processos e tecnologias de reciclagem …
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PROCESSOS E TECNOLOGIAS DE RECICLAGEM
FUNDAMENTOS
PCC 3556
Materiais, reciclagem e gestão de resíduos da construção
Objetivos da aula
• Apresentar conceitos básicos relacionados a processamento mineral
– Balanço de massa, recuperação, distribuição
• Descrever as operações unitárias mais importantes para a reciclagem
• Discutir a eficiência das diferentes tecnologias usadas na reciclagem
Reciclagem de RCD
• Triar: separação manual ou mecanizada dos contaminantes do RCD Classe A (madeira, plástico, papel, gesso, aço, outros).
• Escalpar: remover a fração já fina presente no RCD (solo de escavação). Não deve ser considerado como agregados reciclados.
• Britar: redução do tamanho das partículas, podendo envolver vários estágios de britagem (não necessariamente um único estágio). Adequa o tamanho do agregado, mas pode influenciar na qualidade;
• Concentrar/Limpar: separação magnética (aço), pneumática (plástico, madeira, pequenos fragmentos) , separação por cor ou densidade (gesso, cerâmica vermelha). Visa melhorar a qualidade do agregado reciclado.
• Peneirar/Classificar: define faixas de tamanho de agregado reciclado. Pode remover excesso de finos.
São operações usuais da Eng. Minas (Processamento Mineral)
Tipos de usinas de RCD
Resíduo de Concreto: peças estruturais de concreto armado. Somente concreto e aço (limpo).
Resíduo Cimentícios: sobras de alvenaria (blocos de concreto), argamassas, etc
Tipos de RCD
Resíduo Misto: resíduo de alvenaria com bloco cerâmico, telhas de cerâmicas vermelha, argamassa
Resíduo Misto: sobras de alvenaria, misturado com solo de escavação, madeira, etc (material sujo)
Tipos de RCD
Origem do RCD
Escalpe (remover solo)
Feita antes da britagem (com ou sem vibração mecânica). Fundamental para se atender especificações de uso de agregados reciclados, obter produtos de melhor qualidade.
Tratamento Prévio (triagem)
Manual: feito em pilhas de resíduos. Baixa eficiência. Condições ocupacionais impróprias.
Cabine de triagem: feito em pilhas de resíduos. Alta eficiência. EPIs, coberto, ventilado
Unidades móveis de peneiramento
A fração escalpada é denominada de fração não classificada, contém solo. As aplicações são mais restritas – usos geotécnicos (valas, aterros de pequeno porte, )
Unidades móveis (peneiramento-triagem)
Protótipo móvel (IPT)atende prefeituras
Cominuição
• Fragmentar, reduzindo o tamanho das partículas.
• Liberação das fases é necessária para que a etapa de concentração funcione.
ValuableMaterial
ValuableMaterial
Fonte: Aula Prof. Carina Ulsen. Laboratório de Caracterização Tecnológica. Eng Minas. Poli USPGaudin. Ore mineral dressing. 1932.
Liberação das partículas
MISTO - FRAÇÃO MINERAL ÚTIL : ÁREA X PERÍMETROLIVRE
MISTA
área: 50%perímetro: 5%
área: 90%perímetro: 100%
área: 20%perímetro: 5%
área: 90%perímetro: 25%
área: 40%perímetro: 5%
área: 35%perímetro: 0%
Fonte: Aula Prof. Carina Ulsen. Laboratório de Caracterização Tecnológica. Eng Minas. Poli USP
Britagem (remove pasta de cimento)
Agregado Reciclado de Concreto (ou cimentício)
Pasta endurecida de cimento (mais porosa)
Agregado natural(poucos poros)
(de Juan e Gutiérrez 2009)
Cominuição
• Britagem– Compressão, impacto ou cisalhamento
– Relação de redução (de 4 a 8)• R = Dmax(entrada)/dmax(saída)
– Alimentação (3m a 10 mm).
• Moagem– Abrasão (desgaste), arredondamento
– Relação de redução (de 20 a 200)
– Alimentação (< 3 mm)
Metso Minerals. Basics in Mineral Processing. 2015
Tipos de britadores
Britador de mandíbulas Britador de impacto
http://trituradoras-de-roca.com
Como ajustar britadores de mandíbula?
Pré-fragmentação (resíduo de concreto)
Bolas de fragmentação, guindastes(quebra do concreto pela queda, separação do aço)
Rompedores pneumáticos em escavadeiras(quebra do concreto, separação do aço)
Granulometria do Produto Britado
A granulometria do produto depende da regulagem e tipo do equipamento de britagem, e da dimensão do material na alimentação.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1 10 100 1000
Po
rcen
tage
m p
assa
nte
(%)
Abertura da malha (mm)
15 mm 200 mm
40 mm 300 mm
Britador por impacto
Britador de mandíbula
METSO MINERALS, Basics in mineral processing, 2015. https://www.metso.com/contentassets/0efc5d1a7c5a4357baecc5e990dc1fe7/basics-in-mineral-processing-handbook-18-lr.pdf
Fator de redução = Dmax (antes)Dmax (depois)
Diferenças (britadores)
A.P. Chaves. Teoria e Prática de Tratamento de Minérios. Disponível: biblioteca Eng Minas Poli USP.
Britador de rolos dentados
Estágios de britagem?
Metso Minerals. Basics in Mineral Processing. 2015
Estágios sucessivos e fechados(remove pasta de cimento)
Circuito fechadoRealimenta material maior que tamanho de controleAtriçãoMecanismo mais eficiente para remover pasta de cimento
Estágios sucessivos (remove pasta de cimento)
Quattrone, Ângulo, John. Energy and CO2 from hig performance recycled aggregate production. Resources, Conservation and Recycling. 2014. http://dx.doi.org/10.1016/j.resconrec.2014.06.003
Estágios múltiplos de britagem (geram finos)
Quattrone, Ângulo, John. Energy and CO2 from hig performance recycled aggregate production. Resources, Conservation and Recycling. 2014. http://dx.doi.org/10.1016/j.resconrec.2014.06.003
Aumento da qualidade do agregado reciclado
Vertical Shaft Impactor (VSI)Material passante no rotor e lançado para a câmara de britagem
com velocidades entre 50-105 m/s
Vantagens:• maior arredondamento• menor geração de finos se comparado a moinhos, ou outros britadores• adequado para materiais abrasivos• empregado na produção de areia natural• produz areia reciclada de boa qualidade
FAÇO. Manual de britagem FAÇO. In: PAULISTA, A. M. S. F. D. A. (Ed.)1994.ULSEN, C. Ulsen, Caracterização e separabilidade de agregados miúdos produzidos a partir de resíduos de construção e demolição, Tese (Doutorado), Universidade de São Paulo (Escola Politécnica), 2011
Câmara de britagemonde ocorre quebra
pelo impacto de rocha contra rocha
Agregados Reciclados Cimentícios
Areia cimentícia reciclada (<4,8 mm): aplicação em argamassas, assentamento de tubulações, de blocos intertravados
Brita de concreto (9-19mm) recicladolastros de pisos, concretos
PeneiramentoÉ preciso haver tempo e área de peneiramento suficiente para que o processo de separação por tamanho seja eficiente. Fonte: Metso Minerals; Chaves e Peres [36,37]
Processo contra-correnteé mais eficiente
Angulo (º) 20 19 15 10
Malha (“) 6 a 4 4 a 1 2 ½ a 1/2 1 a 1/8
Malha 4 3 2 1 1/2 1/4 10 14
Rotação 800 850 900 950 1000 1400 1500 1600
Amplitude 6,5 5,5 4,5 3,5 3,0 2,0 1,5 1,0
Peneiramento
Metso Minerals. Basics in Mineral Processing. 2015
Usado para remover finos
Peneira de alta frequência (caro)
Requer reforço de tela
Concentração
• Propriedades diferenciadoras
– Densidade
– Afinidade da superfície (hidrofílica, hidrofóbica)
– Susceptabilidade magnética
– Condutibilidade elétrica
Força de separação
Alimentação
Resposta positiva
Resposta negativa
Separadores magnéticos
Wills. Magnetic separation.
O aço é o subproduto de mais alto valor produzido na usina!!!
Mais eficienteMenos eficiente
Classificador pneumático (leves)
Wilp, Holanda
partículas
leves
partículas
pesadas
alimentação
corrente de ar
partículas
leves
partículas
pesadas
alimentação
corrente de ar
Hendriks (2010)
Separação Densitária (Jigue)
Lei de Stokes (velocidade terminal)
Aceleração diferencial
Jigue a água (gesso)
Prós & Cons
• Prós
– Alta eficiência de separação.
– É eficiente em ampla faixa de tamanho de partículas (2 a 32 mm)
– Baixo custo de manutenção.
• Cons
– Consumo de água no processo, mas pode ser reciclada
– Requer deslamagem e aproveitamento posterior de lama
Jigue a ar (remoção leves)
Separação Densitária (finos)
Faixa de tamanho – 0,07 a 1 mmMenor capacidade de produção (0,25 t/h/m²)
Intervalos granulométricos mais estreitos (< 2mm)Capacidade de produção – até 4 t/h por espiral
Fonte: Aula Prof. Carina Ulsen. Laboratório de Caracterização Tecnológica. Eng Minas. Poli USP
Areia reciclada (fração densa)
2.5<d<2.6 g/cm3 (20.7% wt average)
lower content of porous phases (cement paste
and ceramics), high content of feldspar (XRD), low
grades of cement paste
d>2.6 g/cm3 (53.9% wt average)
liberated quartz and feldspar particles, mafic
minerals
Uso de espiral concentradora
Tese Carina Ulsen. Poli Minas
Separação solo – agregado natural
Eberhard - Suiça
Drum Washer
1 Alimentação2 Guias em forma de espiral3 Descarga do produto lavado10 Descarga da fração orgânica leve
Agregado de RCD misto (sem finos)
Separação por sensores
https://www.tomra.com/pt/
Separação (VIS, NIR)
• Identifica os materiais pelo espectro visível, combinando ou não com o do infravermelho.
• Separa diversos materiais orgânicos (polímeros, papel, madeira)
Titech; https://www.tomra.com/pt/https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.09.109
Plantas (Europa)
AlimentaçãoAgregado
descontaminadoSubprodutos da
reciclagem
Agregado Reciclado (melhoria de qualidade)
http://dx.doi.org/10.1590/S1678-86212013000200006
Alta eficiência de separação
COLOR SORTING
10
0% 62
.1 %
37.9%
INPUT ACCEPTED
REJECTED
C 62.3 %B 37.7 %
C 96.7 %B 3.3 %
C 6.0 %B 94.0 %
COLOR SORTING
XA 95.1 %GC 4.9 %
10
0%
42
.2 %
XA 45.4 %
GC 54.6 %
57.8%
XA 9.0 %GC 91.0 %
INPUT ACCEPTED
REJECTED
Remoção de cerâmica vermelha Remoção de gesso
http://dx.doi.org/10.1590/S1678-86212013000200006
Balanço de massa
Operação unitária(Cominuição,
Concentração)
AlimentaçãoConcentrado(produto)
Rejeito(subproduto)
Balanço de massa: MA=MC+MR
Distribuição de massa (recuperação):
Exercício
• Calcular teores e distribuições de massa e de cada material dentro das operações (alimentação, produto e rejeito).
placas de gesso acartonado: 4.431ggesso: 4.121 g ; papel: 310 g
-0,8 mm
produto: 2.816ggesso: 2.816 g
Rejeito:1.615gGesso: 1.305gpapel: 310g
+0,8 mm
Resposta
Operação Materiais Massa (g) Massa(%) Teor (%) Distribuição (%)
Alimentação Gesso 4121 93% 100%
Papel 310 7%
total 4431 100%
Concentrado Gesso 2816 100% 68%
Papel 0 0%
total 2816 64%
Rejeito Gesso 1305 81%32%
Papel 310 19%
total 1615 36%
A britagem (seguida do peneiramento) foi capaz de concentrar apenas 68% do gesso disponível na alimentação.Não houve liberação suficiente. A separação ainda é insuficiente.
Usi
na
de
reci
clag
em d
e R
CD
Cla
sse
A n
o B
rasi
lestoque de
contaminantes
resíduo cinza
resíduo vermelho
remoção de
impurezas
sucata
retroescavadeira
britador de
impacto
separador
magnético
>40 mm
40 a 20mm
5 a 20 mm
<5mm
Alimentação
agregados cinzas
agregados vermelhos
Triagem
Redução de tamanho
Remoção do aço
Classificação do tamanho
Usina de Reciclagem Convencional
www.logismarket.ind.br
Sem peneiramento(bica corrida mista
Peneiramentobritas e areias cimentícias
Finos naturais (escalpado)contém solo
Agregado reciclado misto(0-40 mm)
Diferença entre bica corrida mista (50-0 mm) de finos naturais (< 10mm – solo escalpado)
Uso em sub-bases
Fração cimentícia (usos)
Pedrisco (6,3-0mm) reciclado cimentício, usado na confecção de componentes pré-fabricados de cimento (como blocos de vedação e pavers –blocos de pavimentos intertravados).
Brita de concreto (9-19mm) recicladolastros de pisos, concretos
Pré-triagem, escalpebritagem
Peneirador rotativo
Classificador pneumático
Britagem, peneiramento
Usina na Alemanha
Berlin, Alemanha
ParâmetrosSubstituição da brita natural pela reciclada (%)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Teor de não minerais (%)
0,00 0,40 0,80 1,20 1,60 2,00 2,40 2,80 3,20 3,60 4,00
Teor de finos (%)
1,00 2,90 4,80 6,70 8,60 10,50 12,40 14,30 16,20 18,10 20,00
Absorção de água(%)
0,50 2,45 4,40 6,35 8,30 10,25 12,20 14,15 16,10 18,05 20,00
Brita graduada de RCD: soluções para homogeneidade
Homogeneização
Ib Finn Petersen. Blending in circular and longitudinal mixing piles. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems 74 (2004) 135– 141
Marques; Costa. The Use of Geostatistical Simulation to Optimize the Homogenization and Blending Strategies. Doi 10.1007/978-94-007-
4153-9_35
Controle de poluição(captação de particulados)
Costumam ser instalados nas operações de britagem e peneiramentoOutros Cuidados (transportadores de correia encobertos)
Fluxo de processo (jigue)
Wilp, Holanda
Rota (lavador de agregados)
Magdeburg, Alemanha
Conclusões
• As operações de reciclagem devem ser selecionadas de acordo com as características dos resíduos e qualidade desejada dos produtos.
• Devem ser desenvolvidos os fluxos de processos, balanços, recuperações em cada contexto.
Leitura Recomendada
• METSO. Basics in Mineral Processing. até cap 5. http://www.metso.com/globalassets/saleshub/documents---episerver/handbook-basics-in-minerals-processing_en.pdf
• Handbook of recycled concrete and demolition waste. Cap 9. Disponível no moodle