apresentam a seguinte ordem crescente de exigência de
qualidade da matéria-prima in natura (homogeneidade das partículas, controle
granulométrico, e pureza) e de custo: tijolos refratários, terra refratária e cerâmica
avançada.
Na fabricação de tijolos refratários e produtos da cerâmica avançada, o material
cerâmico irá substituir parte de uma das matérias-prima refratárias. No caso da terra
refratária, a casca devidamente beneficiada será vendida diretamente ao consumidor
final para exercer as mesmas funções que ela. Portanto, sob a perspectiva da fábrica de
refratários ou de cerâmica avançada, a viabilidade financeira dessa transação exige que
o valor de compra da matéria-prima beneficiada seja inferior ao valor de compra da
matéria-prima in natura a ser substituída ou da terra refratária. A tabela 7 apresenta os
valores médios de compra das matérias-prima refratárias in natura, a serem substituídas
em cada aplicação.
Tabela 7 - Custo da matéria-prima in natura a ser substituída.
Aplicação Tijolos Refratários Terra Refratária Cerâmica Avançada
Matéria-
Prima
Material de
Correção Terra Refratária M.P.* de alta pureza
Preço por 103
kg
R$100,00 a
R$170,00
R$300,00 a R$
400,00
R$1.000,00 a R$
2.000,00
*M.P. - Matéria-prima
Para a aplicação do molde cerâmico na indústria de tijolos refratários, por
exemplo, o custo com beneficiamento é mínimo e o valor de venda é limitado, na
melhor das hipóteses, pelo preço da matéria-prima in natura (material de correção).
Para a aplicação do mesmo como terra refratária e nos produtos de cerâmica avançada,
o valor de venda aumenta em aproximadamente 300% e 1000%, respectivamente. Na
prática, o comprador dificilmente irá pagar o mesmo por um material residual,
independentemente das características deste serem iguais ou até melhores do que as da
matéria-prima convencional.
Na indústria em geral, existem dois tipos de acordos financeiros que podem ser
feitos entre empresas que geram resíduos e empresas que desejam aproveitá-lo como
matéria-prima: a coleta gratuita e a venda do material. No presente estudo, a coleta
gratuita para aplicação direta da casca cerâmica possui uma lógica processual
desfavorável, no caso dos tijolos refratários, e não atende os requisitos de granulometria
e pureza, nos casos da terra refratária e cerâmica avançada. Torna-se necessário,
portanto, o desenvolvimento de um processo de beneficiamento para transformação da
casca cerâmica em matéria-prima alternativa de alta qualidade. No intuito de evitar
explicações repetitivas, a empresa que produz o resíduo poderá ser tratada por empresa
38
geradora e a empresa interessada em aproveitar o resíduo como matéria poderá ser
tratada por empresa compradora.
Quando na venda do material, normalmente estão envolvidas empresas
geradoras que têm uma visão mais ampla quanto ao potencial de aplicação de seu
resíduo ou que desejam realizar ações mais sustentáveis em sua produção. A viabilidade
financeira depende do custo do processo de beneficiamento, dos custos de transporte e
do valor de venda do material. A empresa que ficar responsável pelo frete deverá
adicionar esse custo em sua contabilidade, que normalmente são bastante significativos.
São apresentados a seguir estudos de operações de beneficiamento do cerâmico
residual junto à literatura específica e empresas fornecedoras, para aplicação nos três
produtos citados anteriormente, bem como o dimensionamento de uma planta industrial.
Para os cálculos realizados, são estrategicamente consideradas as quantias de 30.000 kg
e 150.000 kg de material por mês.
Ao final de cada operação, é apresentada uma tabela com um resumo de seus
custos. O consumo energético se refere aos motores, moto-redutores e moto-vibradores
elétricos no caso dos equipamentos fixos, e o consumo de combustível no caso dos
equipamentos móveis. Os custos de manutenção incluem as ações corretivas,
preventivas ou preditivas a fim de garantir o máximo funcionamento dos equipamentos
e o mínimo de paralisações. Para fins de cálculos de manutenção, foi utilizado o valor
de depreciação mensal do equipamento para a produção de maior quantidade (150.000
kg), e metade desse valor para a outra, assumindo que, conforme o equipamento é
depreciado, torna-se necessária sua manutenção. Após a planta ser implementada,
devem ser feitas análises de eficiência dos equipamentos e controle dos gastos reais, de
modo a tornar as previsões mais próximas da realidade. O método de depreciação
utilizado para todas as máquinas e equipamentos é o método das quotas constantes
(linha reta), no qual a depreciação é função exclusiva do tempo, que é também o método
aceito pela legislação brasileira do imposto de renda para fins de dedutibilidade da
despesa com depreciação. As taxas utilizadas são apresentadas na tabela 8, de acordo
com os Arts. 305 a 323 do Regulamento do Imposto de Renda/RIR/99. Os custos de
depreciação mensais são adicionados aos custos de funcionamento da planta, de modo
que ao fim de seu ciclo de vida, os recursos para restituição do processo estejam
inclusos no planejamento financeiro.
Tabela 8 - Taxas de depreciação.
Depreciação % a. a. Vida útil (anos)
Edifícios 4 25
Máquinas e equipamentos 10 10
Instalações 10 10
4.1 Incorporação na fabricação de tijolos refratários
A utilização do molde cerâmico na indústria de blocos refratários se aproveita,
além da inerente compatibilidade entre as composições químicas, de duas características
39
específicas do setor: a baixa exigência de qualificação das matérias-prima e os
processos de beneficiamento previamente existentes nas fábricas. Sua aplicação na
produção ocorre através da substituição da matéria prima utilizada para correção da
formulação, consequência do alto teor de alumina (60%). O quanto de economia que
será gerado para essa fábrica depende das seguintes variáveis:
- preço pago pela tonelada de molde cerâmico e material de correção.
- quantidade total de material de correção utilizado mensalmente;
- quantidade de material cerâmico disponível para compra;
Ao considerar o preço médio do material de correção de R$120,00 por tonelada
(valor fornecido pela própria indústria de refratários), a tabela 9 mostra alguns cenários
de economia a serem obtidos na fábrica.
Tabela 9 - Economia da fábrica de tijolos refratários na substituição de matéria-
prima.
Qnt. MC* (t) 30 150
Custo por ton.
(R$) 40 60 80 40 60 80
Econ. mensal
(R$) 2.400,00 1.800,00 1.200,00 12.000,00 9.000,00 6.000,00
Econ. anual
(R$) 28.800,00 21.600,00 14.400,00 144.000,00 108.000,00 72.000,00
*MC - Molde Cerâmico
Nessa etapa, o beneficiamento tem como objetivo a separação dos rechupes de
aço, ou seja, a desmetalização do material. Outras operações não são economicamente
viáveis, pois não agregam mais valor à mesma, visto que a exigência de matéria-prima é
atendida apenas com a separação dos rechupes. Conforme citado na seção 3.2.1.2, os
ensaios realizados por Alonso [5] comprovam que a composição química da casca
permite que ela seja utilizada em aplicações ainda mais severas de temperatura, sem
perder suas propriedades, como são os casos para utilização em concretos refratários ou
na fabricação de produtos da cerâmica avançada. Entende-se, portanto, que a utilização
do molde cerâmico como matéria-prima nesse caso não utiliza todo seu potencial. A
figura 29 mostra o fluxograma do processo.
40
Figura 30 - Fluxograma do processo de beneficiamento do molde cerâmico para
incorporação na indústria de tijolos refratários.
4.1.1 Transporte
A etapa de transporte é realizada por caminhões de carga, através de empresas
de transporte ou profissionais autônomos terceirizados. Os valores de frete variam
conforme a quantidade a ser transportada e distância percorrida. Alguns valores de frete
pesquisados junto a transportadoras são apresentados na Tabela 10.
Tabela 10 - Valores de frete de caminhão 10 m³ para diferentes distâncias.
Trecho Criciúma - Caxias do
Sul Jaraguá do Sul - Criciúma
Florianópolis - Caxias
do Sul
Distância
(x103 m)
259 362 444
Qnt. CC
(x103 kg)
30 150 30 150 30 150
Custo (R$) 2.106,00 10.533,00 2.944,00 14.721,00 3.611,00 18.056,00
Nota-se que o preço do frete pode ser bastante elevado para grandes distâncias, o
que pode inviabilizar financeiramente o processo. Portanto, é desejável que a distância
entre gerador e coletor seja a menor possível.
41
4.1.2 Desmetalização
A etapa de desmetalização é a única etapa do processo de beneficiamento. Após
a realização da caracterização tecnológica, é possível identificar as propriedades
diferenciadoras dos materiais que permitem estabelecer o tipo de tratamento mais
adequado, ou uma combinação deles, para a separação desejada em função de seu
objetivo, das características da composição do material e dos recursos técnicos e
financeiros disponíveis. A tabela 11 apresentada por Valadão et al [22] relaciona
diversas dessas propriedades dos materiais com seu método de tratamento
correspondente.
Tabela 11 - Propriedades diferenciadoras e seus correspondentes métodos de
tratamento. [27]
Propriedade Diferenciadora Método de Tratamento
cor, brilho, fluorescência,
radioatividade cata manual seleção automática
peso específico, forma separação gravítica
susceptibilidade magnética separação magnética
condutividade elétrica separação eletrostática
tamanho, forma, densidade peneiramento, classificação
reatividade de superfície flotação, agregação, aglomeração
reatividade química Hidrometalurgia
comportamento térmico Pirometalurgia
Fragmentabilidade Fragmentação
Dentre essas, existem cinco diferenças significativas entre as propriedades do
molde cerâmico e dos rechupes de aço a serem utilizadas como critério de separação:
- tamanho (granulometria);
- densidade;
- fragmentabilidade;
- condutividade elétrica;
- suscetibilidade magnética.
Quanto à primeira propriedade, tendo em vista que a granulometria da casca bem
como a dos rechupes são bastante heterogêneas entre si, o peneiramento direto não iria
separá-los com eficiência. Quanto à segunda propriedade, densidade, os processos de
classificação são os que se utilizam dessa diferença entre os materiais, que podem ser
via seco ou via úmido. Os processos de via úmida não são interessantes para a separação
da casca, pois molhá-la iria acarretar novas operações e novos custos indesejados com
secagem. Dentre os processos de via seca, observou-se os aeroclassificadores, que
submetem o material a um fluxo de ar a uma velocidade específica de modo a separar os
42
materiais mais densos dos menos densos. Estes equipamentos são relativamente caros e
trabalham essencialmente para separar materiais de baixa granulometria de materiais
finos (pós). Através de pesquisas em empresas do ramo, avaliou-se que a utilização
desta máquina para separação dos rechupes seria ineficiente e de custo elevado. A
grande granulometria das peças de casca e aço e as densidades elevadas, principalmente
do aço, exigiriam a utilização de um compressor de ar de alta potência que consumiria
muita energia. Inclusive, foi idealizado que os materiais fossem submetidos a operações
de moagem para que então pudessem ser classificados dessa forma.
As operações de moagem e britagem são as que se aproveitam da terceira
propriedade, fragmentabilidade, mas não foram pesquisadas para a fabricação de tijolos
refratários devido aos altos custos que acarretam. Não obstante, sua utilização nas
demais aplicações explora esses recursos.
Para se aproveitar da quarta propriedade, condutividade elétrica, podem ser
utilizados os separadores de corrente parasita. O fluxo magnético variável iria induzir
uma corrente elétrica nas peças metálicas que, por sua vez, iria induzir um novo campo
magnético em sentido oposto ao campo magnético originário, de modo a repeli-las do
fluxo de material passante. Enquanto isso, as peças cerâmicas, excelentes isolantes
elétricos, não sofreriam alteração nenhuma em seu movimento. Essa é, provavelmente,
a solução mais adequada tecnicamente para essa operação, visto que separaria 100% do
material metálico contaminante. Ainda assim, as máquinas pesquisadas junto a
fornecedores apresentaram custo inicial muito elevado e inviabilizaram sua utilização,
até mesmo para as aplicações mais nobres do molde cerâmico. No caso de projetos de
beneficiamento do cerâmico com cargas mensais mais expressivas, o separador de
corrente parasita deve ter sua viabilidade revisada.
A quinta propriedade, suscetibilidade magnética, induz a utilização de
separadores magnéticos. Vale ressaltar que uma pequena parte dos rechupes, os de
composição paramagnética, não serão separados por esse método, o que pode diminuir o
valor do produto final obtido. Foram pesquisados três tipos de equipamentos junto a
fornecedores, cujas características são descritas a seguir.
A placa magnética é o equipamento mais simples e de menor custo.
Considerando que há rechupes de aço de até 2 kg, a capacidade de atração magnética
deve ser conferida junto ao fabricante para garantir que atenda essa necessidade. Para a
limpeza de material retido, um funcionário deverá inspecionar o processo
periodicamente. É aconselhável que o modelo utilizado seja suspenso para que não haja
interferência no fluxo de material passante e conseqüente maior eficiência na separação.
A polia magnética é um equipamento de alta eficiência, que desvia o fluxo do material
magnético. Para armazená-lo, pode-se utilizar um recipiente abaixo do transportador de
correia ou formar pilhas no chão. Seu custo inicial é intermediário e o custo de
manutenção é baixo. O tambor magnético é disposto na saída do transportador de
correia. Também é um equipamento de alta eficiência e, assim como a polia, desvia o
fluxo de material magnético.O princípio de armazenamento é o mesmo da polia. Seu
custo inicial é relativamente alto e possui custo de funcionamento e de manutenção
intermediários. A tabela 12 mostra os valores médios obtidos por pesquisas junto a
fornecedores de separadores magnéticos.
43
Tabela 12 - Custos da operação de separação magnética
Separação Magnética
Máquinas e Equipamentos Tambor
Magnético
Polia
Magnética
Placa
Magnética
Custo inicial R$ 8.000,00 R$ 4.200,00 R$ 600,00
Consumo energético por
hora R$ 0,15 Zero zero
Custos de manutenção
Mensal
R$20,00 a
R$ 40,00
R$ 17,00 a
R$ 33,50
R$ 2,25 a
R$ 4,50
Custo de Depreciação mensal
(10 anos) R$ 70,00 R$ 33.50 R$ 4,50
Custo mês (30x103 kg) R$ 105,00 R$ 50,00 R$ 6,75
Custo mês (150x103 kg) R$ 138,00 R$ 70,00 R$ 9,00
4.2 Terra Refratária e Indústria de Cerâmica Avançada
A qualidade da terra refratária é superior as exigências de matérias-primas da
indústria de tijolos refratários nos quesitos controle granulométrico e composição. Já a
qualidade da matéria-prima refratária utilizada na indústria de cerâmica avançada é
ainda mais exigente nestes dois quesitos. Não obstante, os requisitos são os mesmos
para a aplicação do molde cerâmico: ausência de contaminação de aço e granulometria
de agregado miúdo - passante em peneira #4 e retida em peneira #200. Portanto, os
processos de beneficiamento pesquisados e especificados bem como o
dimensionamento da planta de beneficiamento atingem as expectativas dos dois
mercados, conforme mostrado no fluxograma da figura 31.
44
Figura 31 - Fluxograma do processo de aplicação do molde cerâmico na indústria de
terra refratária e cerâmica avançada.
A entrada do processo são peças de molde cerâmico de granulometria
heterogênea contaminadas com rechupes de aço. O seu objetivo é a separação do aço,
moagem e classificação em granulometria de agregado miúdo. Para atingir esse
objetivo, foram definidas seis operações principais, conforme é mostrado no fluxograma
da Figura 32. O aço recuperado será facilmente destinado à reciclagem externa.
45
Figura 32 - Fluxograma do processo de beneficiamento do molde cerâmico para
aplicação como terra refratária e em produtos de cerâmica avançada
Na seção 4.1.1, foi apresentada uma etapa de transporte como parte do processo,
que trata do translado do cerâmico desde a empresa fornecedora até a compradora
através de caminhões de carga. Nesta seção, também existe uma operação de transporte,
mas que trata da movimentação de material dentro do processo de beneficiamento. É
importante ressaltar que o custo de transporte do material entre as empresas continua
sendo uma variável importante desse processo. Seu valor irá depender da distância entre
a empresa geradora, a planta de beneficiamento e a empresa compradora.
Para cada uma das seis operações foram pesquisados métodos alternativos de
concepção junto a referências bibliográficas e empresas relacionadas com o
beneficiamento de materiais cerâmicos e demais serviços necessários. Quatro fatores
foram levados em consideração para a avaliação das alternativas buscadas para cada
operação:
- desempenho técnico;
- investimento inicial;
- custos de operação e manutenção;
- logística.
46
4.2.1 Armazenamento/Alimentação
A primeira operação é o Armazenamento e Alimentação a ser realizada através
de silos. O molde cerâmico residual contaminado chega à planta de beneficiamento
através de um caminhão basculante. A capacidade do silo irá depender da logística de
entrada de material na planta, conforme mostrado na tabela 13. A densidade aparente
considerada é de 1.400 kg/m³.
Tabela 13 - Capacidade de armazenamento do silo conforme a logística de
abastecimento da planta.
Distância Qnt. (x103
m) Entrada (x103
m) Periodicidade silo (m3)
> 150x103 m
30 30 Mensal 25
150 37,5 Semanal 30
< 150 x103 m
30 7 Semanal 10
150 14 Diária 30
Foram pesquisados dois tipos: silo de alvenaria (concreto) e silo metálico (aço
carbono). O silo de concreto possui baixo custo inicial. A saída de material é regulada
por uma comporta metálica de abertura manual, localizada na parte inferior do mesmo.
O silo de metal possui custo inicial mais elevado. O controle de saída de material
também é feito por uma comporta metálica de abertura manual e ambos possuem fundo
inclinado do tipo tronco-piramidal. Ao iniciar-se o processo, a comporta é aberta e a
casca cerâmica contaminada é depositada sobre o transportador de correia por ação da
gravidade. Assim sendo, o silo deve estar elevado em relação à altura do transportador,
que irá conduzir o material até a próxima operação. A vazão mássica de saída de
material é regulada pelo tamanho da abertura. A tabela 14 mostra os custos envolvidos
nessa operação.
47
Tabela 14 - Custos da operação de Armazenamento/Alimentação
Armazenamento/Alimentação
Máquinas e
equipamentos Silo Alvenaria Silo Metal
Custo inicial (por m³) R$120,00 a
R$170,00 R$2.000,00
Manutenção Zero Zero
Depreciação (10 anos) R$12,50 R$170,00
Custo mês R$12,50 R$170,00
4.2.2 Transporte
A segunda operação é a de transporte. O material contaminado deixa o silo e
deve ser transportado até o processo de moagem. Ao longo do transporte, será realizada
a separação magnética. O transporte pode ser realizado através de uma calha ou um
transportador de correia.
O transportador de correia pode ser do tipo rolete, chapa ou calha, disposto em
sentido horizontal ou inclinado, móvel ou fixa. A seleção é feita com base nos seguintes
fatores: inclinação dos roletes, largura da correia, tensão máxima da correia e tempo de
percurso completo da correia. As especificações do transportador necessário ao
processo, obtidas junto a fornecedores, são apresentadas na tabela 15 e os custos da
operação de transporte são apresentados na tabela 16.
Tabela 15 - Especificações do transportador de correia.
Transportador de Correia
Altura (m) 3
Acionamento Moto-redutor 1,5 CV
Largura da correia
(x10-3
m) 400
Número de roletes 2
Comprimento (m) 6
48
Tabela 16 - Custos da operação de transporte.
Transportador de Correia
Custo inicial
Transportador de correia (roletes)
Manutencao:
Subsistemas Periodicidade Custo
Lona (1x) 1 ano R$420,00
Roletes (6x) 5 anos R$240,00
Polia de acionamento (1x) 5 anos R$300,00
Consumo Energético:
Subsistemas Qnt. Custo (hora)
Moto-redutor (2CV) 1 R$ 0,30
Depreciação:
Tipo Tempo
Vida útil 10 anos
% anual 0,001
Custo mês (30 t) R$ 100,00
Custo mês (150 t) R$ 170,00
4.2.3 Separação Magnética
A terceira operação é a separação magnética. Ela ocorre enquanto o material
contaminado é transportado do silo até a operação de moagem. Devido ao alto custo dos
separadores de metais não ferrosos (separador de corrente parasita) e inadequação dos
aeroclassificadores, a utilização desses equipamentos não foi considerada para essa
operação. Os separadores magnéticos pesquisados para nesse processo são os mesmos
apresentados na seção 3.1.2.
4.2.4 Moagem
A quarta operação é a moagem. O material é transportado do silo para ser
depositado no moinho, no qual se realizará a fragmentação do material cerâmico até a
granulometria desejada. As máquinas de britagem são mais utilizadas nos processos de
mineração, enquanto que para o beneficiamento de cerâmicos os moinhos são mais
utilizados devido à menor granulometria de entrada e menor resistência mecânica.
Podem ser encontrados diversos tipos de moinhos que seriam apropriados para
essa operação, se não houvesse a presença dos rechupes de aço paramagnéticos
49
restantes da separação magnética. A maioria dos moinhos, como laminadores,
desintegradores e moinhos contínuos de martelo, não prevêem a entrada de peças
metálicas dentro de sua ferramenta de desfragmentação. Através de conversas com
fabricantes, foi obtida a informação que a presença de um parafuso pequeno dentro da
máquina causa um enorme desgaste, seja na quebra da ferramenta de desfragmentação
ou na ruptura dos eixos acoplados aos cilindros laminadores. Tornou-se necessário,
portanto, a utilização de um moinho existente específico, apto a receber peças metálicas
dentro de sua ferramenta de fragmentação, ou o desenvolvimento do projeto de um novo
tipo de moinho.
Dentre as poucas opções disponíveis, optou-se por moinhos desintegradores ou
laminadores que tenham sistema de auto-compensação por molas, ou dispositivo
similar, cuja função é deslocar os cilindros desintegradores para trás toda vez que
houver uma peça de aço, de modo a não danificar a ferramenta de fragmentação ou
outros subsistemas. Não obstante, é inevitável que a haja maiores exigências com
manutenção e que vida útil dos moinhos seja afetada, devido a presença de aço.
Os moinhos foram pesquisados entre empresas fabricantes de máquinas de
moagem e metalúrgicas que desenvolvem maquinários customizados. De um modo
geral, a qualidade técnica e o custo do moinho produzido em empresas especializadas
são superiores àqueles produzidos em metalúrgicas.
Foram selecionados o moinho desintegrador, o moinho laminador e um moinho
especial de eixos dentados ou frisados, o último a ser desenvolvido especialmente para
este projeto. Os desintegradores encontrados já possuem um sistema de molas que prevê
a passagem de pedras e similares, ainda que seja em quantidades mínimas. É
recomendado que sejam realizados testes prévios para verificar o comportamento desse
subsistema sob a passagem das peças metálicas e a granulometria de saída. Quanto aos
moinhos especiais, visto que serão desenvolvidos de acordo com a necessidade deste
processo, devem atender as expectativas. A abertura entre as ferramentas de
fragmentação é de 4,69x10-3
m, granulometria máxima desejada para o produto final. A
tabela 17 apresenta os custos dos moinhos.
50
Tabela 17 - Custos do processo de moagem
Moagem
Equipamento Custo
Desintegrador Novo R$30.000,00
Desintegrado Usado R$10.000,00
Moinho de cilindros dentados R$50.000,00
Laminador R$20.000,00
Manutenção
Subsistemas Period. Custo
Ferramenta de fragmentação (2x) 1 ano R$1.800,00
Cilindros de fragmentação (2x) 5 anos R$2.000,00
Consumo Energético
Subsistemas Qtd. Custo (hora)
Motor elétrico 4 CV 2 R$1,24
Depreciação
Tipo Tempo
Vida útil 10 anos
% anual 0,001
Custo mês (30 t)
R$384,00
Custo mês (150 t)
R$646,00
4.2.5 Peneiramento
A quinta operação é a de peneiramento. Nessa etapa o material cerâmico
cominuído e contaminado com pequena quantidade de aço paramagnético é depositado
sobre uma peneira para ser classificado. Dentre os tipos de peneira utilizados em
processos de beneficiamento de minerais e cerâmicos, optou-se por uma peneira
vibratória horizontal de estrutura vibrada. Esse tipo de peneira foi escolhido devido a
sua alta eficiência, melhor custo benefício comparativamente e baixa incidência de
entupimento. A peneira escolhida trabalha com fluxos baixos de materiais,
diferentemente das peneiras vibratórias inclinadas utilizadas nos processos de
mineração. A tabela 18 mostra as especificações da peneira vibratória.
51
Tabela 18 - Especificações da peneira circular vibratória.
Peneira Circular Vibratória
Acionamento Moto-vibrador 0,5 a 2,0 CV
No. de telas 1
Abertura da tela (x10-3
m) 4,69 (#4)
Área útil (m²) 0,24 (Ø550)
Altura (m) 1,20
A peneira deve conter apenas 1 tela tamanho 4 meshes, enquanto que a própria
peneira se encarrega da separação de finos (100 a 200x10-6
m). O material retido na
peneira, oversize, será composto por aço paramagnético e material cerâmico que não foi
propriamente cominuído. Após recolhidos, o aço deve ser armazenado junto com
aqueles separados magneticamente, para posterior reciclagem, e o cerâmico não
passante deve ser recolocado no moinho. O material passante na tela, undersize,
caracteriza o produto-final: a matéria-prima refratária. As formas de armazenamento
deste ao deixar a peneira serão discutidas na operação de expedição. A tabela 19
apresenta os custos de operação de peneiramento.
Tabela 19 - Custos de funcionamento da peneira circular vibratória.
Peneiramento
Equipamento Custo inicial
Peneira Vibratória Circular R$10.000,00
Manutenção
Subsistemas Periodicidade Custo
Tela (aço) (1x) ano R$600,00
Consumo Energético
Subsistemas Qtd. Custo
Moto-redutor 2 CV 1 R$0,30 (por hora)
Depreciação
Tipo Tempo
Vida útil 10 anos
% annual 0,001
Custo mês (30 t) R$140,00
Custo mês (150 t) R$215,00
4.2.6 Expedição
52
A sexta etapa do processo é a expedição, que inclui armazenamento, medição e
transporte do material até o comprador. As duas formas de expedição pesquisadas
foram:
- a granel em caçamba roll on roll off;
- ensacado em bib bag.
O transporte em caçamba roll on/roll off consiste no armazenamento do
produto em caçamba desacoplada de 10 m³ a 20 m³ e transporte por caminhão adaptado
terceirizado. São necessárias duas caçambas: enquanto uma caçamba cheia é entregue
ao comprador, a outra deve estar disponível para armazenar a saída de material no
processo. A caçamba pode ser alugada ou comprada.
O transporte do material em big bag consiste no armazenamento do material em
Big Bags de 1m³ (1,4x103 kg). Seu transporte interno deve ser feito por uma
empilhadeira, comprada ou alugada. A logística até o cliente pode ser feito por
caminhões graneleiros terceirizados. A forma de expedição interfere no valor de venda
do produto, de modo que a venda em big bag’s agrega mais valor. A tabela 20 mostra os
custos desta etapa.
Tabela 20 - Custos de Expedição,
Expedição
Transporte Big Bag Roll on
Máquinas e
Equipamentos Big Bag
Empilhadeira
(alugada)
Empilhadeira
(compra) Caçamba 10m³
Custo inicial R$ 35,00
(unid.) --
R$30.000,00
(usada) R$10.000,00
Quantidade 40 1 1 2
Manutenção -- -- R$250,00 --
Consumo energético -- -- R$100,00 a
R$500,00 --
Depreciação 10 unid/ano -- 10 anos 10 anos
Custo mês (30 t) R$ 30,00 R$3.000,00 R$725,00 R$ 350,00
Custo mês (150 t) R$30,00 R$3.000,00 R$1.250,00 R$350,00
Em todas as seis operações não há grande variação entre os custos de produção
para as duas cargas mensais propostas. A fim de otimizar os custos de produção do
processo, é desejável que seja beneficiado a maior quantidade de material possível.
53
5 RESULTADOS E ANÁLISES
Para a definição do valor de venda da matéria-prima, foi realizada uma análise
mercadológica das matérias-prima convencionais utilizadas em cada aplicação, que
resultou em três previsões de preço:
- pessimista: considera-se uma dificuldade na obtenção de parceiros para o
beneficiamento do material ou baixa aceitação do produto no mercado.
- conservadora: valor intermediário baseado em negociações já existentes do
molde cerâmico.
- otimista: considera-se o êxito na obtenção de parceiros para beneficiamento do
material e aceitação de sua utilização.
São apresentados a seguir os resultados de viabilidade econômica e técnica de
valorização do molde cerâmico na indústria de materiais refratários e cerâmica
avançada. Buscou-se considerar o máximo de variáveis possíveis a fim de se obter uma
análise comparativa eficiente.
5.1 Tijolos Refratários
A tabela 21 apresenta a análise mercadológica da utilizacão do material na
fabricação de tijolos refratários.
Tabela 21 - Análise mercadológica para utilizacão da matéria-prima na fabricação
de tijolos refratários.
Quantidade (t) 30 150
Valor de
Venda (R$)
Ganho mês
(R$)
Ganho ano
(R$)
Ganho mês
(R$)
Ganho ano
(R$)
40,00 1.200,00 14.400,00 6.000,00 720.00.00
60,00 1.800,00 21.600,00 9.000,00 108.000.00
80,00 2.400,00 28.800,00 12.000,00 144.000.00
A utilização da matéria-prima beneficiada para essa aplicação não possui custos
adicionais com infra-estrutura e funcionários, tendo em vista que seu beneficiamento
será feito dentro da fábrica de blocos refratários, aproveitando sua estrutura. Isso
implica que a produtividade do processo é dependente da produtividade da fábrica (em
torno de 3x106 kg por mês) e do percentual de material na formulação.
O beneficiamento do molde cerâmico, tratado a seguir, inclui separação
magnética e transporte entre empresas. Supondo uma distância de 200x103 m entre a
empresa geradora e a empresa compradora, e uma produtividade de 5x103 kg/h, o tempo
de retorno do investimento e o lucro obtido através da utilização dos três separadores
54
magnéticos pesquisados são comparados entre si. Nas figuras 32 são avaliados os custos
de produção para 30x103 kg mensais e na figura 33 para 150 x10
3 kg.
Figura 33 - Custos operacionais (30 x103 kg)
Figura 34 - Custos operacionais (150x103 kg).
Notam-se os baixos custos de produção, independentemente do equipamento
selecionado para realizar a separação magnética. O principal custo dessa simulação é o
transporte do material entre as empresas, que gira em torno de R$ 1.700,00 para a
produção de 30x103 kg, e R$ 8.200,00 para a de 150x10
3 kg. As tabelas 22 e 23
mostram os valores referentes ao retorno financeiro do beneficiamento: tempo de
retorno, lucro líquido e o ganho em relação aos gastos convencionais com disposição
em aterros.
55
Tabela 22 - Retorno financeiro do processo para produção de 30x103 kg.
Venda Placa Polia Tambor
Tempo de
retorno (mês)
R$40,00 -- -- --
R$60,00 4 38 --
R$80,00 1 6 13
Lucro líquido mês
R$40,00 - R$443,27 - R$559,44 - R$693,14
R$60,00 R$156,74 R$40,56 - R$93,14
R$80,00 R$756,74 R$640,56 R$506,86
Ganho mês
R$40,00 R$2.343,44 R$2.227,27 R$2.093,57
R$60,00 R$2.943,45 R$2.827,27 R$2.693,57
R$80,00 R$3.543,45 R$3.427,27 R$3.293,57
Tabela 23 - Retorno financeiro para a produção de 150 x103 kg.
Venda Placa Polia Tambor
Tempo de retorno
(meses)
R$40.00 -- -- --
R$60.00 1 5 12
R$80.00 1 2 3
Lucro liquid mensal
R$40.00 - R$2,150.00 - R$2,266.00 - R$2,405.00
R$60.00 R$851.00 R$735.00 R$597.00
R$80.00 R$3,850.00 R$3,735.00 R$3,597.00
Ganho mensal
R$40.00 R$11,783.55 R$11,667.55 R$11,528.55
R$60.00 R$14,784.55 R$14,668.55 R$14,530.55
R$80.00 R$17,783.55 R$17,668.55 R$17,530.55
Para a venda de material a R$40,00 por tonelada, e a R$60,00 em um dos casos,
observa-se que não há lucro líquido, pois os custos de beneficiamento e transporte
superam os ganhos com a venda do material. Ainda assim, o ganho mensal em relação
ao valor gasto com a disposição convencional é garantido. Conforme avaliado, portanto,
o beneficiamento do material para a incorporação na fabricação de tijolos refratários
mostrou baixo custo de implantação e operação, com retorno financeiro rápido, mas
pouco expressivo, seja na forma de redução do gasto de disposição ou na forma de
lucro, que variam conforme a quantidade de produção de material e preço de venda.
56
5.2 Terra Refratária e Cerâmica Avançada
O processo de beneficiamento para a aplicação como terra refratária ou cerâmica
avançada é resumido nos fluxogramas esquemáticos da figura 34 e figura 35.
Figura 35 - Fluxograma esquemático do processo de beneficiamento do molde
cerâmico.
Figura 36 - Fluxograma descritivo do processo de beneficiamento do molde cerâmico.
O resultado da análise mercadológica da venda do material é mostrado na tabela
24.
57
Tabela 24 - Análise mercadológica para venda da matéria-prima beneficiada.
Aplicação
Qnt. CC (t) 30 150
Venda (R$) Ganho
mês (R$)
Ganho ano
(R$)
Ganho
mês (R$)
Ganho ano
(R$)
Terra
Refratária
250,00 5.873,33 70.480,00 29.366,67 352.400,00
300,00 7.373,33 88.480,00 36.866,67 442.400,00
350,00 8.873,33 106.480,00 44.366,67 532.400,00
Cerâmica
Avançada
500,00 13.373,33 160.480,00 66.866,67 802.400,00
800,00 22.373,33 268.480,00 111.866,67 1.342.400,00
1000,00 28.373,33 340.480,00 141.866,67 1.702.400,00
Os preços de venda são baseados nos valores pagos pelas matérias-prima in
natura. Os quadros mais interessantes são os de venda para produção de produtos de
cerâmica avançada, que compõe a possibilidade de valorização máxima da casca. Vale
ressaltar que esses valores de venda podem trazer lucros muito superiores aos esperados
em processos de reciclagem, principalmente ao se trabalhar com a produção mais
elevada. Ainda assim, quanto maior o valor de venda proposto, maior é a incerteza
quanto à aceitação do mercado.
O projeto de dimensionamento de uma planta de beneficiamento independente
deve incluir diversos custos além do processo industrial. A fim de simplificar os
cálculos de projeção de gastos e custos, são tratados por infra-estrutura o aluguel ou
compra de terreno, os gastos com regulamentação jurídica e todos os possíveis gastos
com obras civis (instalações elétricas, escritório, cobertura, aterramento e estruturas
para suportar equipamentos).
A manutenção das máquinas e equipamentos será terceirizada de acordo com o
planejamento ou necessidade, como é feito em diversas indústrias cerâmicas. Para o
funcionamento da planta serão necessários apenas dois funcionários:
- 1 operador: responsável pelo funcionamento de todo o processo e por conduzir
a empilhadeira;
- 1 supervisor: responsável pela manutenção das máquinas e equipamentos, por
gerenciar o estoque e controlar a entrada e saída de material.
Os gastos citados acima são apresentados na tabela 25.
58
Tabela 25 - Gastos com infra-estrutura e despesas com funcionários.
Infra-estrutura Funcionários
Qnt. CC mês Invest. inicial R$ 120.000,00 --
30 t Custo mês R$ 500,00 R$ 5.400,00
Custo por ton. R 33,33 R$ 180,00
150 t Custo mês R$ 500,00 R$ 5.400,00
Custo por ton. R$ 6,67 R$ 36,00
A soma de possibilidades alternativas pesquisadas para cada operação de
beneficiamento resultou na definição de três propostas de processos para a planta de
beneficiamento, conforme mostrado na figura 36.
Figura 37 - Possíveis processos de beneficiamento.
O processo 1 busca equilibrar o custo dos equipamentos com sua capacidade
técnica e automatização. O processo 2 envolve os equipamentos de menor investimento
inicial e menores custos de operação e manutenção. O processo 3 envolve os
equipamentos com maior capacidade técnica e que permitem maior controle sobre o
59
processo, independentemente dos custos. Os gastos com infra-estrutura e funcionários
são equivalentes para os três.
As cargas mensais de geração de molde cerâmico consideradas são baixas se
comparadas à capacidade produtiva dos processos de beneficiamento e fabricação de
cerâmicos convencionais, que gira em torno de 5 a 100x103 kg/h. Assim sendo, todo o
material poderia ser beneficiado em poucas horas de trabalho. Ainda assim, conforme
mostrado no capítulo anterior, a logística de entrada na planta é variável, sendo que ele
deve chegar em quantidades parceladas. Portanto, a produtividade máxima da planta é
limitada por esses fatores, cujos valores são mostrados na tabela 26.
Tabela 26 - Dados de produção da planta
Dados de Produção Un. Prod. 1 Prod. 2
Quantidade mensal x103 kg 30 150
Produtividade x103
kg/h 1 1
Horas trab. Mês h 30 150
Dias trab. Mês Dias 5 20
Período ocioso % 77 9
Produção/dia x103
kg 5,4 6,8
Produtividade mês x103
kg 30 150
Produção mensal
(eficiência 90%) x10
3 kg 27 135
A produtividade de 1x103 kg /h foi selecionada por ser um valor intermediário
entre as cargas disponíveis mensalmente, que são pequenas, e a capacidade dos
equipamentos. Para a Produção 1, toda o material é beneficiado em apenas 5 dias, o que
torna a capacidade produtiva da planta ociosa em aproximadamente 77% do tempo.
Nesse caso, fica aberta a possibilidade de utilização da planta para beneficiamento de
outros materiais dentro desse período. Para a Produção 2, a produtividade mensal é
muito superior, ainda que não atinja sua capacidade máxima (9% de ociosidade). A
eficiência do processo é considerada 90% devido aos rechupes de aço presentes (em
torno de 5%), perdas durante as operações e presença de finos.
Os principais custos referentes aos processos de beneficiamento são
apresentados a seguir. Na figura 37, são apresentados os custos de investimento inicial.
60
Figura 38 - Custos de investimento inicial.
O investimento inicial médio para a implementação da planta é de
R$230.000,00. Ainda que seja um valor expressivo, apenas os gastos de disposição do
material em aterros industriais, em se tratando de uma produção de 150.000 kg mensais,
são na ordem de R$167.000,00 por ano, que poderiam ser facilmente redirecionados
para financiar a planta. Portanto, o investimento inicial pode ser considerado viável.
Entre os três processos, há uma diferença significativa de valores, 25% em média.
Quanto aos custos de produção da planta, são apresentados alguns valores a seguir. A
figura 38 apresenta os custos de operação mensais referentes a cada processo.
Figura 39 - Custos mensais de operação.
61
Os custos mensais de operação seguem a mesma ordem dos valores de
investimento inicial dos processos: o maior investimento inicial tem também o maior
custo de operação. A média de custo mensal da planta é de R$7.300,00 para produção
de 30x103 kg e R$8.200,00 para produção de 150 x10
3 kg, com uma variação média
entre os três processos de 11% para a primeira produção, e 20% para a segunda. Os
custos entre as duas produções têm uma variação absoluta pequena, o que sugere que os
custos fixos são pouco dependentes da quantidade de material a ser beneficiado. Na
figura 39, mais dados referentes aos custos de produção são apresentados.
Figura 40 - Custo por tonelada de material produzido para cada processo.
O custo por tonelada, apresentado na Figura 40, é um indicador de produção
interessante, pois permite a visualização direta do efeito dos custos fixos sobre o
produto final. Conseqüentemente, ele também facilita a definição da viabilidade
financeira de todo o processo e as previsões de retorno financeiro de acordo com o valor
de venda. A variação média do custo por tonelada de material produzido entre os
processos é de 19% para a produção de 30x103 kg e 25% para 150x10
3 kg. Entre as
duas produções, há uma grande disparidade no custo da tonelada para todos os
processos, com custos médios de R$290,80 e R$63,41. A primeira produção é, portanto,
em média R$226,59 mais cara do que o da segunda, o que deixa claro que para
pequenas quantidades de material o custo de produção é muito elevado e que quanto
maior a quantidade de material a ser beneficiado, menor será esse custo.
Com os resultados apresentados, o projeto de dimensionamento da planta está
concluído. Em suma, o processo de beneficiamento do material para utilização como
areia refratária e em produtos de cerâmica avançada trata da obtenção de matéria-prima
de alto valor agregado (valorização máxima do cerâmico residual), investimento inicial
alto, embora justificado, custos de produção altos, principalmente para produções
baixas, e retornos financeiros elevados, sobretudo ao atender o mercado de cerâmica
avançada e em maior quantidade. O tempo de retorno do investimento é muito variável,
sendo que pode chegar a três meses considerando a melhor hipótese de venda.
62
Antes da implementação da planta de beneficiamento, uma série de provisões
ainda devem ser realizadas, cuja execução não possui ordem cronológica, de modo a
facilitar a determinação das diversas variáveis de projeto.
Uma delas é a avaliação técnica de aplicação do molde cerâmico como matéria-
prima alternativa, que ocorre através da empresa compradora, terra refratária ou
cerâmica avançada, a qual deve realizar a certificação do novo produto com fração do
subproduto de acordo com as especificações normatizadas para diversas propriedades
tais como densidade aparente, absorção de água, retração de queima, resistência
mecânica e ao choque térmico, entre outras. Assim que for aprovada, já pode ser
liberada a produção. As demais provisões se referem às variáveis mercadológicas e de
processamento da planta, conforme explicado a seguir:
- definição da quantidade de material a ser beneficiado: deve ser obtida junto às
empresas de microfusão disponíveis que estejam interessadas em reaproveitar o
material.
- definição do local da planta e da logística de entrada do material: o local onde a
planta é estabelecida deve ser definido para que também seja definida a distância entre
as empresas geradoras e a planta. A partir daí, a logística de entrada de material
(quantidade, forma de transporte e periodicidade) pode ser calculada.
- seleção do processo industrial mais adequado: devem ser selecionados os
equipamentos e máquinas de acordo com os recursos financeiros disponíveis para
investimento e a disponibilidade dos fornecedores. A compra de máquinas e
equipamentos comumente não tem o valor do frete incluso, portanto os fornecedores
mais próximos devem ser priorizados.
- logística de saída: as empresas compradoras interessadas em adquirir a matéria-
prima alternativa devem ser reunidas e a localização de cada uma definida de modo a
determinar o fluxo de saída de material e o destino final.
- preço de venda do material: segundo os estudos mercadológicos, podem ser
definidos preços meta a serem negociados com as empresas compradoras.
Uma vez que todas as variáveis foram definidas, o processo de valorização do
molde cerâmica está pronto para ser colocado em prática.
63
6 CONCLUSÃO
A valorização do molde cerâmico residual do processo de microfusão através de
alguns processos de beneficiamento foi analisada e se mostrou viável sob diversas
perspectivas. O beneficiamento para utilização na fabricação de tijolos refratários se
mostrou de baixo custo e com retorno financeiro rápido, tendo em vista que se utiliza da
infra-estrutura das fábricas de blocos refratários. Estas têm a possibilidade de comprar
matéria-prima da boa qualidade a um preço inferior, o que aumenta sua competitividade
no mercado. Para as fábricas de microfusão, o gasto com aterros é inexoravelmente
reduzido e, além disso, existem boas possibilidades de obtenção de lucro a venda do
cerâmico. Fica claro, todavia, que há a necessidade de uma ação em parceria entre as
empresas envolvidas para viabilizar financeiramente esse processo e que o preço do
frete rodoviário é a principal barreira econômica. Hoje, 30.000 kg de molde cerâmico,
geradas em uma empresa de microfusão do Rio Grande do Sul, já são incorporadas na
fabricação de tijolos refratários com sucesso. Ainda assim, essa aplicação pode ser
considerada uma subutilização do seu potencial devido à adequação de suas
características físico-químicas em aplicações mais nobres.
Para a utilização do molde cerâmico como terra refratária e matéria-prima para
fabricação de produtos de cerâmica avançada, foram definidas operações de
beneficiamento que incluem desmetalização, moagem e classificação. Para expedição
do material, optou-se, prioritariamente pela embalagem em big bag e transporte através
de caminhões de carga convencionais. O produto final da planta é uma matéria-prima
refratária de granulometria 4 meshes, livre de finos, que deve atender as exigências da
terra refratária e diversas aplicações de cerâmica avançada. Ao final, deve ser realizada
a análise de distribuição granulométrica e presença de finos para comprovar essa
informação. Ainda assim, antes de ser liberada sua utilização, devem ser realizados
testes experimentais através de formulações com frações de matéria-prima beneficiada a
fim de atender as normas vigentes para cada tipo de aplicação.
Devido às baixas quantidades mensais de geração de cerâmico residual
consideradas, 30.000 e 150.000 kg, os custos dos processos de beneficiamento se
mostraram relativamente altos, sobretudo para a quantidade inferior de material. Os
custos médios foram: investimento inicial de R$230.000,00; custos de produção mensal:
de R$7.300,00 e R$8.200,00; e custos por tonelada de material produzido de R$63,41.
A planta irá trabalhar com produtividades inferiores a sua capacidade máxima e
ficará ociosa em parte do tempo. Ainda assim, existem boas possibilidades de retorno
financeiro, principalmente na venda para cerâmica avançada. A fim de justificar o
investimento na planta, ou torná-lo mais atraente, são feitas duas recomendações: buscar
a maximização da quantidade de cerâmico residual a ser beneficiado em diversas
empresas de microfusão, preferencialmente a distâncias curtas; e a realização de
parcerias com outras empresas que utilizem processos de beneficiamento similares, a
fim de compartilhar os custos fixos de operação.
Apenas nas regiões Sul e Sudeste do Brasil, onde está localizada a maioria das
fábricas de microfusão do Brasil, estima-se que sejam geradas mensalmente em torno de
2,3 milhões de quilogramas de molde cerâmico, destinados prioritariamente a aterros
industriais. Esse passivo ambiental pode ser eliminado através dos processos propostos
no presente estudo ou, na melhor das hipóteses, se converterem em uma nova fonte de
lucros para as empresas envolvidas. À medida que as empresas utilizarem o molde
64
cerâmico como matéria-prima alternativa, novas possibilidades de aplicação devem
surgir, que incitam novos estudos e o desenvolvimento de novos processos de
beneficiamento.
65
REFERÊNCIAS
1. DIJKEMA, G.P.J., REUTER, M.A., VERHOEF, E.V., A new paradigm for waste
management, Waste Management, vol. 20, 2000, pg. 633-638.
2. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 10004/04:
Resíduos Sólidos - Classificação, ABNT, 2004.
3. PEREIRA, F. R., Valorização de resíduos industriais como fonte alternativa
mineral: composições cerâmicas e cimentícias. Departamento de Engenharia
Cerâmica e do Vidro, Universidade de Aveiro, 2006. Tese (Doutorado).
4. SAMPAIO, J. A.; LUZ, A. B., Separação Magnética e Eletrostática, Rio de
Janeiro: Tratamento de Minérios, Centro de Tecnologia Mineral CETEM, 4ª edição
revisada, capítulo 8, pg. 305-335.
5. ALONSO, A. A., Valorização da Casca Cerâmica Residual da Fundição de
Precisão em Formulação de Blocos Refratários. Curso de Graduação em Engenharia
de Materiais, Centro Tecnológico, Universidade Federal de Santa Catarina,
Florianópolis, 2011. Trabalho de Diplomação.
6. MACHADO, I. M. L., Avaliação microestrutural de cascas cerâmicas utilizadas na
produção de moldes para o processo de fundição por cera perdida, Curso de Pós-
Graduação em Engenharia Metalúrgica e de Minas, Universidade Federal de Minas
Gerais, 2005. Dissertação (Mestrado).
7. BRUM, F. J. B., Deceragem por microondas no processo de fundição de precisão,
Escola de Engenharia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas,
Universidade federal do Rio Grande do Sul, 2007. Dissetação (Mestrado).
8. MONBRAS, Refratários. Sítio disponível em: http://www.monbras.com.br/text-9
(Acesso em: 04/12/2011).
9. CALLISTER, Jr., William D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução.
5ª. Edição. LTC - Livros Técnicos e Científicos S. A.. Rio de Janeiro. 2002.
10. RAAD, H. J., Influência das Condições de Mistura e Moldagem na Permeabilidade
de Concretos Refratários Aluminosos. Curso de Pós-Graduação em Construção
Civil, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2008. Dissertação
(Mestrado).
11. ABCERAM (Associação Brasileira de Cerâmica). Sítio disponível em:
http://www.abceram.org.br (Acesso em: 04/12/2011).
12. CERÂMICA CERTEC, Advanced Ceramics, Produtos e Materiais. Sítio disponível
em: http://www.ceramicacertec.com.br/index.php/produtos-e-materiais/ (Acesso em:
04/12/2011).
66
13. MARCK RODRIGUES SOUZA; PAULO SÉRGIO BARBOSA DOS SANTOS;
RAFAEL GON. Estudo de Caso Sobre Materiais Cerâmicos, Centro Universitário
Católico Salesiano Auxilium, Curso de Engenharia Mecatrônica, 2007.
14. LINS, F. A. F.; LUZ, A. B. 2004. Introdução ao Tratamento de Minérios. Rio de
Janeiro: Tratamento de Minérios, Centro de Tecnologia Mineral CETEM, 4ª edição
revisada, capítulo 1, p. 1-16.
15. MENEGHETTI, L. R. C., Silos Circulares Em Alvenaria De Blocos Cerâmicos:
Análise da Influência da Forma no Comportamento Estrutural. Escola de
Engenharia, Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio
Grande do Sul, Porto Alegre, 2010. Trabalho de Diplomação.
16. BRISTOT, V. M., Máquinas e equipamentos para Cerâmica, 1996, , Editora e
Livraria Luana LTDA. 1ª edição, 352 pag, Criciúma SC,
17. NOVO SEPARADOR E CLASSIFICADOR MAGNÉTICO: APLICAÇÕES EM
PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS, P. A. Augusto, T. Castelo-Grande, P.
Augusto, D. Barbosa, Trabalho apresentado no XXI ENTMME, Natal-RN,
novembro, 2005
18. SAMPAIO, J. A.; LUZ, A. B., Separação Magnética e Eletrostática, Rio de
Janeiro: Tratamento de Minérios, Centro de Tecnologia Mineral CETEM, 4ª edição
revisada, capítulo 8, pg. 305-335.
19. ALMEIDA, L. M.; FIGUEIRA, H. V. O.; LUZ, A. B. 2004. Cominuição. Rio de
Janeiro: Tratamento de Minérios, Centro de Tecnologia Mineral CETEM, 4ª edição
revisada, capítulo 4, p. 113-194.
20. CARRISSO, R. C. C.; CORREIA, J. C. G. 2004. Classificação e Peneiramento. Rio
de Janeiro: Tratamento de Minérios, Centro de Tecnologia Mineral CETEM, 4ª
edição revisada, capítulo 5, p. 195-238.
21. BARROSO R. C., Redução do teor de cinzas dos finos de carvão vegetal por
concentração gravítica a seco. Escola de Engenharia, Curso de Pós-Graduação em
Engenharia Metalúrgica e de Minas, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo
Horizonte, 2007. Dissertação (Mestrado).
22. VALADÃO, G. E. S.; GALÉRY, R.; PERES, A. E. C. 2000. Tratamento de
Minérios. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia de Minas da Escola de
Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais, 226 pp.
23. MANFREDINI E SCHIANCHI, Peneiras Vibratórias Circulares. Sítio disponível
em: http://www.manfredinieschianchi.com/302-03-4PO-peneiras-vibratorias-
circulares-ms-mtc.htm (Acesso em: 04/12/2011).
24. PRB Embalagens, Big Bags. Sítio disponível em: http://prb.ind.br/big-bag.html
(Acesso em: 04/12/2011).
67
25. ULTRALIX AMBIENTAL, Caçamba Roll on Roll off. Sítio disponível em:
http://www.ultralixambiental.com.br/Solucoes.aspx (Acesso em: 04/12/2011).
26. LOGÍSTICA DESCOMPLICADA, Tipos de Caminhões e Capacidades. Sítio
disponível em: http://www.logisticadescomplicada.com/tipos-de-caminhoes-
tamanhos-e-capacidades/ (Acesso em: 04/12/2011)
68
Anexo I: Empresa CRETATec Tecnologias de Reciclagem
A CRETATec (www.cretatec.com.br) é uma empresa de base tecnológica do
setor de reciclagem que foi criada para apresentar soluções para valorização e
tratamento de resíduos, desenvolvimento de produtos e mercados a partir de
subprodutos industriais.
Fundada em 2009 e com capital 100% nacional, a CRETA Tecnologia se insere
em um setor emergente de reciclagem e novos materiais. A empresa se dedica ao
desenvolvimento de pesquisa tecnológica aplicada, produtos e processos, metodologia
de otimização de misturas, valorização de subprodutos industriais, projetos de unidades
de triagem e reciclagem, além da escolha e qualificação de fornecedores.
É uma empresa idealizada por universitários partindo do Projeto Sinapse da
Inovação de 2008, da Fundação CERTI (www.certi.org.br ), de Florianópolis (SC),
iniciativa que promove capacidades técnicas, administrativas e empreendedoras
necessárias, capacitando nossos recursos humanos e auxiliando no desenvolvimento e
disseminação de soluções inovadoras de engenharia e tecnologias compatíveis com as
necessidades do mercado em um ambiente de negócios para projetos inovadores e
sustentáveis.
Seguindo o modelo de "Empresa Sustentável” que tem como resultado um
conjunto de fatores e de ações que se completam de forma a abranger toda a área de
atuação da empresa e todas as suas cadeias produtivas e de negócios.
A CRETATec é uma empresa incubada no MIDI Tecnológico, incubadora
gerenciada pela Associação Catarinense de Empresas de Tecnologia (Acate) e mantida
pelo SEBRAE-SC.
69
Anexo II: Empresas Consultadas Fornecedoras de Máquinas e
Equipamentos para Processos de Beneficiamento de Materiais.
Empresa Localização Site
Máquinas de Moagem
Bonfanti Campinas (SP) www.bonfanti.com.br
Furlan Campinas (SP) www.furlan.com.br
Icon Criciúma (SC) www.icon-sa.com.br
Maqbrit Florianópolis www.maqbrit.com.br
Bertan Criciúma (SC) www.metalurgicabertan.com.br
Metalurgica MS Souza Tubarão (SC) www.mssouza.com.br
Natreb Criciúma (SC) www.natreb.com.br
Piacentini Campinas (SP) www.piacen.com.br
Sandrana Belo Horizonte (MG) www.sandrana.com.br
Schreiner Santa Cruz do Sul (RS) www.maqschreiner.com.br
TecnoMetal Vespasiano (MG) www.tecnometal.com.br
Verdés Itu (SP) www.verdes.com.br
Máquinas de Separação Magnética
Steinert Todas Capitais www.steinert.com.br
Gaustec Belo Horizonte (MG) www.gaustec.com.br
Oximag São Paulo (SP) www.oximag.com.br
Bramis São Paulo (SP) www.bramis.com.br
Tartec São Paulo (SP) www.tartec.com.br
Metalgmag Curitiba (PR) www.metalmag.com.br
Máquinas de Peneiramento
Mavi São Paulo (SP) www.mavi.com.br
Vibrokraft São Paulo (SP) www.vibrokraft.com.br
PriceMaq São Paulo (SP) www.pricemaq.com.br
Mapre Porto Alegre (RS) www.mapreequipamentos.com.br