Estudo do uso de polietileno de baixa densidade reciclado na mitigação dos impactos ambientais gerados pela drenagem ácida provenientes da mineração de carvão do Sul de Santa Catarina

Abstract

O processo de mineração em uma indústria carbonífera é responsável por grande impacto ambiental, 60% do total extraído é rejeito, que é enviado para uma barragem controlada devido ao seu potencial efeito toxicológico quando exposto ao meio ambiente. Por outro lado, o consumo de polímeros tem crescido a uma taxa anual de 5%, superior a 300 milhões de toneladas/ano. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi investigar a formulação de um compósito de matriz polimérica reciclada e rejeito da extração do carvão mineral, visando propriedades de interesse e mitigação dos impactos ambientais gerados pelos resíduos utilizados na formulação do compósito. Desta forma, é apresentada a caracterização do resíduo de carvão mineral, através de fluorescência de raios X (FRX), difração de raios X (DRX), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e avaliação do potencial de formação de drenagem ácida mineral (DAM). Posteriormente, a tese é dedicada em elucidar através de ensaios mecânicos, quais matrizes recicladas dentre: PEBD, PEAD, PP, PS e PET são factíveis no desenvolvimento do compósito, com formulações entre 20 a 80% de resíduo. Diante dos resultados obtidos, visouse a caracterização das propriedades da matriz PEBD reciclada na formulação do compósito em frações entre 20 a 80% em peso e os parâmetros avaliados foram: granulometria do resíduo, perfil de torque, tração, módulo de elasticidade, dureza Shore D, índice de fluidez, análise termogravimétrica (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), microscopia eletrônica de varredura (MEV), densidade, condutividade térmica, absorção de água e teste de flamabilidade. Diante da necessidade de avaliar a relação dos compósitos formulados com o meio ambiente, foi realizado à investigação ecotoxicológica em relação aos impactos causados pelo resíduo de carvão mineral. As amostras foram submetidas à formação do lixiviado da drenagem ácida mineral em células úmidas e avaliadas em relação aos parâmetros químicos e de toxicologia ambiental. Os solos contaminados pelo lixiviado foram testados pelo comportamento de fuga e atividade alimentar (Bait-lamina) com grupos de Eisenia fetida, taxa de mortalidade e reprodução com grupos de Folsomia candida e os lixiviados foram testados diretamente em sistemas aquáticos, utilizando como parâmetro a inibição de bioluminescência com grupos de Allivibrio fischeri. Os resultados demonstraram a diminuição dos traços de contaminantes com a formulação do compósito polimérico e adesão da fase polimérica ao resíduo, com composições de até 80% de rejeito de carvão na formulação foram consideradas estáticos em relação aos parâmetros ecotoxicológicos avaliados. Portanto, compósitos com formulações de até 80% de rejeito de carvão apresentaram excelentes propriedades com potencial para aplicação na construção civil e arquitetônicos, posto que direciona dois resíduos em um novo material menos agressivo ao meio ambiente e com versatilidade em seu uso.

The mining process in a coal industry is responsible for a great environmental impact, 60% of the total extracted is discarded, which is sent to a controlled dam due to its potential toxicological effect when exposed to the environment. On the other hand, consumption of polymers has grown at an annual rate of 5%, exceeding 300 million tons / year. Therefore, the objective of this work was to investigate the formulation of a recycled polymer matrix composite and waste from the extraction of mineral coal, aiming at properties of interest and mitigation of the environmental impacts generated by the residues used in the formulation of the composite. In this way, the characterization of the coal residue is presented, through X-ray fluorescence (FRX), X-ray diffraction (DRX), thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM) and evaluation of the potential for formation of mineral acid drainage (DAM). Subsequently, the thesis is dedicated to elucidating through mechanical tests, which recycled matrices among: LDPE, HDPE, PP, PS and PET are feasible in the development of the composite, with formulations between 20 to 80% of residue. In view of the results obtained, we aimed to characterize the properties of the recycled LDPE matrix in the formulation of the composite in fractions between 20 to 80% by weight and the parameters evaluated were: residue granulometry, torque profile, traction, elasticity module, hardness Shore D, fluidity index, thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM), density, thermal conductivity, water absorption and flammability test. In view of the need to evaluate the relationship of the composites formulated with the environment, an ecotoxicological investigation was carried out in relation to the impacts caused by the coal residue. The samples were subjected to the formation of leachate from mineral acid drainage in wet cells and evaluated in relation to chemical parameters and environmental toxicology. Soils contaminated by leachate were tested for escape behavior and food activity (bait-lamina) with Eisenia fetida groups, mortality and reproduction rate with Folsomia candida groups and leachate were tested directly in aquatic systems, using inhibition as a parameter of bioluminescence with groups of Allivibrio fischeri. The results demonstrated the reduction of the contaminant traces with the formulation of the polymeric composite and adhesion of the polymeric phase to the residue, with compositions of up to 80% of coal tailings in the formulation were considered static in relation to the ecotoxicological parameters evaluated. Therefore, composites with formulations of up to 80% of coal tailings showed excellent properties with potential for application in civil and architectural construction, since it directs two residues in a new material less aggressive to the environment and with versatility in its use.