FOSFATIZAÇÃO ORGÂNICA EM UM ÚNICO ESTÁGIO E SEM GERAÇÃO DE RESÍDUOS
Osvaldo de Oliveira Aleixo Rodrigues, M.Sc.
Engenheiro Eletricista PUC MG. Mestre em Saneamento, Recursos Hídricos e Meio Ambiente da UFMG.Pós-graduado em Engenharia Econômica (1974) Fundação Dom Cabral. MBA-Executivo em Finanças (1993) Instituto Brasileiro de Mercado de Capitais/IBMEC Business School.
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RESUMO
Apresenta-se nesta abordagem, como um exemplo de tecnologia que evita a geração de resíduos, um descritivo resumido sobre os principais conceitos sobre o que é o processo de fosfatização orgânica denominado “Plaforização”, como funciona, porque funciona, o que acontece na superfície do metal, porque não gera resíduos, seus usos e aplicações.
ABSTRATIC
The subject of this approach is to show, how to avoid wastes through new and clean technologies, describing in a resume the main concepts of technology named “Plaforization”, what is and how it works ? Why works ? What happens to the metal surface ? Why there is no wastes ? Uses and applications.
PALAVRAS-CHAVE: Resíduos industriais, fostatização, plaforização, tratamento de superfícies de metais.
1 INTRODUÇÃO
Existe uma tendência na abordagem das questões afetas à geração de resíduos, na qual, preferencialmente, se busca uma solução para o tratamento e a disposição final destes resíduos, ao invés de se introduzir medidas objetivando a inibição da geração desses resíduos ou incentivando a sua reutilização ou ainda a recuperação de energia. Essa busca de soluções no final do processo produtivo ou após o uso produto, se baseia nas rotas clássicas de destinação de resíduos (aterro, 70%; lançamento no mar, 10 %; incineração 5 %; e tratamentos físicos/químicos, 15% - Fonte PRICE 1993) e tem se mostrado insuficiente para solucionar, por si só, a questão da minimização da geração de resíduos.
Cabe, portanto, enfatizar a necessidade de se pensar em soluções de redução de geração dos resíduos na fonte e em outras alternativas capazes de possibilitar a reutilização de resíduos para a substituição de matéria prima, criação de novos produtos, recuperação de energia e na adoção de tecnologias capazes de eliminar resíduos nos processos de manufatura, como é o caso do exemplo da “Plaforização" que é um processo de tratamento de superfícies executado em um único estágio, que não gera resíduos e elimina perdas econômicas representativas se comparado com os processos convencionais similiares e na modalidade multi-estágio.
A legislação disponível hoje no Brasil, abrange diversos aspectos, (os relacionados com a caracterização dos resíduos: periculosidade, toxicidade, testes, entre outros), entretanto, entende-se que há necessidade da criação de estímulos e incentivos de modo a favorecer aos aspectos de natureza estratégica e operacional, necessários para se evoluir na solução da questão dos resíduos sólidos. Acredita-se que, sendo estes estímulos institucionalizados de forma compatível e em sintonia com as características específicas dos projetos de meio ambiente (retornos sobre os investimentos, prazos e taxas de juros compatíveis, impostos, etc.), poder-se-á alavancar soluções de forma eficaz, ágil, participativa e viável dos pontos de vista econômico, ambiental e social.
No presente trabalho, será mostrado como a aplicação de um processo de fosfatização orgânica na indústria reduz a geração de resíduos na fonte.
2. A LIMPEZA DOS CONTAMINANTES NAS SUPERFÍCIES DOS METAIS
Uma das mais importantes etapas do processo de fabricação na indústria envolve a limpeza das partes metálicas antes das operações de pintura. Um componente metálico do tipo ferroso ou não-ferroso, ao chegar no final do ciclo de produção, sempre se encontra coberto por uma significativa quantidade de contaminantes. Esses contaminantes podem se subdividir em contaminantes orgânicos (os que podem ser transformados em sabão e óleos vegetais e animais que não podem ser transformados em óleos minerais) e os inorgânicos (as partículas de metais originárias das operações mecânicas e as poeiras na atmosfera).
Esses componentes, ao serem encaminhados para pintura, necessitam que se removam antes os contaminantes, que podem causar severos problemas. Conseqüentemente, qualquer superfície de metal precisa receber, antes da pintura, uma operação de pré-tratamento. Concluído o pré-tratamento das superfícies do metal, através da simples eliminação física dos contaminantes, segue-se o processo, que em adição à limpeza física do substrato, “modifica” a superfície do metal objetivando aumentar sua resistência ao processo de corrosão.
3. O MERCADO ATUAL DE PRÉ-TRATAMENTO DE SUPERFÍCIES DE METAL
O mercado de processos industriais disponíveis para a execução de limpeza e/ou conversão de superfícies de metais pode ser subdividido em dois segmentos (figura 1):
3.1 Segmento A - Processos de não-conversão
São os que eliminam os contaminantes oleosos sem produzir uma transformação na superfície do metal e por meio de:
· reações de saponificação;
· dissolução em solvente orgânico a frio;
· dissolução através da exposição da superfície do metal em uma câmara saturada por solventes orgânicos na forma de vapor.
3.2 Segmento B – Processos de conversão
São os que eliminam os contaminantes oleosos produzindo uma “conversão” da superfície do metal por meio de:
· Fosfatização a base de solvente a quente;
Eliminação de contaminantes oleosos através dos vapores de solventes e conversão da superfície do metal por meio de um ataque ácido após a submersão dos componentes em um banho de solvente a quente;
· Fosfatização inorgânica;
Eliminação de contaminantes oleosos e conversão da superfície do metal pela deposição de sais inorgânicos;
· Fosfatização orgânica;
Eliminação de contaminantes oleosos e conversão da superfície do metal pela deposição de fosfatos orgânicos. Este processo de fosfatização orgânica subdividi-se em:
· Fosfatização orgânica multi-estágio, na qual uma prévia remoção de contaminantes é necessária;
· Fosfatização orgânica único-estágio, na qual a remoção prévia de contaminantes não é necessária (Plaforização).
4. O QUE É A FOSFATIZAÇÃO ORGÂNICA EM ESTÁGIO ÚNICO DENOMINADA PELA PAIKOR DE PLAFORIZAÇÃO, COMO E PORQUE FUNCIONA?
Plaforização é uma tecnologia de fosfatização orgânica destinada ao tratamento das superfícies de um metal mediante sua imersão em um composto fosfatizante, o qual remove e incorpora as gorduras e óleos, criando uma camada de polímero coberta por uma película de resina, numa operação realizada em um único estágio e à temperatura ambiente. É um processo químico no qual:
· as operações de remoção de substâncias oleosas e a fosfatização ocorrem simultaneamente e não necessitam de remoções de contaminantes;
· é possível tratar simultaneamente diversos tipos de aço e alumínio em um único estágio, utilizando somente um produto;
· ocorre uma conversão da superfície do metal pela deposição de uma camada impermeabilizante de fosfato através de um produto composto orgânico fosfatado;
· seu uso se faz apropriado em conjunção com vários tipos de acabamento de superfícies tais como: envernizadas, laqueadas, pintadas à base de solventes, água ou pó;
· é garantida uma operação segura, eficiente e com o mínimo de impacto ao meio ambiente.
Para o melhor entendimento sobre o que ocorre o processo pode ser subdividido em cinco fases:
· tratamento de metais por meio de um fluxo contínuo de imersões em um composto fosfatado;
· remoção e dissolução de substâncias oleosas e contaminantes gordurosos;
· absorção de contaminantes oleosos pelo composto fosfatado;
· ataque da superfície do metal e formação de uma camada cristalina de fosfatos orgânicos;
· criação de uma fina camada de uma resina de um polímero orgânico fosfatado.
O agente do processo é um polifosfato orgânico específico, cuja natureza lipofílica (transferência cirúrgica de gordura removida por sucção para outras áreas do metal que necessitam substituição) permite, simultaneamente, o desengraxe e a fosfatização das superfícies do metal contendo contaminantes orgânicos ou inorgânicos. Uma mistura cuidadosa de polímeros fosfatizantes com uma solução de fluidos orgânicos de alta solvência favorece a solubilidade dos óleos vegetais, animais e minerais e graxas nos fluidos do processo.
5. O QUE ACONTECE COM A SUPERFÍCIE DO METAL E PORQUE O PROCESSO NÃO GERA EFLUENTES LÍQUIDOS ?
A conversão na superfície do metal se dá mediante um mecanismo químico que não é comparável com os processos convencionais de fosfatização inorgânica. Parâmetros tais como: desenvolvimento, distribuição, tamanho ou velocidade de formação de cristais não assumem importância fundamental. O componente crítico que caracteriza esse processo de pré-tratamento é principalmente a funcionalidade do “polifosfato orgânico”. A reação termina quando os grupos de ácidos livres do polímero fosfatizante reagem com o substrato, dando origem, em um curto período de tempo, a uma estrutura macromolecular tridimensional. Essa estrutura captura e prende os contaminantes oleosos e gordurosos prevenindo para que não haja migração.
Ao final da operação de fosfatização, as superfícies do metal estão cobertas por uma fina camada de fosfatos ferrosos inorgânicos (algumas vezes outros fosfatos podem também ser produzidos, tais como fosfatos de zinco) selados por uma película micro-porosa a base de um fosfatizante orgânico. O polímero serve para dois propósitos: absorver os contaminantes oleosos e gordurosos numa forte estrutura macromolecular tridimensional e combinar fisicamente com esses contaminantes que se tornam parte do polímero que é formado no estágio final da reação de fosfatização orgânica.
Os contaminantes oleosos e gordurosos são retirados do tanque mediante agregação à camada de fosfato e, portanto, não gerando efluentes.
O processo opera em meio praticamente anidro, no qual o uso de água não é requerido e conseqüentemente não há geração de efluentes líquidos de lavagem, nem lodos na reação de fosfatização e as formulações são livres de componentes perigosos tais como cromatos, sendo desnecessária a instalação de estações de tratamento de água para sua reutilização.
6. ASPECTOS QUÍMICOS DO PROCESSO
As reações de ataque ao metal ocorrem em função da presença de área polarizada no substrato, áreas anódicas onde a dissolução do metal ocorre e áreas catódicas onde o hidrogênio é envolvido. Teoricamente essas áreas se manifestam permanentemente, mas na prática, como as superfícies metálicas são heterogêneas, há polaridades diferenciais que impedem um ataque homogêneo. Subseqüentemente, há uma deposição de uma camada de sal na superfície do metal. Uma das teorias geralmente aceita explica a deposição em termos de processo catódico ligado à perda de acidez e precipitação de fosfatos oriundos da reação de equilíbrio de hidrólise. Por exemplo, no caso do fosfato de zinco, ocorrem as seguintes reações:
Ambas, as propriedades mecânicas e a proteção contra a corrosão, ofertadas pela maioria das tecnologias aplicáveis em acabamento industrial, dependem da preparação da superfície sobre a qual se fará este acabamento. De fato, o desempenho resultante do sistema total é determinado pela sinergia de seus componentes: acabamento + pré-tratamento + substrato. Se o sistema falhar, a causa mais freqüente não se origina pela presença de um componente pobre em qualidade, mas por uma pobre combinação de componentes inadequados. A contribuição mais importante de um pré-tratamento, para o desempenho de um sistema de acabamento, é a estimulação da adesão e provavelmente o provimento da ação inibidora contra a corrosão.
Com a “Plaforização” a superfície do metal é convertida pela deposição de uma película de fosfatos inorgânicos protegidos por uma fina camada de um polímero orgânico e esta camada tem uma estrutura molecular tridimensional a qual proporciona excelente adesão com a maioria das pinturas de veículos. As propriedades especiais da película de polifosfato produzem uma melhoria na proteção contra a corrosão. O sistema “Plaforização + acabamento” em termos de corrosão não é influenciado negativamente (dentro de amplos limites) pela presença de solução fosfatizante de contaminantes oleosos.
Outra característica do processo é que ele provê uma proteção temporária contra a corrosão por várias semanas, enfim, o tempo suficiente para a prevenção de corrosão entre dois estágios de fabricação. Esta proteção se deve à baixa porosidade da película do polímero orgânico (impede a ação e penetração de umidade e oxigênio) quando comparado com os tratamentos pelos processos de fosfatização aquosos convencionais, nos quais as superfícies ficam essencialmente mais porosas.
Em relação ao uso do processo por tipo de acabamento final, conforme estudo realizado pela Pai-kor mktg dep. 1997, obteve-se:
Sem pintura-proteção à corrosão................ 2%
Os processos de fosfatização orgânica podem ser executados utilizando-se os métodos de banhos de imersão ou sistemas de pulverização. Na tabela
7.1 a seguir, apresenta-se um comparativo dos tempos gastos em cada etapa do processamento, utilizando-se os dois métodos citados.
Tabela 7.1 – Tempos gastos no processamento
ETAPAS DO PROCESSO IMERSÃO PULVERIZAÇÃO
TRATAMENTO 60 – 90 SEGUNDOS A FRIO 60 – 90 SEGUNDOS A FRIO
ESCORRIMENTO 1 – 2 MINUTOS TEMPERATURA AMBIENTE 3 – 4 MINUTOS TEMPERATURA AMBIENTE
SOPRAGEM 4 – 6 MINUTOSCOM AR FRIO 2 – 3 MINUTOSCOM AR FRIO
SECAGEM NÃO TEM. TEMINA NA SOPRAGEM 8 – 10 MINUTOSA 120 – 140 º C
8. PROTEÇÃO AMBIENTAL, MONITORAMENTO E INSTALAÇÕES
A tecnologia foi desenvolvida com o objetivo de criar um método de desengraxe e fosfatização econômico e seguro dos pontos de vista operacional e ambiental, evitando-se a poluição da água, solo e do ar.
Poluição da Água: a fosfatização orgânica é processada em um meio anidro e não necessita de água, portanto, não são gerados efluentes líquidos no processo;
Poluição do Solo: diferentemente do que ocorre nos processos de fosfatização aquosos, onde se requer que as peças passem por uma quantidade de tanques para serem aquecidas e se realizar o tratamento, a fosfatização orgânica, além de requerer somente um tanque e operar a temperatura ambiente, não gera resíduos perigosos ou indesejáveis, tais como metais pesados, lodos que precisam ser tratados e encaminhados para aterros. Evita-se, deste modo, investimentos e custos operacionais em instalação de estações de tratamento de efluentes industriais que podem onerar os empreendimentos em valores significativos. Ressalta-se ainda, em boa parcela de indústrias, a importância do ganho de áreas proporcionado pelo processo plaforização.
Poluição Atmosférica: os compostos químicos utilizados no processo são constituídos por misturas estáveis onde não se incorporam compostos halogênios ou outros potencialmente perigosos, conseqüentemente, apresentando baixo nível de emissão de VOC’s.
Segurança na operação: os componentes após o tratamento, irão suportar grandes variações de temperatura, apresentando baixa toxicidade, facilidade para estocagem e manuseio, (mesmo considerando a variedade de condições climáticas) e sem risco para a saúde humana e o meio ambiente.
Investimento e custos operacionais: em média o investimento necessário apresenta um período de retorno inferior a um ano e quanto aos custos operacionais, o processo se desenvolve a temperatura ambiente e apresentando baixos custos de energia, controles e manutenção.
O monitoramento do processo se constitui basicamente de análises laboratoriais para o controle da solução existente no tanque não implicando em análises ou controles diários ou semanais, a menos que haja algum interesse para determinados fins específicos do local onde se aplica esta tecnologia.
9. CONCLUSÕES
Legislação:
· criação de políticas que estimulem e viabilizem economicamente atividades voltadas para o re-uso, reciclagem e a recuperação de energia dos resíduos. Por exemplo, adequando impostos e taxas, financiamentos, juros e prazos às características (afetas ao bem comum) dos empreendimentos da área de meio ambiente;
· criação de políticas que estimulem ou até obriguem o uso de materiais reciclados ou de resíduos inertes, pelo menos, em locais e empreendimentos públicos;
· criação e implementação de programas objetivando a educação ambiental de modo a favorecer a redução da geração de resíduos na fonte e seu reaproveitamento ou recuperação de energia.
Ciência básica:
· destinação de recursos para execução de pesquisas científicas, objetivando a identificação e/ou o desenvolvimento de tecnologias, de produtos, sistemas, processos, formulações e suas aplicações voltadas para a redução de geração de resíduos na fonte ou à sua reutilização.
10. REFERÊNCIAS
CHAPIN, F. S. WHITEMAN, G. Sustainable Development of the Boreal Forest: Interaction of Ecological, Social, and Business Feedbacks.1988. URL: http://www.consecol.org/vol2/iss2/art12.
GUIDETTI, Gianluigi. VERCESI, G. Plaforization, phosphating in the third millennium. Paper da PAIKOR European Chemical Corporation – Milano Itália. 42 fls . 1997.
LANGE, Liséte C. SCHWABE. W. K. COLIN, D.H. A tecnologia da solidificação/estabilização aplicada ao tratamento de resíduos industriais. revista engenharia sanitária e ambiental Vol. 3, - Nº 1 – Jan/Mar e Nº 2 – Abr/Jun 1998.
PROPPER, S. Comennt. Are we getting the message? . Revista Chemistry & Industry. pág 944. 16 nov.1988.
SCHENKEL, W. Doing Away with The Throwaway Society. Environment and Technology – supplement to the Frankfurter Allgemeine Zeitung. 1992. The ISWA Yearbook.1993/94.
