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Patrício José Moreira Pires

Utilização de Cascalho de Perfuração de Poços de

Petróleo para a Produção de Cerâmica Vermelha

TESE DE DOUTORADO

Tese apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil da PUC-Rio como requisito parcial para a obtenção do título de Doutor em Engenharia Civil.

Orientador: José Tavares Araruna Júnior

Rio de Janeiro, Julho de 2009

DBD

PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0510757/CB


Utilização de Cascalho de Perfuração de Poços de

Petróleo para a Produção de Cerâmica Vermelha

Tese apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil da PUC-Rio como requisito parcial para a obtenção do título de Doutor em Engenharia Civil. Aprovada pela Comissão Examinadora abaixo assinada.

Prof. José Tavares Araruna Júnior Presidente/Orientador

Departamento de Engenharia Civil - PUC-Rio

Prof. Tácio Mauro Pereira de Campos Departamento de Engenharia Civil - PUC-Rio

Prof. Gustavo Ferreira Simões Departamento de Engenharia Civil - UFMG

Prof. Jonas Alexandre Departamento de Engenharia Civil - UENF

Prof. Paulo César de Almeida Maia Departamento de Engenharia Civil - UENF

Prof. José Eugênio Leal Coordenador Setorial do Centro Técnico Científico – PUC-Rio

Rio de Janeiro, 03 de julho de 2009

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Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total ou parcial do trabalho sem autorização da universidade, do autor e do orientador.


Engenheiro Civil formado pela UFPB. Concluiu o mestrado em Engenharia Civil em 2004, com o Desenvolvimento de um sistema de Dessorção Térmica In Situ para Remediação de Materiais Contaminados por Hidrocarbonetos de Petróleo pela PUC-Rio. Atua na área de Geotecnia Ambiental como engenheiro de pesquisas da PUC-Rio.

Ficha Catalográfica

CDD: 624

Pires, Patrício José Moreira

Utilização de cascalho de perfuração de poços

de petróleo para a produção de cerâmica vermelha /

Patrício José Moreira Pires ; orientador: José Tavares

Araruna Júnior. – 2009.

173 f. ; 30 cm

Tese (Doutorado em Engenharia Civil)–

Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio

de Janeiro, 2009.

Inclui bibliografia

1. Engenharia civil – Teses. 2. Cascalho de

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Agradecimentos

Ao Professor Araruna pela valiosa orientação deste trabalho. Meu muito obrigado

por sua amizade, confiança e pela agradável convivência ao longo dos últimos

sete anos.

Ao incentivo financeiro da PUC-Rio, Petrobrás e a Agência Nacional do Petróleo.

Aos professores Franklin Antunes e Cláudio Amaral por estarem sempre presentes

e dispostos a ajudar.

Agradeço ao professor Tácio por poder utilizar da estrutura do laboratório de

Geotecnia e Meio Ambiente no desenvolvimento deste trabalho e por sua

amizade.

Aos professores da UENF, Jonas Alexandre e Paulo Maia pela fundamental ajuda

na condução deste trabalho.

Aos funcionários do Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente: Amaury, Josué,

Willian, David e “Seu José”.

Aos amigos das repúblicas: Aelington, Laerte, Júlio Holtz, Diego Orlando, Pecin,

Zé Silvestre, Magnus, Anderson Rezende e Erblai. A esses meu respeito e

agradecimento pela tão fundamental companhia.

Aos amigos de pós-graduação Rafael Gerard, Hugo Marcato, Saliba, Joabson,

Guilherme Slongo, Mônica, Taíse, Tonho, Hugo Portocarrero, Saré, Ataliba, Ciro,

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Leonardo Bello, Michelle, Álvaro, Gisele, Débora, Patrícia Carla e Leandro.

Impossível citar todos que igualmente tiveram sua importância no desenvolver

deste trabalho.

Aos amigos da minha terrinha. Leonardo Andrade, Uraíto, Wibergson, Airton,

Aroldo, Jairo Pontes, Paulo Márcio, Reno, Luis, Junior, Messias, Jussara Sibele e

Renata. Mesmo distantes tiveram sua contribuição.

A Camilla, Gabriella, Tito Lívio e Ciro José, por existirem e me motivarem a ir

em frente.

A Ranieri, meu irmão e meu grande amigo e a Leda, minha doce cunhada, grandes

incentivadores deste trabalho. A vocês minha admiração e um muitíssimo

obrigado.

A minha querida irmã Lisieux, e Tito Lívio, meu cunhado e grande amigo, pelo

acolhimento, por acreditarem e pela força. Sem vocês não teria chegado aqui.

A Romero, meu irmão do coração e a sua esposa Tecla. Pela torcida e pelas

grandes risadas e momentos de descontração.

Meu muitíssimo obrigado a Dé (Neta). A sua contribuição em minha formação faz

com que você também seja responsável por mais esse degrau em minha vida.

A minha doce mãe Dona Terezinha. A mulher mais linda do mundo. O maior

amor da minha vida. Dizer obrigado é muito pouco por tudo que a senhora e meu

pai me deram. Meu eterno agradecimento e respeito.

A Juliana, meu amor. Não resta dúvida que você foi à melhor parte desta pesquisa.

Obrigado pela paciência, ajuda e companhia. A nossa estória está apenas

começando.

A Deus por ter colocado toda essa gente em minha vida e por iluminar o meu

caminho.

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Resumo

Pires, Patrício José Moreira Pires; Araruna Jr., Jose Tavares. Utilização de

Cascalho de Perfuração de Poços de Petróleo para a Produção de Cerâmica Vermelha. Rio de Janeiro, 2009. 173p. Tese de Doutorado – Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.

O presente trabalho sugere uma alternativa inovadora para o tratamento e

disposição do cascalho de perfuração, um dos mais complexos resíduos da

indústria de petróleo contendo, em geral, altas taxas de sais solúveis e

hidrocarbonetos. Estas características o tornam um resíduo nocivo ao meio

ambiente. Neste trabalho é avaliada a incorporação de cascalho de perfuração na

massa argilosa para produção de cerâmica vermelha. O método consiste no

processamento industrial, realizado a elevadas temperaturas, a fim de se obter um

material sólido, resistente e inerte. A incorporação de cascalho de perfuração na

produção de cerâmica vermelha apresentou-se como uma alternativa

economicamente viável e tecnicamente segura para o tratamento e destinação final

deste resíduo. Uma vez que o processo de queima, inerente a produção de peças

cerâmicas, encapsula e reduz a baixos teores os constituintes perigosos do

cascalho de perfuração. Os resultados obtidos neste trabalho serviram de subsídios

para a concessão de licença ambiental para utilização da técnica desenvolvida na

remediação de cascalho de perfuração no Estado da Bahia.

Palavras-chave

Cascalho de perfuração; encapsulamento; cerâmica vermelha.

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Abstract

Pires, Patrício José Moreira Pires; Araruna Jr., Jose Tavares (advisor). The

use of Drilling cutting for Red Ceramics Production . Rio de Janeiro, 2009. 173p. Doctorate Thesis – Departamento de engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.

This thesis presents an innovative treatment technique for drilling cuttings,

one of the most complex wastes of the oil industry. This waste is considered

hazardous due to its high salt and hydrocarbons content and poses serious threats

to the environment. The treatment process involves the incorporation of drilling

cuttings to the clayey soil mass used for making bricks. It consists on applying

high temperatures, over 8000C, to the clayey soil mass in order to obtain a solid,

resistant and inert material. The results of the experimental programme have

shown that this innovative process is technical safe and economical viable. As a

result, Petrobras obtained an environmental license in the city of Mata de São

João , State of Bahia, to produce in a large scale red bricks using drilling cuttings

incorporated to the clayey soil mass.

Keywords

Drilling cutting; solidification/stabilization; red ceramic.

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Sumário

1.Introdução 19

1.1. Organização da tese 21

2 Revisão Bibliográfica 23

2.1. A perfuração de poços de petróleo 23

2.1.1. Um sistema de força 24

2.1.2. Sistema de suspensão 25

2.1.3. Sistema rotativo 26

2.1.4. Sistema de circulação 26

2.2. Fluido de perfuração 27

2.2.1. Os fluidos de perfuração à base de água 28

2.2.2. Os fluidos de perfuração à base de óleo 29

2.2.3. Os fluidos de perfuração sintéticos 30

2.3. Cascalho de perfuração 30

2.3.1. Propriedades físicas e mineralógicas 31

2.3.2. Propriedades químicas 33

2.3.3. Técnicas utilizadas na disposição e tratamento do cascalho de

perfuração 36

2.4. Incorporação de resíduos na produção de cerâmica vermelha 43

3 Programa Experimental - Coleta e Caracterização dos Materiais 50

3.1. Trabalho de campo – coleta de materiais 51

3.1.1. Primeira Etapa - Materiais provenientes do Recôncavo Baiano

para produção de peças cerâmicas 51

3.1.2. Segunda Etapa - Materiais provenientes de Alagoas e Sergipe

para produção de peças cerâmicas 54

3.1.3. Terceira Etapa – Material do Recôncavo Baiano para teste de

degradação acelerada 58

3.1.4. Quarta Etapa – Material do Recôncavo Baiano para

incorporação em pavimentos. 59

3.1.5. Resumo dos materiais estudados 60

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3.2. Caracterização dos materiais destinados a produção de peças

cerâmicas 61

3.2.1. Caracterização física 62

3.2.2. Caracterização Química 66

3.2.3. Caracterização mineralógica 73

4 Programa Experimental – Produção de Cerâmica Vermelha 74

4.1. Metodologia para modelagem das peças cerâmicas 74

4.2. Propriedades tecnológicas 76

4.2.1. Absorção de água 76

4.2.2. Porosidade aparente 77

4.2.3. Retração linear 77

4.2.4. Massa específica aparente 78

4.2.5. Tensão de ruptura à flexão 78

4.3. Modelagem das peças cerâmicas 79

4.3.1. Peças confeccionadas com materiais do Recôncavo Baiano 79

4.3.2. Peças confeccionadas com materiais de Alagoas e Sergipe 81

4.3.3. Propriedades tecnológicas das peças confeccionadas 82

4.3.4. Comparativo dos resultados obtidos com dados da Indústria

Cerâmica 88

4.3.5. Classificação de resíduos NBR-10.004. 90

4.3.6. Degradação acelerada das peças cerâmicas para avaliação de

sua durabilidade 93

4.3.7. Teste de Queima 102

5 Conclusões e Sugestões 107

5.1. Conclusões 107

5.2. Sugestões 109

Referências Bibliográficas 110

I Anexo 116

I.I. Resultados das análises do extrato lixiviado e solubilizado para os

cascalhos de perfuração utilizados. 116

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I.II. Resultados das análises do extrato lixiviado e solubilizado para

os solo utlizados. 130

I.III. Resultados das análises do extrato lixiviado e solubilizado para

as peças cerâmicas incorporadas com cascalho de perfuração 137

II Anexo 164

II.I. Difratogramas 164

III Anexo 172

Licença de operação para produção de cerâmica vermelha com

incorporação de cascalho de perfuração a massa argilosa. 172

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Lista de Figuras

Figura 1 1 – Dique de armazenamento temporário no Campo de

Carmópolis (SE) 20

Figura 2 1 – Sonda 108 da Petrobras em operação no Recôncavo

Baiano. 24

Figura 2 2 – Desenho esquemático de uma sonda rotativa, (Thomas,

2001). 25

Figura 2 3 – Cascalho de perfuração estocado após processo de

perfuração do poço MG-112, Campo de Miranga, Pojuca-Ba. 32

Figura 2 4 – Composição mineralógica do Cascalho do Mar Vermelho

(Al-Ansary et al. 2007). 32

Figura 2 5 – Central de Resíduos do Alto Jericó - Sergipe. 37

Figura 2 6 – Sistema de controle de sólidos da MI-Swaco. 38

Figura 2 7 - Cascalho de perfuração produzido após o processo de

recuperação do fluido de perfuração. 39

Figura 2 8 – Fase líquida destilada do cascalho de perfuração. 39

Figura 2 9 – Aterro controlado de Mabruk, Líbia (Morillon, 2002). 40

Figura 2 10 – Gráfico de percentagem de substituição da areia por

cascalho de perfuração versus resistência a compressão uniaxial

simples e perca de resistência de peças cerâmicas. Chen (2007). 41

Figura 2 11 - Peças cerâmicas produzidas por Chen (2007). 42

Figura 2 12 – Resultados de degradação de peças cerâmicas

incorporadas com resíduo de granito (Xavier, 2005). 45

Figura 2 13 – Tensão de ruptura a flexão para peças cerâmicas

incorporadas com resíduo galvânicas. Balaton et al.(2002). 48

Figura 3 1 – Dique de disposição do cascalho de perfuração do poço

FGA 2. 51

Figura 3 2 - Detalhe da exploração na Cerâmica FEDERBA. 52

Figura 3 3 - Matéria-prima da cerâmica FEDERBA. 53

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Figura 3 4 - Talude de corte onde foram coletadas as amostras de

solos argilosos. 54

Figura 3 5 - Dique de armazenamento de cascalho de perfuração no

Campo de Carmópolis - SE. 55

Figura 3 6 - Depósito de matéria prima na Cerâmica INCELT. 56

Figura 3 7 - Coleta de amostra na Cerâmica INCELT. 57

Figura 3 8 - Vista do Poço ANB-03. 57

Figura 3 9 - Depósito de material argiloso. 58

Figura 3 10 – Jazida no Município de Candeias – Formação Barreiras. 59

Figura 3 11 – Escória de Aciaria (CST,2009). 60

Figura 3 12 - Organograma das fases de caracterização dos materiais 62

Figura 3 13 – Curvas de distribuição granulométrica dos materiais

provenientes do Recôncavo Baiano. 63

Figura 3 14 – Curvas de distribuição granulométrica dos materiais

provenientes de Alagoas e Sergipe. 64

Figura 4 1 - Preparação, moldagem e queima de peças cerâmicas. 75

Figura 4 2 – Peças após processo de secagem, Materiais Santo

Amaro Verde e Vermelho. 80

Figura 4 3– Peças após processo de queima, Materiais Santo Amaro

Verde e Vermelho. 80

Figura 4 4– Peças após processo de secagem e queima, Material

FEDERBA. 81

Figura 4 5 – Peças após a queima confeccionadas com materiais de

INCELT e Bandeira. 82

Figura 4 6 - Prensa servo-controlada INSTRON modelo 5500R. 85

Figura 4 7 – Ensaio de tensão de ruptura a flexão das peças cerâmicas.85

Figura 4 8 – Gráfico de Tensão de ruptura a flexão versus

deslocamento – Material FEDERBA. 87


deslocamento – Material Bandeira. 87


deslocamento – Material INCELT. 88

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Figura 4 11 – Equipamento de Degradação da UENF. Laboratório de

engenharia Civil – LECIV. 94

Figura 4 12 – Amostras dentro da câmara de degradação. 95

Figura 4 13 – Distribuição das propriedades tecnologias das peças

cerâmicas produzidas com o material FEDERBA após processo de

degradação. 97

Figura 4 14 – Histogramas de tensão de ruptura a flexão das peças

cerâmicas. 98

Figura 4 15 – Histogramas da porosidade das peças cerâmicas. 99

Figura 4 16 – Histogramas da absorção de água das peças

cerâmicas. 100

Figura 4 17 – Histograma da massa específica aparente das peças

cerâmicas. 101

Figura 4 18 - Estrutura do 2,3,7,8 tetraclorodibenzodioxina e furano 103

Figura 4 19 – Sistema instalado para teste de queima. 103

Figura 4 20 – Resina XAD-2 para amostragem de Dioxina e Furanos. 104

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Lista de Tabelas

Tabela 2 1 – Composição Química do Cascalho de Perfuração

produzido no Mar do Norte (Page et al., 2003). 34

Tabela 2 2 – Comparação entre o cascalho produzido no Mar do norte

e no Mar Vermelho Al-Ansary et al. ( 2007). 35

Tabela 2 3 – Valores determinados no extrato solubilizado por Alves

et al. (2005). 46

Tabela 3 1 – Materiais coletados no Recôncavo Baiano e nos estados

de Alagoas e Sergipe 60

Tabela 3 2– Densidade dos Grãos dos Materiais Estudados 63

Tabela 3 3 - Quadro de distribuição granulométrica dos materiais

estudados. 64

Tabela 3 4 - Limites de Consistência 65

Tabela 3 5 – Classificação dos solos estudados 66

Tabela 3 6 - Valores de pH 67

Tabela 3 7 – Composição química dos materiais provenientes do

Recôncavo Baiano. 67

Tabela 3 8 - Composição química dos materiais provenientes de

Alagoas e Sergipe. 68

Tabela 3 9 – Compostos extraídos no Extrato Sulfúrico (g/kg) 69

Tabela 3 10 - Resultado dos ensaios de complexo sortivo. 70

Tabela 3 11 - Dados de percentagem de saturação de bases e

percentagem de saturação com alumínio para os materiais estudados 70

Tabela 3 12 - Resultado do ensaio de Sais solúveis. 71

Tabela 3 13 – Resumos dos parâmetros com valores acima do valor

máximo permitido. 72

Tabela 3 14 – Resumos dos parâmetros com valores acima do valor

máximo permitido. 73

Tabela 3 15 - Caracterização mineralógica 73

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Tabela 4 1 – Peças cerâmicas confeccionadas. 79

Tabela 4 2 – Valores Obtidos nas Determinações dos Parâmetros

Físicos das Peças Cerâmicas. 83

Tabela 4 3 – Desvios Padrões das Determinações dos Parâmetros

Físicos das Peças Cerâmicas. 84

Tabela 4 4 - Valores de Tensão de Ruptura a Flexão das Peças

Cerâmicas. 86

Tabela 4 5 – Comparativo dos resultados obtidos com as principais

propriedades tecnológicas do processamento cerâmico Industrial –

Peças confeccionadas com o material FEDERBA. 89



Peças confeccionadas com o material Bandeira. 89



Peças confeccionadas com o Material INCELT. 90

Tabela 4 8 - Valores obtidos no extrato solubilizado que suplantaram

o valor máximo permitido. 91

Tabela 4 9 – Comparativo entre os valores determinados para o

material FEDERBA, cascalho de perfuração e peças cerâmicas

produzidas. 92

Tabela 4 10 - Comparativo entre os valores determinados para o

material INCELT, cascalho de perfuração e peças cerâmicas

produzidas. 92

Tabela 4 11 - Comparativo entre os valores determinados para o

material Bandeira, cascalho de perfuração e peças cerâmicas

produzidas. 93

Tabela 4 12 – Propriedades Tecnológicas das Peças Cerâmicas

produzidas com o material FEDERBA 96

Tabela 4 13 - Propriedades Tecnológicas das Peças Cerâmicas

produzidas com o material FEDERBA puro após processo de

degradação 96

Tabela 4 14 - Tensão de ruptura a flexão antes e após processo de

degradação 98

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Tabela 4 15 - Porosidade antes e após processo de degradação 99

Tabela 4 16 - Absorção antes e após processo de degradação 100

Tabela 4 17 - Massa específica aparente antes e após processo de

degradação 101

Tabela 4 18 – Valores da concentração de dioxinas e furanos

determinados no teste de queima 105

Tabela I 1 – Análise de lixiviação do Cascalho de perfuração 129. 116

Tabela I 2 - Análise de solubilização do Cascalho de perfuração 129. 118

Tabela I 3 – Análise de lixiviação do Cascalho de perfuração 1459. 119

Tabela I 4 - Análise de solubilização do Cascalho de perfuração 1459. 121

Tabela I 5 - Análise de lixiviação do Cascalho de perfuração 223D. 122

Tabela I 6 - Análise de solubilização do Cascalho de perfuração

223D. 124

Tabela I 7 - Análise de lixiviação do Cascalho de perfuração ANB 03. 125


ANB 03. 127


CP 01 129

Tabela I 10 - Análise de lixiviação do Solo INCELT. 130

Tabela I 11 – Análise de solubilização do Solo INCELT 132

Tabela I 12 - Análise de lixiviação do Solo Bandeira. 133

Tabela I 13– Análise de solubilização do Solo INCELT 135

Tabela I 14- Análise de solubilização do Solo FEDERBA. 136

Tabela I 15 - – Análise de lixiviação das peças cerâmicas

produzidas com 30% de CP01 e solo FEDERBA. 137

Tabela I 16 – Análise de solubilização das peças cerâmicas

produzidas com 30% de CP01 e solo FEDERBA. 138

Tabela I 17 – Análise de lixiviação das peças cerâmicas

produzidas com 05% de CP 129 e solo INCELT. 139


produzidas produzidas com 05% de CP 129 e solo INCELT. 141

Tabela I 19 – Análise de lixiviação das peças cerâmicas produzidas

com 10% de CP 129 e solo INCELT. 142

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produzidas produzidas com 10% de CP 129 e solo INCELT. 144










com 05% de CP ANB e solo Bandeira. 151


produzidas com 05% de CP ANB e solo Bandeira. 153


com 10% de CP ANB e solo Bandeira. 154


produzidas com 10% de CP ANB e solo Bandeira. 156


com 05% de CP 223D e solo Bandeira. 157


produzidas com 05% de CP 223D e solo Bandeira. 159


com 10% de CP 223D e solo Bandeira. 160


produzidas com 10% de CP 223D e solo Bandeira. 162

Tabela I 33 Análise de dioxinas e furanos realizado na resina XAD –

Teste de queima realizado para as peças produzidas com o solo

FEDERBA incorporado de cascalho de perfuração CP 01-. 163

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Reduza, reuse, recicle e reinvente...

DBD


1. Introdução

Um dos mais complexos resíduos da indústria de petróleo é o cascalho de

perfuração oriundo do processo de perfuração de poços de petróleo. Segundo

informações colhidas junto a empresa MI Swaco (2009), a estimativa média de

produção de cascalho de perfuração em poços perfurados em terra, on-shore, no Brasil é

de 13m3 a cada 100m de avanço da perfuração. De acordo com informações da

Petrobras (2009), no Recôncavo Baiano são produzidos em média de 200 a 250 m3 por

poço. No entanto, a produção de cascalho de perfuração é um processo complexo, no

qual está envolvida uma série de fatores, que podem fazer variar o volume de resíduo

produzido bem como o seu grau de contaminação.

No Brasil o cascalho produzido off-shore é destinado ao mar, embora haja um

entendimento em nível mundial, ciceroneado pela OSPAR (2000), de que cascalho de

perfuração contendo mais de 1% de hidrocarboneto não deva ser lançado no mar.

Já em relação ao cascalho originado on shore no Brasil, a prática, relatada pela MI

Swaco (2009), constitui em um pré-tratamento a fim de reduzir o teor total de

hidrocarbonetos a um teor máximo de 10% da massa de cascalho de perfuração para

depois dispô-los em diques ou aterros. Os aterros industriais disponíveis para disposição

final do cascalho ficam distantes dos campos de petróleo, reduzindo a sua atratividade

econômica. Assim, as companhias têm preferido dispor o cascalho, de uma forma

temporária ou permanente, em diques. Em geral, os diques são construídos nas

proximidades dos campos de petróleo e nem sempre apresentam impermeabilização de

base e um sistema de cobertura adequado, conforme ilustra a Figura 1-1.

Face ao exposto, o presente trabalho buscou desenvolver uma alternativa

sustentável para tratamento do cascalho de perfuração. Onde foi avaliada a sua

reciclagem para a confecção de peças cerâmicas. O objetivo seria oferecer um material

de boa qualidade a indústria da construção civil, onde o produto final poderia ser

utilizado pelo gerador do resíduo em seus processos construtivos em substituição as

peças cerâmicas normalmente utilizadas por um produto ambientalmente correto.

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Capítulo 1 - Introdução 20

Figura 1-1 – Dique de armazenamento temporário no Campo de Carmópolis (SE)

Para tornar esta meta uma realidade é necessário caracterizar os cascalhos de

perfuração dos respectivos Campos de Petróleo bem como os materiais terrosos e

argilosos que constituem a matéria prima para a confecção de cerâmica vermelha. A

partir da determinação das propriedades físicas, químicas e mineralógicas dos materiais

seria possível obter um material que atenda as especificações das cerâmicas vermelhas e

ambientalmente seguro. O segundo passo consiste do licenciamento da fabricação do

produto junto aos órgãos ambientais competentes. Finalmente, cabe a geradora

encontrar uma cerâmica que se disponha a fabricar o produto. Face as características do

produto final é ainda necessário estudar as emissões de poluentes e verificar o seu

comportamento a longo prazo.

A motivação para a realização desta atividade consiste na disposição da indústria

cerâmica em receber resíduos industriais, conforme relatam Alves (2005) e Dias et al

(2000).

O processo de produção de materiais cerâmicos se apresenta como uma alternativa

vantajosa devido aos seguintes motivos:

• O produto final é um material sólido, resistente e inerte;

• O processo de produção pode ser feito a elevadas temperaturas,

inertizando ou eliminando os constituintes perigosos do cascalho de

perfuração;

• Há uma carência de matéria prima para produção de cerâmica vermelha.

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Segundo Xavier (2007), existem várias pesquisas nacionais e internacionais com

incorporações de resíduos sólidos inertes em massas cerâmicas para fabricação de peças

cerâmicas vermelhas. Entretanto, foi observado no decorrer deste trabalho que a

incorporação de resíduo contaminado, como o cascalho de perfuração, nos processos da

indústria cerâmica é ainda inovador e que carece de uma investigação profunda para

torná-lo passível de licenciamento ambiental.

O tema desta tese se encaixam na linha de pesquisa de Geotecnia Ambiental do

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. A pesquisa aqui desenvolvida

emprega conceitos de mecânica dos solos, pavimentos e ciências dos materiais e busca

viabilizar ferramentas seguras e ambientalmente sãs economicamente viável para

minimizar o problema do destino do Cascalho de Produção em áreas de Exploração de

Produção de Petróleo da Região Nordeste.

1.1. Organização da tese

Esta tese apresenta-se subdividida em seis capítulos. O Capítulo Introdutório

busca abordar de forma resumida o enfoque geral deste trabalho, os seus objetivos e as

motivações para a condução deste trabalho.

O Capítulo 2 apresenta uma breve revisão do processo de exploração de petróleo

enfocando um dos seus principais resíduos: o cascalho de perfuração. Este Capítulo

apresenta a descrição das características do cascalho, bem como os métodos atuais de

tratamento e destino final.

O Capítulo 3 apresenta inicialmente a investigação geológica que foi conduzida

para a escolha dos materiais que compõe este estudo. Em seguida são apresentados a

metodologia e os resultados dos processos de caracterização física, química,

mineralógica destes materiais.

O Capítulo 4 se atém na primeira alternativa para o tratamento do cascalho de

perfuração: a confecção de peças de cerâmica vermelha. Nele é apresentada a

metodologia para a sua confecção bem como as suas propriedades físicas, químicas e

mecânicas das peças produzidas. O Capítulo ainda traz a descrição e os resultados do

programa experimental que estudou o comportamento das peças produzidas a longo

prazo.

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O Capítulo 5 apresenta as principais conclusões deste trabalho como também,

aponta sugestões para trabalhos futuros.

Por fim são apresentadas as referências bibliográficas que auxiliaram na

elaboração deste trabalho, e também apresentados os anexos pertinentes a esta tese.

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2 Revisão Bibliográfica

O presente capítulo apresenta os processos envolvidos na geração do

cascalho de perfuração, objeto deste trabalho. Aqui são apresentadas todas as

variantes envolvidas na produção deste complexo resíduo da indústria de petróleo.

Faz-se uma abordagem da fase de perfuração do poço, dos fluidos de perfuração

utilizados até a geração dos grandes volumes de cascalho de perfuração. É

apresentado o estado da arte com respeito às técnicas utilizadas para tratamento e

destinação final deste resíduo. Em particular, é feita uma abordagem sobre a

utilização de resíduos industriais na produção de cerâmica vermelha bem como a

utilização de resíduo incorporado a massa de solo para construção de bases de

pavimentos de rodagem.

2.1. A perfuração de poços de petróleo

Em linhas gerais, a perfuração de um poço de petróleo ocorre em duas fases:

a de exploração e a de desenvolvimento. As atividades de exploração são as que

envolvem a perfuração de um poço para localizar reservas de hidrocarbonetos,

bem como suas dimensões e potencial produtivo. A fase de desenvolvimento

ocorre uma vez que as reservas de hidrocarbonetos já foram descobertas,

delineadas e confirmada a sua viabilidade comercial. Entretanto, independente da

natureza do poço, ambas geram resíduo de perfuração.

O método de perfuração rotativa é o mais empregado pela indústria do

petróleo, embora atualmente exista a combinação do rotativo e percussão. Nele

uma torre de perfuração fica apoiada sobre uma superestrutura, onde localiza-se a

chamada mesa rotativa. Esta mesa sustenta e comunica um torque à coluna de

perfuração, formada por diversos tubos conectados entre si com uma broca

cortante em sua extremidade, o avanço da broca perfura as formações geológicas

sobrejacentes em direção aos potenciais reservatórios. Ao avanço da perfuração, a

coluna de perfuração é aumentada a partir da superfície. Durante a perfuração a

DBD


Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 24

broca lança um fluido que circula pelo poço, chamado de fluido de perfuração,

este retorna à superfície através do espaço anular entre a coluna de perfuração e a

parede do poço, carreando a rocha triturada que é denominada cascalho de

perfuração.

A Figura 2-1 apresenta uma sonda de perfuração de poços de petróleo

atualmente empregada pelo Petrobras no Recôncavo Baiano.

Figura 2-1 – Sonda 108 da Petrobras em operação no Recôncavo Baiano.

De acordo com Thomas (2001), o mecanismo de perfuração de um poço de

petróleo é composto de quatro sistemas principais que serão descritos a seguir.

2.1.1. Um sistema de força

Este sistema é primordial para os demais sistemas a seguir. Por esse sistema

as sondas de perfuração podem transmitir energia para seus equipamentos, por via

mecânica ou diesel-elétrica. Os equipamentos de sondagem onshore são

DBD



geralmente movidos a motores diesel. As sondas marítimas costumam se

aproveitar da geração de gás para acionar turbinas e gerar energia para a

plataforma.

2.1.2. Sistema de suspensão

O sistema de suspensão tem a função de sustentar e manobrar cargas (como

a coluna de perfuração, revestimentos ou quaisquer outros equipamentos) para

dentro ou fora do poço. Os componentes principais deste sistema são a torre ou

mastro, o guincho, o bloco de coroamento e a catarina. A torre é uma estrutura

que provê altura vertical necessária para elevar ou abaixar a coluna de perfuração,

além de sustentar polias e cabos. A coluna de perfuração é formada por seções de

tubos rígidos, que necessitam de espaço vertical livre para ocupar ao serem içados

do poço. A Figura 2-2 apresenta um diagrama esquemático de uma sonda rotativa,

dando destaque aos componentes do sistema de suspensão.

Figura 2-2 – Desenho esquemático de uma sonda rotativa, (Thomas, 2001).

DBD



A movimentação pelo poço da coluna de perfuração e demais equipamentos

é realizada com o auxílio de um guincho, que compreende basicamente o bloco de

coroamento (polias fixas) e a catarina (polias móveis), com a função de içar e

deslocar cargas pesadas.

2.1.3. Sistema rotativo

O sistema rotativo é o responsável pela rotação da coluna de perfuração,

compreendendo todos os equipamentos utilizados para girar a coluna de

perfuração.

Na sonda convencional os principais componentes deste sistema são a mesa

rotativa, a haste quadrada (kelly) e a cabeça de injeção (swivel). A mesa rotativa é

o equipamento que transmite o movimento de rotação à coluna de perfuração. A

haste quadrada é a parte da coluna de perfuração localizada na superfície que

transmite o torque da mesa rotativa ao resto da coluna. A cabeça de injeção é o

equipamento que sustenta o peso da coluna de perfuração e permite seu giro,

constituindo elemento de ligação entre a parte rotativa abaixo da haste quadrada e

a fixa.

2.1.4. Sistema de circulação

O sistema de circulação é responsável pela circulação e tratamento do fluido

de perfuração na sonda. Sua função principal é remover do interior do poço o

cascalho de perfuração triturados pela broca, transportando-o para a superfície

junto com a lama de perfuração, desobstruindo a passagem da broca. O cascalho

que chega à superfície traz informações importantes sobre as formações

perfuradas, sendo objeto de análise de geólogos que acompanham o processo de

perfuração em tempo real.

Os principais componentes deste sistema são as bombas de lama, tanques de

fluido e os diversos equipamentos de controle de sólidos. Estes se destinam à

reciclagem do fluido de perfuração.

As bombas de lama bombeiam o fluido de perfuração para dentro do poço.

Descendo pela coluna de perfuração, o fluido é expelido pela broca e retorna pelo

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espaço anular. O sistema é fechado, quando o fluido chega à superfície é

acondicionado e tratado nos tanques de fluido. Os equipamentos de controle de

sólidos são peneiras, decantadores, desareiadores, dessiltadores, desgaseificadores

e centrífugas. Podem existir variações no sistema de controle de sólidos de acordo

com as exigências de cada legislação ambiental ou o rigor de cada operador, como

quantidade de peneiras ou eficiência de cada equipamento.

2.2. Fluido de perfuração

O fluido de perfuração, a depender de sua natureza, é o agente que confere

toda possível contaminação a cascalho de perfuração. Para compreender melhor a

complexidade do cascalho de perfuração é fundamental que se entenda a

influência do fluido utilizado na perfuração de um poço.

Os fluidos de perfuração são misturas de sólidos, líquidos, aditivos químicos

e/ou gases. Eles podem assumir o aspecto de suspensões, emulsões ou dispersões

coloidais, dependendo do estado físico de seus componentes. Na perfuração dos

primeiros poços de petróleo se utilizava a própria argila da formação misturada à

água formando uma espécie de lama, motivo do fluido também ser denominado

lama de perfuração como descreve Veiga (1998).

Segundo van Dyke (2000), as principais funções dos fluidos de perfuração

são:

• Lubrificar e resfriar a broca - o peso e a rotação sobre a broca são muito

elevados gerando atrito e, conseqüentemente, calor necessitando de

resfriamento oferecido pelo fluido de perfuração. A fricção entre a broca e

as paredes do poço também é muito elevada, exigindo lubrificação

também proporcionada pelo fluido;

• Limpar o poço e transportar o cascalho à superfície - o fluido de

perfuração tem a função de “limpar” o poço, ou seja, abrir passagem para a

broca retirando os pedaços de rocha já triturados;

• Proteger e suportar as paredes do poço - o fluido de perfuração fornece a

pressão hidrostática necessária para evitar o colapso das paredes do poço.

O controle das pressões no interior do poço é feito pelo fluido através da

geração de uma pressão hidrostática. Uma parcela penetra nos poros da

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formação que grudam nas paredes do poço formando uma fina camada

impermeável que estabiliza as formações. Esta camada além de estabilizar

as paredes do poço reduz a absorção de fluido de perfuração pelas

formações;

• Trazer à superfície informações a respeito das formações perfuradas - o

cascalho e o fluido de perfuração que chegam à superfície constituem

fontes de informações sobre as formações que estão sendo perfuradas.

É um desafio para a indústria do petróleo a busca por um ponto ideal, entre

custo e desempenho do fluido de perfuração. A partir da década de 80 o

atendimento as exigências ambientais passou também a influenciar na escolha do

fluido de perfuração que é utilizado no processo de perfuração.

Os fluidos de perfuração se diferenciam quanto à sua base, que pode ser à

base de água, óleo e ainda os chamados fluidos sintéticos. Podem ser utilizados

fluidos de perfuração de diferentes bases para cada fase de perfuração de um

mesmo poço.

2.2.1. Os fluidos de perfuração à base de água

A grande maioria dos fluidos de perfuração utilizados no mundo são

formados por líquidos à base de água. O fluido à base de água consiste numa

mistura de sólidos, líquidos e aditivos químicos tendo a água como a fase

contínua. À base pode ser de água salgada, água doce ou água salgada saturada

conforme mencionam Economides et al. (1998).

De acordo com Veiga (1998), os principais tipos de fluidos à base de água

são os fluidos convencionais, os fluidos naturais, os fluidos dispersos tratados

com lignosulfonados, os fluidos tratados com cal, os fluidos tratados com gesso,

os fluidos não dispersos tratados com cal e polímeros, os fluidos salgados tratados

com polímeros, os fluidos à base de KCl, os fluidos isentos de sólidos e os fluidos

biopoliméricos.

Os fluidos de perfuração à base de água possuem um baixo custo comparado

aos demais, são biodegradáveis e se dispersam facilmente na coluna d’água como

menciona Durrieu et al (2000). Infelizmente, os fluidos de perfuração à base de

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água possuem algumas desvantagens. Algumas formações possuem

argilominerais que reagem quimicamente com a água do fluido de perfuração, e

provocando expansão da argila e dispersando partículas pelo fluido e por todo o

poço. Este é um grave problema causado pela utilização de lamas à base de água,

provocando também instabilidade ao poço e perda de fluido para as formações.

Isto também provoca uma geração de volume extra de cascalho de perfuração.

A solução para os problemas apontados anteriormente é “inibir” o fluido

através da adição de substâncias químicas que impeçam ou diminuam sua reação

com a água, são os denominados “inibidores” como o sódio, potássio e íons de

cálcio, que reduzem a atividade dos sólidos ativos minimizando a hidratação da

argila e dos folhelhos.

2.2.2. Os fluidos de perfuração à base de óleo

Os fluidos de perfuração à base de óleo foram desenvolvidos para situações

em que os à base de água apresentavam limitações técnicas e operacionais. As

lamas à base de óleo são similares em composição à base de água, exceto pela

fase contínua que passa a ser o óleo. A água está presente na lama à base de óleo

sob a forma de uma emulsão, onde as gotas de água ficam suspensas no óleo

caracterizando uma emulsão de água em óleo, o que torna necessário adicionar um

emulsionante químico para impedir que as gotas d’água coalesçam.

Os fluidos à base de óleo são muito utilizados, apesar de custarem de 2 a 4

vezes mais do que os de base aquosa. Friedheim e Shinnie (1991) justificam que o

seu uso está relacionado a um desempenho superior para determinadas e

freqüentes situações, como na perfuração de formações com folhelhos altamente

reativos com lamas à base de água, na perfuração de poços sujeitos a altas

pressões e temperaturas, em poços direcionais, de poços que requisitassem uma

maior lubrificação entre a coluna e as formações ou quando as condições

geológicas requisitassem uma maior estabilização do furo do poço.

Vários autores, entre eles Hall (2001), Veiga (1998); Bleier et al. (1992),

relacionaram uma série de vantagens da perfuração com lamas à base de óleo em

comparação com as de base aquosa, incluindo:

• Compatibilidade com as formações sensíveis à água;

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• Minimização da corrosão e desgaste de equipamentos de perfuração;

• Maior estabilidade térmica e estrutural na perfuração de poços profundos e

com altas temperaturas;

• Melhor lubrificação, facilitando a perfuração de poços direcionais;

• O fluido à base de óleo pode ser reaproveitado após tratamento adequado;

• A perfuração é feita mais rapidamente, proporcionando um aumento das

taxas de avanço.

Infelizmente, ao mesmo tempo em que ganham em desempenho, as lamas à

base de óleo são mais prejudiciais ao meio ambiente. Durrieu et al. (2000)

assinalam que a toxicidade é uma desvantagem insuperável das lamas a base de

óleo, posto que elas são altamente tóxicas e se biodegradam lentamente.

2.2.3. Os fluidos de perfuração sintéticos

Os fluidos de perfuração sintéticos foram desenvolvidos como uma

alternativa às limitações de desempenho dos à base de água em resposta às

restrições ambientais impostas aos fluidos à base de óleo. Utilizando como fluido

à base de substâncias químicas sintéticas, os fluidos sintéticos são também

chamados “pseudo-lamas à base de óleo”, pois na prática as substituem,

oferecendo menor toxicidade e produção de volume, de resíduos e de perfuração.

De acordo com Schaffel (2002), os fluidos sintéticos são muito utilizados

em áreas marítimas onde é proibido o descarte de cascalho quando se perfura com

lamas à base de óleo. Os fluidos sintéticos são mais caros do que os oleosos, não

deixando de serem economicamente compensadores, pois o descarte marítimo dos

fluidos de perfuração à base de óleo está proibido em diversas partes do mundo,

implicando em custos e riscos extras a serem assumidos com o transporte dos

resíduos para descarte em terra.

2.3. Cascalho de perfuração

Al-Tabbaa (2006) sugere que o cascalho de perfuração possa ser

classificado como um material heterogêneo, perigoso, com concentrações

significantes de hidrocarbonetos, metais pesados e sais solúveis em água. No

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entanto, há que se ressaltar que as características físicas e químicas do cascalho

são muito variáveis, uma vez que são dependentes da geologia local, do fluido de

perfuração utilizado, da técnica de escavação e do tipo de broca utilizado na

perfuração.

O volume de cascalho de perfuração produzido durante uma escavação de

um poço de petróleo é variável posto que a quantidade produzida é proporcional a

profundidade do poço perfurado, diâmetro do poço e das características

geológicas das formações perfuradas. Teoricamente o volume de cascalho gerado

durante a perfuração de um poço é o volume geométrico do cilindro perfurado, ou

também chamado volume nominal do poço. Contudo neste processo é adicionado

o fluido de perfuração, o que faz aumentar o volume de resíduo produzido.

A estimativa média de produção de cascalho de perfuração em poços

perfurados em terra no Brasil, on-shore, é de 13 m3 a cada 100 metros de avanço

da perfuração (MI Swaco, 2009). No Recôncavo Baiano são produzidos em média

de 200 a 250 m3 por poço (Petrobras, 2009).

Mundialmente a quantidade de cascalho produzido é cada vez maior, haja

vista a constante perfuração de novos poços a fim de suprir a necessidade mundial

por derivados do petróleo. Page et al. (2003) mencionam que somente no Reino

Unido seja produzida cerca de 80 mil toneladas anualmente.

2.3.1. Propriedades físicas e mineralógicas

As propriedades físicas do cascalho são muito variáveis uma vez que são

dependentes da geologia do local no qual se faz a perfuração. Observa-se ainda

que para um mesmo poço de petróleo perfurado, dada as grandes profundidades

que se atinge o poço, o cascalho produzido pode apresentar diferentes

características a depender do extrato perfurado. Destaca-se que em uma mesma

perfuração de um poço são utilizados diferentes tipos de fluido, o que confere ao

cascalho de perfuração produzido uma maior heterogeneidade. Para o cascalho de

perfuração produzido não há nenhuma segregação para separar o cascalho com

diferentes graus de contaminação e para as diferentes composições mineralógicas.

No Recôncavo Baiano, o cascalho é muitas vezes estocados em um mesmo local à

medida que se avança o processo de perfuração, conforme mostra a Figura 2-3.

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Figura 2-3 – Cascalho de perfuração estocado após processo de perfuração do poço

MG-112, Campo de Miranga, Pojuca-Ba.

Tendo em vista as variáveis envolvidas no processo de perfuração a

distribuição granulométrica do cascalho bem como a sua composição mineralogia

é muito variável.

No Mar Vermelho, como descreve Al-Ansary e Al-Tabbaa (2007), o

cascalho tinha a sua composição granulométrica distribuída entre 50% de silte,

40% de argila e 10% de areia fina, apresentando limite de liquidez de 51% e

índice de plasticidade de 26%. A sua composição mineralógica, determinada

através da análise de difração de raios X, vista na Figura 2-4, consistia de

caulinita, motmorilonita, ilita, quartzo e cloreto de sódio.

I = ilita; K = Caulinita; Mo= Motmorilonita; Q= Quartzo; NaCL = Cloreto de Sódio

Figura 2-4 – Composição mineralógica do Cascalho do Mar Vermelho (Al-Ansary et al.

2007).

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Já no Recôncavo Baiano, Vaqueiro et al. (2006) descrevem um cascalho

composto granulometricamente por 45% de silte, 25% de argila, 20% de areia fina

e 10% de areia média. De acordo com os autores, este material possui 39% de

limite de liquidez e 12% de índice de plasticidade e a composição mineralógica de

suas partículas é constituída basicamente de caulinita, ilita, quartzo e barita.

Page et al. (2003) mencionam que o peso específico normalmente

considerado pela indústria de petróleo para o cascalho de perfuração é de

21kN/m3. Porém pode-se encontrar cascalho de perfuração com peso específico

variando entre 13 KN/m3 e 27 kN/m3. Os mesmos autores citam que a resistência

ao cisalhamento de pilhas de cascalho de perfuração podem variar entre 10kPa e

40kPa, para os materiais avaliados no seu trabalho. No entanto, há de admitir que

esses valores são influenciados pelo teor de umidade e de fluido presente no

cascalho de perfuração.

Chen et al. (2007) avaliaram técnicas de tratamento de cascalho de

perfuração produzido pela companhia chinesa de petróleo em campos de produção

de petróleo em Taiwan. Em seus experimentos, Chen determinou a composição

mineralógica dos cascalhos de perfuração através da técnica da difração de Raios

X e verificaram que a maioria dos minerais presentes nesses materiais eram barita

e quartzo, seguidos de muscovita, calcita, caulinita e cloretos. Segundo os autores,

a presença de barita e cloretos é decorrência do fluido de perfuração.

2.3.2. Propriedades químicas

O cascalho de perfuração possui elevadas concentrações de óleo, sais

solúveis em água e metais pesados.

Os sais inorgânicos são adicionados em elevadas concentrações a lama de

perfuração para impedir a migração do sal da formação rochosa para o poço,

minimizando o colapso hidráulico das paredes do poço. No processo, a salmoura é

emulsificada na fase óleo do fluido e impede a reação do fluido de perfuração com

a argila da formação rochosa.

A lama de perfuração a base óleo possui geralmente em sua composição de

10% a 50% de sais inorgânicos. Os sais normalmente adicionados as lamas de

perfuração são cloreto de cálcio, cloreto de magnésio, cloreto de potássio e cloreto

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de sódio. Segundo Page et al. (2003), o cloreto de cálcio é o sal mais utilizado

pela indústria de perfuração de poços de petróleo e chega a representar 30% do

fluido de perfuração à base óleo. Os mesmos autores mencionam que em fluidos

de perfuração a base água usa-se a água do mar.

A presença de vários tipos e concentrações elevadas de metais pesados no

cascalho de perfuração é devido às impurezas no sulfato de bário (Barita). A

barita tem a finalidade de aumentar a densidade da lama de perfuração para

manter a pressão hidrostática do poço evitando o colapso da parede do poço. Page

et al. (op. cit.) menciona que entre as impurezas mais encontradas na Barita

incluem-se: arsênio, bário, cádmio, cromo, ferro, cobre, manganês, mercúrio,

níquel, selênio, vanádio e zinco. No entanto, há que se ressaltar que esses metais

podem estar naturalmente presentes na formação geológica.

A Barita é bastante empregada por ser muito estável, não estando livre para

reagir ou lixiviar o cascalho de perfuração de seus constituintes, sendo possível

através de técnicas de reaproveitamento do fluido de perfuração separá-la do

cascalho de perfuração e poder reutilizá-la novamente no processo de perfuração.

As técnicas de reuso do fluido de perfuração favorecem a redução da

contaminação do cascalho de perfuração favorecendo o tratamento do resíduo em

questão.

A Tabela 2-1 exemplifica a composição química de três cascalhos de

perfuração do Mar do Norte (Page et al., 2003).

Tabela 2-1 – Composição Química do Cascalho de Perfuração produzido no Mar do

Norte (Page et al., 2003).

Mar do Norte Composto Central Campo de Beryl Campo de Ekofisk

SiO2 % 44.43 35.34 54.98 Al2O3 % 12.54 3.79 6.95 BaO % 6.49 20.96

Fe2O3 % 6.53 4.38 4.02 CaO % 2.53 6.98 4.33 K2O % 2.01 0.89 1.38 MgO % 1.59 1.16 2.15 Na2O % 1.12 0.80 1.07 TiO2 % 0.61 0.16 0.34 MnO % 0.22 0.11 0.15 P2O5 % 0.16 0.10 0.07 Cl % 0.67 0.88 0.92

BaSO4 % 9.59

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SrO % 0.14

A presença de óleo no fluido de perfuração é de até 40% do peso total do

fluido. Na utilização de fluido a base óleo em processos de perfuração haverá a

presença de compostos hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA’s) no

cascalho de perfuração.

Al-Ansary (2007), ao realizar um comparativo da concentração de cascalhos

de perfuração do Mar do Norte e do Mar Vermelho, constatou uma similiraridade

entre suas composições. A exceção da concentração de hidrocarbonetos totais de

petróleo (TPH), as demais características descritas na Tabela 2-2 apresentam

valores semelhantes.

Tabela 2-2 – Comparação entre o cascalho produzido no Mar do norte e no Mar

Vermelho Al-Ansary et al. ( 2007).

Composto Mar Vermelho Mar do Norte Hidróxido de Sódio mg/kg 500 500

TPH mg/kg 42.000 109.500 Cloretos de sódio mg/kg 33.200 34.816

pH 9,0 9,0

Embora a contaminação do cascalho de perfuração por hidrocarbonetos

possa ocorrer pelo reservatório perfurado, à maior contribuição para a

contaminação é dada pelo fluido de perfuração conforme sugere Chaineau et al.

(2003).

Chaineau et al. (2003) descreve um cascalho de perfuração produzido na

Indonésia, no qual foi utilizado fluido de perfuração a base óleo que era composto

de 65% de óleo desaromatizado, 25% de água, 1,5% de emulsificante, 5% de

cloreto de cálcio e 5% de cal hidratada. Segundo os autores, o resultado foi um

cascalho de perfuração de textura arenosa, e alcalina com pH da ordem de 11,1,

contento 14% de hidrocarbonetos e elevadas concentração de Cálcio. O óleo

desaromatizado possuía 10% de parafina e 90% de hidrocarbonetos de cadeia

nC10-nC23. Por cromatografia gasosa foi determinado que os hidrocarbonetos

presentes no cascalho de perfuração pertenciam aos hidrocarbonetos de cadeia

nC10-nC23, os mesmos presentes no fluido de perfuração.

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2.3.3. Técnicas utilizadas na disposição e tratamento do cascalho de perfuração

Veil (2002) menciona que as técnicas mais utilizadas para destinação final

do cascalho de perfuração usada pela indústria de petróleo são:

• Aterros controlados;

• Pavimentação de rodovias;

• Diques enterrados próximos a poços perfurados;

• Re-injeção em poços de petróleo inativos;

• Armazenamentos em cavernas de sal;

• Tratamento Térmico;

• Re-uso após tratamento prévio;

• Métodos de Inertização.

Em concordância com Veil et al. (op. cit.), Chen et al. (2007) menciona que

a prática de tratamento mais utilizada para cascalhos produzidos on-shore em

quase todos os países produtores de petróleo, é a sua disposição em diques ou em

aterros para resíduos sólidos perigosos.

No Brasil, por muito tempo era comum a adoção de diques enterrados para

destinação final do cascalho na proximidade do poço perfurado. O cascalho não

recebia nenhum tratamento prévio para reduzir seu grau de contaminação. Esses

diques enterrados podem hoje serem considerados com um passivo da indústria de

petróleo nacional, sendo que não há registro exato sobre a localização nem a

quantidade existente destes materiais enterrados.

Para o cascalho produzido off-shore ainda é largamente utilizado o descarte

do cascalho produzido diretamente no mar. No Brasil, conforme menciona

Schaffel (2002), a Petrobras considera como “boa prática” em águas brasileiras o

descarte de cascalho com até 10% de fluido aderido. Isto se dá por não haver no

Brasil uma regulamentação que limite o uso de fluidos de perfuração em

perfuração off-shore, embora se tenha um grupo de trabalho formado por

profissionais do IBP (Instituto Brasileiro de Petróleo) e da Coordenação Geral de

Petróleo e Gás do IBAMA (CGOEG/IBAMA) que esteja tratando da sua criação.

Esta será a primeira norma legal no país sobre o assunto. Segundo a revista TN

DBD



Petróleo (2009), a minuta desenvolvida pelo Instituto, foi apresentada ao IBAMA

em dezembro de 2008.

Atualmente em atividades de perfuração on-shore no Brasil, adota-se como

solução principal a destinação do resíduo de perfuração para aterro de resíduos

perigosos. A Figura 2-5 apresenta a central de resíduos de Alto Jericó, onde são

lançados resíduos oriundos de poços escavados pela Petrobrás no Campo de

Carmópolis - SE.

Figura 2-5 – Central de Resíduos do Alto Jericó - Sergipe.

Algumas sondas de perfuração de poços de petróleo utilizam um sistema de

controle de sólidos, que têm a finalidade principal de reduzir o custo da

perfuração pelo reaproveitamento do fluido de perfuração.

Conforme descreve Schaffel (2002), um sistema típico de controle de

sólidos é composto inicialmente de uma peneira vibratória onde são separados do

fluido os sólidos mais grosseiros. Em seguida o fluido passa por um conjunto de

dois a quatro hidrociclones de cerca de 20 a 50 cm de diâmetro. A função de um

hidrociclone, também chamado de desareiador, é acelerar o processo natural de

decantação de partículas de um fluido, nesse caso, basicamente a areia. Em

seguida a lama de perfuração passa por outro hidrociclone onde ocorre separação

de partículas da faixa silte do fluido. Segundo o autor, a depender do poço podem

haver de oito a doze hidrociclones que separam partículas da faixa granulométrica

silte.

DBD



A Figura 2-6 apresenta um sistema de controle de sólidos usado pela

empresa MI-Swaco, uma das maiores empresas do Setor.

O fluido, ao sair dos hidrociclones, ainda pode ser direcionado a um mud

cleaner, que se trata de um hidrociclone com uma peneira para recuperar

partículas que retornarão ao fluido dispensando o acréscimo de mais aditivos ao

fluido. Dependendo do caso, pode haver também uma centrífuga para retirar as

partículas menores que ainda não tenham sido descartadas pelos hidrociclones.

Depois deste processo, o fluido volta a ser bombeado para o poço e o cascalho de

perfuração é depositado em caçambas para posterior transporte. A Figura 2-7

apresenta o cascalho de perfuração produzido após o processo de recuperação do

fluido de perfuração.

Para esse cascalho, a MI-Swaco faz um controle onde se almeja um limite

máximo de hidrocarboneto de 10%. O controle é realizado por um método

expedito de campo onde é realizada uma destilação onde 50g de cascalho é

inserido em uma mufla que realiza a separação da fase líquida da fase sólida. No

fim da separação mede-se o volume de óleo e calcula-se o percentual de

hidrocarbonetos no cascalho de perfuração. A Figura 2-8 apresenta o tubo de

ensaio com água e óleo após processo de separação das fases sólida e líquida.

Figura 2-6 – Sistema de controle de sólidos da MI-Swaco.

Hidrociclones

Conteiner de cascalho

Mud Cleaner

Fluido recuperado

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Figura 2-7 - Cascalho de perfuração produzido após o processo de recuperação do fluido

de perfuração.

Figura 2-8 – Fase líquida destilada do cascalho de perfuração.

A Petrobras adota também como alternativa para tratamento do cascalho de

perfuração a queima em fornos de clinquer de cimenteiras, a um custo de R$

350,00 por tonelada de cascalho de perfuração (Petrobras, 2009). Neste processo

os resíduos industriais alimentam, junto com o combustível, o maçarico do forno,

que opera a 2000°C, temperatura que destrói o resíduo de forma integral. A fração

mineral do resíduo vira matéria-prima, sem gerar novos resíduos ou alterar a

qualidade do produto final.

De acordo com Chen (2007), o custo para tratamento do cascalho em

Taiwan é da ordem de $ 300.000 por poço perfurado. O autor menciona, que a

Saídas do Hidrociclones

Cascalho de perfuração

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quantidade média de resíduo produzido por poço é cerca de 4.500 toneladas, o que

resulta em quase US$ 67,00 por tonelada de cascalho gerada.

Morillon (2002) apresenta a experiência de destinação de cascalho de

perfuração em aterros controlados no Campo de Mabruk, Líbia. Em geral esse

resíduo sofre um pré-tratamento físico ou térmico. No campo de Mabruk o aterro

controlado, visto na Figura 2-9, foi projetado com uma impermeabilização de

fundo para evitar a contaminação do solo e da água subterrânea. O topo do aterro

controlado também era impermeabilizado mesmo durante a sua fase de operação,

recebendo uma cobertura final ao término de sua capacidade. Este aterro ainda era

dotado de um sistema de drenagem superficial para minimizar a contaminação do

meio físico.

Figura 2-9 – Aterro controlado de Mabruk, Líbia (Morillon, 2002).

Em relação ao tema deste trabalho, Page et al. (2004) sugere que 30% dos

programas de remediação da Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos

envolvem técnicas de solidificação e estabilização. Essa técnica, denominada no

Brasil de encapsulamento, consiste em produzir uma estrutura sólida monolítica

inerte e dessa forma prover a imobilização de compostos perigosos ou reduzir o

potencial de lixiviação desses compostos. O processo de encapsulamento é a

combinação de dois processos. A solidificação a qual produz uma estrutura sólida

a partir do resíduo incorporado a uma massa cimentante e a estabilização que

consiste em uma reação química a qual torna os componentes perigosos menos

DBD



susceptível ao processo de lixiviação e solubilização. Segundo o autor, o uso

dessa técnica no tratamento de cascalho de perfuração é ainda muito limitado.

Pires (2004) avaliou como técnica de encapsulamento de cascalho de

perfuração fazendo a substituição de parte do agregado miúdo por cascalho de

perfuração na produção de corpos de prova de concreto, nos teores de 10%, 20% e

30% do total de areia utilizado em um traço de concreto para 15MPa. Os corpos

de prova foram ensaiados a compressão uniaxial simples e tiveram perda de

resistência acentuada com o aumento do teor de cascalho de perfuração. A Figura

2-10 apresenta o gráfico de percentagem de substituição da areia por cascalho de

perfuração versus resistência a compressão e perda de resistência.

Na mesma linha, Chen (2007) fez uma substituição de 10% a 25% da massa

argilosa por cascalho de perfuração pré-tratado para a produção de blocos

cerâmicos para construção. Esse material foi seco ao ar e em seguida em estufa a

105°C por 24 horas. O material modelado foi queimado a uma temperatura

variando entre 850°C e 1000°C. Com esse material foi produzido peças cerâmicas

com resistência média de 10MPa. A Figura 2-11 apresenta as peças cerâmicas

produzidas por Chen (2007).

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0% 10% 20% 30%

Percentação de areia substituido por cascalho de perfuração (%)

Res

istê

ncia

a c

ompr

essã

o (M

Pa)

0

10

20

30

40

50

60

70

Perc

a de

resi

stên

cia

(%)

Resistência a compressãouniaxial aos 28 dias (Mpa)

Perca de resistência (%)

Figura 2-10 – Gráfico de percentagem de substituição da areia por cascalho de

perfuração versus resistência a compressão uniaxial simples e perca de resistência de

peças cerâmicas. Chen (2007).

DBD



Figura 2-11 - Peças cerâmicas produzidas por Chen (2007).

Depois da disposição em aterros, as técnicas de tratamento térmico são as

mais utilizadas para tratamento do cascalho de perfuração, conforme atesta

Morilon (2002). No campo de Canadon na Argentina o cascalho de perfuração é

tratado por meio do processo de incineração. Esse processo consiste em eliminar

compostos orgânicos adsorvidos a fase sólida. Um incinerador rotativo que opera

numa temperatura entre 1200°C a 1500°C tem a capacidade de tratar várias

toneladas de cascalho por dia produzindo apenas cinzas, tratando ainda as

emissões produzidas durante o processo de oxidação.

A dessorção térmica também é muito utilizada para remediação de cascalho

de perfuração. Essa técnica é menos destrutiva que a incineração uma vez que tem

uma temperatura de operação em torno de 400°C. Na dessorção térmica o

aquecimento do resíduo promove a sua descontaminação como também pode

favorecer a recuperação do óleo adsorvido ao resíduo. Em muitos os casos após

processo de dessorção térmica o resíduo tratado pode ser destinado a um aterro ou

ser reutilizado.

Alba (2007) considera a tecnologia de tratamento mais inovadora para o

cascalho de perfuração seja a re-injeção. O processo de re-injeção de cascalho de

perfuração é feito pela injeção hidráulica da lama de perfuração numa formação

subsuperficial o qual ficará permanentemente isolado e a uma profundidade

segura onde uma camada selante impende a propagação do resíduo injetado a

superfície. Esta técnica garante que nenhum resíduo de perfuração seja depositado

DBD



na superfície e reduz o risco de contaminação durante o transporte. É ideal para

exploração off-shore, porém ainda possui um custo elevado em comparação com

as outras técnicas existentes.

2.4. Incorporação de resíduos na produção de cerâmica vermelha

A indústria de cerâmica vermelha como se refere o próprio nome é o setor

da indústria cerâmica responsável pela produção de materiais de coloração

avermelhada empregados na construção civil. Esta indústria é a responsável pela

produção de tijolos, blocos, telhas, elementos vazados, lajes, tubos cerâmicos,

argilas expandidas e também de utensílios de uso doméstico e de adorno. Segundo

os dados da Associação Brasileira de Cerâmica (ABC) de 2003, essa indústria

possui no Brasil 7 mil unidades produtoras, as quais geram diretamente 214 mil

empregos, com um faturamento de R$ 4,2 bilhões. Essa indústria é a segunda

maior consumidora de massas argilosas, perdendo apenas para a construção civil,

e em 2003 consumiu 82 bilhões de toneladas de massa argilosa.

Da natureza deste setor, a qual tem uma demanda por grandes volumes de

materiais, essa indústria se apresenta com uma forte potencial de utilização de

resíduos incorporados a sua matéria prima, promovendo a reciclagem de resíduos

e reduzindo o consumo de sua matéria prima básica. E assim, aumentando a vida

útil das jazidas de massas argilosas e a redução do volume de resíduos, os quais

muitas vezes são dispostos em aterros.

A matéria-prima utilizada na produção de cerâmica vermelha é bastante

heterogênea, essa possui uma variedade de minerais e argilominerais que produz

um aspecto e propriedades tecnológicas diferenciadas do produto acabado. A

incorporação de resíduos no processo produtivo de cerâmica vermelha, a depender

das características desses, é de fácil implementação, e sendo introduzida na planta

industrial, não modificaria a estrutura do processo cerâmico.

Neste cenário, estão disponíveis na literatura diversos trabalhos a respeito de

incorporação de resíduos na produção industrial cerâmica. Entretanto a

incorporação desses resíduos, em quase toda a sua totalidade se dá pela adição de

resíduos inertes. A utilização de resíduos não inertes ou até mesmo resíduos

perigosos ainda é restrito.

DBD



De acordo com Xavier et al (2005) é importante ressaltar que a massa

cerâmica consegue absorver vários tipos de materiais, sendo que cada material

pode ter variações no produto final, esses devem ser cuidadosamente avaliados e

tratados para fins de aceitação na comunidade científica e comercial.

Xavier et al. (2005) utilizou resíduo de granito incorporado a massa argilosa

para produção de cerâmica vermelha. Onde experimentalmente foi simulada a

degradação para avaliação da durabilidade das peças cerâmicas produzidas. Para

isso, foram realizados ensaios de lixiviação acelerada, ensaios de ciclagem de

umedecimento e secagem, e ambos ensaios comparados a degradação natural.

Neste trabalho foram utilizados 5% e 10% de resíduo adicionado a massa argilosa,

e foram avaliados para diferentes temperaturas de queima. Os resultados foram

satisfatórios, sendo que os materiais incorporados com 5% de resíduo tiveram

maior durabilidade que os materiais produzidos sem a incorporação de resíduo,

para a temperatura de queima de 900°C. A Figura 2-12 apresenta os resultados de

tensão de ruptura a flexão com o tempo de degradação para as peças cerâmicas

produzidas com adição de resíduo de granito. Onde na Figura 2-12(a) apresenta os

resultados sem adição de resíduo, e as Figuras 2-12(b) e 2-12(c) mostram os

resultados das peças produzidas com 5% e 10% de resíduo de granito.

Mothé Filho et al. (2001) também estudaram as propriedades térmicas e

mecânicas da incorporação de resíduo de granito em 5% e 10% na massa

cerâmica. Os resultados mostraram que a resistência mecânica da peça comercial

foi de 1,4 MPa, enquanto que com 5% e 10% de rejeito incorporado foi de 2,5

MPa e 2,1 MPa respectivamente.

Domínguez (1996) atesta a viabilidade de utilização de resíduos sólidos

gerados por fábricas de pelotização de minério de ferro. Estas fábricas produzem

cerca de 27 mil toneladas de resíduo por ano na Argentina, e empregam este

resíduo incorporado na massa cerâmica a 20%. Segundo o autor, o processo

produz “tijolos ecológicos” de boa qualidade com emissão de gases perigosos

dentro dos limites aceitáveis.

DBD



(a)

(b) (c)

Figura 2-12 – Resultados de degradação de peças cerâmicas incorporadas com resíduo

de granito (Xavier, 2005).

A utilização de resíduos da indústria de petróleo adicionados a massa

argilosa para produção de cerâmica vermelha foi estudada por Alves (2005). Em

seus experimentos foram utilizados solos já utilizados na indústria cerâmica no

estado de Sergipe, onde as borras foram adicionadas à massa para confecção dos

blocos cerâmicos nos percentuais de 0% (testemunha), 5%, 10%, 15%, 20% e

25% em relação ao peso total da massa de argila.

As análises realizadas nos blocos cerâmicos produzidos com incorporação

de borra oleosa em teores variando de 0 a 25% em peso mostraram que a

resistência mecânica é inversamente proporcional ao aumento do teor de borra

incorporada. O estudo ainda constatou que o aumento da absorção de água é

diretamente proporcional ao aumento do teor de borra incorporada, que há

DBD



formação de eflorescência nos blocos para todos os níveis de incorporação e que o

aumento do teor de sais solúveis no material resultante é diretamente proporcional

ao aumento do teor de borra incorporada limitando a incorporação de borra oleosa

em até 20% em peso.

Alves (op. cit.) ainda constatou que não houve lixiviação dos principais

metais pesquisados em concentrações superiores aos limites máximos permitidos

pela norma brasileira NBR-10.004. A autora sugere que os tijolos fabricados com

a incorporação de cascalho de perfuração não são prejudiciais ao meio ambiente e

à saúde dos usuários. Não obstante a esta premissa, os resultados dos ensaios de

solubilização realizados com os materiais permitiram classificá-los como resíduos

Classe II-A (não inertes). Análises realizadas com os extratos do material

solubilizado, vistas na Tabela 2-3, resultaram em valores superiores aos limites

máximos permitidos na NBR 10.004 para sulfato, bário e arsênio.

Tabela 2-3 – Valores determinados no extrato solubilizado por Alves et al. (2005).

Localidade Amostra Controle Nova

Magalhães Santa Bárbara Metais

0% 5% 5% 10% 15% 20% 25%

LMP

Nitrato (mg/L) ND - 0,13 0,0043 0,0016 0,0043 0,0136 10 Cloreto (mg/L) 0,7 23,133 14,63 31 104,39 20,28 140,89 250 Sulfato (mg/L) 12 430* 227,66 282,66 563,66* 356,33 1079,33* 400 Ferro (mg/L) 0,02 ND 0,03 ND ND ND ND 0,3 Sódio (mg/L) 2,0 8,20 6,53 16 50,66 7,666 14,33 200

Alumínio (mg/L) - - 0,09 ND ND ND ND 0,2 Prata (mg/L) ND - ND ND ND ND ND 0,05 Bário (mg/L) 0,15 0,056 0,053 1,76* 3,73* 2,266* 6,066* 1,0

Arsênio (mg/L) ND - ND 0,0546* 0,0066 0,0513* 0,0166 0,05 Fluoreto (mg/L) 0,4 0,50 0,466 0,666 0,1666 0,166 0,3 1,5

Nos resultados apresentados pelos autores, destaca-se que os valores das

concentrações de sulfato de bário encontradas sejam possivelmente oriundas pela

contaminação do fluído de perfuração ao material escavado, uma vez que o fluido

de perfuração independente de sua base, óleo, água ou sintético, possui elevadas

concentrações de bário e sulfatos.

Dias et al. (2000) avaliaram a utilização de borra oleosa na produção de

blocos cerâmicos. Neste trabalho foi determinado experimentalmente as

propriedades térmicas de cerâmicas vermelhas com 5%, 10%, 15% e 20% de

borra oleosa incorporada a massa argilosa em temperaturas de queima variando

entre 650ºC e 1150ºC. Através de ensaio fotoacústico foi medida a condutividade

DBD



térmica das amostras padrão e com adição de borra de petróleo. Os resultados

mostraram maior condutividade térmica na amostra com 5% de resíduo por

apresentar fases metálicas encapsuladas envolvidas pela massa cerâmica.

A adição de Resíduo perigoso Classe I, de acordo com a NBR 10.004 –

Classificação de Resíduos, na adição a massas argilosas para produção de

cerâmica vermelha foi estuda por Balaton et al.(2002). Em seu trabalho foi

avaliado a adição de resíduos sólidos galvânicos na produção de cerâmica

vermelha. Os resíduos sólidos galvânicos representam um encargo vultuoso para

empresas responsáveis por sua geração e disposição. Os resíduos galvânicos

possuem componentes em altas concentrações que trazem riscos ao meio

ambiente quando estocados ou descartados inadequadamente. O resíduo é

composto por metais utilizados no processo de galvanização, decantados por um

aditivo a base de ferro. Para que os componentes constituintes desta lama

galvânica fossem inertizados, a lama foi introduzida em massa de cerâmica

vermelha. O estudo apresenta a influência desta lama galvânica nas propriedades

físicas dos produtos cerâmicos, realizando-se ensaios nos produtos secos e

queimados. Avaliaram-se os riscos ambientais da incorporação desta lama, rica

em metais pesados, mediante testes de lixiviação e solubilização nos produtos

cerâmicos após serem submetidos à queima. Os resultados demonstraram a

viabilidade técnica para a incorporação de resíduo sólido galvânico em massas de

cerâmica vermelha.

Balaton et al. (2002) sugere que a capacidade de troca catiônica dos

materiais argilosos favorece a inertização de resíduos. As propriedades coloidais

destes materiais faz com que os metais, encontrados na forma de íons, sejam

adsorvidos pela camada dupla das partículas de argila. No entanto, este processo

não garante a imobilização dos íons, fazendo-se necessária à realização dos

ensaios de lixiviação e solubilização no produto após a adição do resíduo ao

material argiloso e sua posterior queima. Ressalta-se ainda que o processo térmico

pode potencializar as reações químicas entre os metais da lama e os demais

componentes da massa, gerando novos sub-produtos (e.g., dioxinas e furanos).

Em seu programa experimental, Balaton et al.(2002) realizou uma série de

testes de lixiviação e solubilização na massa argilosa com 2% de resíduo lavado,

após a sua queima a 900°C. Os resultados mostraram que houve inertização dos

metais, pois as concentrações dos extratos do solubilizado e do lixiviado

DBD



apresentaram valores dos elementos e compostos listados nos Anexos F e G da

norma NBR-10.0004 abaixo do limite máximo permitido. No entanto, a

quantidade de óxido de ferro encontrada nos extratos ficou acima do valor

máximo permitido. Ressalta-se que este composto apresenta uma alta

concentração na matéria prima.

A Figura 2-13 mostra que os valores de tensão de ruptura das peças

cerâmicas, não obstante o teor de incorporação, foram superior às peças

modeladas sem a adição de resíduo galvânico.

Figura 2-13 – Tensão de ruptura a flexão para peças cerâmicas incorporadas com

resíduo galvânicas. Balaton et al.(2002).

Conforme pode ser visto na Figura 2-13, a incorporação de 5% de resíduo à

massa argilosa, apresentou valores de tensão de ruptura a flexão superiores aos

valores encontrados para as peças produzidas com as massas argilosas sem adição

de resíduo. Observa-se que menores teores de incorporação de resíduos tiverem

valores de tensão de ruptura a flexão inferiores ao encontrados para 5% de adição

de cascalho não obstante a temperatura de queima.

Modesto et al.(2003) estudou a incorporação de resíduo da própria indústria

cerâmica em seu processo produtivo. As matérias-primas e massas obtidas, depois

de adequado processamento, foram caracterizadas do ponto de vista físico e

químico e, em uma etapa posterior, compactadas para a obtenção de corpos de

prova. Os corpos de prova obtidos, após aplicação de ciclo de queima em forno a

rolos, foram caracterizados considerando propriedades típicas de produtos

Pura 5% de R 2% de RL 2% de R

850°C 900°C 950°C

25

20

15

10

5

0

DBD



cerâmicos acabados. Segundo os autores, os resultados mostram que as massas

consideradas neste trabalho atendem os requisitos das normas de certificação de

produtos cerâmicos acabados sendo potenciais candidatas a obtenção de

pavimentos cerâmicos “ecológicos” com propriedades e custos reduzidos.

DBD


3 Programa Experimental - Coleta e Caracterização dos Materiais

O programa das atividades práticas experimentais teve como finalidade

avaliar a viabilidade do processo de solidificação e estabilização como alternativa

para remediação do cascalho de perfuração produzidos nas referidas regiões.

Neste sentido, todo o programa experimental teve como objetivo principal, avaliar

o uso do cascalho de perfuração como material de construção. Para isso, o

cascalho foi incorporado a materiais terrosos com a finalidade de reutilizá-lo

como: produção de cerâmica vermelha e como material para base de pavimentos.

No desenvolvimento do programa experimental, realizadas neste trabalho,

foram utilizados solos e cascalhos de perfuração do Recôncavo Baiano e dos

estados de Alagoas e Sergipe.

A primeira etapa dos testes para tratamento do cascalho de perfuração foi

realizada com materiais proveniente dos campos de produção da Petrobras, no

Recôncavo Baiano. Foram coletados em campo inicialmente quatro solos de

diferentes regiões, e utilizado um único cascalho de perfuração para incorporação

a massa de solo.

A segunda etapa foi realizada com materiais provenientes dos campos de

produção da Petrobras, localizados nos Estados de Alagoas e Sergipe. Para essa

etapa de avaliação foram utilizados dois tipos de solos argilosos aos quais foram

incorporados quatro diferentes cascalhos de perfuração.

Na terceira etapa de experimentos foi escolhido um material do recôncavo

Baiano para ser utilizado como padrão nos testes de durabilidade e degradação

acelerada das peças cerâmicas produzidas.

Na realização do programa experimental foi avaliada a incorporação do

cascalho de perfuração a solos da região onde o cascalho de perfuração é

disponível e produzido. Tomou-se esse cuidado, devido à utilização dos solos da

região ser uma alternativa mais econômica.

DBD


Capítulo 3 - Programa Experimental - Coleta e Caracterização dos Materiais 51

O início da realização dos experimentos se deu com o trabalho de campo

para a coleta de materiais, após essa etapa os materiais coletados foram

submetidos a ensaios de caracterização física, química e mineralógica, e por

último foi avaliada a incorporação do cascalho de perfuração na produção de

materiais de construção. A seguir serão descritas as etapas do programa

experimental.

3.1. Trabalho de campo – coleta de materiais

3.1.1. Primeira Etapa - Materiais provenientes do Recôncavo Baiano para produção de peças cerâmicas

Os quatro tipos de materiais utilizados nesta etapa experimental foram

coletados nos campos de produção sul do Recôncavo Baiano, onde foram

coletados cascalho de perfuração e solos da região.

O cascalho de perfuração coletado é produto da perfuração do poço de

petróleo denominado de FGA 2. Este resíduo havia sido disposto recentemente e

apresentava-se com elevada umidade, conforme pode ser observado na Figura 3.1,

onde o cascalho de perfuração estava disposto em um dique a céu aberto com

precária impermeabilização de fundo.

Figura 3-1 – Dique de disposição do cascalho de perfuração do poço FGA 2.

DBD



Neste local foi coletado aproximadamente 100kg do resíduo de perfuração,

que foi acondicionado em dois tonéis plásticos e enviado para o Laboratório de

Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio. Este resíduo foi denominado de CP-01,

cascalho de perfuração 01.

Os solos coletados tinham a finalidade de servirem como matriz terrosa para

incorporação do cascalho de perfuração, ou seja, o encapsulante do resíduo. Desta

forma, foram coletados materiais adequados para serem utilizados na produção de

cerâmica vermelha e para construção de pavimentos.

Com o intuito de avaliar a produção de cerâmica vermelha, foram coletados

três diferentes tipos de solos. O primeiro foi um solo proveniente da Indústria de

Cerâmicas FEDERBA, que se encontra a aproximadamente dez quilômetros da

região de exploração da Petrobras, Campo de Miranga, localizada no município de

Pojuca-Ba. Essa indústria produz telhas e blocos vazados para alvenaria a partir

deste material.

A matéria prima utilizada por essa indústria é retirada da encosta

imediatamente adjacente a planta da indústria, conforme a Figura 3.2.

Figura 3-2 - Detalhe da exploração na Cerâmica FEDERBA.

Pelas características tácteis visuais o material pode ser caracterizado como

um solo argiloso heterogêneo; uma parte é altamente plástica e de cor verde; e a

DBD



outra parte é de cor vermelha e menos plástica, conforme pode ser visto na Figura

3.3.

Figura 3-3 - Matéria-prima da cerâmica FEDERBA.

Diante da elevada plasticidade das fácies de cor verde, indicativa da

presença de argilominerais expansivos e de alta capacidade de troca catiônica,

decidiu-se pela amostragem de 50kg dessa camada argilosa com vistas a avaliar a

sua adequação para funcionar como inertizante do resíduo. Tal material foi

colocado em tonéis plásticos e identificado com o nome FEDERBA.

No município de Santo Amaro da Purificação foram coletados dois

materiais: um solo de um talude de corte de 3 a 5 metros de altura com um

folhelho capeado por uma camada de solo massapé. Esse folhelho se apresentava

verde, ceroso, muito laminado, muito fraturado, com elevada umidade e

quebradiço; e um solo massapê que se trata de um horizonte de solo residual,

pouco espesso, de cor vermelha a marrom, com presença marcante de matéria

orgânica, de altíssima plasticidade. Nos dois solos foi observada a elevada

plasticidade, e a cor verde dos materiais é um indicativo da presença de

argilominerais expansivos e de alta capacidade de troca catiônica.

A Figura 3.4 apresenta o talude de corte onde foram coletadas as amostras

dos referidos solos argilosos.

DBD



Figura 3-4 - Talude de corte onde foram coletadas as amostras de solos argilosos.

Nesse talude foram coletados 50kg de cada material denominados de Santo

Amaro Verde e Santo Amaro Vermelho. Nesses solos se buscava incorporar

cascalhos de perfuração com vista à produção de materiais cerâmicos.

3.1.2. Segunda Etapa - Materiais provenientes de Alagoas e Sergipe para produção de peças cerâmicas

A segunda fase do programa experimental foi realizada com materiais

provenientes de campos produtores da Unidade Sergipe-Alagoas da Petrobrás. Em

Sergipe, foram visitados os campos de Carmópolis e Siriri. Em Alagoas, as visitas

foram realizadas nos campos de Anambé e Pilar.

Nos materiais provenientes desta região, pretendia-se incorporar o cascalho

de perfuração na produção de cerâmica vermelha. Para isso, foram realizadas

visitas nas proximidades dos campos de petróleo para observar as indústrias

cerâmicas locais. Essas visitas tiveram o objetivo de avaliar a matéria-prima

empregada na confecção de peças cerâmicas.

No Estado de Sergipe, no campo de produção de Carmópolis, se visitou a

central de Resíduos de Jericó, localizada no Alto Jericó. A Central conta com uma

série de diques nos quais são dispostos os resíduos oleosos. Os resíduos estocados

Folhelho

Massapê

DBD



na Central de Jericó são previamente centrifugados e dispostos nos diques, estes

dispõem de uma impermeabilização de fundo, composta por uma camada de

material argiloso compactado. Apesar de o dique conter um sistema de

impermeabilização, o mesmo não possui cobertura. A água da chuva ao infiltrar

nas pilhas promove a solubilização de uma série de compostos contidos no

cascalho e cria uma imensa quantidade de lixiviado, conforme a Figura 3.5.

Figura 3-5 - Dique de armazenamento de cascalho de perfuração no Campo de Carmópolis - SE.

Na Central de Resíduos foi visitada a área de estocagem de cascalho CP-

129. Nesta área os cascalhos provenientes dos poços são estocados em forma de

pilhas em um dique, Figura 3.5.

Na ocasião da visita a Central de Resíduos foram coletadas duas amostras de

cascalho, com cerca de 40kg cada, ambas denominadas de CP-1549 e CP-129. A

primeira amostra é referente ao cascalho extraído do poço CP-1549 e a segunda,

do poço CP-129. As amostras foram acondicionadas em quatro sacos plásticos e

encaminhadas para análises.

Com a finalidade de encontrar um possível encapsulante para os resíduos

coletados na Central de Jericó, foi visitada a Indústria de Cerâmica INCELT no

município de Siriri, em Sergipe. A Cerâmica INCELT utiliza dois tipos de

material argiloso na confecção de tijolos. O primeiro material, que foi

denominado de argila Tauá, de coloração avermelhada é proveniente de encostas.

DBD



Já o segundo, denominado argila Siriri, de coloração marrom escura é proveniente

de várzeas, Figura 3.6.

Figura 3-6 - Depósito de matéria prima na Cerâmica INCELT.

A Cerâmica INCELT emprega uma mistura de três partes da argila Siriri

para uma parte da argila Tauá na fabricação de suas peças. A maior presença da

argila Siriri deve-se a sua maior plasticidade. A argila Tauá é empregada para

minimizar os efeitos de variação de volume durante os processos de secagem e

queima.

Durante a visita foram coletados cerca de 50kg da mistura empregada na

extrusão das peças. A amostra foi coletada na esteira rolante que recebe o material

proveniente do laminador e o leva para a extrusora, conforme pode ser visto na

Figura 3.7. A amostra foi acondicionada em dois sacos plásticos e levada para

realização das análises.

DBD



Figura 3-7 - Coleta de amostra na Cerâmica INCELT.

No Estado de Alagoas foram visitados os campos de Anambé e de Pilar. Em

Anambé se visitou a perfuração do Poço ANB-03, no município de São Miguel

dos Campos. Nesse poço ( Figura 3.8) emprega-se tanto fluido à base água,

quanto fluido à base óleo para perfuração.

Figura 3-8 - Vista do Poço ANB-03.

Neste poço foram extraídas duas amostras de cascalho, uma onde foi

empregada um fluido á base água e em outra um fluido á base óleo. As amostras

foram acondicionadas em sacos plásticos, e denominadas de CP-ANB 03 Base

água e CP-ANB 03 Base óleo.

DBD



No município de Pilar, Alagoas, se visitou o Poço PIR 223D. Neste poço foi

coletada uma amostra de cascalho, denominada de CP-223D, cujo fluido de

perfuração utilizado na perfuração foi à base água. Ainda em Alagoas foi visitada

a Cerâmica Bandeira, no município de Cajueiro. A cerâmica Bandeira emprega

uma mistura de um material argiloso de várzea com um material argiloso de

encosta. A Figura 3.9 apresenta o depósito das matérias-primas da Cerâmica

Bandeira.

Figura 3-9 - Depósito de material argiloso.

A proporção da mistura para fabricação de tijolos da Cerâmica INCELT,

similarmente à Cerâmica Bandeira, é de duas partes do material de várzea para

uma parte do material de encosta. Durante a visita foram coletados cerca de 70kg

da mistura empregada na extrusão.

3.1.3. Terceira Etapa – Material do Recôncavo Baiano para teste de degradação acelerada

A terceira fase da campanha experimental foi realizada com a finalidade de

realizar o ensaio de degradação acelerada para avaliar a durabilidade das peças

cerâmicas produzidas. Para isso, foi necessário a escolha de um material

anteriormente avaliado, para servir como padrão ao teste de degradação. O

material escolhido foi o mesmo solo coletado no Recôncavo Baiano, o qual foi

coletado na Industrial Cerâmica FEDERBA. Este foi escolhido devido à facilidade

de acesso e pelas características dos materiais cerâmicos produzidos com esse

material.

DBD



3.1.4. Quarta Etapa – Material do Recôncavo Baiano para incorporação em pavimentos.

Para a incorporação do cascalho de perfuração na construção de pavimentos

foi realizada apenas a incorporação deste resíduo em materiais já utilizados nas

obras de pavimentação realizadas pela Petrobras no Recôncavo Baiano. Com essa

finalidade foram avaliados sete diferentes tipos de solo e três diferentes cascalhos

de perfuração.

O material areno-argiloso, apresentado na Figura 3.10 exemplifica um dos

materiais mais utilizados na obras de pavimentação locais, é original da Formação

Barreiras característica da região, sendo este extraído de uma jazida localizada no

município de Candeias-Ba.

Figura 3-10 – Jazida no Município de Candeias – Formação Barreiras.

Nas obras de pavimentação realizadas pela Petrobrás, dada a escassez de

material adequado, é também adicionado ao material terroso escória de aciaria.

A escória de aciaria, mostrada na Figura 3.11 é o resíduo da produção de

aço da companhia siderúrgica FERBASA, localizada no município de Pojuca-Ba,

Recôncavo Baiano. A escória de aciaria também é um resíduo industrial, sendo

este inerte, o qual pode ser adquirido facilmente na região a preços acessíveis. A

DBD



escória tem características semelhantes à pedra britada. Porém a escória de aciaria,

devido à expansão volumétrica causada pelos teores de CaO e MgO livres que, em

contato com a água sofrem reações de hidratação, podem apresentar restrições

para algumas aplicações.

Figura 3-11 – Escória de Aciaria (CST,2009).

3.1.5. Resumo dos materiais estudados

A

Tabela 3-1 apresenta todos os solos e cascalhos de perfuração que foram

estudados, nela é mostrada a região procedente dos materiais, bem como as

finalidades para as quais esses materiais foram avaliados. Na Tabela 3.1 a sigla

AG e MG referem-se ao campo de produção de petróleo no qual foi coletado o

material. MG é o campo de produção de Miranga e AG é o campo de produção de

Santiago, ambos no Recôncavo Baiano.

Tabela 3-1 – Materiais coletados no Recôncavo Baiano e nos estados de Alagoas e

Sergipe

Procedência Solo Cascalho de Perfuração Finalidade

Recôncavo FEDERBA CP-01 Produção de

DBD



Santo Amaro Vermelho Santo Amaro Verde

peças cerâmicas

Avermelhado MG Rosa MG

Cinza Escuro MG Cinza Claro AG

Baiano

MG 782 + Escória de aciaria

Cascalho - MG

Pavimentação -Construção de

bases e acessos à poços de petróleo

CP-129 INCELT CP-1549 CP-223D

Alagoas / Sergipe Bandeira CP-ANB Base Água

Produção de peças cerâmicas

3.2. Caracterização dos materiais destinados a produção de peças cerâmicas

Os materiais coletados na área de produção Sul do Recôncavo Baiano, bem

como os materiais coletados nos Estados de Alagoas e Sergipe, foram submetidos

a uma série de testes, a fim de determinar suas propriedades físicas, químicas e

mineralógicas. Os ensaios foram realizados em laboratórios da PUC-Rio, da

Universidade Federal da Bahia-UFBA, no Centro Nacional de Pesquisas de Solos

da EMBRAPA e no Laboratório Analytical Solutions.

A Figura 3-12 apresenta um organograma das fases de caracterização dos

materiais avaliados a produção de peças cerâmicas.

DBD



Coleta

Secagem

Destorroamento

Quarteamento

Caracterização

Física Mineralógica Química

Limites de Consistência Granulometria Densidade dos Grãos

Difração de Raios-X

Fluorescência de Raios-XAtaque Sulfúrico

Lixiviação Solubilização

Classificação do Resíduo

Solo Cascalho de Perfuração

Complexo Sortivo Sais Solúveis pH

Figura 3-12 - Organograma das fases de caracterização dos materiais

3.2.1. Caracterização física

A caracterização física compreendeu a determinação da densidade das

partículas da curva de distribuição granulométrica dos materiais e na

determinação dos limites de consistência (limites de Atterberg).

A densidade dos grãos foi obtida segundo a NBR-06457 Preparação para

Ensaios de Compactação e Ensaios de Caracterização e NBR-06508 Grãos dos

Solos que Passam na Peneira de 4,8mm – Determinação da Massa Específica. A

Tabela 3-2 apresenta os resultados.

De acordo com Alexandre (2000) a densidade relativa dos grãos para as

argilas utilizadas na produção de cerâmica vermelha no Município de Campos dos

Goytacazes-RJ está compreendida na faixa de valores de 2,55 a 2,77. Conforme

DBD



apresentado na Tabela 3-2 o cascalho de perfuração apenas CP-1549 está fora

desta faixa. Tabela 3-2– Densidade dos Grãos dos Materiais Estudados

Procedência Material Densidade relativa dos Grãos CP-01 2,78

FEDERBA 2,69 Santo Amaro Vermelho 2,71

Recôncavo Baiano

Santo Amaro Verde 2,77 Bandeira 2,65 INCELT 2,76 CP-129 2,70 CP-1549 2,83 CP-223D 2,63

Alagoas / Sergipe

CP-ANB Base Água 2,73

As curvas de distribuição granulométrica para os materiais estudados

foram determinadas de acordo com as normas NBR-06457 Preparação para

Ensaios de Compactação e Ensaios de Caracterização e NBR-07181 Solo-

Análise Granulométrica. As Figura 3-13 e 3-14 apresentam as curvas de

distribuição granulométrica para os materiais do Recôncavo Baiano e as dos

materiais coletados nos Estados de Alagoas e Sergipe respectivamente.

Peneira No (SUCS) 3"2"1 ½

"

1"3/4"

1/2"

3/8"

5/16

"1/

4"

46810162030405060100

200

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100

Diâmetro dos Grãos (mm)

Porc

enta

gem

que

pas

sa (

%)

FEDERBA Santo Amaro Verde Santo amaro Vermelho CP-01 Figura 3-13 – Curvas de distribuição granulométrica dos materiais provenientes do

Recôncavo Baiano.

DBD



Peneira No (SUCS) 3"2"1 ½

"

1"3/4"

1/2"

3/8"

5/16

"1/

4"

46810162030405060100

200

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100

Diâmetro dos Grãos (mm)

Porc

enta

gem

que

pas

sa (

%)

INCELT Bandeira CP-129 CP-223D CP-ANB03 BA CP-1549 Figura 3-14 – Curvas de distribuição granulométrica dos materiais provenientes de

Alagoas e Sergipe.

A Tabela 3-3 apresenta a percentagem de cada faixa granulométrica dos

materiais estudados.

Tabela 3-3 - Quadro de distribuição granulométrica dos materiais estudados.

Pedregulho (%) Areia (%) Procedência Material

Grosso Médio Fino Grossa Média Fina Silte (%)

Argila(%)

CP-01 - - 2,2 6,9 2,7 17,6 45,2 25,5 Santo Amaro

Vermelho - - - 0,1 1,3 2,4 15,9 80,3

Santo Amaro Verde - - 0,8 1,0 2,1 22,4 29,7 43,9

Recôncavo Baiano

FEDERBA - - - 0,1 2,8 16,8 39,9 40,3 Bandeira - - 0,5 5,2 10,7 14,9 33,3 35,5 INCELT - - 0,3 1,1 1,1 23,1 29,6 44,9 CP-129 - 11,2 7,5 8,1 11,1 19,9 24,1 18,2

CP-1549 - 1,9 4,8 2,7 2,7 16,6 49,9 21,5 CP-223D - - - 0,1 3,3 16,5 28,5 51,7

Alagoas / Sergipe

CP-ANB Base Água - - 0,2 0,3 2,7 15,1 62,5 19,3

DBD



Observa-se, a partir das Figura 3-13 e Figura 3-14 e da Tabela 3-3, que os

materiais apresentam um elevado teor de finos, um indicativo de uma boa

capacidade de troca catiônica para a imobilização dos íons presentes nos

Cascalhos de Perfuração quando misturado com um destes materiais.

De acordo com Souza Santos (1992), a faixa granulométrica recomendada

para a produção deve está compreendida entre 30% e 70% de argila. De acordo

com as resultados obtidos na Tabela 3-3, o solo Santo Amaro Verde, e os

cascalhos de perfuração CP-01, CP-129, CP-1549 e CP-ANB não têm sua fração

argila compreendida dentro dos limites citados por Souza Santos.

Os limites de consistência dos materiais argilosos foram determinados

seguindo as prescrições da NBR-06457 Preparação para Ensaios de Compactação

e Ensaios de Caracterização, da NBR-06459 Solo- Determinação do Limite de

Liquidez e da NBR-07180 Solo- Determinação do Limite de Plasticidade. Os

resultados estão apresentados na Tabela 3-4.

Tabela 3-4 - Limites de Consistência

Procedência Material Limite de

Plasticidade (%)

Limite de Liquidez

(%)

Índice de Plasticidade

(%) FEDERBA 27,7 44 16,3

Sto. Amaro Vermelho 50,1 96,5 46,4 Recôncavo Baiano Sto. Amaro Verde 35,8 63,7 27,9

Bandeira 16,9 45,4 28,5 Alagoas / Sergipe INCELT 18,2 50,1 31,8

Observa-se na Tabela 3.4 que não são apresentados os limites para os

cascalhos de perfuração, dada a impossibilidade de realização dos ensaios de

limite de liquidez e limite de plasticidade. A parafina presente no fluido de

perfuração inviabiliza a realização deste ensaio.

Os resultados revelaram que os solos apresentam uma elevada plasticidade,

um indicativo da presença de argilo-minerais do grupo 2:1.

A partir da curva de distribuição granulométrica e de seus limites de

consistência foi possível classificar os materiais argilosos de acordo com o

Sistema Unificado de Classificação de Solos. A classificação, ilustrada na Tabela

3-5, foi realizada de acordo com o preconizado na norma americana ASTM D-

2487.

DBD



Tabela 3-5 – Classificação dos solos estudados

Procedência Material SUCS FEDERBA Silte elástico MH

Sto. Amaro Vermelho Silte elástico MH Recôncavo Baiano

Sto. Amaro Verde Silte elástico MH Bandeira Argila arenosa de baixa plasticidade CL Alagoas /

Sergipe INCELT Argila arenosa de alta plasticidade CH

3.2.2. Caracterização Química

As amostras dos solos argilosos e dos cascalhos de perfuração foram

submetidas a uma serie de ensaios no intuito de se determinar:

• pH,

• composição química através de ensaios de fluorescência induzida

por raios-X,

• estágio de intemperização através de ataque sulfúrico

• complexo sortivo,

• soma dos cátions trocáveis,

• quantidade de sais solúveis,

• capacidade de troca catiônica,

• percentagem de saturação das bases,

• percentagem de saturação com alumínio,

• ensaio de lixiviação, de acordo com a NBR 10.005,

• ensaio de solubilização, de acordo com a NBR 10.006,

• classificação de acordo com a NBR 10.004, Classificação de

Resíduos Sólidos.

O pH das amostras foi determinado seguindo o procedimento estabelecido

pela EMBRAPA (1997) no Laboratório do Centro Nacional de Pesquisa de Solos

da EMBRAPA. A Tabela 3-6 mostra os resultados obtidos.

De acordo com a EMBRAPA (1997), os resultados, descritos na Tabela 3-6,

mostram que o Cascalho de Perfuração CP-01 e o solo Santo Amaro Verde são

fortemente alcalinos, o solo Santo Amaro Vermelho é fortemente ácido e o solo

FEDERBA é moderadamente ácido. Para os materiais procedentes de Alagoas e

Sergipe, os resultados mostram que o Cascalho de Perfuração CP-1549 e o

Cascalho de perfuração CP-ANB Base Água são fortemente alcalinos. O Cascalho

de perfuração CP-223D e o Cascalho de perfuração CP-223D mostraram-se

DBD



levemente alcalinos. Já os solos Bandeira e Siriri INCELT possuem pH que

podem ser classificados como neutro.

Tabela 3-6 - Valores de pH

Procedência Material pH (solo/H2O) pH (solo/KCl) CP-01 10,4 9,7

FEDERBA 5,6 4,5 Santo Amaro Vermelho 5,1 3,7

Recôncavo Baiano

Santo Amaro Verde 9,0 7,2 Bandeira 7,3 5,5 INCELT 7,8 7,1 CP-129 8,0 7,9

CP-1549 10,3 10,3 CP-223D 8,9 8,3

Alagoas / Sergipe

CP-ANB Base Água 10,0 10,0

Observa-se na Tabela 3-6 uma diferença negativa entre o pH (solo/H2O) e o

pH (solo/KCl) tanto para o solo Bandeira (i.e., -1,8) quanto para o solo INCELT

(i.e., -0,7). Dada à variação negativa do pH nas diferentes soluções os materiais

argilosos, em questão, apresentam um potencial de reter cátions. Na prática, os

dois materiais podem, eventualmente, reter o sódio presente nos sais empregados

nas lamas de perfuração e que se encontram adsorvidos pelos cascalhos de

perfuração.

A composição química total dos materiais foi determinada a partir de

análises de fluorescência de raios-X realizadas no Departamento de Química da

PUC-Rio. As Tabelas 3-7 e 3-8 apresentam as composições químicas dos

materiais provenientes do Recôncavo Baiano e dos materiais coletados em

Alagoas e Sergipe, respectivamente. Tabela 3-7 – Composição química dos materiais provenientes do Recôncavo Baiano.

Composto CP-01 FEDERBA Sto. Amaro Vermelho

Sto. Amaro Verde

Dióxido de Silício – SiO2 49,0 61,0 54,7 52,0 Óxido de Alumínio – Al2O3 24,3 29,7 30,8 27,9 Óxido de Bário – BaO 7,7 - - - Óxido de Cálcio – CaO 6,3 0,1 0,8 5,9 Óxido de Ferro – Fe2O3 6,1 5,1 9,3 7,8 Óxido de Potássio – K2O 3,0 3,2 3,2 5,1 Óxido de Estrôncio - SrO 0,2 - - - Óxido de Titânio – TiO2 - 0,8 1,1 0,9 Óxido de Manganês - MnO - 0,1 0,1 0,1 Anidrido Sulfúrico - SO3

- 0,2 - - - Cloretos – Cl- 0,4 - - -

DBD



Tabela 3-8 - Composição química dos materiais provenientes de Alagoas e Sergipe.

Composto Bandeira INCELT CP-129 CP-1549 CP-223D CP-ANB Base Água

Dióxido de Silício - SiO2 51,44 58,50 46,57 39,67 47,63 43,96 Óxido de Alumínio - Al2O3 38,97 33,61 22,43 22,12 30,82 21,48

Óxido de Cálcio – CaO 0,90 0,60 18,38 24,77 5,58 18,12 Óxido de Ferro - Fe2O3 4,32 4,56 5,31 4,61 4,59 5,40

Óxido de Potássio -K2O 3,11 1,66 3,28 3,61 4,09 4,51 Óxido de Titânio - TiO2 0,87 0,90 - - 0,54 - Óxido de Bário – BaO - - 2,92 2,38 1,09 2,38

Enxofre – S- - - 0,99 1,45 0,29 2,01 Cloretos – Cl- - - - 1,14 0,21 1,86

Óxido de Magnésio – MgO - - - - 5,00 -

As determinações realizadas mostraram um predomínio de SiO2 e Al2O3

que são os principais constituintes de quartzo e de argilo-minerais. Observa-se

ainda a presença de bário e do cloreto para os cascalhos de perfuração. Presume-

se que este valor é fruto da ação do fluido de perfuração na formação.

O valor total da soma do dióxido de silício e do óxido de alumínio (SiO2 +

Al2O3) para solos maior que 90% e para os cascalhos de perfuração maior que

70% é um indicativo do comportamento refratário da matéria prima de acordo

com Souza Santos (1992).

Os óxidos de cálcio presente em concentrações elevadas nos cascalhos de

perfuração, segundo Xavier (2006) reduzem a capacidade de refratariedade do

material, uma vez que esse óxido funde na queima formando fase líquida,

reduzindo a porosidade do material.

A alta quantidade de óxido de ferro Fe2O3, superior a 4,3% nos solos e

cascalhos, caracteriza-se como agente fundente e indica a coloração avermelhada

após o processo de queima.

O estágio de intemperização dos materiais foi avaliado através do método

do ataque sulfúrico. Neste ensaio as amostras de solo são solubilizadas com

H2SO4 1:1 para determinar os teores de sílica, alumínio, ferro, titânio, fósforo e

manganês e calcular os valores das relações moleculares Ki e Kr. O valor de Ki é

calculado em função dos valores expressos em % de SiO2 e Al2O3, divididos pelos

seus respectivos pesos moleculares. Já o valor de Kr é calculado em função dos

valores expressos em % de SiO2 e Al2O3+Fe2O3, divididos pelos seus respectivos

pesos moleculares.

DBD



A Tabela 3-9 apresenta os resultados do ensaio por ataque sulfúrico

realizado nos Laboratórios do Centro Nacional de Pesquisa de Solos da

EMBRAPA. Os ensaios seguiram as recomendações contidas em EMBRAPA

(1997).

Tabela 3-9 – Compostos extraídos no Extrato Sulfúrico (g/kg)

Amostra SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 P2O5 MnO Ki Kr AlO3/ Fe2O3

Equi. de CaCO3

CP-01 137 77 49 3,5 1,3 0,42 3,02 2,15 2,47 FEDERBA 156 110 60 4,5 0,8 0,37 2,41 1,79 2,88 Sto. Amaro

Vermelho 250 147 89 6,3 0,7 0,69 2,89 2,08 2,59

Sto. Amaro Verde 300 139 71 5,0 1,6 0,65 3,67 2,77 3,07

Bandeira 144 113 47 9,5 0,6 0,2 2,17 1,71 3,77 ND INCELT 166 121 58 7,7 0,2 0,2 2,33 1,78 3,27 ND CP-129 77 48 31 4,2 1,3 0,4 2,73 1,93 2,43 223

CP-1549 69 44 31 2,9 1,5 0,6 2,66 1,83 2,23 312 CP-223D 158 94 48 5,7 1,6 0,5 2,86 2,15 3,07 86 CP-ANB

Base Água 91 47 34 3,0 1,4 0,8 3,29 2,25 2,17 221

Os valores de SiO2 e Al2O3 obtidos no extrato sulfúrico para todos os

materiais dão uma indicação da existência de argilomineirais em sua constituição.

A atividade da fração argila foi avaliada através da capacidade de troca

catiônica (CTC) determinada através do ensaio de complexo sortivo. Este ensaio

foi realizado nos Laboratórios do Centro Nacional de Pesquisa de Solos da

EMBRAPA seguindo as recomendações contidas em EMBRAPA (1997). Os

resultados estão apresentados na Tabela 3-10.

Os resultados revelaram que o Cascalho de Perfuração, CP-01, e os solos

Santo Amaro Verde e Vermelho, e os cascalhos de perfuração CP-1549 e CP-

ANB Base Água apresentam uma alta atividade, posto que os valores de T (i.e.

CTC) ultrapassam 27cmolc/kg, valor limite segundo EMBRAPA (1999) é

24cmolc/kg, valor limite estabelecido em IBGE (1995).

Entre os cátions trocáveis, destaca-se o Ca2+ para os solos Santo Amaro

Verde e Vermelho, CP-1549, CP-223D e CP-ANB Base Água. Para Na+ se

destacam os Cascalhos de Perfuração CP-01 e CP-ANB Base Água. Estes últimos

podem ser devido ao efeito do fluido de perfuração sobre a formação.

DBD



Tabela 3-10 - Resultado dos ensaios de complexo sortivo.

Procedência Amostra Ca2+ Mg2+ K+ Na+ Valor S Al3+ H+ Valor T CP-01 4,7 0,4 1,00 21,60 27,7 0 0 27,7

FEDERBA 5,6 0 0,31 0,81 6,7 5,7 2,5 14,9 Sto. Amaro

Vermelho 14,9 4,8 0,57 0,48 20,8 5,0 7,7 33,5 Recôncavo

Baiano Sto. Amaro

Verde 32,1 4,8 0,27 2,80 40,0 0 0 40,0

Bandeira 3,7 5,3 0,19 1,31 10,5 0 0 10,5 INCELT 9,8 3,2 0,11 0,65 13,8 0 0 13,8 CP-129 17,8 1,5 0,31 0,55 20,2 0 0 20,2

CP-1549 39,9 8,0 0,65 2,64 51,2 0 0 51,2 CP-223D 7,5 2,0 6,95 4,12 20,6 0 0 20,6

Alagoas / Sergipe

CP-ANB Base Água 38,9 7,1 0,25 25,95 72,2 0 0 72,2

Os solos FEDERBA, Bandeira e INCELT apresentaram uma baixa

atividade, sendo que apresentaram o Ca2+ como o cátion com a maior

disponibilidade de troca, com exceção do Solo Bandeira que apresenta maior

disponibilidade de Mg+2 como cátion trocável.

Alguns solos apresentaram acidez real, o que contribuiu para aumentar o

valor da CTC, conforme pode ser visto pela soma dos valores de Al3+ e H+. Esses

solos, Santo Amaro Vermelho, FEDERBA, também apresentaram valores de pH

na faixa de 5 como pode ser observado na Tabela 3-6. Os materiais básicos

apresentaram valores nulos de Al3+ e H+.

A Tabela 3-11 apresenta os valores de percentagem de saturação de bases e

percentagem de saturação com alumínio.

Tabela 3-11 - Dados de percentagem de saturação de bases e percentagem de

saturação com alumínio para os materiais estudados

Procedência Materiais Valor V

Percentagem de Saturação de Bases

100Al3+ S + Al3+

CP-01 100 0 FEDERBA 45 46

Sto. Amaro Vermelho 62 19 Recôncavo

Baiano Sto. Amaro Verde 100 0

Bandeira 100 0 INCELT 100 0 CP-129 100 0

CP-1549 100 0 CP-223D 100 0

Alagoas / Sergipe

CP-ANB Base Água 100 0

DBD



A percentagem de saturação de bases se refere à proporção de cátions

básicos trocáveis em relação à capacidade de troca (valor S na Tabela 3-10)

determinada a pH 7 (EMBRAPA, 1999). Os resultados indicam que a capacidade

de troca catiônica de todos os materiais coletados em Alagoas e Sergipe, e os

materiais CP-01 e Santo Amaro Verde, não é função do alumínio de sua

constituição.

Embora seja fortemente ácido, o solo Santo Amaro Vermelho apresenta uma

alta saturação específica, segundo o critério estabelecido pela EMBRAPA (1999),

i.e. Valor V superior a 50%. Já pelo critério estabelecido pelo IBGE (1995), este

solo é considerado como média saturação, posto que o valor V se encontra entre

35% e 65%. Nesta mesma categoria encaixa-se o FEDERBA.

Em relação à percentagem de saturação com alumínio, todos os materiais se

encontram fortemente dessaturados, i.e. valor 100Al3+/S+Al3+ inferior a 50%,

conforme estabelece o IBGE (1995).

Para os materiais coletados em Alagoas e Sergipe foi realizada a análise de

sais solúveis. As amostras coletadas nessa região são, em sua maioria, cascalhos

de perfuração, esses cascalhos poderão conter elevados valores de sais solúveis,

visto que, o fluido de perfuração pode conter altas concentrações de sais e

cloretos.

A análise dos sais solúveis também foi realizada nas dependências do

Centro Nacional de Pesquisa de Solos da EMBRAPA, seguindo as

recomendações contidas em EMBRAPA (1997). Os resultados estão apresentados

na Tabela 3-12.

Tabela 3-12 - Resultado do ensaio de Sais solúveis.

Pasta Saturada Sais solúveis (extrato 1:5) Cmol/kg de TF Materiais

100Na+ T % C.E. do extrato (25ºC)

mS/cm Água

% K+ Na+

Bandeira 12 1,79 73 0,01 1,09 INCELT 5 2,26 82 0,01 1,25 CP-129 3 4,10 52 0,10 1,25

CP-1549 5 20,24 69 2,76 30,36 CP-223D 20 7,03 82 2,05 7,38

CP-ANB Base Água 36 21,17 55 4,95 28,05

DBD



Conforme o previsto, a Tabela 3-10 mostra que o cascalho CP-1549, o

cascalho CP-223D, e o cascalho CP-ANB possuem um elevado teor de sódio

dissolvido e uma condutividade elétrica elevada. Esses valores muito

provavelmente estão associados ao tipo de fluido de perfuração empregado.

Observa-se que o cascalho de perfuração CP-129 apresenta valores inferiores aos

demais, o que pode ter sido fruto da sua forma de disposição que ora se encontra,

pois a disposição prolongada em diques pode ocasionar a lixiviação dos sais

solúveis.

Com a finalidade de fazer a devida classificação química dos resíduos,

todos os cascalhos foram submetidos a ensaios de solubilização e lixiviação,

segundo as normas NBR 10.006 e 10.005, no intuito de classificá-lo perante a

norma brasileira de classificação de resíduos sólidos -NBR 10.004. Foram

também classificados os solos FEDERBA, Bandeira e INCELT, visto que esses

apresentavam o maior potencial de serem utilizados como possíveis

encapsulantes. As análises de classificação de resíduo foram realizadas no

Laboratório Analytical Solutions.

A Tabela 3-13 e Tabela 3-14 apresentam um resumo dos parâmetros que

apresentam valores superiores ao valor máximo permitido - VMP. A Tabela 3-13

apresenta os resultados do extrato solubilizado referente aos cascalhos de

perfuração, já a tabela 3-14 apresenta os dados referentes aos solos utilizados no

encapsulamento. O anexo I deste trabalho apresenta os resultados na integra das

análises realizadas. Tabela 3-13 – Resumos dos parâmetros com valores acima do valor máximo permitido.

Solubilizado Parâmetros Unidade L.D. L.Q. VMPCP-01 CP-129 CP-1549 CP-223D CP-ANB

Alumínio mg/L 0,010 0,050 0,20 0,56 0,15 0,48 - - Arsênio mg/L 0,002 0,005 0,01 - 0,01 0,02 - - Cloreto mg/L 0,04 0,50 250 1327,0 - 1816,11 287,77 2698,83 Fluoreto mg/L 0,004 0,020 1,5 - - 2,53 6,96 5,89

Sódio mg/L 0,250 0,500 200,0 471,6 - 1268,32 262,91 1904,90 Sulfato mg/L 0,030 0,500 250,0 - 262,01 823,21 - 885,73 Fenol mg/L 0,40 0,0002 1,0 2,27 - - - - Ferro μg/L 0,012 0,05 0,3 0,71 - - - -

Tensoativos e Sufactntes mg./L 0,01 0,045 0,2 0,43 - - - -

DBD



Tabela 3-14 – Resumos dos parâmetros com valores acima do valor máximo permitido.

Solubilizado Parâmetros Unidade L.D. L.Q. VMPBandeira INCELT FEDERBA

Alumínio mg/L 0,010 0,050 0,20 - - Arsênio mg/L 0,002 0,005 0,010 0,034 - - Fluoreto mg/L 0,004 0,020 1,5 - - 5,2 Nitrato mg.N/L 0,05 0,05 10 295,22

Cromo Total mg/L 0,05 0,05 0,05 0,197 Ferro (μg/L) 0,012 0,05 0,3 0,715 Fenol mg/L 0,40 0,0002 1,00 2,27

Tensoativos e Surfactntes mg./L 0,01 0,045 0,2 0,43

3.2.3. Caracterização mineralógica

A classificação mineralógica dos materiais foi realizada através da

Difractometria de Raios X. Para isso, foram preparadas lâminas orientadas dos

materiais de acordo com o método de Confecção de Lâminas Delgadas de Solo

(EMBRAPA, 1997). As análises foram realizadas no Laboratório de

Difractometria da PUC-Rio, em um Difractômetro Siemens modelo D5000, com

anodo de cobre 1.5406Å, 40KV, 30mA.

A Tabela 3-15 apresenta os resultados das análises com os minerais

detectados na varredura.

Tabela 3-15 - Caracterização mineralógica

Procedência Material Minerais Presentes CP-01 Quartzo, óxido de bário, ilita e caulinita

FEDERBA Quartzo, ilita e caulinita Santo Amaro Vermelho Quartzo e ilita

Recôncavo Baiano

Santo Amaro Verde Quartzo, ilita e muscovita Bandeira Quartzo e Caulinita. INCELT Quartzo, Ilita, lepidomelana (micas), Caulinita CP-129 Quartzo, oxido de bário, ilita, mica

CP-1549 Quartzo, calcita, lepidomelana (mica), ilita CP-223D Quartzo, calcita, lepidomelana (mica)

Alagoas / Sergipe

CP-ANB Base Água Quartzo, lepidomelana (mica), biotita.

Os difractogramas estão apresentados no Anexo II deste trabalho.

DBD


4 Programa Experimental – Produção de Cerâmica Vermelha

O presente capítulo descreve o programa experimental que objetivou validar

a incorporação do cascalho de perfuração de campos do Recôncavo Baiano,

Alagoas e Sergipe para a produção de cerâmica vermelha.

Inicialmente, será apresentada a metodologia de incorporação. Em seguida,

os resultados obtidos são apresentados e discutidos com base em resultados

relatados na literatura brasileira e internacional.

4.1. Metodologia para modelagem das peças cerâmicas

A metodologia empregada na confecção das peças cerâmicas é apresentada

na Figura 4-1, essa seguiu os procedimentos adotados na produção de corpos de

prova cerâmicos para realização de ensaios tecnológicos.

Os materiais argilosos foram inicialmente destorroados, em um moinho de

bolas, conforme pode ser visto na Figura 4.1(a). Em seguida, foi adicionado à

matriz argilosa o cascalho de perfuração e a água, conforme ilustra a Figura 4.1

(b), a fim de alcançar um teor de umidade equivalente à metade do limite de

liquidez mais dois por cento (LL/2 + 2%).

Realizada essa mistura, o material foi homogeneizado em um laminador,

visto na Figura 4.1 (c). Após a passagem no laminador, a massa homogênea

composta por solo e cascalho de perfuração foi posta no alimentador da extrusora

ilustrada na Figura 4.1 (d). Neste processo, a massa argilosa é compactada e

forçada por um eixo helicoidal, através de bocal com formato retangular. Como

resultado obtém-se um corpo de prova prismático com as dimensões do bocal

empregado e comprimento é obtido a partir do corte com um fio metálico de

0,5mm de diâmetro. A fim de minimizar a perda de umidade das peças extrudadas

o intervalo de tempo entre a extrusão e o corte da peça deve ser mínimo.

DBD


Capítulo 4 - Programa Experimental – Produção de Cerâmica Vermelha 75

a) Moinho de bolas b) Mistura de solo e cascalho de perfuração

c) Laminador d) Extrusora

e) Peças após extrusão f) Forno

Figura 4-1 - Preparação, moldagem e queima de peças cerâmicas.

As peças recém modeladas foram enumeradas, pesadas e suas dimensões

determinadas. A seguir foram colocadas em uma bandeja metálica, vista na Figura

4.1 (e), onde permaneceram por 24 horas em temperatura ambiente. Decorrido

este intervalo, as peças foram colocadas em uma estufa a 110ºC. O processo de

secagem teve a finalidade de evitar que as peças ficassem fissuradas ou

empenassem no processo de queima.

Após 24 horas em estufa, as peças foram novamente pesadas e as suas

dimensões determinadas com a finalidade de verificar a contração linear de

secagem e a determinação do teor de umidade.

DBD



A queima dos corpos de prova foi efetuada em um forno elétrico

automático visto na Figura 4.1 (f). Para os materiais do Recôncavo Baiano, a

temperatura no interior do forno foi elevada a uma taxa de 1°C/minuto até atingir

a temperatura de 700ºC. Esta temperatura foi escolhida com base em um

levantamento realizado entre 110 cerâmicas sindicalizadas no Município de

Campos dos Goytacazes (RJ). Ao atingir 700ºC, estabelecia-se um patamar de

queima por três horas. Decorrido este intervalo o forno era desligado, promovendo

uma queda gradativa e lenta da temperatura interna do forno, até que o valor da

temperatura correspondesse ao da temperatura ambiente.

Na segunda etapa de produção de peças cerâmicas utilizando materiais dos

estados de Alagoas e Sergipe adotou-se uma temperatura de queima de 900°C.

Essa temperatura atende a Resolução nº 316 do Conselho Nacional do Meio

Ambiente (CONAMA, 2006), que estabelece que tratamento térmico é todo e

qualquer processo cuja operação seja realizada acima da temperatura mínima de

800°C.

4.2. Propriedades tecnológicas

As peças cerâmicas confeccionadas foram analisadas e determinadas

segundo as suas propriedades físicas, químicas e mecânicas. Os resultados obtidos

foram comparados com valores de referência utilizados nas indústrias de

cerâmica. As propriedades tecnológicas foram determinadas pelos métodos de

ensaios estabelecidos nas normas ASTM C 373 (1977a), ASTM C 674 (1977b) e

metodologia proposto por Souza Santos (1992), descritos a seguir. Essas normas e

métodos estabelecem a média de apenas cinco determinações para cada

propriedade.

4.2.1. Absorção de água

A determinação da absorção de água dos corpos de provas produzidos foi

realizada de acordo com a norma ASTM C 373 (1977a), empregando a seguinte

relação:

DBD



100xM

MMAA

s

su⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=

Equação 4-1

onde AA é a absorção de água dada em porcentagem, Mu é a massa após a queima

úmida do corpo de prova e Ms é a massa queimada seca do corpo de prova em

gramas.

4.2.2. Porosidade aparente

A porosidade aparente foi determinada para as temperaturas de queima dos

corpos de prova de acordo com a norma ASTM C 373 (1977a), de acordo com:

100xMMMM

PAiu

su⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−

= Equação 4-2

onde PA é a porosidade aparente em porcentagem, Mu é a massa úmida do corpo

de prova após a saturação, Ms é a massa seca do corpo de prova e Mi é a massa do

corpo de prova submerso em água.

4.2.3. Retração linear

A retração linear dos corpos de prova cerâmicos secos e queimados foi

determinada seguindo o procedimento estabelecido por Souza Santos (1989), que

estabelece que a retração linear pode ser calculada através das seguintes

expressões:

1000

10 xL

LLRs ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −= Equação 4-3

1001

111 xL

LLRq ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −= Equação 4-4

DBD



onde Rs é a retração linear em porcentagem após secagem a 110ºC, L0 é o

comprimento úmido inicial do corpo de prova, L1 é o comprimento do corpo de

prova após secagem a 110ºC, Rq é a retração linear em porcentagem após a

queima e L11 é o comprimento do corpo de prova após queima.

4.2.4. Massa específica aparente

A massa específica aparente foi determinada seguindo os procedimentos

descritos em ASTM C 373 (1977a). A massa específica aparente foi calculada

empregando a seguinte expressão:

VMAEM =... Equação 4-5

onde M.E.A. é a massa específica aparente da peça cerâmica, M é a massa da peça

cerâmica queimada ou seca, V é o volume da peça cerâmica queimada ou seca.

4.2.5. Tensão de ruptura à flexão

Para a determinação da tensão de ruptura à flexão de 3 pontos dos corpos de

prova utilizou-se uma prensa servo-controlada da marca INSTRON, modelo

5500R. Os ensaios foram realizados nas dependências do Instituto Tecnológico da

PUC-Rio (ITUC). A velocidade de aplicação de carga foi de 0,5mm/min e a

distância entre cutelos foi de 9,0cm. Este ensaio foi baseado na norma ASTM C

674 (1977b), que indica que a tensão de ruptura à flexão pode ser calculada

através da seguinte expressão:

22..3

bhLPTRF = Equação 4-6

sendo TRF a tensão de ruptura à flexão, P a carga no instante da ruptura, L é a

distância entre os apoios do corpo de prova, b é a largura do corpo de prova e h é

a altura do corpo de prova.

DBD



4.3. Modelagem das peças cerâmicas

As peças cerâmicas foram confeccionadas para diferentes teores de cascalho

de perfuração. No total foram confeccionados 17 tipos de materiais para os

diferentes solos incorporados e para os diferentes teores de cascalhos de

perfuração.

Foram produzidas neste trabalho um total de cerca de 1300 peças cerâmicas.

As peças foram empregadas nas determinações das propriedades tecnológicas

antes e após o processo de queima, no programa de degradação acelerada, e na

realização das análises químicas para classificação de resíduo segundo a NBR

10.004.

A Tabela 4-1 apresenta a lista das peças cerâmicas produzidas com as

misturas de solo e cascalho. Tabela 4-1 – Peças cerâmicas confeccionadas.

Procedência Material Teor e tipo de cascalho incorporado

1 FEDERBA 10% de CP-01 2 FEDERBA 20% de CP-01 3 FEDERBA 30% de CP-01 4 Sto Amaro Vermelho 10% de CP-01 5 Sto Amaro Vermelho 20% de CP-01 6 Sto Amaro Vermelho 30% de CP-01 7 Sto Amaro Verde 10% de CP-01 8 Sto Amaro Verde 20% de CP-01

Recôncavo Baiano

9 Sto Amaro Verde 30% de CP-01 10 Bandeira 5% de CP-223D 11 Bandeira 10% de CP-223D 12 Bandeira 5% de CP-ANB Base Água 13 Bandeira 10% de CP-ANB Base Água 14 INCELT 5% de CP-129 15 INCELT 10 de CP-129 16 INCELT 5% de CP-1549

Alagoas / Sergipe

17 INCELT 10% de CP-1549

4.3.1. Peças confeccionadas com materiais do Recôncavo Baiano

Os materiais Santo Amaro Verde e Santo Amaro Vermelho não se

mostraram adequados para confecção de peças de cerâmica, uma vez que, após o

processo de secagem se apresentavam flambadas e após a queima, deformadas,

quebradiças e com muitas fissuras. As peças confeccionadas com o material Santo

DBD



Amaro Verde tinham dimensões de 111,7 x 2,86 x 1,86 mm (comprimento x

largura x altura), já as peças modeladas com o material Santo Amaro Vermelho,

foram modeladas para as dimensões de 76,5 x 22,5 x 19,8 mm (comprimento x

largura x altura).

A Figura 4-2 apresenta as peças modeladas com os solos Santo Amaro

Verde e Santo Amaro Vermelho após o processo de secagem e a Figura 4-3 após o

processo de queima.

Santo Amaro Verde Santo Amaro Vermelho

10% de CP-01

20% de CP-01

30% de CP-01

Figura 4-2 – Peças após processo de secagem, Materiais Santo Amaro Verde e

Vermelho.

Santo Amaro Verde Santo Amaro Vermelho

10% de CP-01

20% de CP-01

30% de CP-01

Figura 4-3– Peças após processo de queima, Materiais Santo Amaro Verde e Vermelho.

DBD



A Figura 4-3 mostra que as peças modeladas com um maior teor de

incorporação de cascalho apresentam um melhor aspecto sendo menos

quebradiças.

As peças modeladas com o material FEDERBA se apresentaram mais

adequadas para produção de materiais cerâmicos com a incorporação de cascalho

de perfuração. A Figura 4-4 apresenta as peças confeccionadas com o material

FEDERBA, após o processo de secagem e queima.

Após Secagem Após a Queima

10% de cascalho

20% de cascalho

30% de cascalho

Figura 4-4– Peças após processo de secagem e queima, Material FEDERBA.

4.3.2. Peças confeccionadas com materiais de Alagoas e Sergipe

As peças confeccionadas com os materiais provenientes de Alagoas e

Sergipe apresentavam dimensões médias de 110 x 28 x 18 mm, (comprimento x

largura x altura), com bom aspecto, sem fissuras e sem empenos, tanto antes como

depois do processo de queima. A Figura 4-5 apresenta as peças modeladas após o

processo de queima. Essas peças foram produzidas com os materiais INCEL e

Bandeira com um teor de incorporação de cascalho de perfuração de 5% (cinco) e

10% (dez).

DBD



Bandeira + 5% de CP-223D Bandeira + 10% de CP-223D

Bandeira + 5% de CP-ANB Base Água Bandeira + 10% de CP-ANB Base Água

INCELT + 5% de CP-129 INCELT + 10% de CP-129

INCELT + 5% de CP-1549 INCELT + 10% de CP-1549

Figura 4-5 – Peças após a queima confeccionadas com materiais de INCELT e Bandeira.

4.3.3. Propriedades tecnológicas das peças confeccionadas

A Tabela 4.2 apresenta os valores médios obtidos nas determinações dos

parâmetros físicos das peças cerâmicas. Para uma maior representatividade dos

valores determinados foi considerada uma média de 12 determinações para a

definição dos parâmetros, as normas técnicas (e.g., ASTM C 373 (1977a), ASTM

C 674 (1977b)) recomendem que os valores sejam determinadas a partir de um

lote mínimo de 5 corpos de prova.

Os valores do teor de umidade medidos nas peças confeccionadas estão

próximos ao estipulado no momento da mistura dos materiais, ou seja, metade do

limite de liquidez mais dois por cento (LL/2 + 2%). Para o material FEDERBA o

valor estipulado é 24%, para o material Bandeira o valor estipulado é 24,7% e

para o material INCELT, o valor estipulado é 27%. A diferença observada entre

os valores do teor de umidade pode ser atribuída à perda de água no processo de

extrusão e no intervalo de tempo compreendido entre a extrusão e a pesagem das

peças, uma vez que a umidade é determinada após a modelagem das peças.

DBD



Tabela 4-2 – Valores Obtidos nas Determinações dos Parâmetros Físicos das Peças

Cerâmicas.

Contração linear Peças Confeccionadas Umidade

secagem queima Absorção de

água Porosidade Massa

específica aparente

Material % de cascalho % cm/m % % g/cm3

10% de CP-01 22,65 7,63 0,41 14,31 35,10 1,686 20% de CP-01 22,84 6,92 0,40 15,22 35,70 1,681 FEDERBA 30% de CP-01 22,90 6,92 0,27 13,21 34,10 1,687

5% de CP-223D 21,32 6,02 0,79 14,10 26,70 1,795 10% de CP-223D 21,82 4,78 1,39 15,40 28,66 1,787 5% de CP-ANB

Base Água 21,18 5,43 0,94 13,22 25,30 1,805 Bandeira

10% de CP-ANB Base Água 21,46 4,78 1,19 12,75 24,53 1,808

5% de CP-129 17,24 5,43 2,02 10,57 21,41 1,887 10 de CP-129 18,75 6,10 1,52 11,22 22,56 1,889

5% de CP-1549 20,01 6,18 1,62 11,38 22,60 1,879 INCELT

10% de CP-1549 18,82 5,91 1,73 11,14 21,96 1,844

As peças confeccionadas com o material INCELT apresentam uma maior

diferença entre o valor determinado e o esperado para a umidade. Neste material,

o processo de secagem foi conduzido apenas a uma temperatura de 60ºC tentando

simular o processo existente na indústria cerâmica. A esta temperatura a água livre

não foi totalmente eliminada o que acarretou na diferença de valores observada.

A temperatura em que os corpos de prova foram submetidos durante o

processo de secagem não é suficiente também para eliminar a água adsorvida dos

materiais argilosos. É necessária uma temperatura ligeiramente superior a 1100C

para que isto ocorra. No entanto, quando se aquece a temperaturas superiores a

4500C, começa o processo que resulta na perda da água de constituição estrutural.

Nesta faixa de temperatura o material argiloso vai perdendo a suas características

físicas. Esta transformação se encerra por volta de 6000C. A partir desta

temperatura, a sílica reage com a alumina formando silicatos de alumínio (mulita),

um material de textura mais grosseira e com maior porosidade.

A faixa de variação dos valores de contração linear de secagem ficou em

torno de 4,78cm/m a 7,63cm/m. Verificou-se que as peças confeccionadas com os

materiais FEDERBA e Bandeira e com um maior teor de incorporação de

cascalho tiveram um melhor desempenho. Em relação à contração linear de

queima, observou-se o inverso, as peças confeccionadas com os materiais

Bandeira e INCELT apresentaram uma maior contração quando houve uma maior

incorporação de cascalho. Para o material FEDERBA os valores obtidos são

DBD



semelhantes, tendo uma ligeira redução da contração para as peças com 30% de

incorporação de cascalho.

As peças produzidas com o material Bandeira tiveram maiores valores de

absorção e porosidade quando comparadas com as peças produzidas com o

material INCELT. Para estes materiais as peças cerâmicas tiveram a mesma

temperatura de queima. Uma possível explicação reside no fato do material

Bandeira possuir uma maior fração arenosa que o material INCELT e um menor

teor de finos. A maior presença de quartzo no material Bandeira também ajuda a

explicar o ocorrido, posto que este mineral não sofre alteração no processo de

queima até 900°C.

Os valores de massa específica aparente apresentaram, para as peças de um

mesmo material, valores semelhantes, sendo a diferença somente registrada na

segunda casa decimal. Ao contrário dos valores de absorção e porosidade, os

valores da massa específica determinados para o material INCELT foram

superiores as dos demais materiais. Como os materiais utilizados apresentam uma

mineralogia semelhante, era esperado que as peças com menor porosidade e

absorção possuírem maior massa específica.

A Tabela 4-3 apresenta os valores dos desvios padrões obtidos nas

determinações das propriedades tecnológicas. Observa-se que estes valores são

muito baixos indicando uma boa repetibilidade do método de confecção e queima

das peças.

Tabela 4-3 – Desvios Padrões das Determinações dos Parâmetros Físicos das Peças

Cerâmicas.

Contração linear Peças Confeccionadas Umidade

secagem queima Absorçãode água Porosidade Massa específica

aparente

Material % de cascalho % cm/m % % g/cm3

10% de CP-01 0,06 0,28 0,28 0,31 0,31 0,01 20% de CP-01 0,45 0,32 0,35 1,09 0,29 0,01 FEDERBA 30% de CP-01 0,12 0,18 0,16 0,22 0,39 0,00

5% de CP-223D 0,07 0,10 0,38 0,38 0,69 0,01 10% de CP-223D 1,64 0,11 1,27 0,39 0,67 0,05 5% de CP-ANB

Base Água 0,12 0,16 0,35 0,46 0,70 0,02 Bandeira

10% de CP-ANB Base Água 0,14 0,14 0,41 0,27 0,59 0,01

5% de CP-129 0,32 1,35 1,91 0,59 1,06 0,05 10 de CP-129 0,26 0,22 0,33 0,07 0,12 0,01

5% de CP-1549 0,18 0,72 0,73 0,45 0,84 0,01 INCELT

10% de CP-1549 0,24 0,27 0,29 0,21 0,43 0,01

DBD



As peças cerâmicas foram submetidas a ensaio de flexão a fim de

determinar a tensão de ruptura à flexão. Os ensaios foram realizados nas

dependências do Instituto Tecnológico da PUC-Rio (ITUC) empregando uma

prensa servo-controlada da marca INSTRON, vista na Figura 4-6. Os ensaios

foram realizados em conformidade com a ASTM C 674 (1977b).

A ASTM C 674 (1977b) determina que seja aplicada uma taxa de

deslocamento de 0,5mm/min. Os ensaios eram encerrados quando da ruptura por

completo de cada vigota, como ilustra a Figura 4.7.

Figura 4-6 - Prensa servo-controlada INSTRON modelo 5500R.

Figura 4-7 – Ensaio de tensão de ruptura a flexão das peças cerâmicas.

A

DBD



Tabela 4-4 apresenta os valores médios da tensão de ruptura a flexão obtida

para as peças de cerâmica vermelha resultantes da incorporação dos cascalhos de

perfuração. Para a determinação do valor médio foi considerado o número de

cinco amostras conforme a recomendação normativa.

Observa-se na Tabela 4.4 que os valores médios de tensão de ruptura são

menores para as peças confeccionadas com o material FEDERBA e maiores para

as peças confeccionadas com o material INCELT. Observa-se, também, um valor

relativamente elevado para o desvio padrão das peças confeccionadas com o

material Bandeira e com o cascalho CP-ANB Base Água.

Tabela 4-4 - Valores de Tensão de Ruptura a Flexão das Peças Cerâmicas.

Peça Confeccionada Tensão de Ruptura a Flexão (MPa) Material % de cascalho Valor Médio Des. Padrão

10% de CP-01 4,09 0,50 20% de CP-01 4,76 0,43 FEDERBA 30% de CP-01 6,95 0,41

5% de CP-223D 7,65 0,39 10% de CP-223D 6,44 0,60

5% de CP-ANB Base Água 10,22 2,53 Bandeira

10% de CP-ANB Base Água 7,65 2,53 5% de CP-129 16,62 1,34 10 de CP-129 17,27 1,77

5% de CP-1549 18,50 0,92 INCELT

10% de CP-1549 16,37 1,99

As Figura 4-8, 4-9 e 4-10 apresentam os gráficos dos ensaios de tensão de

ruptura à flexão.

Os resultados mostrados nas Figuras 4.10 indicam que, além de serem mais

resistentes, as peças confeccionadas com o material INCELT mobilizam a

resistência máxima a um maior nível de deslocamento, ou seja as peças

confeccionadas com o material INCELT apresentam um menor módulo de

deformabilidade.

DBD



0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40Deslocamento (mm)

Tens

ão d

e R

uptu

ra a

Fle

xão

(MP

a)

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

0,0 0,1 0,1 0,2 0,2 0,3 0,3 0,4 0,4

Deslocamento (mm)

Tens

ão d

e R

uptu

ra a

Fle

xão

(MPa

)

10% de CP-01 20% de CP-01

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30Deslocamento (mm)

Tens

ão d

e R

uptu

ra a

Fle

xão

(MPa

)

30% de CP-01

Figura 4-8 – Gráfico de Tensão de ruptura a flexão versus deslocamento – Material

FEDERBA.

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

0 0,5 1 1,5 2Deslocamento (mm)

Tens

ão d

e ru

ptur

a a

flexã

o (M

Pa)

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0


Tens

ão d

e R

uptu

ra a

Fle

xão

(MPa

)

5% de CP-223D 10% de CP-223D


Bandeira.

DBD



0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

0 0,5 1 1,5 2 2,5Deslocamento (mm)

Tens

ão d

e R

uptu

ra a

Fle

xão

(MPa

)

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0


Tens

ão d

e R

uptu

ra a

Fle

xão

(MPa

)

5% de CP-ANB Base Água 10% de CP-ANB Base Água

Figura 4-9 (cont.) – Gráfico de Tensão de ruptura a flexão versus deslocamento –

Material Bandeira.

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00Deslocamento (mm)

Tens

ão d

e R

uptu

ra a

Fle

xão

(MPa

)

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0


Tens

ão d

e R

uptu

ra a

Fle

xão

(MP

a)

5% de CP-129 10% de CP-129

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0


Tens

ão d

e R

uptu

ra a

Fle

xão

(MPa

)

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3Deslocamento (mm)

Tens

ão d

e R

uptu

ra a

Fle

xão

(MPa

)

5% de CP-1549 10% de CP-1549


INCELT.

4.3.4. Comparativo dos resultados obtidos com dados da Indústria Cerâmica

DBD



As Tabelas 4-5, 4-6 e 4-7 apresentam as principais propriedades

tecnológicas do processamento cerâmico industrial. Segundo Dondi (2003), as

faixas de valores ótimos e aceitáveis nas tabelas são aceitos na prática industrial

como referência para produção de cerâmica vermelha.

Para as peças produzidas com o material FEDERBA os parâmetros de

contração linear na queima estão dentro da faixa ótima, já a contração linear na

secagem se enquadra dentro da variação aceitável, da mesma forma que a

absorção de água e a tensão de ruptura a flexão.

Tabela 4-5 – Comparativo dos resultados obtidos com as principais propriedades

tecnológicas do processamento cerâmico Industrial – Peças confeccionadas com o

material FEDERBA.

FEDERBA Parâmetros Unidade Variação

ótima Variação aceitável 10% de

CP-01 20% de CP-01

30% de CP-01

Índice de Plasticidade % peso 15-25 10-35 16,3*

Limite de Plasticidade % peso 18-25 18-30 27,7*

Contração na secagem cm m-1 5-8 3-10 7,63 6,92 6,92

Contração na queima cm m-1 < 1,5 1,5-3,0 0,41 0,40 0,27

Absorção de água % peso 8-12 6-18 14,31 15,22 13,21 Resistência a

flexão na queima MPa 12-22 4-30 4,09 4,76 6,95

* referente apenas ao solo.



material Bandeira.

Bandeira

Parâmetros Unidade Variação ótima

Variação aceitável 5% de

CP-223D 10% de

CP-223D

5% de CP-ANB

Base Água

10% de CP-ANB

Base ÁguaÍndice de

Plasticidade % peso 15-25 10-35 28,5*


Contração na secagem cm m-1 5-8 3-10 6,02 4,78 5,43 4,78

Contração na queima cm m-1 < 1,5 1,5-3,0 0,79 1,39 0,94 1,19

Absorção de água % peso 8-12 6-18 14,10 15,4 13,22 12,75 Resistência a

flexão na queima MPa 12-22 4-30 7,65 6,44 10,22 7,65


DBD



As peças cerâmicas feitas com o material Bandeira têm a maioria de seus

parâmetros dentro da faixa aceitável, com exceção das peças produzidas com esta

mistura adicionada de com 5% de CP-ANB.



Material INCELT.

INCELT Parâmetros Unidade Variação

ótima Variação aceitável 5% de

CP-129 10% de CP-129

5% de CP-1549

10% de CP-1549

Índice de Plasticidade % peso 15-25 10-35 31,8*


Contração na secagem cm m-1 5-8 3-10 5,43 6,10 6,18 5,91

Contração na queima cm m-1 < 1,5 1,5-3,0 2,02 1,52 1,62 1,73

Absorção de água % peso 8-12 6-18 10,57 11,22 11,38 11,14 Resistência a

flexão na queima MPa 12-22

4-30 16,62 17,27 18,50 16,37


Para as peças produzidas com o material INCELT a tensão de ruptura a

flexão se enquadra dentro da faixa ótima de variação, da mesma forma que os

valores encontrados para absorção de água e contração linear de secagem.

No comparativo dos parâmetros determinados para as peças cerâmicas

produzidas com cascalho de perfuração adicionado com os valores de referências

da indústria cerâmica, foi observado que todos os parâmetros avaliados estão

dentro da faixa ótima de variação ou na faixa aceitável. Desta forma, nenhum dos

materiais confeccionados se apresentou inadequado para produção de cerâmica

vermelha, tomando-se como base as propriedades tecnológicas.

4.3.5. Classificação de resíduos NBR-10.004.

As peças cerâmicas resultantes da incorporação de cascalho de perfuração

foram classificadas em relação à sua periculosidade através do emprego da Norma

Brasileira de Classificação de Resíduos Sólidos - NBR 10.004.

As amostras de cada material foram obtidas a partir do processo de moagem

em um moinho de bolas. O material homogeneizado foi colocado em sacos

DBD



plásticos hermeticamente fechados, do tipo Zip Lock®, e conduzidos ao

laboratório Analytical Solutions, onde foram realizadas as análises em extratos

lixiviados e solubilizados. Tal laboratório é devidamente acreditado pela ANVISA

- Agência Nacional de Vigilância Sanitária e pelo INMETRO - Instituto Nacional

de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial.

Para o extrato lixiviado não houve valores acima do valor máximo

permitido segundo a NBR-10.004. Nos anexos deste trabalho se encontra todos os

relatórios de classificação do resíduo dos materiais avaliados.

A Tabela 4-8 apresenta os valores dos parâmetros determinados no extrato

solubilizado que possibilitou a classificação das peças cerâmicas como Classe IIA,

não perigoso e não inerte.

Tabela 4-8 - Valores obtidos no extrato solubilizado que suplantaram o valor máximo

permitido.

FEDERBA INCELT Bandeira

Parâmetros * L.D

** L.Q

*** V.M.P 30% de

CP-01 5% de

CP-12910% deCP-129

5% de CP-1549

10% de CP-1549

5% de CP-ANB

Base Água

10% deCP-223D

Alumínio Dissolvido (mg/L) 0,005 0,01 0,20 0,457 0,347 0,855 0,516 0,449 0,693 0,735

Cromo Total (mg/L) 0,016 0,01 0,05 1,99 - - - - - - Ferro (μg/L) 0,012 0,05 0,3 2,28 - - - - - -

Fluoreto (mg/L) 0,1 0,02 1,5 2,65 - - - - - - Tensoativos e

Sufactantes (mg/L) 0,05 0,045 0,2 0,64 - - - - - -

*L.D. – limite de detecção; **L.Q. – limite de quantificação; ***VMP – valor máximo permitido pela NBR-

10.004.

Segundo a NBR-10.004, as peças confeccionadas com o material

FEDERBA, e com o teor de incorporação igual a 30%, foram classificadas como

Classe IIA, não perigoso e não inerte. Os parâmetros que possibilitaram essa

classificação por estarem acima do valor máximo permitido foram: cromo total,

alumínio, ferro, fluoreto, tensoativos e sufactantes.

A Tabela 4-9 apresenta os valores das concentrações determinadas para o

material FEDERBA e para o cascalho de perfuração CP-01 acima do valor

máximo permitido pela NBR-10.004. Esses valores são comparados, como as

concentrações dos compostos acima do valor máximo permitido, das peças

cerâmicas feitas do material FEDERBA com 30% do cascalho de perfuração CP-

01.

DBD



Tabela 4-9 – Comparativo entre os valores determinados para o material FEDERBA,

cascalho de perfuração e peças cerâmicas produzidas.

Solubilizado FEDERBA Parâmetros Unidade L.D. L.Q. VMP

FEDERBA CP-01 30% de CP-01

Alumínio mg/L 0,010 0,050 0,20 0,563 0,457 Cloreto mg/L 0,04 0,50 250,00 1327 Fluoreto mg/L 0,004 0,020 1,5 5,2 2,65

Sódio mg/L 0,250 0,500 200,0 471,6 Nitrato mg.N/L 0,05 0,05 10 295,22

Cromo Total mg/L 0,05 0,05 0,05 0,197 1,99 Fenol mg/L 0,40 0,0002 1,00 2,27 Ferro μg/L 0,012 0,05 0,3 0,715 2,28

Tensoativos e Surfactantes mg./L 0,01 0,045 0,2 0,43 0,64

Observa-se na Tabela 4-9 que a concentração de cloreto presente no CP-01,

que excedia em 5 vezes o valor máximo permitido, não foi observada nas peças

cerâmicas produzidas com um teor de 30% de cascalho CP-01 após a queima. A

presença de nitrato no material FEDERBA puro, que suplantava em 29 vezes o

valor máximo permitido, não foi constatado nas peças produzidas com o material

FEDERBA incorporado de cascalho de perfuração após a queima. Da mesma

forma, a presença de fenol não foi detectada no material cerâmico produzido.

Em virtude do teor de alumínio dissolvido ter suplantado o valor máximo

permitido pela NBR 10.004, as peças cerâmicas confeccionadas a partir da

incorporação dos cascalhos de perfuração CP-129 e CP-1549 ao material INCELT

foram classificadas como resíduos não perigosos e não inertes, obtendo a

classificação IIA, não obstante o teor de incorporação.

Tabela 4-10 - Comparativo entre os valores determinados para o material INCELT,


Solubilizado INCELT Parâmetros Unidade L.D. L.Q. VMP

INCELT CP-129 CP-1549 5% deCP-129

10% de CP-129

5% de CP-1549

10% de CP-1549

Alumínio mg/L 0,010 0,050 0,20 0,150 0,487 0,347 0,855 0,516 0,449 Arsênio mg/L 0,002 0,005 0,010 0,017 0,027 Cloreto mg/L 0,04 0,50 250,00 1816,117 Fluoreto mg/L 0,004 0,020 1,5 2,538

Sódio mg/L 0,250 0,500 200,0 1268,322 Sulfato mg/L 0,030 0,500 250,0 262,010 823,217

DBD



Conforme se observa na Tabela 4-10 as concentrações de arsênio, cloreto,

fluoreto, sódio e sulfato presente no cascalho de perfuração CP-129 e CP-1549,

não foram encontradas nas peças cerâmicas confeccionadas com o material

INCELT incorporadas desses cascalhos de perfuração.

As peças obtidas a partir da incorporação de 5% do cascalho CP-ANB e de

10% do cascalho CP-223B o material Bandeira foram classificadas como resíduos

não perigosos não inertes, obtendo a classificação IIA. No entanto, as peças

obtidas a partir da incorporação de 10% do cascalho CP-ANB03 e de 5% do

cascalho CP223D os material Bandeira foram classificadas como resíduos não

perigosos inertes, obtendo a classificação IIB.

Tabela 4-11 - Comparativo entre os valores determinados para o material Bandeira,


Solubilizado Bandeira Parâmetros Unidade L.D. L.Q. VMP

BandeiraCP-223D CP-ANB 5% de CP-ANB

10% de CP-223 D

Alumínio mg/L 0,010 0,050 0,20 0,693 0,735 Arsênio mg/L 0,002 0,005 0,010 0,034 Cloreto mg/L 0,04 0,50 250,00 287,777 2698,835 Fluoreto mg/L 0,004 0,020 1,5 6,969 5,897

Sódio mg/L 0,250 0,500 200,0 262,919 1904,908 Sulfato mg/L 0,030 0,500 250,0 885,733

Para as peças cerâmicas confeccionadas com o material Bandeira com

adição de cascalho de perfuração, a concentração de arsênio presente no o

material Bandeira e a de cloreto, fluoreto, sódio e sulfato presentes nos cascalho

de perfuração CP-223D e CP-ANB não foram observado em concentrações acima

do valor máximo permitido.

4.3.6. Degradação acelerada das peças cerâmicas para avaliação de sua durabilidade

Segundo Xavier (2006), o extrator Soxhlet seria o equipamento que melhor

simularia ou reproduziria o processo de degradação ou de alteração de um

material em laboratório. Ao submeter um material ao processo de lixiviação

contínua, por períodos controlados de variação de temperatura, de precipitação e

DBD



de flutuação do nível de solução de lixiviação, o extrator Soxhlet consegue

simular a alteração de rochas e de outros materiais.

O equipamento empregado nos ensaios de degradação foi desenvolvido a

partir dos estudos conduzidos por Maia (2001) em seu trabalho de doutoramento.

O Equipamento de Degradação do Laboratório de Engenharia Civil

(LECIV) da UENF, apresentado na Figura 4-11, possibilita controlar períodos de

variação de temperatura e de precipitação da solução.

Figura 4-11 – Equipamento de Degradação da UENF. Laboratório de engenharia Civil –

LECIV.

O equipamento de degradação é composto basicamente por uma câmara de

degradação, um sistema de injeção de água, e reservatórios para armazenamento

de água quente e fria, que são resfriadas e aquecidas no próprio equipamento.

Todo esse sistema é automatizado e possui um painel de controle no qual é

programado os ensaios de degradação.

O equipamento é provido de controladores de temperaturas que regulam a

temperatura da água quente e da água fria que é precipitada sobre as amostras. A

aspersão da solução no processo de lixiviação é também controlada por um

dispositivo eletrônico que é capaz de controlar o período de aspersão da solução,

acionando as bombas que injetam a solução na câmara de degradação.

Dentro da câmara de degradação das amostras são simuladas as condições

atmosféricas, onde o material é colocado sobre prateleiras de aço inoxidável e

DBD



submetido a variações de temperatura, enquanto é lavado com água quente e fria

periodicamente, simulando a precipitação. A lavagem é feita pela solução de

lixiviação, proveniente do bombeamento de água quente ou fria que passa pelos

aspersores no topo do tanque criando uma atmosfera saturada e de vapor. A

condensação de vapor ocorre quando o ciclo de água quente entra em

funcionamento.

A Figura 4-12 apresenta as amostras dispostas dentro da câmara de

degradação prontas para se iniciar o ensaio.

Figura 4-12 – Amostras dentro da câmara de degradação.

Neste trabalho, o equipamento foi programado para funcionar durante 1

hora para cada ciclo de água quente ou fria, significando que quando a lixiviação

por água quente está em funcionamento, a água fria permanece desligada.

No ciclo (água quente ou fria), desliga-se a bomba a cada 15 minutos. A

água quente foi controlada para 70ºC e a água fria para 21ºC.

O tempo do ensaio de degradação foi estimado com base nos estudos

realizados por Xavier (2006), que verificou que o pico de perda de resistência para

as peças queimadas à 900°C girava em torno de 230h no ensaio de degradação.

Tendo em vista o trabalho de Xavier (2006) e buscando atingir a resistência

última no processo de degradação, o ensaio de degradação foi conduzido por um

período de 240 horas.

A fim de obter um controle para o ensaio de degradação, foram

confeccionadas 300 novas peças cerâmicas com o material FEDERBA sem adição

de cascalho. A cada ciclo de degradação de 24 horas eram retiradas da câmara de

degradação 12 peças deste material. Essas peças foram secas em estufa a 110°C e

DBD



armazenadas para os ensaios de determinação de suas propriedades tecnológicas.

A Tabela 4-12 apresenta os seus resultados.

Tabela 4-12 – Propriedades Tecnológicas das Peças Cerâmicas produzidas com o

material FEDERBA

Contração linear Peça Confeccionada Umidade

secagem queima Absorçãode água Porosidade Massa específica

aparente

Solo % cm/m % % g/cm3

FEDERBA 25,9 12,7 0,77 15,49 28,8 1,74

Juntamente com as peças-controle, foram colocadas na câmara de

degradação 12 peças de cada material cerâmico produzido com a incorporação de

cascalho de perfuração. Para as peças oriundas da incorporação de cascalho com o

material FEDERBA só foram adicionadas as relativas à incorporação de 20%. Isto

ocorreu devido a pouca quantidade de matéria-prima para a confecção das peças.

Os resultados das propriedades tecnológicas das peças cerâmicas produzidas

com o material FEDERBA após o processo de degradação acelerada estão

apresentados na Tabela 4-13.

Tabela 4-13 - Propriedades Tecnológicas das Peças Cerâmicas produzidas com o

material FEDERBA puro após processo de degradação

Tempo de Degradação

TRF Absorçãode água Porosidade Massa específica

aparente Peça Confeccionada horas MPa % % g/cm3

0 3,14 15,49 28,80 1,74 24 3,48 16,17 29,16 1,72 48 3,31 16,21 28,67 1,71 72 3,58 15,98 28,26 1,71 96 3,46 15,99 28,94 1,71

120 3,79 16,21 29,14 1,70 144 4,11 16,14 28,71 1,71 168 4,70 16,17 29,29 1,71 192 2,70 16,32 29,34 1,70 216 2,65 16,12 29,07 1,71

FEDERBA

240 3,77 16,12 29,13 1,71

A tensão de ruptura a flexão apresentou um comportamento semelhante ao

previsto por Xavier (2006). As peças cerâmicas produzidas tiveram um ganho de

resistência até o sétimo ciclo de degradação, durante o oitavo e nono ciclo tiveram

a sua menor resistência voltando a ter um ganho de resistência no décimo ciclo de

envelhecimento. Esse comportamento é observado na Figura 4-13.

DBD



10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240

Degradação (horas)

Abs

orçã

o (%

) e P

oros

idad

e (%

)

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

TRF

(MPa

) e M

EA (g

/cm

3)

Porosidade (%) Absorção (%) TRF (Mpa) MEA (g/cm3) Figura 4-13 – Distribuição das propriedades tecnologias das peças cerâmicas produzidas

com o material FEDERBA após processo de degradação.

O processo de degradação pouco modificou os valores das demais

propriedades. A Figura 4-13 mostra que não houve um padrão significativo de

acréscimo ou decaimento com o tempo de degradação para os valores

determinados para absorção de água, porosidade e massa específica aparente. A

pouca variação das propriedades tecnológicas pode ser atribuída ao alto valor

temperatura de queima (900°C) das peças produzidas.

Os valores da tensão de ruptura à flexão, antes e após o processo de

degradação acelerada, das peças cerâmicas incorporadas com cascalho de

perfuração estão apresentados na Tabela 4-14 e na Figura 4-14.

De uma forma geral, houve uma redução no valor da tensão de ruptura a

flexão, embora as peças produzidas com o material Bandeira incorporado com

10% de CP-ANB e as peças produzidas com o material INCELT incorporado com

5% de CP-129 apresentava um pequeno ganho de resistência.

DBD



Tabela 4-14 - Tensão de ruptura a flexão antes e após processo de degradação

Antes da Degradação

Após Degradação

Variação da Resistência Material % de cascalho

MPa % 10% de CP-01 4,09 20% de CP-01 4,76 3,39 -28,82 FEDERBA 30% de CP-01 6,95

5% de CP-223D 7,65 6,54 -14,45 10% de CP-223D 6,44 5,75 -10,79

5% de CP-ANB Base Água 10,22 8,04 -21,36 Bandeira

10% de CP-ANB Base Água 7,65 7,89 3,12

% de cascalho Antes da Degradação

Após Degradação

Variação da Resistência Material

MPa % 5% de CP-129 16,62 17,48 5,16 10 de CP-129 17,27 12,31 -28,72

5% de CP-1549 18,5 16,54 -10,60 INCELT

10% de CP-1549 16,37 14,58 -10,91

02468

101214161820

20% deCP-01

5% deCP-223D

10% deCP-223D

5% deCP-ANB

BaseÁgua

10% deCP-ANB

BaseÁgua

5% deCP-129

10 deCP-129

5% deCP-1549

10% deCP-1549

FEDERBA BANDEIRA INCELT

TRF

(MP

a)

Antes da Degradação Após Degradação

-30-25-20-15-10

-505

10

20% deCP-01

5% deCP-223D

10% deCP-223D

5% deCP-ANB

BaseÁgua

10% deCP-ANB

BaseÁgua

5% deCP-129

10 de CP-129

5% deCP-1549

10% deCP-1549


Δ T

RF

(%)

(a) – TRF antes e após degradação acelerada. (b) – Variação da TRF Figura 4-14 – Histogramas de tensão de ruptura a flexão das peças cerâmicas.

De acordo com Dondi (2003), a indústria cerâmica vermelha classifica

como ótimo um material com tensão de ruptura a flexão na faixa de 12 a 22MPa, e

como tolerável um material que apresente valores entre 4 a 30 MPa. Por esse

critério, as peças do material INCELT que sofreram degradação continuam sendo

classificadas como de ótima qualidade, já as peças do material Bandeira se

enquadrariam como aceitáveis. Em relação às peças do material FEDERBA

apenas as peças com incorporação de 30% de CP-01 não se enquadrariam como

de qualidade aceitável.

Os resultados do processo de degradação em relação à porosidade estão

ilustrados na Tabela 4-15 e na Figura 4-15. Nestas é possível constatar que houve

uma redução nos valores de porosidade em decorrência do processo de

degradação nas peças do material FEDERBA incorporado com 20% de CP-01 e

DBD



para as produzidas com o material Bandeira, se excetuado deste as incorporadas

com 10% de CP-ANB. Para este último e as peças produzidas com o material

INCELT houve um pequeno aumento no valor da porosidade, conforme pode ser

visto na Tabela 4-15.

Tabela 4-15 - Porosidade antes e após processo de degradação


Após Degradação

Variação da porosidade Material % de cascalho

% % 10% de CP-01 35,10 20% de CP-01 35,70 30,65 -14,1 FEDERBA 30% de CP-01 34,10

5% de CP-223D 26,70 17,50 -34,5 10% de CP-223D 28,66 23,22 -19,0


10% de CP-ANB Base Água 24,53 28,05 14,3 5% de CP-129 21,41 26,14 22,1 10 de CP-129 22,56 23,87 5,8

5% de CP-1549 22,60 24,77 9,6 INCELT

10% de CP-1549 21,96 27,91 27,1

0

5

10

15

20

25

30

35

40

20% deCP-01

5% deCP-223D

10% deCP-223D

5% deCP-ANB

BaseÁgua

10% deCP-ANB

BaseÁgua

5% deCP-129

10 deCP-129

5% deCP-1549

10% deCP-1549


Por

osid

ade

(%)


-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

20% deCP-01

5% deCP-223D

10% deCP-223D

5% deCP-ANB

BaseÁgua

10% deCP-ANB

BaseÁgua

5% deCP-129

10 de CP-129

5% deCP-1549

10% deCP-1549


Por

osid

ade

(%)

(a) – Porosidade antes e após degradação acelerada. (b) – Variação da Porosidade Figura 4-15 – Histogramas da porosidade das peças cerâmicas.

As peças confeccionadas com o material INCELT possuem um menor teor

de óxido de alumínio em comparação com as produzidas a partir dos insumos das

cerâmicas FEDERBA e BANDEIRA. O alumínio presente é mais resistente ao

processo de degradação posto que não se altera nos níveis de temperatura

atingidos no processo. Nos processos de umedecimento e secagem essas peças,

por terem menor teor de óxido de alumínio, podem sofrer uma degradação mais

rápida, o que pode levar a um aumento no valor da porosidade.

DBD



A redução da porosidade é benéfica ao produto final, que se torna menos

permeável e, assim, menos susceptível a ciclos de umedecimento e secagem que

estão sujeitos os materiais de cerâmica vermelha.

Um comportamento semelhante foi observado em relação à absorção de

água, conforme pode ser visto na Tabela 4-16 e na Figura 4-16. Sendo a absorção

de água diretamente relacionada a porosidade, esta similitude de comportamento

já era esperada.

Tabela 4-16 - Absorção antes e após processo de degradação


Após Degradação

Variação da absorção Material % de cascalho

% % 10% de CP-01 14,31 20% de CP-01 17,38 15,22 -12,42 FEDERBA 30% de CP-01 13,21

5% de CP-223D 14,10 8,7 -38,3 10% de CP-223D 15,40 11,8 -23,4


10% de CP-ANB Base Água 12,75 15,00 17,6 5% de CP-129 10,57 13,92 31,7 10 de CP-129 11,22 12,55 11,9

5% de CP-1549 11,38 13,14 15,5 INCELT

10% de CP-1549 11,14 14,80 32,9

02468

101214161820

20% deCP-01

5% deCP-223D

10% deCP-223D

5% deCP-ANB

BaseÁgua

10% deCP-ANB

BaseÁgua

5% deCP-129

10 de CP-129

5% deCP-1549

10% deCP-1549


Abs

orçã

o de

águ

a (%

)

Antes da Degradação Após Degradação-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

20% deCP-01

5% deCP-223D

10% deCP-223D

5% deCP-ANB

BaseÁgua

10% deCP-ANB

BaseÁgua

5% deCP-129

10 de CP-129

5% deCP-1549

10% deCP-1549


Abso

rção

d´á

gua

(%)

(a) – Absorção d´água antes e após degradação acelerada. (b) – Variação da Absorção d´água

Figura 4-16 – Histogramas da absorção de água das peças cerâmicas.

Segundo Dondi (2003), a indústria cerâmica vermelha classifica como

ótimo um material que apresente valores de absorção d’água compreendidos entre

8 e 12%, e como aceitável um material que apresente valores de absorção d’água

compreendidos entre 6 a 18%. Os valores de absorção d’água das peças

degradadas estão compreendidos na faixa de aceitável, apenas as peças produzidas

DBD



com o material bandeira com o cascalho CP-223D e com 5% de CP-ANB se

encontram na faixa ótima.

Os resultados do processo de degradação em relação à massa aparente estão

ilustrados na Tabela 4-17 e na Figura 4-17. Nestas é possível constatar que houve

uma redução nos seus valores para as peças feitas com o material INCELT e com

o material Bandeira com 10% de CP-ANB. A demais peças sofreram um pequena

variação positiva.

Tabela 4-17 - Massa específica aparente antes e após processo de degradação


Após Degradação

Variação da M.E.A. Material % de cascalho

g/cm3 % 10% de CP-01 1,68 20% de CP-01 1,68 1,69 0,6 FEDERBA 30% de CP-01 1,68

5% de CP-223D 1,79 1,89 5,6 10% de CP-223D 1,79 1,86 3,9

5% de CP-ANB Base Água 1,80 1,83 1,7 Bandeira

10% de CP-ANB Base Água 1,81 1,77 -2,2 5% de CP-129 1,89 1,75 -7,4 10 de CP-129 1,89 1,79 -5,3

5% de CP-1549 1,88 1,77 -5,9 INCELT

10% de CP-1549 1,84 1,74 -5,4

1,55

1,6

1,65

1,7

1,75

1,8

1,85

1,9

20% deCP-01

5% deCP-223D

10% deCP-223D

5% deCP-ANB

BaseÁgua

10% deCP-ANB

BaseÁgua

5% deCP-129

10 de CP-129

5% deCP-1549

10% deCP-1549


mas

sa e

spec

ífica

apa

rent

e (g

/cm

3)


-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

20% deCP-01

5% deCP-223D

10% deCP-223D

5% deCP-ANB

BaseÁgua

10% deCP-ANB

BaseÁgua

5% deCP-129

10 de CP-129

5% deCP-1549

10% deCP-1549


M.E

.A. (

%)

(a) – M.E.A. antes e após degradação acelerada. (b) – Variação da M.E.A. Figura 4-17 – Histograma da massa específica aparente das peças cerâmicas.

A redução da massa específica das peças produzidas com o material

INCELT é fruto do aumento da porosidade decorrente do processo de degradação.

As peças produzidas com 10% de CP-ANB Base Água com o material

Bandeira, teve um comportamento diferenciado em relação às demais produzidas

com esse material. Esse fator pode ser atribuído à heterogeneidade da massa

argilosa utilizada na produção das peças. Segundo Xavier (2006) a degradação

DBD



acelerada feita em laboratório e natural no campo, aumenta a heterogeneidade dos

materiais, não podendo observar um padrão nas peças que sofrem o processo de

degradação.

4.3.7. Teste de Queima

A incorporação de cascalho de perfuração em massa de cerâmica vermelha

visando a sua inertização através do processo de queima em indústrias cerâmicas

deve ser avaliada no tocante as emissões gasosas para a atmosfera. A grande

quantidade de cloretos presente nos cascalhos aliada as altas temperaturas dos

fornos pode resultar na formação de dioxinas e furanos.

Segundo Luscombe (1999), as dioxinas são subprodutos de muitos

processos industriais nos quais o cloro e produtos químicos dele derivados são

produzidos, utilizados e eliminados. As emissões industriais de dioxina para o

meio-ambiente podem ser transportadas a longas distâncias por correntes

atmosféricas e, de forma menos importante, pelas correntes dos rios e dos mares.

Conseqüentemente, as dioxinas estão agora presentes no globo de forma difusa.

Estima-se que, mesmo que a produção cesse hoje completamente, os níveis

ambientais levarão anos para diminuir. Isto ocorre porque as dioxinas são

persistentes, levam de anos a séculos para degradarem-se e podem ser

continuamente recicladas no meio-ambiente.

Segundo o mesmo autor, as dioxinas possuem átomos de cloro, que podem

estar ligados em oito posições diferentes, conforme numeração disposta na Figura

4-18. Existem, ao todo, 75 dioxinas cloradas, sendo que cada uma possui um nível

de toxidez diferente. A mais tóxica é a 2,3,7,8-TCDD, com quatro átomos de

cloro ligados nas posições 2, 3, 7 e 8. A sigla TCDD significa Tetra-Cloro-

Dibenzo-Dioxina: Tetra para quatro, Cloro devido às moléculas desta substância,

Dibenzo devido aos dois anéis benzênicos e Dioxina devido aos dois oxigênios. Já

os furanos são moléculas semelhantes às dioxinas, e se diferenciam destas por

possuírem um oxigênio a menos. Ao todo existem 135 tipos de furanos.

DBD



Figura 4-18 - Estrutura do 2,3,7,8 tetraclorodibenzodioxina e furano

O teste de queima foi realizado nas dependências do Laboratório de

Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio, posto que não haviam as condições

necessárias a amostragem das emissões no Laboratório de Estruturas e Materiais

Cerâmicos da UENF.

O teste de queima foi conduzido a uma temperatura de 700°C e realizado

no processo de queima para produção de peças cerâmicas para o material

FEDERBA com incorporação de 20% de cascalho de perfuração.

A queima foi efetuada em um forno tipo mufla a uma temperatura de

700°C. O forno foi instalado no interior de uma capela a fim de impedir que

emissões oriundas da queima escapassem para o Laboratório, conforme ilustra a

Figura 4-19.

Figura 4-19 – Sistema instalado para teste de queima.

DBD



A temperatura do forno tipo mufla foi controlada com uma exatidão de 1°C

através de um controlador da marca COEL e atestada através de um termômetro

digital da marca Minipa. As emissões foram coletadas através de uma linha de

vácuo.

Em uma primeira etapa, as emissões foram resfriadas em uma serpentina de

vidro e condensadas. O material condensado foi passado em um trap de resina

XAD-2 vista na Figura 4-20, que após o teste foi remetido ao Laboratório

Analytical Solutions para a determinação do teor de dioxinas e furanos.

Figura 4-20 – Resina XAD-2 para amostragem de Dioxina e Furanos.

De acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS), a natureza

complexa das misturas de dibenzo-p-dioxina policlorada (PCDD), dibenzofurano

(PCDF) e bifenil (PCB) complica a avaliação de risco para seres humanos. Com

esta finalidade, foi desenvolvido o conceito de fatores de toxidade equivalente

(FTEQ), introduzido para facilitar a avaliação do risco e legislação de controle

para a exposição a estas misturas.

O sistema FTEQ é mais um meio de expressar a toxicidade combinada das

misturas de PCDD/Fs e PCBs do que de apenas indicar as concentrações

absolutas. Neste sistema, o congênere mais tóxico, 2,3,7,8-TCDD, é designado

como dioxina de fator de equivalência tóxica (FTEQ) 1,0 (um). Aos outros

congêneres é atribuído o valor do fator de equivalência tóxica (FTEQ)

classificados em relação a este último. Para determinar o valor de TEQ de uma

amostra ambiental, a concentração de cada congênere é multiplicada pelo seu

DBD



fator FTEQ. A toxicidade total (TEQ total) para uma mistura de PCDD/Fs e PCB

pode então ser estabelecida através da soma dos valores dos congêneres

individuais em conjunto.

∑=

×=n

iTotal TEFiCiTEQ

1)(

Os valores determinados para a concentração de dioxinas e furanos

presentes na resina XAD-2 estão apresentados na Tabela 4-18.

Tabela 4-18 – Valores da concentração de dioxinas e furanos determinados no teste de

queima

Congêneres (Dioxinas – Furanos) FTEQ - CONAMA ng/m3

2,3,7,8-TCDD tetracloro-dibenzo-p-dioxina 1 0 1,2,3,7,8-PeCDD pentacloro-dibenzo-p-dioxina 0,5 0

1,2,3,4,7,8-HxCDD hexacloro-dibenzo-p-dioxina 0,1 0 1,2,3,6,7,8-HxCDD hexacloro-dibenzo-p-dioxina 0,1 0 1,2,3,7,8,9-HxCDD hexacloro-dibenzo-p-dioxina 0,1 0

1,2,3,4,6,7,8-HpCDD heptacloro-dibenzo-p-dioxina 0,01 0 OCDD octacloro-dibenzo-p-dioxina 0,001 0

2,3,7,8-TCDF tetracloro-dibenzofurano 0,1 1,97 1,2,3,7,8-PeCDF pentacloro-dibenzofurano 0,05 0,37 2,3,4,7,8-PeCDF pentacloro-dibenzofurano 0,5 0,84

1,2,3,4,7,8-HxCDF hexacloro-dibenzofurano 0,1 0,55 1,2,3,6,7,8-HxCDF hexacloro-dibenzofurano 0,1 0,56 1,2,3,7,8,9-HxCDF hexacloro-dibenzofurano 0,1 0,19 2,3,4,6,7,8-HxCDF hexacloro-dibenzofurano 0,1 0,95

1,2,3,4,6,7,8-HpCDF heptacloro-dibenzofurano 0,01 1,85 1,2,3,4,7,8,9-HpCDF heptacloro-dibenzofurano 0,01 0,09

OCDF octacloro-dibenzofurano 0,001 0

Para os valores determinados, Tabela 4-18, a toxidade total equivalente

encontrada foi de 0,88ng/m3. Esse valor foi obtido pelo somatório do produto do

Fator de toxidade equivalente (FTEQ) pelo valor determinado de cada congênere.

A resolução do CONAMA n° 316, artigo 38, item III, refere-se que todo e

qualquer sistema de tratamento térmico não deve ultrapassar o limite máximo de

0,50 ng/m3 de 2,3,7,8 TCDD tetracloro-dibenzo-para-dioxina. Logo a toxidade

total equivalente encontrada ultrapassou o valor desta Resolução.

Um teste adicional de queima foi realizado em uma indústria cerâmica

localizada no Polo Petroquímico de Camaçari. A finalidade deste teste foi detectar

DBD



os níveis de dioxinas e furanos emitidos pela queima de uma mistura argilosa

incorporada com 5% de cascalho de perfuração.

Infelizmente, o teste não obteve resultados. A medição de dioxinas e furanos

realizada no experimento controle, onde não havia a incorporação de cascalho de

perfuração, detectou a presença destes compostos indicando que o forno da

referida indústria já estava contaminado o que impossibilitou a realização do teste

com a incorporação de cascalho de perfuração.

DBD


5 Conclusões e Sugestões

5.1. Conclusões

O objetivo principal deste trabalho foi alcançado, uma vez que a incorporação de

cascalho de perfuração na produção de cerâmica vermelha apresentou-se com uma

alternativa economicamente viável e tecnicamente segura para o seu tratamento e

destinação final.

Os resultados obtidos neste trabalho, relativos à incorporação de cascalho de

perfuração a massas argilosas na produção de cerâmica vermelha, serviram de subsídios

para a concessão de licença ambiental do processo no Estado da Bahia. Os termos para

utilização da técnica de encapsulamento avaliada neste trabalho se encontram no corpo

da licença ambiental que se encontra no Anexo III deste trabalho. A incorporação do

cascalho na produção de cerâmica vem sendo praticado pela Petrobras desde março de

2007, como alternativa de destino final do cascalho de perfuração. O custo total do

processo, já incluindo o transporte, é estimado em cerca de R$ 75,00 por tonelada.

Ressalta-se que o processo aqui desenvolvido agrega valores posto que a Cerâmica Real

Ltda, situada em Mata de São João (BA), que atualmente processa o resíduo vende o

produto final ao preço de mercado.

Adicionalmente, a utilização do cascalho de perfuração na produção de cerâmica

vermelha é uma alternativa ambientalmente correta, tanto pela destinação final do

resíduo de perfuração como também pelo aumento da vida útil das jazidas de argila.

A incorporação de até 30% de cascalho de perfuração não teve influência

significativa na variação das propriedades tecnológicas das peças cerâmicas produzidas.

Não foi observado um padrão de redução ou de acréscimo nas propriedades

determinadas, sendo que as pequenas variações observadas podem ser atribuídas à

heterogeneidade das massas argilosas utilizadas.

O cascalho de perfuração apresentou-se como um material de fácil utilização

pela indústria cerâmica. Não houve uma necessidade de alteração na planta industrial

para o recebimento e utilização deste resíduo no processamento industrial.

DBD


Capítulo 5 - 5 Conclusões e Sugestões 108

Os ensaios de degradação acelerada conduzidos na Universidade Estadual do

Norte Fluminense apresenta uma pequena tendência de perda de resistência. Entretanto,

a perda observada não constituiu em um fator limitante à utilização do processo

desenvolvido. Adicionalmente, não se constatou uma correlação direta entre a perda de

resistência e o teor de cascalho de perfuração incorporado às massas argilosas.

Em relação às demais propriedades tecnológicas (i.e., absorção de água,

porosidade e massa específica), não se percebeu um padrão de aumento ou redução em

seus valores em decorrência do processo de degradação acelerada.

Utilizar-se de cascalho de perfuração na produção de cerâmica vermelha, não

significa apenas fazer o re-uso direto do resíduo de perfuração incorporado em

diferentes teores as massas argilosas utilizadas pela indústria cerâmica a qual acarretará

em redução de custos com matéria prima. O cascalho de perfuração em geral é

classificado segundo a NBR-10.004, como resíduo Classe II-A, não inerte. Por se tratar

de um resíduo Classe II-A, a sua utilização na produção de cerâmica vermelha deve ser

entendida também como um tratamento térmico. Neste sentido, é necessário que se

observe as seguintes recomendações:

1. Sistematizar o controle e o tratamento das emissões gasosas produzidas

no processo de queima, semelhantemente ao que ocorre em outros

sistemas de tratamentos térmicos;

2. Adequação da temperatura de queima nos fornos das indústrias

cerâmicas para garantir a temperatura mínima de 800°C, conforme

recomendação da resolução n°316 do Conselho Nacional de Meio

Ambiente, CONAMA, sobre sistemas de tratamentos térmicos;

3. Determinação das propriedades tecnológicas dos lotes de cerâmicas

vermelhas produzidas com a incorporação de cascalho de perfuração,

bem como a classificação deste de acordo com a NBR-10.004;

4. Fazer uso de cascalho de perfuração que tenha sofrido um “pré-

tratamento” para recuperação do fluido de perfuração, e desta forma

garantir uma menor emissão de poluentes;

5. Efetuar a classificação mineralógica do cascalho de perfuração evitando

a possibilidade de utilizar resíduos com argilo-minerais expansivos.

6. A realização de ensaios de degradação para aferir o desempenho da

cerâmica com incorporação de cascalho.

DBD


Capítulo 5 - 5 Conclusões e Sugestões 109

5.2. Sugestões

As peças cerâmicas produzidas neste trabalho, incorporadas de cascalho de

perfuração, foram classificadas segundo a sua periculosidade de acordo com a NBR-

10.004. Tal norma trata-se de classificação de resíduos. Entretanto o material cerâmico

aqui produzido deve ser considerado como um produto resultante de co-processamento.

Para esse tipo de material ainda não há uma norma para sua devida classificação. Logo

tendo em vista que as técnicas de co-processamento bem como as técnicas de reuso de

materiais são alternativas que tem se mostrado promissoras para tratamento de alguns

resíduos industriais, sugere-se a elaboração de uma norma brasileira para melhor

enquadramento dos materiais produzidos com uso destas técnicas.

DBD


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DBD


I Anexo

I.I. Resultados das análises do extrato lixiviado e solubilizado para os cascalhos de perfuração utilizados.

Tabela I-1 – Análise de lixiviação do Cascalho de perfuração 129.

DBD


Anexo I 117

Tabela I-1 (cont) – Análise de lixiviação do Cascalho de perfuração 129.

DBD


Anexo I 118

Tabela I-2 - Análise de solubilização do Cascalho de perfuração 129.

DBD


Anexo I 119

Tabela I-3 – Análise de lixiviação do Cascalho de perfuração 1459.

DBD


Anexo I 120

Tabela 3 (cont.)– Análise de lixiviação do Cascalho de perfuração 1459.

DBD


Anexo I 121

Tabela I-4 - Análise de solubilização do Cascalho de perfuração 1459.

DBD


Anexo I 122

Tabela I-5 - Análise de lixiviação do Cascalho de perfuração 223D.

DBD


Anexo I 123

Tabela 5 (cont.) - Análise de lixiviação do Cascalho de perfuração 223D.

DBD


Anexo I 124

Tabela I-6 - Análise de solubilização do Cascalho de perfuração 223D.

DBD


Anexo I 125

Tabela I-7 - Análise de lixiviação do Cascalho de perfuração ANB 03.

DBD


Anexo I 126

Tabela 7 (cont.) - Análise de lixiviação do Cascalho de perfuração ANB 03.

DBD


Anexo I 127

Tabela I-8 - Análise de solubilização do Cascalho de perfuração ANB 03.

DBD


Anexo I 128

Tabela I-8 (cont.) - Análise de lixiviação do Cascalho de perfuração CP 01.

DBD


Anexo I 129

Tabela I-9 - Análise de solubilização do Cascalho de perfuração CP 01

DBD


Anexo I 130

I.II. Resultados das análises do extrato lixiviado e solubilizado para os solo utlizados.

Tabela I-10 - Análise de lixiviação do Solo INCELT.

DBD


Anexo I 131

Tabela 10 (cont.) - Análise de lixiviação do Solo INCELT.

DBD


Anexo I 132

Tabela I-11 – Análise de solubilização do Solo INCELT

DBD


Anexo I 133

Tabela I-12 - Análise de lixiviação do Solo Bandeira.

DBD


Anexo I 134

Tabela 12 (cont.) - Análise de lixiviação do Solo Bandeira.

DBD


Anexo I 135

Tabela I-13– Análise de solubilização do Solo INCELT

DBD


Anexo I 136

Tabela I-14- Análise de solubilização do Solo FEDERBA.

DBD


Anexo I 137

I.III. Resultados das análises do extrato lixiviado e solubilizado para as peças cerâmicas incorporadas com cascalho de perfuração

Tabela I-15 - – Análise de lixiviação das peças cerâmicas produzidas com 30% de CP01

e solo FEDERBA.

DBD


Anexo I 138

Tabela I-16 – Análise de solubilização das peças cerâmicas produzidas com 30% de

CP01 e solo FEDERBA.

DBD


Anexo I 139

Tabela I-17 – Análise de lixiviação das peças cerâmicas produzidas com 05% de CP 129

e solo INCELT.

DBD


Anexo I 140

Tabela I-17 (cont.) – Análise de lixiviação das peças cerâmicas produzidas com 05% de

CP 129 e solo INCELT.

DBD


Anexo I 141

Tabela I-18 – Análise de solubilização das peças cerâmicas produzidas produzidas com

05% de CP 129 e solo INCELT.

DBD


Anexo I 142

Tabela I-19 – Análise de lixiviação das peças cerâmicas produzidas com 10% de CP 129

e solo INCELT.

DBD


Anexo I 143



DBD


Anexo I 144

Tabela I-20 – Análise de solubilização das peças cerâmicas produzidas produzidas com

10% de CP 129 e solo INCELT.

DBD


Anexo I 145

Tabela I-21 – Análise de lixiviação das peças cerâmicas produzidas com 05% de CP

1549 e solo INCELT.

DBD


Anexo I 146



DBD


Anexo I 147

Tabela I-22 – Análise de solubilização das peças cerâmicas produzidas com 05% de CP

1549 e solo INCELT.

DBD


Anexo I 148


1549 e solo INCELT.

DBD


Anexo I 149



DBD


Anexo I 150


1549 e solo INCELT.

DBD


Anexo I 151


ANB e solo Bandeira.

DBD


Anexo I 152


CP ANB e solo Bandeira.

DBD


Anexo I 153



DBD


Anexo I 154



DBD


Anexo I 155


CP ANB e solo Bandeira.

DBD


Anexo I 156



DBD


Anexo I 157


223D e solo Bandeira.

DBD


Anexo I 158


CP 223D e solo Bandeira.

DBD


Anexo I 159



DBD


Anexo I 160



DBD


Anexo I 161


CP 223D e solo Bandeira.

DBD


Anexo I 162



DBD


Anexo I 163

Tabela I-33 Análise de dioxinas e furanos realizado na resina XAD – Teste de queima

realizado para as peças produzidas com o solo FEDERBA incorporado de cascalho de

perfuração CP 01-.

DBD


II Anexo

II.I. Difratogramas

DBD


Anexo II 165

Santo Amaro (Vermelho)

g

Lin (Counts)

0100

200

300

400

500

2-Th

eta

- Sca

le3

1020

3040

5060

7

d=11,20946

d=4,92683

d=3,29825

d=1,98779

d=4,20952

d=3,17910

d=6,14481

DBD


Anexo II 166

Santo Amaro (verde)

Lin (Counts)

0100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

2-Th

eta

- Sca

le3

1020

3040

5060

7

d=10,05779

d=8,51062

d=4,99094

d=4,24738

d=3,32753

d=1,99183

d=3,19047

DBD


Anexo II 167

FEDERBA

Lin (Counts)

0100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

2-Th

eta

- Sca

le3

1020

3040

5060

7

d=10,06215

d=7,89d=7,16695 d=6,90883

d=6,54053

d=3,94043

d=3,57375d=3,44653d=3,34200

d=2,97278d=2,91721

d=2,82375

d=2,64668

d=2,11165

d=1,96871

d=1,78755d=1,75419

d=4,98617

d=4,37654d=4,14578

d=2,38609

DBD


Anexo II 168

Cascalho CP-01

Lin (Counts)

0102030405060708090100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

310

320

330

340

2-Th

eta

- Sca

le3

1020

3040

5060

7

d=9,67286

d=6,95009 d=6,74449

d=5,38144

d=3,39857d=3,30402

d=13,31818

d=3,53572

d=2,77037

d=8,21364

DBD


Anexo II 169

Material INCELT

Lin (Counts)

0100

200

300

400

500

600

2-Th

eta

-Sca

le2

1020

3

d=17.24595 d=16.73936

d=10.05931d=9.64672

d=7.21332

d=4.99439

d=3.57570

d=3.32406

DBD


Anexo II 170

Cerâmica Bandeira

Lin (Counts)

0102030405060708090100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

2-Th

eta

- Sca

le2

1020

3

d=3.57312

d=7.15057

DBD


Anexo II 171

Cascalho – CP-129

Lin (Counts)

0102030405060708090

2-Th

eta

-Sca

le2

1020

3

d=10.14015

d=3.59470

d=3.33774

d=3.19591

d=5.00741

DBD


III Anexo

III.I. Licença de operação para produção de cerâmica vermelha com incorporação de cascalho de perfuração a massa argilosa.

DBD


Anexo 173

DBD


patrício josé moreira pires utilização de cascalho de ... petróleo para a produção de...

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