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
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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
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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)
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Tipos de usinas de RCD
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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
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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
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Origem do RCD
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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.
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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
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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, )
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Unidades móveis (peneiramento-triagem)
Protótipo móvel (IPT)atende prefeituras
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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.
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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
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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)
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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
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Tipos de britadores
Britador de mandíbulas Britador de impacto
http://trituradoras-de-roca.com
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Como ajustar britadores de mandíbula?
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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)
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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)
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Diferenças (britadores)
A.P. Chaves. Teoria e Prática de Tratamento de Minérios. Disponível: biblioteca Eng Minas Poli USP.
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Britador de rolos dentados
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Estágios de britagem?
Metso Minerals. Basics in Mineral Processing. 2015
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Estágios sucessivos e fechados(remove pasta de cimento)
Circuito fechadoRealimenta material maior que tamanho de controleAtriçãoMecanismo mais eficiente para remover pasta de cimento
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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
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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
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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
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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
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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
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Peneiramento
Metso Minerals. Basics in Mineral Processing. 2015
Usado para remover finos
Peneira de alta frequência (caro)
Requer reforço de tela
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Concentração
• Propriedades diferenciadoras
– Densidade
– Afinidade da superfície (hidrofílica, hidrofóbica)
– Susceptabilidade magnética
– Condutibilidade elétrica
Força de separação
Alimentação
Resposta positiva
Resposta negativa
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Separadores magnéticos
Wills. Magnetic separation.
O aço é o subproduto de mais alto valor produzido na usina!!!
Mais eficienteMenos eficiente
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Classificador pneumático (leves)
Wilp, Holanda
partículas
leves
partículas
pesadas
alimentação
corrente de ar
partículas
leves
partículas
pesadas
alimentação
corrente de ar
Hendriks (2010)
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Separação Densitária (Jigue)
Lei de Stokes (velocidade terminal)
Aceleração diferencial
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Jigue a água (gesso)
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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
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Jigue a ar (remoção leves)
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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
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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
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Separação solo – agregado natural
Eberhard - Suiça
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Drum Washer
1 Alimentação2 Guias em forma de espiral3 Descarga do produto lavado10 Descarga da fração orgânica leve
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Agregado de RCD misto (sem finos)
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Separação por sensores
https://www.tomra.com/pt/
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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
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Plantas (Europa)
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AlimentaçãoAgregado
descontaminadoSubprodutos da
reciclagem
Agregado Reciclado (melhoria de qualidade)
http://dx.doi.org/10.1590/S1678-86212013000200006
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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
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Balanço de massa
Operação unitária(Cominuição,
Concentração)
AlimentaçãoConcentrado(produto)
Rejeito(subproduto)
Balanço de massa: MA=MC+MR
Distribuição de massa (recuperação):
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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
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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.
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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
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Usina de Reciclagem Convencional
www.logismarket.ind.br
Sem peneiramento(bica corrida mista
Peneiramentobritas e areias cimentícias
Finos naturais (escalpado)contém solo
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Agregado reciclado misto(0-40 mm)
Diferença entre bica corrida mista (50-0 mm) de finos naturais (< 10mm – solo escalpado)
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Uso em sub-bases
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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
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Pré-triagem, escalpebritagem
Peneirador rotativo
Classificador pneumático
Britagem, peneiramento
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Usina na Alemanha
Berlin, Alemanha
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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
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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
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Controle de poluição(captação de particulados)
Costumam ser instalados nas operações de britagem e peneiramentoOutros Cuidados (transportadores de correia encobertos)
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Fluxo de processo (jigue)
Wilp, Holanda
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Rota (lavador de agregados)
Magdeburg, Alemanha
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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.
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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