Tecnologias Inovadoras Aplicadas
ao Tratamento de Resíduos
Roberto N. Szente
Roteiro
O Problema.....
 Soluções existentes
 Plasma

Introdução
 Tochas de Plasma
 Processos Industriais Diversos


Processos Inovadores em Meio Ambiente
Solos Contaminados
 Embalagens Longa-Vida
 Escórias (Silício, Alumínio)
 Resíduos de Saúde (Lixo Hospitalar)
 Resíduos Industriais
 Outros


Conclusões
O
Problema…
Resíduos???
O
que são resíduos??
 Remanescente;
aquilo que resta de qualquer
substância; resto....
 Mas,
uma lâmpada fluorescente, é um resíduo?
 E quando um produto industrial acaba no meio
ambiente?? Torna-se um resíduo??
 Será que uma lâmpada fluorescente usada é o
mesmo que o resto de dicloro anilina gerada na
fabricação de insumos para plásticos??
Resíduos???

Que tipos de materiais podem acabar no meio
ambiente (natureza) ??
Processo (produção de bens – por exemplo, resíduos da
produção de plásticos, usinagem de peças, produtos
químicos, fabricação de papel, etc) – Na verdade, nesta
categoria estão os únicos resíduos de acordo com a
definição
 Final da vida útil de Produtos Industriais (televisores,
automóveis, lâmpadas fluorescentes, etc); estudos de
ciclo de vida tornam-se cada vez mais importantes e
decisivos na definição de produtos industriais.
 Embalagens (utilizadas para proteger produtos
industriais – por exemplo, garrafas, latas de alumínio,
papelão, isopor, etc).

Resíduos???

Portanto, na verdade não devemos dizer que devemos
tratar resíduos (industriais, domésticos, hospitalares,
etc) mas sim tratar materiais que acreditamos possam
afetar o meio ambiente que desejamos preservar.

Então, o que devemos fazer é RECICLAGEM de
materiais, e não somente tratamento de resíduos (que
envolveria somente uma parte (pequena) dos materiais
que acabam no meio ambiente..).
Soluções Existentes
Reciclagem
para
Reciclagem

Entre os processos mais utilizados:
A) Aterros
 B) Incineração / Cimenteiras
 C) Compostagem
 D) Específicos - Diversos
Diversos processos específicos foram desenvolvidos para
reciclagem de certos produtos ou materiais. Entre esses
processos, podem ser destacados:

 Papelão,
papel (processo via hydra pulping);
 Vidro (refusão);
 Plásticos (seleção e extrusão);
 Madeiras (trituração e enchimento);
 Ferro velho (carga de alto forno);
 Alumínio (refusão de latas); ......diversos outros
Alguns desses processos são economicamente possíveis apenas
quando são subsidiados ou quando a mão de obra
(principalmente para segregação) não é qualificada.
Reciclagem
O
grande desafio atual da reciclagem é
aumentar a quantidade de material que pode
retornar à cadeia produtiva (reciclagem
primária ou secundária).
 Entre esses materiais, devem ser incluídos
resíduos industriais (de processo), material
inorgânico de lixo doméstico, inúmeros
produtos industriais após uso e outros....
Plasmas
Plasma

Matéria Dissociada e Ionizada
A
A
M
e
I
I
e
+
+
A
M
M
A
M

e
I
+
Principais Características:
Condutor elétrico
 Influenciado por campos elétricos e magnéticos
 Macroscopicamente neutro

Plasma - Térmico
Solido

E
Liquido
E
Gas
E
Plasma
Plasma Térmico – Gás parcialmente ionizado, atingindo
temperaturas entre 5.000 e 30.000 0C (outros tipos de plasma
atingem temperaturas diferentes; normalmente as temperaturas
estão associadas à pressão de operação do sistema a plasma).

Em outras palavras, Plasma (Térmico ou Industrial) pode
ser entendido como um gás aquecido (qualquer gás em
princípio), (parcialmente ionizado e dissociado), por uso de
eletricidade, a temperaturas muito acima das alcançadas
por queimadores a óleo ou gás.
Plasma Térmico
Geração

Plasma Térmico é gerado em equipamentos chamados de
Tochas de Plasma, que utilizam um arco elétrico para
aquecer gases a temperaturas elevadas (gerando um jato de
plasma, a 15.000 0C tipicamente).

Presentemente Tochas de Plasma com eficiências acima de
90 % (TSL desenvolveu tochas próprias; rendimentos dos
melhores mundiais) encontram-se disponíveis para
diversos processos, utilizando diferentes gases de plasma
(ar, argônio, nitrogênio, hidrogênio, hélio, oxigênio, etc).
Tocha de Plasma
Arco Elétrico
Gas
Anodo
Catodo
Bobinas
Jato de
Plasma
Tocha de Plasma
Tocha de Plasma
Modelagem

1
    1  
 
u  rv       r   S
x
r r
x  x  r r 
r 
Conservation
of
Mass
Axial
Momentum


1
u
0
eff
Radial
Momentum
v
eff
Azimuthal
Momentum
Energy
w
eff
h
k/Cp +
kt
Turbulent
Kinectic
Energy
Turbulent
Energy
Dissipation
Rate
K
 + t
/ Prt

 + t
/ Prt
S


p  

  ef
x x 
0
u  1 

x  r r

 v  
r

    j r B
ef

 x  

p  
u  1  
w
v
 v  
   ef
r




2

 j x B



ef
ef

r x 
r  r r 
r2
r2
 r  
1
vw
 2 w
r
r
jx 2  jr 2

-Sr
G - 

2
C1GK - C2
K
Tocha de Plasma - Modelagem Temperatura
Plasmas Térmicos
Aplicações Industriais

Baixa e Alta Potência:

Baixa potência: corte, soldagem, spraying

Alta potência: metalurgia / siderurgia
materiais
meio ambiente

Cada processo utiliza uma geometria de tocha e
conceito de utilização diferentes.

Mais de 100 plantas industriais no mundo inteiro
(Alcan, General Motors, Kawasaki Steel, Huls,
Tioxide, SKF, Mintek, EDF, Peugeot, Daido, ....)
Processos Inovadores
em
Meio
Ambiente
Aplicações de Plasma - Meio Ambiente

Presente:







Resíduos Inorgânicos Industriais
Resíduos de Saúde (Orgânicos Industriais)
Embalagens Longa Vida
Solos Contaminados
Alumínio
Escórias metálicas
Futuro próximo:




Pneus
Baterias de automóveis
Mercúrio
Catalisadores exauridos
Presente
(solos contaminados, resíduos industriais,
embalagens assépticas,
escórias metálicas,…)
Solos
Contaminados
Solos
Contaminados

Solos Contaminados por petróleo, óleo, PCB,
benzeno, tolueno, e muitos outros compostos
orgânicos apresentam-se como um real problema
mundial.
 Processos
tradicionais (centrífugas, incineração,
cimenteiras, etc) apresentam grandes restrições
ambientais e custos elevados.
Processos
Tradicionais
Processo
Característricas
Centrífuga
Remoção mecânica
Limitações
Material com 5% HC;
Tipos de resíduos
Incineração
Remoção Térmica
Sem recuperação de óleo;
altos custos, riscos ambien.
Cimenteiras
Remoção térmica
Sem recuperação de óleo;
localização; riscos ambien.
Land Farming
Remoção biológica
Sem recuperação de óleo;
tipos de resíd; riscos amb.
Solos Contaminados - ProcessoTSL

Desenvolvido processo pela empresa TSL Eng. Ambiental
para o tratamento de solos contaminados, borras de
petróleo, lama de perfuração e outros materiais.

Processo baseia-se no uso de fontes de energia
extremamente eficientes (tochas de plasma operando a
15.000 0C; resistências elétricas de alta eficiência) para
transmitir energia ao material sendo tratado.

Material é aquecido em ambiente controlado, evitando-se a
combustão dos compostos orgânicos.

Recupera-se o óleo contido no material, sem emissão de
gases, limpando-se completamente o material inicialmente
contaminado. Vitrifica-se os compostos inorgânicos para
inertizá-los.
Solos Contaminados / Borras de Petróleo
Processo TSL
Fonte
Tocha de
Plasma
Controle
Resíduos
Óleo
Solo Limpo
Reator
Solos Contaminados / Borras de Petróleo
Processo TSL
Óleo
recuperado
Solo Contaminado
Solo
Vitrificado
Solo Limpo
Processo Inovativo - TSL
Solo Contaminado
Solos Contaminados
Processo TSL
Vantagens do processo:
 Reciclagem
completa do material;
 Solos completamente recuperados;
 Recuperação de óleo contido;
 Alta eficiência energética;
 Emissão praticamente zero de gases totalmente
não tóxicos (N2 , O2 , Ar, H2O);
 Tecnologia limpa.
Resíduos
Inorgânicos
Industriais
Resíduos Industriais

Diversos tipos de resíduos industriais e produtos
industriais, como lodo galvânico, cinzas de incineração,
catalisadores petroquímicos exauridos, borras industriais,
etc, que contem metais pesados, podem ser reciclados em
processos a plasma.

No processo a plasma desenvolvido, o material contendo
metais pesados sofrem reações químicas e transformações
físicas, gerando-se do processo subprodutos inertes e
reaproveitáveis (matrizes cerâmica e férrea).

Processo a plasma permite o total, completo e final
processamento e reciclagem do material contendo metais
pesados, resíduos, de maneira segura e totalmente não
poluente, com circuito fechado de efluentes líquidos e
sólidos.
Resíduos Industriais
Processo TSL - Princípio

Material colocado diretamente no reator;

Temperatura de operação: 1.600 0C, obtida pelo uso de
tochas de plasma operando a 15.000 0C;

Condições redutoras no reator;

Fusão no reator do material sendo processado; duas fases
líquidas no reator (férrea e cerâmica), contendo metais
pesados;

Remoção de matrizes férrea e cerâmica inertes e
reaproveitáveis (analogias: matriz férrea - aço inoxidável;
matriz cerâmica - vidro tipo cristal);

Limpeza de gases (vazão de gases muito pequena).
Processo TSL
Unidade Industrial
Resíduos Inorgânicos
Processo TSL
Produtos
Resíduos Industriais
Processo TSL
Teste de Lixiviação – NBR 1004
Elemento
Arsênio
Chumbo
Cádmio
Bário
Cromo
Fluoretos
Mercúrio
Prata
Limite
(mg/l)
5,00
5,00
0,50
100,00
5,00
150,00
0,10
5,00
Lodo
(mg/l)
<0,01
0,10
3,90
<10,00
1,92
42,00
<0,01
0,07
Plasma
(mg/l)
<0,01
<0,01
<0,01
<0,01
<0,01
<0,01
<0,01
<0,01
Resíduos Industriais
Processo TSL
Teste de Solubilização NBR 10.004
Elem./ Comp.
Bário
Chumbo
Cromo (total)
Alumínio
Cobre
Ferro
Manganês
Zinco
Nitrato
Cloretos
Sódio
Sulfato
Dureza
Limite
(mg/l)
1,00
0,05
0,05
0,20
1,00
1,50
0,10
5,00
10,00
250,00
200,00
400,00
500,00
Result- Resíduo
(mg/l)
< 1,00
0,04
0,82
0,51
1,09
0,34
0,54
1,00
560,00
964,00
471,00
518,00
92,00
Result- PLASMA
(mg/l)
<0,01
<0,01
<0,01
<0,10
<0,01
<0,01
<0,01
< 0,05
<2,00
<5,00
<5,00
<10,00
<10,00
Tocha de Plasma
Unidade Industrial - Lodo Galvânico
Reator a Plasma
Unidade Industrial- Resíduo Inorgânico
Embalagens
Assépticas
Tipo Longa Vida
Material Contendo
Plástico e Alumínio


Na reciclagem, já realizada em diversos países, de
embalagens tipo longa vida ou de retalhos e aparas
gerados na produção dessas embalagens, recupera-se o
papel contido nesses materiais, gerando-se um
material contendo plástico (80 %) e alumínio (20 %).
Esse material está sendo colocado em fornos de
cimento ou sendo parcialmente reutilizado de diversas
maneiras.
Dentre os possíveis processos para a reciclagem ou
tratamento do material contendo plástico e alumínio, o
processo desenvolvido pela TSL apresenta-se como
não somente o mais completo, capaz de total
reciclagem dos materiais, mas também o único que
não gera impactos ambientais.
Processo TSL
Reciclagem de material contendo
plástico e alumínio
O





processo consiste em:
alimentar continuamente material contendo ~80% PE e
20 % Al, em um reator a plasma (gás de plasma inerte);
manter a temperatura de operação em cerca de 1.200 0C;
derreter o alumínio contido ao mesmo tempo que
volatiliza-se o material plástico, craqueando o plástico
parcialmente, formando cadeias menores voláteis;
condensar os vapores (orgânicos), oriundos da
volatilização do plástico, fora do reator;
recuperar todo o alumínio contido (em lingotes), gerando
ao mesmo tempo um produto parafínico (do plástico
inicialmente contido).
Reciclagem de Material contendo
Alumínio e Plástico
Processo TSL
Vapores orgânicos
Material Plástico
e Alumínio
Parafina
Fonte de
Potência
Reator
Tocha de Plasma
Al
Painel de Controle
Processo TSL
Material Plástico e Alumínio
Lingote de Alumínio
Material Plástico e Alumínio
Parafina
Processo TSL
Características Principais

Reciclagem completa do material anteriormente
considerado como resíduo, possibilitando a total
recuperação do alumínio inicialmente contido e
transformação do plástico (PE) em produto de alto
valor agregado (parafínico);

Alta eficiência energética (cerca de 4 vezes mais
eficiente que processos tradicionais como
incineração);

Processo limpo (sem geração de resíduos).
Recuperação
de Metais em Escórias
Silício
Silício

Elemento utilizado principalmente na produção de
ferro-ligas (ferro-silício) para aplicações específicas;

Brasil é um dos maiores produtores mundiais de
silício metálico – pureza entre 98.5 e 99.5 % (cerca de
100.000 ton/ano);

Gera-se uma escória quando da produção de silício
(contendo material fluxante utilizando para
purificação de silício);

A escória da produção de silício é retirada
periodicamente do forno; na escória encontra-se silício
agregado.
Silício

Cerca de 5 % da produção de silício encontra-se na
escória;

A escória de silício contem entre 25 e 40 % de silício
metálico; outros compostos são óxido de silício, óxido
de alumínio e outros.

A escória após resfriar é manualmente processada;
retiram-se os maiores blocos de silício agregados e o
resto da escória é normalmente descartada, aterrada ou
ainda repassada para pequenas empresas que retiram
um pouco mais do silício agregado (manualmente);

Sérios impactos ambientais (descarte); condições
insalubres na separação de silício da escória e baixo
rendimento na recuperação de silício.
Recuperação de Silício em Escórias
Processo a Plasma

Desenvolvido processo a plasma para recuperação do
silício contido nas escórias;

Processo emprega um reator a plasma, sistema a
plasma de alta eficiência (arco transferido) para
provocar a fusão da escória e separação de fases;

Processo ocorre a cerca de 1.600 0C, em atmosfera
controlada;

Material é alimentado no reator a plasma como gerado
no processo de produção de silício (sem
beneficiamento ou manipulação).
Recuperação de Silício em Escórias
Processo a Plasma

Mais de 98 % do silício inicialmente presente na
escória é recuperado no processo a plasma;

Pureza do silício recuperado é normalmente maior do
que o silício produzido (> 99 %);

Processo a plasma é limpo; gera-se um subproduto
(matriz cerâmica) inerte e passível de ser
reaproveitada (como enchimento de pavimentação) ou
outras aplicações.
Recuperação de Silício
Processo a Plasma
Escória
Condens.
Secad.
Fonte de
Potência
Sistema
a Plasma
Aliment.
Fase
Cerâmica
Silício
Recuperado
Gases Limpos
Limpeza de
Gases
Alumínio
Alumínio

Excelente material para embalagens - especialmente
para alimentos (impermeável a oxigênio, leve, inerte
quimicamente à maior parte dos alimentos)

Em princípio 100 % reciclável

Mais de 98 % das latas de bebidas no mundo são
feitas de alumínio (~3.2 milhões tons / ano)

Cavacos de alumínio ~2.0 milhões tons / ano

Mais de 1 milhão ton de escória são geradas
anualmente por empresas produtoras de alumínio e
refusoras.
Reciclagem de
Alumínio
 30
% do alumínio produzido é reciclado
mundialmente, número crescente anualmente. As
razões para reciclar alumínio são:

Significativa redução no consumo energético
(0.7 kWh/kg vs 14 kWh/kg);

Diminuição do impacto ambiental (para cada novo kg
de Al produzido são gerados 4 kg de resíduos;

Redução na quantidade de resíduos colocados em
aterros;

Manter o preço do alumínio competitivo.
Reciclagem de Alumínio
Pequenas e Médias Empresas
 Utilizam
fornos rotativos com queimadores a óleo
ou gás (T ~ 750 0C);

Sal (NaCl / KCl) é adicionado à carga para evitar a
oxidação do alumínio;

30 kg de sal por 100 kg de Al produzido (média)

Sal é retirado antes da remoção de alumínio
líquido e reciclado;

Depois de 3 corridas (média), o sal é retirado e
descartado.
Reciclagem de Alumínio
Problemas

Sal descartado é potencialmente tóxico para o meio
ambiente. Contem metais pesados e necessita ser
colocado em aterros especiais.

Uso de sal é potencialmente perigoso para os
operadores do forno (gases ricos em vapores).

Sal ataca o equipamento (refratários, tubulação,
necessita ser frequentemente trocada).

Processo ineficiente em termos de energia (perdas
para derreter o sal que acaba agindo como isolante
térmico) e recuperação de alumínio (oxidação de parte
da carga mesmo utilizando sal).
Reciclagem de Alumínio
Processo a Plasma

Processo a plasma emprega fornos rotativos
semelhantes; entretanto substitui queimadores
óleo/gás por sistemas a plasma;

Uso de condições não oxidantes dentro do forno;

Nenhum sal ou outro composto é adicionado ao
processo;

Possibilidade de operação contínua.
Reciclagem de Alumínio
Processo a Plasma
Características
 Tecnologia
 Alta
limpa (sem geração de resíduos);
eficiência energética e de recuperação de
alumínio;
 Fornos
podem ser utilizados para tratar
diferentes tipos de materiais (latas,cavacos,
escória, finos).
Alumínio
Matéria Prima e Produtos
Reciclagem de Alumínio
Comparação
Plasma vs Queimadores
.
AlRec
(%)
Queim.
Plasma
Energ.Esp.
(kWh/kg)
Ref. Custo
(US$/ton)
Aterrol
(US$/ton)
Total
80-85
2100
12
150
100
90-95
700
3
10
60
Futuro
Próximo !!!
Aplicações de Plasma - Meio Ambiente

Futuro próximo:
 Pneus
Está sendo desenvolvido um processo a plasma capaz de transformar
os materiais contidos em Pneus Usados (borracha, negro de fumo, fios
de aço) em produtos comercializáveis (óleo, negro de fumo, lingote de
ferro). O processo já se mostrou viável em escala laboratorial e está
sendo considerada no momento a construção de uma unidade piloto
para demonstração da tecnologia.

Catalisadores Exauridos
Encontra-se em fase final de desenvolvimento um processo a plasma
capaz de recuperar o níquel presente em Catalisadores Exauridos
(petroquímicos e químicos) e ao mesmo tempo gerar um composto
parafínico a partir de compostos orgânicos presentes nesses
catalisadores. Além dos aspectos econômicos, deve-se salientar que o
reaproveitamento (reciclagem secundária) desses catalisadores também
terá uma consequencia ambiental muito importante, tendo em vista que
esses materiais, contendo metais pesados, estavam sendo dispostos em
alguns casos diretamente em aterros comuns.
 Baterias
de automóveis; Mercúrio
Conclusões
Conclusões
 Há
a necessidade de se desenvolver novos
processos para a reciclagem de materiais diversos,
incluindo resíduos industriais, domésticos,
produtos industriais usados, etc.
 A tecnologia
de plasma é possível de ser aplicada
para recuperação de valiosos insumos contidos em
materiais diversos, inclusive resíduos e produtos
industriais usados. Possibilita uma reciclagem de
materiais que acabariam em aterros ou sendo
tratados sem um maior reaproveitamento.
Plasmatrick