recuperação de mercúrio na reciclagem de lâmpadas fluorescentes

UNIVERSIDADE DO VALE DO PARAÍBA
FACULDADE DE ENGENHARIAS, ARQUITETURA E URBANISMO.
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
Débora Aparecida Ribeiro
Letícia Tiemi Fuzishawa
RECUPERAÇÃO DE MERCÚRIO NA RECICLAGEM
DE LÂMPADAS FLUORESCENTES
São José dos Campos - SP
Dezembro/2014
1
UNIVERSIDADE DO VALE DO PARAÍBA
FACULDADE DE ENGENHARIAS, ARQUITETURA E URBANISMO.
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
Débora Aparecida Ribeiro
Letícia Tiemi Fuzishawa
RECUPERAÇÃO DE MERCÚRIO NA RECICLAGEM DE
LÂMPADAS FLUORESCENTES
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
à Universidade do Vale do Paraíba, como
requisito para a obtenção do grau de
Bacharelado em Engenharia Química na
Faculdade de Engenharias, Arquitetura e
Urbanismo.
Orientadores: Profª. Msc. Ana Maria Barbosa
Prof. Dr. Liu Yao Cho
São José dos Campos - SP
Dezembro/2014
2
AGRADECIMENTOS
Agradecemos a cima de tudo à Deus, pelo dom da sabedoria e do discernimento ao
longo desses anos, pois somente com determinação, coragem e fé podemos alcançar os
objetivos almejados.
A nossa incansável família, que nos apoiou em todos os momentos, ajudando-nos e
consolando-nos, sempre que necessário.
Aos nossos orientadores que dedicaram seu tempo em nos ajudar na execução do
Trabalho de Conclusão de Curso, sempre de maneira cordial e generosa.
Aos professores que estiveram presentes ao longo desses anos, pois desde o primeiro
momento compartilharam conosco seus conhecimentos e puderam, com certeza, agregar valor
à nossa formação.
Aos funcionários da Faculdade de Engenharias, Arquitetura e Urbanismo (FEAU) que
nos auxiliaram sempre que solicitados. Em especial, a funcionária Juvalina Rosemberg
Pereira que nos acompanhou em todos os experimentos necessários para a execução do TCC.
Ao IP&D, em especial a funcionária Priscila Maria Sarmeiro Correa M. Leite, que nos
auxiliou com as análises de caracterização de Mercúrio.
As instalações da Faculdade de Engenharias, Arquitetura e Urbanismo (FEAU),
ressaltando os laboratórios de Química Geral e de Processos Químicos, que foram
fundamentais para a execução deste projeto.
Aos amigos e familiares que permaneceram ao nosso lado durante toda nossa vida
acadêmica.
Débora e Letícia
3
“Um dia aprendi que sonhos existem para tornar-se realidade. E, desde aquele dia, já não
durmo pra descansar. Simplesmente durmo pra sonhar.”
Walt Disney
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RESUMO
O consumo de Lâmpadas Fluorescentes no Brasil é grande e ainda cresce, pois há um
grande incentivo por parte do governo quanto ao seu uso, devido seu maior tempo de vida útil
e economia de energia. Porém, o grande problema está no descarte dessas lâmpadas, uma vez
que são descartadas erroneamente no solo, cursos d’água, ou até mesmo através de aterros
clandestinos. As Lâmpadas Fluorescentes possuem diversos contaminantes, entre eles o
mercúrio, altamente perigoso ao ser humano e meio ambiente, além de outros metais pesados
como: antimônio, chumbo e outros. O projeto visa estudar um modelo eficiente e simples que
possa realizar a recuperação desse mercúrio contido nas Lâmpadas Fluorescentes e
aperfeiçoar o processo para uma possível utilização em empresas recicladoras. Resultados
mostraram que o mercúrio pode ser recuperado em quantidades significativas, e ser otimizado
dependendo do precipitante utilizado no sistema.
PALAVRAS-CHAVE
Mercúrio; Poluição; Lâmpadas Fluorescentes; Reciclagem.
5
ABSTRACT
The consumption of Fluorescent Lamps in Brazil is large and still growing, because
there is a great incentive from the government as to its use, due to its longer shelf life and
energy savings. But the big problem is the disposal of these bulbs, since they are erroneously
discarded in soil, watercourses, or even through illegal landfills. The fluorescent lamps have
several contaminants, including mercury, highly dangerous to humans and the environment be
in addition to other heavy metals such as antimony, lead and others. The project aims to study
an efficient and simple model that can expedite the recovery of mercury contained in
fluorescent lamps and improve the process for possible use in recycling companies. Results
show that mercury can be recovered in significant amounts, and the precipitant be optimized
depending on the system used.
KEY-WORDS
Mercury; Pollution; Fluorescent Lamps; Recycling.
6
INTRODUÇÃO
É datada há 70 mil anos atrás, no período dos homens das cavernas, a primeira
utilização de fonte luminosa. A descoberta do fogo trouxe a primeira fonte luminosa para a
sociedade e através dela a invenção de lampiões, tochas e velas [14]. Em 1879, Thomas Alva
Edison criou a primeira patente de lâmpada incandescente para a produção de luz artificial,
que possuía como característica peculiar um filamento de carvão e alto vácuo [9] [14]. Desde
então, o avanço tecnológico fez com que a sociedade se desenvolvesse e com a lâmpada não
foi diferente. Em escala cronológica, se tem a passagem das lâmpadas incandescentes com
filamento de carvão para o filamento de tungstênio, a descoberta de novos formatos,
tonalidades, tamanhos e até mesmo de poder luminoso, a invenção das lâmpadas fluorescentes
e, atualmente a tecnologia das lâmpadas de LED [14].
As Lâmpadas Fluorescentes partem do mesmo princípio de funcionamento das demais,
sendo constituída de um tubo de vidro (tubular ou compacto), pó de fósforo envolto no vidro,
gás inerte (Argônio, Neônio, Criptônio e/ou Xenônio), vapor de Mercúrio e eletrodos de
tungstênio ou aço inox. A Figura 1 representa uma lâmpada fluorescente em funcionamento
[16].
Figura 1. Esquema simplificado de funcionamento de uma lâmpada fluorescente [15].
Em cada extremidade da lâmpada fluorescente se tem um eletrodo (W ou aço inox),
revestida com uma pasta emissiva de elétrons. Com a aplicação de corrente elétrica, os
elétrons são excitados, passando de um eletrodo para outro (catodo para anodo) criando um
fluxo de energia elétrica [15].
Os elétrons excitados colidem com os átomos de mercúrio, ionizando o metal (Hg) e
produzindo radiação ultravioleta. O revestimento interno da lâmpada, o pó de fósforo, absorve
a radiação ultravioleta emitida, convertendo-a em radiação eletromagnética na região do
7
espectro de luz visível, sendo percebida pelos olhos humanos. A mudança na composição do
pó de fósforo origina as diferentes tonalidades às lâmpadas [15].
O governo brasileiro tem dado um grande incentivo a seus cidadãos a fazerem uso de
lâmpadas fluorescentes devido a um aumento na eficiência luminosa (de 3 a 6 vezes maior
que as lâmpadas incandescentes), menor consumo de energia (redução de aproximadamente
80% no consumo de energia) e um maior tempo de vida útil por parte das fluorescentes [9]
[7]. Assim, a Lâmpada Fluorescente tem por vantagem ser mais econômica que uma Lâmpada
Incandescente e sua durabilidade também é relativamente maior, quando ambas são
comparadas [16].
Os maiores vilões das Lâmpadas Fluorescentes quando elas caem em desuso são os
materiais pesados [2] [16]. Estes poluentes vão para o meio ambiente pelo descarte
inadequado, afetando fauna e flora; materiais contaminantes, como: Mercúrio, Antimônio,
Chumbo, entre outros [12] [17]. Os materiais pesados presentes nas lâmpadas alcançam o solo
terrestre e até mesmo os cursos d’água, fazendo com que haja uma poluição de caráter
perigoso nos ambientes nos quais esses materiais entram em contato [11] [17]. O mercúrio é
um metal líquido em temperatura ambiente, altamente tóxico e volátil [13].
A contaminação com este composto pode causar diversos problemas à saúde humana,
entre eles: tremor, dores de cabeça, depressão, queda de cabelo, náuseas e vômitos e
principalmente a acumulação ao longo da cadeia alimentar, sendo de alto risco para o ser
humano, podendo levar ao desenvolvimento de cânceres [13]. Devido a estes efeitos do
mercúrio ao meio ambiente, se tem normas e legislações quanto aos parâmetros de descarte
desse metal no ambiente; normas como: ABNT NBR10004/2004 – Resíduos Sólidos –
Classificação; ABNT NBR10005/2004 – Procedimento para obtenção de extrato lixiviado de
resíduos sólidos; ABNT NBR10006/2004 – Procedimento para obtenção de extrato
solubilizado de resíduos sólidos; ABNT NBR10007/2004 – Amostragem de resíduos sólidos;
Lei 12305/2010 – Política Nacional de Resíduos Sólidos [1] [12] [16].
A Tabela 1 relata os componentes de lâmpadas potencialmente perigosas ao meio
ambiente e sua área de uso.
8
Tabela 1. Lâmpadas Potencialmente Perigosas para o Ambiente [9].
Lâmpadas Potencialmente Perigosas para o Meio Ambiente
Tipos
Lâmpadas
Descarga
Fluorescentes
Vapor de
Mercúrio de
alta pressão
Funcionamento
Componentes
Usos
Descarga de
Corrente Elétrica
Vidro, Metal (Alumínio),
Mercúrio (10mg), Fósforo,
Antimônio, Estrôncio,
Tungstênio, Árgon, Índio,
Bário, Ítrio, Chumbo.
Áreas residenciais,
parques, grandes áreas
de superfície, hospitais,
teatros, anúncios.
Descarga de
Corrente Elétrica
Vidro, Metal (Alumínio),
Mercúrio, Gases Inertes,
Estrôncio, Bário, Ítrio,
Chumbo, Vanádio.
Iluminação de entradas,
decoração interior,
centros comerciais, vias
de trânsito, instalações
fabris.
Descarga de
Corrente Elétrica
Vidro, Metal (Alumínio),
Sal de Sódio, Mercúrio,
Iodetos de metal, Gases
Inertes, Césio, Estanho,
Tálio, Estrôncio, Bário,
Ítrio, Chumbo, Vanádio.
Recintos desportivos,
iluminação pública,
montras de lojas.
Lâmpadas
Descarga
Fluorescentes
Vapor
Metálico
Vapor de
Sódio de Alta
Pressão
Vapor de
Sódio de
Lâmpadas de
Descarga Não- Baixa Pressão
Fluorescentes
de Baixa
Pressão
Sódio-Xênon
Descarga de
Corrente Elétrica
Vidro, Metal (Alumínio),
Gás de Sódio, Gases
Ruas, exposições,
Inertes, Mercúrio (pequenas
pontes, linhas de
quantidades), Bário, Ítrio,
comboio, estradas,
Chumbo, Estrôncio,
túneis, indústria pesada.
Vanádio.
Descarga de
Corrente Elétrica
Vidro, Alumínio, Sódio,
Mercúrio, Gases Inertes.
Descarga de
Corrente Elétrica
Vidro, Alumínio, Sódio,
Mercúrio, Gases Inertes.
Iluminação pública.
Ruas, Passeios,
Parques, Áreas
residenciais, estátuas.
Diversos componentes presentes nas Lâmpadas Fluorescentes podem ser recuperados
para serem utilizados em diversos outros segmentos, colaborando assim para o meio ambiente
e trazendo rentabilidade para empresas que desenvolvem este tipo de serviço [1]. O mercúrio
(Hg) é o principal e o mais perigoso dos materiais presente nas Lâmpadas Fluorescentes [17]
e seu consumo para a produção de lâmpadas deste tipo alcança uma marca de 10 toneladas ao
ano [9].
Após a queima de uma lâmpada fluorescente, o mercúrio presente encontra-se na forma
de elementar (Hg0) no estado de vapor e na forma iônica (Hg+2) adsorvido na camada
9
fosforosa envolta no vidro. Estima-se que uma lâmpada de 40W possua aproximadamente
21mg de Mercúrio (Hg), onde 0,2% estão na forma elementar (Hg0) e os 99,8% na forma de
mercúrio iônico (Hg+2) [16].
Atualmente, alguns métodos são conhecidos na literatura para o descarte e tratamento
das Lâmpadas Fluorescentes, sendo eles: Moagem Simples, Tratamento Térmico, Tratamento
Químico; Tratamento por Sopro e Encapsulamento [9] [10]. Dentre os modelos citados acima,
o Tratamento Químico é o que desperta maior interesse, pois se trata de um sistema de fácil
montagem e baixo custo de aplicação [9]; requer uma solução precipitante e secagem do
resíduo [18] [3].
O objetivo deste projeto é buscar uma metodologia fácil e eficiente para um sistema de
recuperação do Mercúrio (Hg) presente nas Lâmpadas Fluorescentes [4]. Realizar o
levantamento de possíveis variáveis no tratamento prévio do material recuperado, onde o
mesmo possa ser redestinado a outros segmentos da indústria [13].
MATERIAIS E MÉTODOS
Dentre as diversas formas de Recuperação de Mercúrio optou-se pelo Tratamento
Químico, devido às características de custo e eficiência [9]. Os ensaios foram desenvolvidos
nos Laboratórios de Processos Químicos e Química Geral da Faculdade de Engenharias,
Arquitetura e Urbanismo (FEAU) da Universidade do Vale do Paraíba (UNIVAP).
MATERIAIS e EQUIPAMENTOS UTILIZADOS
São especificados a seguir os materiais utilizados para o desenvolvimento do projeto
durante toda a realização dos testes:
- Lâmpadas Fluorescentes (de mesma
- Microscopia Eletrônica de Varredura
voltagem);
(MEV);
- Garrafas PET (Politereftalato de Etileno);
- EDX
- Fita Isolante;
Detector);
- Estilete;
- Chapa aquecedora;
- Sistema de extração/respiração;
- Tubo de ensaio;
- Tesoura;
- Estante para tubo de ensaio;
- Rota-evaporador;
- Suporte universal;
(Energy
Dispersive
X-Ray
- Funil;
10
- Papel de filtro;
- Hidróxido de Sódio (NaOH – 0,1mol/L);
- Bastão de Vidro;
- Tiocetamida (C2H5NS 0,1mol/L e P.A);
- Proveta;
- Ácido Clorídrico (HCl 0,1 mol/L);
- Balão Volumétrico;
- Cloreto de Sódio (NaCL 0,1 mol/L);
- Béquer;
- Nitrato de Mercúrio (Hg(NO3)2. H2O
- Balança Analítica;
0,05 mol/L);
- Estufa;
- Ácido Nítrico (HNO3 0,5 mol/L).
- Bomba a vácuo;
METODOLOGIA
Realizou-se um estudo preliminar sobre os tipos de processos utilizados para a
recuperação do mercúrio nas lâmpadas fluorescentes. As etapas principais do processo são
mostradas na Figura 2.
Figura 2. Etapas do processo de recuperação de mercúrio [9].
A partir das principais etapas montou-se um Sistema de Recuperação de Mercúrio
piloto como mostra a Figura 3. Para recuperar o mercúrio após a quebra da lâmpada foi
necessário realizar um estudo prévio determinando-se a eficiência do reagente precipitante
com mercúrio iônico, Nitrato de Mercúrio Hidratado, Hg(NO3)2. H2O, 0,05 mol/L em solução
aquosa. Foram escolhidas diversas soluções precipitantes, todas a 0,10 mol/L, listadas a
seguir: Hidróxido de Sódio (NaOH); Cloreto de Sódio (NaCl); Tioacetamida (C2H5NS) e
Ácido Clorídrico (HCl). Todas as misturas utilizadas estavam na proporção de 1:1 em
volume, ou seja, com excesso do reagente precipitante em relação à solução de mercúrio.
11
Para as soluções em que houve a formação de precipitado, realizou-se uma filtração
simples e secagem dos resíduos em estufa por 1 hora à 60°C. A massa do resíduo foi pesada e
quantificou-se o rendimento da reação para o Teste de Solubilidade.
Com as duas melhores soluções precipitantes definidas, em uma garrafa de
Politereftalato de Etileno (PET) devidamente lavada e seca, fez-se um corte transversal para a
inserção da lâmpada fluorescente queimada de 40W. Selou-se o corte do PET com fita
isolante e conectou-o a dois erlenmeyers com tubo de silicone colocados em sequência
(conforme Figura 3). O sistema foi montado de forma que o gás da quebra da lâmpada
pudesse passar pela solução precipitante contida nos erlenmeyers, por borbulhamento.
No primeiro erlenmeyer adicionou-se 150 mL da solução precipitante e no segundo
erlenmeyer 100 mL da mesma solução. Foram realizados dois testes: um para a solução
precipitante de Hidróxido de Sódio (NaOH) e outro para a Tioacetamida (C2H5NS ). Através
de uma bomba à vácuo fez-se a sucção do vapor da quebra da lâmpada, precipitando o
Mercúrio (Hg) na solução escolhida.
As conexões foram seladas. Todas as lâmpadas contidas no PET foram quebradas e
ligou-se a bomba a vácuo, deixando-a em funcionamento por aproximadamente dois (02)
minutos.
A Figura 3 representa o Sistema de Recuperação de Mercúrio montado para o estudo.
Figura 3. Modelo do Sistema 2 de Recuperação do Mercúrio em Lâmpadas Fluorescentes.
12
A fim de retirar todo o resíduo de mercúrio que ainda pudesse estar contido na garrafa
PET, adicionou-se a solução precipitante do segundo erlenmeyer ao resíduo da garrafa,
juntamente com 100 mL de água destilada. Assim a solução de lavagem passou a possuir uma
nova concentração definida de 0,06 mol/L.
A solução de lavagem foi filtrada para se separar resíduo e filtrado. O resíduo foi seco
em estufa a 80°C por aproximadamente 5 horas. Colocou-se o filtrado no rota-evaporador e o
resíduo obtido foi seco em estufa. A solução do primeiro erlenmeyer também foi colocada no
rota-evaporador e posteriormente em estufa, conforme descrito acima.
A Figura 4 apresenta o sistema de filtração simples adotado para separação de resíduo e
filtrado e a Figura 5 o rota-evaporador utilizado, em ambas as soluções precipitantes.
Figura 4. Filtração da solução do erlenmeyer após lavagem das lâmpadas quebradas.
13
Figura 5. Rota-evaporador utilizado para destilação do filtrado das lâmpadas fluorescentes.
Os resíduos obtidos do sistema de recuperação por gravimetria foram analisados por
EDX.
Realizou-se a consolidação dos resultados e verificou-se a melhor solução precipitante.
Repetiu-se o procedimento descrito acima para cinco (05) lâmpadas de mesma voltagem com
Hidróxido de Sódio (NaOH), somente. Manteve-se a solução utilizada na mesma
concentração (0,1 mol/L) e proporção (150mL e 100mL) no sistema descrito anteriormente.
A lavagem dos resíduos de lâmpadas foram feita com o 2° erlenmeyer, com diluição em
100 mL de água, obtendo novamente uma concentração final de 0,06 mol/L.
Separou-se os resíduos e filtrados por meio do rota-evaporador e filtração. As amostras
foram secas em estufa à 80°C por cerca de 10 horas. Analisou-se as mesmas em EDX.
Consolidou-se o resultado e optou-se por uma terceira tentativa de ionizar o vapor de
mercúrio (Hg0) pela colocação de um terceiro erlenmeyer com Ácido Nítrico (HNO3) à
0,1mol/L, novamente analisando cinco (05) lâmpadas de mesma voltagem. Desta vez,
adicionou-se ao sistema uma chapa de aquecimento no segundo erlenmeyer que continha as
soluções precipitantes na proporção de 2 g de Tioacetamida P.A em 150 mL NaOH à 0,1
mol/L. No terceiro erlenmeyer a solução continuou sendo 100 mL de NaOH 0,1mol/L.
Homogeneizou-se e aqueceu-se o segundo erlenmeyer (NaOH + Tiocetamida) até atingir
80°C.
14
Figura 6. Modelo do Sistema 3 de Recuperação do Mercúrio em Lâmpadas Fluorescentes.
A lavagem dos resíduos das lâmpadas foi feita com o primeiro erlenmeyer (NaOH +
Tiocetamida), sem diluição em água destilada. Separou-se os resíduos e filtrados por meio do
rota-evaporador e filtração. As amostras foram secas em estufa à 80°C por cerca de 10 horas.
Analisaram-se todas as amostras do resíduo e filtrado no EDX a fim de caracterizar-se o
mercúrio obtido e averiguar a eficiência do ácido como ionizante.
No quarto teste realizado, novamente cinco (05) lâmpadas de mesma voltagem foram
adicionadas ao sistema e misturou-se no primeiro erlenmeyer as duas melhores soluções
precipitantes na proporção de 2 g de Tioacetamida P.A em 150 mL NaOH à 0,1 mol/L, agora
sem a solução de Ácido Nítrico (HNO3). Homogeneizou-se e aqueceu-se o primeiro
erlenmeyer, com o auxílio de uma chapa aquecedora até atingir 80°C.
15
Figura 7. Modelo do Sistema 4 de Recuperação do Mercúrio em Lâmpadas Fluorescentes.
Realizou-se a rota-evaporação e filtração a fim de obter-se filtrado e resíduo. As
amostras foram secas em estufa a 80°C por 10 horas. Foram feitas as análises necessárias em
EDX.
Com o melhor sistema definido, os mesmos procedimentos foram repetidos em
duplicata com intuito de averiguar o rendimento e quantificar o mesmo.
16
RESULTADOS E DISCUSSÃO
No teste de precipitação realizado, observou-se que dentre as soluções utilizadas,
somente as de Hidróxido de Sódio (NaOH) e Tioacetamida (C2H5NS) formaram precipitados
com o íon Hg+2, proveniente da solução preparada com Nitrato de Mercúrio (Hg(NO3)2. H2O).
O percentual de rendimento da reação de precipitação foi de 95,7% e 18,0%, respectivamente.
A solução destes reagentes precipitantes foram utilizados no sistema de precipitação estudado.
A aplicabilidade das soluções para o teste de solubilidade foi realizada conforme Tabela
de Produto de Solubilidade de Precipitado a temperatura ambiente [18]. A Tabela 2 representa
os Produtos de Solubilidades de Precipitado a temperatura ambiente retirada da literatura para
compostos de mercúrio. Nela pode-se observar que o íon Sulfeto (S-) é o melhor agente
precipitante para o mercúrio.
Tabela 2. Produto de Solubilidade de Precipitado a temperatura ambiente para compostos de
Mercúrio [18].
Substância
FeS
Produto de Solubilidade
4x 10-19
Hg2Br2
5,2x 10-23
Hg2Cl2
3,5x 10-18
Hg2I2
1,2x 10-28
Hg2S
1x 10-45
HgS
4x 10-54
Conforme cita-se na literatura a presença de Mercúrio (Hg) no precipitado acontece da
seguinte maneira para o íon Sulfeto: “forma-se de início um precipitado branco de
clorossulfeto de mercúrio (II), que se decompõe por adição de novas quantidades do Sulfeto
de Hidrogênio, formando finalmente um precipitado preto de Sulfeto de Mercúrio (II)" [18].
No teste realizado houve a formação de Sulfeto de Mercúrio (II), porém com um baixo
rendimento final (18%). Para aumentar-se o rendimento e a precipitação do mercúrio, é
necessária a liberação do íon Sulfeto (S-) em maior quantidade, pelo fornecimento de energia
através de um aquecimento.
No prosseguimento do teste de solubilidade, um dos pontos ressaltados pela literatura é
o uso do Ácido Clorídrico como agente precipitante de mercúrio [18]. Porém, o íon (Cl-)
precipita somente íons Hg+1 e não íons Hg+2 (presente em maior quantidade nas lâmpadas
fluorescentes) [16]. Este ponto explica o fato de não haver precipitação no teste realizado para
17
este composto químico e consequentemente para a solução de Cloreto de Sódio (Na+ e Cl-),
também.
Para o Hidróxido de Sódio, cita-se: “precipitado vermelho pardacento com composição
variada; se a adição for estequiométrica, a cor do precipitado muda para amarela, devido a
formação de óxido de mercúrio (II)” [18]. O rendimento para o composto formado (de cor
amarelada) foi significativa (95,7%) no teste realizado e o objetivo da formação de Óxido de
Mercúrio II (HgO) foi alcançada.
Com as duas melhores soluções precipitante definidas (NaOH e C2H5NS), o sistema de
recuperação de mercúrio foi acionado para ambas as soluções, conforme descrito na
metodologia. No teste preliminar, não foi possível detectar o mercúrio da lâmpada (em
quantidades significativas) com a solução de Tioacetamida. Mas, o rendimento com o
Hidróxido de Sódio novamente teve uma melhor desempenho.
A Figura 8 representa o fluxograma utilizado no processo, juntamente com os elementos
encontrado no sistema de recuperação para o primeiro teste realizado.
Início
Lâmpada
Fluorescente
Queimada e
Quebrada
C2H5NS
Reações de
Precipitação
NaOH
Filtração
1º Erlenmeyer
Lavagem do
PET com
Lâmpadas
2º Erlenmeyer
Filtração
1º Erlenmeyer
Lavagem do
PET com
Lâmpadas
2º Erlenmeyer
Secagem
Secagem
Secagem
Secagem
Resíduo: O, Cl, Fe
Filtrado: O, Na, Al, Si,
S, Ti, Cu, La
Resíduo: O, Na, Al, Si,
Resíduo: O, Ca, Ti, In,
Resíduo: O, Ca, Zr, Ba,
K, Ca, Ba
Ba, Ce, Os
Ce, Os
Filtrado: O, Na, Al, S, K,
Filtrado: O, Na, Si, S,
Ca, Zn
Cl, K, Ca, Zn, Zr
Filtrado: O, Na, Si, S,
Cl, K, Br, Pt, Hg
(0,035%)
Figura 8. Fluxograma do sistema de recuperação para o primeiro teste.
18
A Figura 9 apresenta a análise de MEV realizada no resíduo do primeiro erlenmeyer,
utilizando como solução precipitante o Hidróxido de Sódio (NaOH).
Figura 9. MEV da primeira precipitação com NaOH.
A Figura 10 apresenta a análise de MEV realizada no filtrado do segundo erlenmeyer,
utilizando como solução precipitante o Hidróxido de Sódio (NaOH):
Figura 10. MEV da segunda precipitação com NaOH.
No teste com uma única lâmpada fluorescente, o resultado de gravimetria mostrou que a
solução de Hidróxido de Sódio retirou uma quantidade significativa para uma lâmpada de
19
40W, que segundo a literatura possui aproximadamente 21mg de Hg, ou seja, na análise de
EDX feita obteve-se uma eficiência de 0,035% em massa [16].
O percentual de mercúrio presente em cada lâmpada depende da voltagem e do formato
das mesmas; lâmpadas de 40W apresentam cerca de 21mg de Hg, sendo crescente a relação
entre quantidade de mercúrio X potência [16].
A solução do primeiro erlenmeyer com NaOH não foi capaz de reter o mercúrio, mas
verifica-se que na solução do segundo erlenmeyer, também com NaOH, que entrou em
contato direto com os resíduos de lavagem da lâmpada contido no PET, detectou-se mercúrio.
A poeira fosforosa é uma das responsáveis por agregar parte do mercúrio a ela [8]. Então,
quando se faz a lavagem do material, retira-se a poeira fosforosa e o mercúrio impregnado a
parede da lâmpada; aumentando assim o rendimento do processo [8] [16].
O fato de não haver mercúrio na primeira solução, de ambas as soluções precipitantes
(NaOH e C2H5NS) testadas, pode estar relacionado ao estado físico/químico na qual este
mercúrio se encontra (estado de vapor) quando a lâmpada é quebrada, indicando que não
houve captura do gás pelas soluções precipitantes.
Observa-se que pode ter havido a formação de complexos de Mercúrio (Hg) e outros
metais, com os resíduos internos da lâmpada quebrada. Isso se dá pela energia de ligação (α)
presentes em compostos do mesmo período da tabela periódica (exemplo: Hg, Pt, Os e Bi) [3]
[6] [16].
O procedimento acima foi refeito para uma quantidade maior de lâmpadas, sendo
utilizadas cinco (05) lâmpadas fluorescentes de mesma voltagem.
No segundo teste, a eficiência cresceu para 0,20%, sendo detectado na análise de EDX.
Não houve a presença de metais da mesma família, indicando a não formação de complexos.
A Figura 11 representa o fluxograma do processo para o segundo teste realizado, onde
foi empregado somente Hidróxido de Sódio (NaOH) com cinco (05) lâmpadas fluorescentes.
20
Figura 11. Fluxograma do sistema de recuperação para o segundo teste.
Diante do cenário, existiu a necessidade de modificar o sistema com uma tentativa de
ionizar o vapor de mercúrio com Ácido Nítrico (HNO3), que ainda poderia estar sendo perdido
para o ambiente e utilizar a mistura das melhores soluções precipitantes (NaOH e C2H5NS),
juntamente com um aquecimento [4] [18], a fim de aumentar-se o rendimento do sistema. O
procedimento descrito na metodologia foi repetido, porém com a inserção de 150 mL em um
novo erlenmeyer com HNO3 0,1 mol/L.
21
A Figura 12 representa o fluxograma de processo empregado no terceiro teste.
Início
Lâmpadas
Fluorescentes
Queimadas e
Quebradas
HNO3
Reações de
Precipitação
NaOH + C2H5NS
1º Erlenmeyer
NaOH
Lavagem do
PET com
Lâmpadas
2º Erlenmeyer
3º Erlenmeyer
Filtração e
Secagem
Secagem
Secagem
Resíduo: O, Al, S, K,
Ca, Ti, Pb, Co, Mn
Filtrado: O, N, Na, Al,
Si, Cu, Ni, Ca
Filtrado
Filtrado
Formação de uma pasta
Formação de uma pasta
(não possível
caracterização)
(não possível
caracterização)
Figura 12. Fluxograma do sistema de recuperação para o terceiro teste.
Pela análise dos resultados obtidos pelo EDX, pode-se observar que não houve
vantagem na colocação do erlenmeyer com Ácido Nítrico (HNO3), pois não houve ionização
do vapor de mercúrio por parte do ácido. Também, observa-se que o ácido possivelmente
inibiu a eficiência das soluções precipitantes, uma vez que nos demais erlenmeyers não houve
a detecção do mercúrio em nenhuma de suas formas (Hg0 e Hg+2).
Em virtude da não-eficiência do Ácido Nítrico (HNO3) como ionizante, realizou-se um
quarto teste somente com as misturas das melhores soluções precipitantes. A Figura 13
representa o fluxograma deste processo.
22
Início
05 Lâmpadas
Fluorescentes
Queimadas e
Quebradas
Reações de
Precipitação
NaOH
NaOH+Tiocetamida
Filtração
1º Erlenmeyer
Lavagem do
PET com
Lâmpadas
2º Erlenmeyer
Secagem
Secagem
Resíduo: Al, P, Ti, Zn,
Pb, Hg (0,28%)
Filtrado: Na, S, O
Filtrado
Formação de uma pasta
(não foi possível
caracterização em EDX)
Figura 13. Fluxograma do sistema de recuperação para o quarto teste.
A utilização dos mistura das soluções precipitantes foi a que se verificou maior
eficiência no processo, uma vez que a somatória da eficiência de cada uma das soluções,
juntamente com a elevação da temperatura para liberação dos íons S-2, acarretou em uma
eficiência considerável.
Com a metodologia correta identificada (quarto teste), o procedimento descrito acima
foi refeito em duplica para averiguação do método. Nas repetições obteve-se uma eficiência
de recuperação de 0,54% e 0,84%, respectivamente.
23
A figura 14 representa o gráfico de eficiência para o Sistema de Recuperação de
Mercúrio, empregado no 2º e 4º teste, além das duas replicatas feitas, sempre utilizando cinco
(05) lâmpadas de mesma voltagem como referência.
Figura 14. Gráfico da Eficiência da Recuperação de Mercúrio em Lâmpadas Fluorescentes.
A execução do sistema pode ser obtida pelo emprego de qualquer solução que possa
liberar íons sulfeto (S-2) [18]. O íon é o fator preponderante, bem como a utilização do NaOH
para a recuperação do Hg.
O processo de tratamento químico, utilizado durante todos os testes é o mais viável,
pois as soluções precipitantes são de baixo custo e a tecnologia é barata. Também, se tem uma
redução no volume de descarte, sendo enviado para o aterro autorizado somente o material
sem contaminante de mercúrio (Hg).
Em todas as literaturas bases em que se buscou referência, no processo de tratamento
químico não houve menção ao mercúrio na forma de vapor. Cita-se somente o composto
iônico e sua purificação por meio de destilação. Neste trabalho em questão, a empregabilidade
dos erlenmeyers em dois sistemas de segurança, se dá principalmente pela preocupação do
vapor de mercúrio, onde o mesmo deve ser ionizado para a forma Hg+2 e precipitar-se,
juntamente com os demais, na forma de sal [5].
A tecnologia de tratamento de lâmpadas fluorescente ainda é muito restrita; há
dificuldade de busca de material e até mesmo de teorias de processo das empresas que fazem
este tipo de trabalho. Este tema ainda se é um nicho de mercado que precisa ser desvendado
por meio de testes e suposições.
24
A migração do sistema em escala laboratorial para o sistema em escala industrial pode
ser feito através do fluxograma de processo apresentado na Figura 15.
Figura 15. Fluxograma de Processo para Recuperação de Mercúrio
No processo apresentado acima, se tem:
1º) Trituração das lâmpadas através de moinho;
2º) Passagem dos cacos de lâmpadas através de um filtro de lã de vidro (microporoso)
para retenção de partículas de Silício (lâmpada);
3º) Primeiro reator tipo CSTR com Tiocetamida e NaOH, com fonte de aquecimento à
80°C e controlador de temperatura;
4º) Reciclo do primeiro reator para lavagem dos cacos obtidos na trituração;
5º) Segundo reator tipo CSTR com NaOH como sistema de segurança;
6º) Beneficiamento de Mercúrio e destinação final dos resíduos.
25
Atualmente, a forma convencional para extrair o mercúrio possui a necessidade de se
abrir uma mina a céu aberto que ocasiona a retirada da vegetação nativa. Os resíduos gerados
acabam sendo levados aos rios e lagos, provocando o assoreamento, que obstrui, com areia ou
outros sedimentos, rios e canais, em consequência da redução da correnteza. Além desses
resíduos é gerado também pó suspenso no ar que causa doenças respiratórias gravíssimas
[19]. O beneficiamento e a recuperação do mercúrio em lâmpadas fluorescente se fazem
viável e necessário em uma escala industrial, onde se obtêm grandes concentrações de
material perigoso (Hg, neste caso). A forma mais conhecida deste beneficiamento é a
destilação a altas temperaturas do resíduo obtido (≥ 357°C) [15].
Apesar a energia fornecida ser grande para o processo de beneficiamento do Hg, ainda
se é economicamente viável, pois não requer aberturas de minas, tem-se um menor contato do
ser humano com o contaminante em si [4], reduz o impacto ambiental causado pelas
atividades de extração, minimização da extração de matéria-prima do meio ambiente, além de
diminuir o volume de resíduo gerado por produtos que contem mercúrio, como por exemplo,
as lâmpadas fluorescentes.
O trabalho visa somente à recuperação do mercúrio. O restante da lâmpada ainda tem
quer ser descartado em lugares próprios, pois ainda contem outros materiais pesados como:
Chumbo, Antimônio, etc. Para a separação de cada um deles devem-se empregar
metodologias especificas, a fim de obter-se o resultado necessário.
CONCLUSÃO
Conclui-se que o Sistema para Recuperação de Mercúrio é eficiente ao que se destina. É
um sistema simples e de baixo custo de implantação, além de poder ser otimizado para
aumentar a taxa de recuperação de mercúrio.
O tratamento de apenas uma lâmpada fluorescente é economicamente inviável, devido a
quantidade muito pequena deste metal pesado presente na lâmpada. Entretanto, levando-se em
consideração a quantidade/ano de mercúrio utilizada para a produção deste tipo de lâmpadas
(10 toneladas/ano), o tratamento proposto neste estudo é uma ferramenta que pode se revelar
muito útil e sob este ponto de vista merece receber investimentos para seu aprimoramento. A
prevenção dos impactos ambientais causados pelo mercúrio, além de preservar a imagem de
empresas fabricantes deste tipo de lâmpada ainda pode significar aumento na rentabilidade do
negócio, já que o metal pesado passa a ser reaproveitado.
26
REFERÊNCIAS
[1] http://www.apliquimbrasilrecicle.com.br/servicos. Acesso em 07 jun. 2014
[2] AUCOTT, M., McLINDEN, M., WINKA, M, Release of mercury from broken
fluorescent bulbs, 53, 2 (2003), 143-151.
[3] BACCAN, Nivaldo, Introdução à Semimicroanálise Qualitativa, 2ª Ed., Unicamp,
Campinas, SP, (1997) 187.
[4] CHANG, T.C., YOU, S.J., YU, B.S., KONG, H.W, The fate and management of high
mercury-containing lamps from high technology industry, 141, 3 (2007), 784-792.
[5] COLACIOPPO, Sérgio, Estudo comparativo entre meios de captação de vapores de
mercúrio para avaliação do risco de intoxicação profissional, 11, 3 (1977) 389-394, 1977-09.
[6] CUNHA, Luciana da, GOMES, Ailton S., COUTINHO, Fernanda M. B., TEIXEIRA,
Viviane G., Principais Rotas de Síntese de Resinas Complexantes de Mercúrio, 17, 2 (2007),
145-157.
[7] www.eletrobras.com/procel. Acesso em 08 mar. 2014.
[8]
HIRAJIMA,
T., BISSOMBOLO,
A., SASAKI,
K., NAKAYAMA,
K., HIRAI,
H., TSUNEKAWA, M, Floatability of rare earth phosphors from waste fluorescent lamps,
77, 4 (2005) 187-198.
[9]http://www.iar.unicamp.br/lab/luz/ld/L%E2mpadas/reciclagem_de_lampadas_aspectos_am
bientais_e_tecnologicos.pdf. Acesso em 02 fev. 2014.
[10] JANG, M., HONG, S.M., PARK, J.K., Characterization and recovery of mercury from
spent fluorescent lamps, 25, 1 (2005) 5-14.
[11] LACERDA, Luiz Drude de, MALM, Olaf, Contaminação por mercúrio em ecossistemas
aquáticos: uma análise das áreas críticas; 22, 63 (2008).
27
[12]http://www.mma.gov.br/cidades-sustentaveis/residuos-solidos/politica-nacional-deresiduos-solidos/contextos-e-principais-aspectos. Acesso em 22 de jan. 2014.
[13] MICARONI, Regina Clélia da Costa Mesquita, BUENO, Maria Izabel Maretti Silveira,
JARDIM, Wilson de Figueiredo, Compostos de Mercúrio. Revisão de Métodos de
Determinação, Tratamento e Descarte, 23, 4 (2000).
[14] PAULA E SILVA, Evando Mirra de, A tecnologia, suas estratégias, suas trajetórias, 60,
(2008).
[15] POLANCO, Sara Leonor Cambeses, A situação da destinação pós-consumo de
Lâmpadas de Mercúrio no Brasil, Dissertação de mestrado da Escola de Engenharia Mauá do
Centro Universitário do Instituto de Mauá de Tecnologia, 1, (2007) 119.
[16] http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc28/04-QS-4006.pdf. Acesso em 04 abr. 2014.
[17] RAPOSO C., ROESER H.M., Contaminação ambiental provocada pelo descarte de
lâmpadas de mercúrio, 64, 53 (2000) 61-67.
[17] RHEE, S.W., CHOI, H.H., PARK, H.S, Characteristics of mercury emission from linear
type of spent fluorescent lamp, 34, 6 (2014) 1066-1071.
[18] VOGEL, Arthur Israel, Química Analítica Qualitativa, 5ª Ed., Mestre Jou, São Paulo, SP
(1981) 222-227, 233-235.
[19] http://super.abril.com.br/cotidiano/mercurio-438866.shtml. Acesso em 05 Ago. 2014.
TRABALHO APRESENTADO EM CONGRESSO (ANEXO)
28
SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE MERCÚRIO EM LÂMPADAS FLUORESCENTES
Débora Aparecida Ribeiro, Letícia Tiemi Fuzishawa,
Ana Maria Barbosa, Liu Yao Cho.
Faculdade de Engenharias, Arquitetura e Urbanismo; FEAU–UNIVAP; Avenida Shishima Hifumi 2911, São
José dos Campos – SP, e-mail: [email protected].
Resumo- O consumo de Lâmpadas Fluorescente no Brasil é grande, pois há um grande incentivo por parte
do governo quanto ao seu uso. Porém, o grande problema está no descarte dessas lâmpadas, uma vez que
são descartadas erroneamente no solo, cursos d’água, ou até mesmo através de aterros incorretos e
clandestinos. Essas Lâmpadas Fluorescentes possuem diversos contaminantes, entre eles o mercúrio,
altamente perigoso ao ser humano e meio ambiente, antimônio, chumbo, entre outros. Este projeto visa
estudar um modelo eficiente e simples que possa realizar a recuperação desse mercúrio contido nas
Lâmpadas Fluorescentes. Resultados mostraram que o mercúrio pode ser recuperado em quantidades
significativas, e ser otimizado dependendo do precipitante utilizado no sistema.
Palavras-chave: mercúrio, poluição, lâmpadas fluorescentes, reciclagem.
Área do Conhecimento: Engenharia
Introdução
O governo brasileiro tem dado um grande
incentivo a seus cidadãos a fazerem uso de
Lâmpadas Fluorescentes devido ao menor
consumo de energia (Unicamp, acesso 2 fev.
2014; Eletrobras, acesso 8 mar. 2014). A
Lâmpada Fluorescente tem por vantagem ser mais
econômica que uma Lâmpada Incandescente e
sua durabilidade também é relativamente maior,
quando ambas são comparadas (Qnesc, acesso 4
abr. 2014).
Os
maiores
vilões
das
Lâmpadas
Fluorescentes quando caem em desuso são os
materiais pesados (AUCOTT, 2003; POLANCO,
2007); estes poluentes irão parar no meio
ambiente pelo descarte inadequado, tais como:
Mercúrio, Antimônio, Chumbo, entre outros (MMA,
acesso 22 jan. 2014; RAPOSO, 2000). Os
materiais pesados presentes nas lâmpadas
alcançam o solo terrestre e até mesmo os cursos
d’água, fazendo com que haja uma poluição de
caráter perigoso nos ambientes nos quais esses
materiais entram em contato (LACERDA, 2008;
RAPOSO, 2000).
Diversos
componentes
presentes
nas
Lâmpadas Fluorescentes podem ser recuperados
para serem utilizados em diversos outros
segmentos, colaborando assim para o meio
ambiente e trazendo rentabilidade para empresas
que desenvolvem este tipo de serviço (Apliquim,
acesso 7 jun. 2014). O mercúrio (Hg) é o principal
e o mais perigoso dos materiais presente nas
Lâmpadas Fluorescentes (RHEE, 2014), e seu
consumo para a produção de lâmpadas deste tipo
alcança uma marca de 10 toneladas ao ano
(Unicamp, acesso 2 fev. 2014).
Atualmente, alguns métodos são conhecidos
na literatura para o descarte e tratamento das
Lâmpadas Fluorescente, sendo eles: Moagem
Simples,
Tratamento
Térmico,
Tratamento
Químico; Tratamento por Sopro e Encapsulamento
(Unicamp, acesso 2 fev. 2014; JANG, 2005).
Dentre os modelos citados acima, o Tratamento
Químico é o que desperta maior interesse, pois se
trata de um sistema de fácil montagem e baixo
custo de aplicação (Unicamp, acesso 2 fev. 2014);
requer apenas uma solução precipitante e
secagem do resíduo (VOGEL, 1981; BACCAN,
1997).
O objetivo deste projeto é buscar uma
metodologia fácil e eficiente para um sistema de
recuperação do Mercúrio (Hg) presente nas
Lâmpadas
Fluorescentes
(CHANG,
2007).
Realizar o levantamento de possíveis variáveis no
tratamento prévio do material recuperado, onde o
mesmo possa ser redestinado a outros segmentos
da indústria (MICARONI, 2000).
Metodologia
Um estudo preliminar para determinar a
eficiência do reagente precipitante com mercúrio
iônico foi realizado com o Nitrato de Mercúrio
hidratado, Hg(NO3)2. H2O, 0,05 mol/L em solução
aquosa. Foram escolhidas diversas soluções
precipitantes, todas a 0,10 mol/L, listadas a seguir:
Hidróxido de Sódio (NaOH); Cloreto de Sódio
XVIII Encontro Latino Americano de Iniciação Científica, XIV Encontro Latino Americano de PósGraduação e IV Encontro de Iniciação à Docência – Universidade do Vale do Paraíba
1
(NaCl); Tioacetamida (C2H5NS) e Ácido Clorídrico
(HCl). Todas as misturas utilizadas foram na
proporção de 1:1 em volume, ou seja, com
excesso do reagente precipitante em relação a
solução de mercúrio.
Em uma garrafa de Politereftalato de Etileno
(PET) devidamente lavada e seca, fez-se um corte
transversal para a inserção da lâmpada
fluorescente queimada de 20W. Selou-se o corte
do PET com fita isolante e conectou-o à dois
erlenmeyers com tubo de silicone colocados em
sequência (conforme figura 1). O sistema foi
montado de forma que o gás da quebra da
lâmpada possa passar pela solução contida nos
erlenmeyers por borbulhamento.
No primeiro erlenmeyer adicionou-se 150mL da
solução precipitante e no segundo erlenmeyer
100mL da mesma solução. Através de uma bomba
à vácuo fez-se a sucção do vapor da quebra da
lâmpada, precipitando o Hg na solução escolhida
após borbulhamento.
As conexões foram seladas,
todas as
lâmpadas contidas no PET foram quebradas e
ligou-se a bomba a vácuo, deixando-a em
funcionamento por aproximadamente 2 minutos.
Na figura 1 observa-se o Sistema de
Recuperação de Mercúrio montado para o estudo.
A solução do primeiro erlenmeyer também foi
colocado no rota-evaporador, conforme descrito
acima.
Os resíduos obtidos do sistema de recuperação
por gravimetria foram analisados por EDX.
A figura 2 apresenta o sistema de filtração
simples adotado para separação de resíduo e
filtrado, em ambas as soluções precipitantes.
Figura 2. Filtração da solução do erlenmeyer após
lavagem das lâmpadas quebradas.
Resultados
1° ERLENMEYER
2° ERLENMEYER
PET COM
LÂMPADAS
BOMBA DE VÁCUO
Figura 1. Modelo do Sistema de Recuperação do
Mercúrio em Lâmpadas Fluorescente.
Para se retirar todo o resíduo de mercúrio que
ainda possa estar contido na garrafa PET,
adicionou-se a solução precipitante do segundo
erlenmeyer ao resíduo da garrafa, juntamente com
100mL de água destilada. Assim a solução de
lavagem passa a possuir uma concentração
definida de 0,06 mol/L.
A solução de lavagem foi filtrada a fim de se
separar resíduo e filtrado. O resíduo foi seco em
estufa à 80°C por aproximadamente 5 horas.
Colocou-se o filtrado no rota-evaporador, e o
resíduo obtido também foi seco na estufa.
No teste de precipitação realizado,
observou-se que dentre as soluções utilizadas,
somente as de Hidróxido de Sódio (NaOH) e
Tioacetamida (C2H5NS) formaram produtos com o
+2
íon Hg , proveniente da solução preparada com
Nitrato de Mercúrio (Hg(NO3)2. H2O. Desta forma,
apenas dois dos reagentes formaram precipitados,
Hidróxido de Sódio (NaOH) e Tioacetamida
(C2H5NS). O percentual de rendimento da reação
foi de 95,7% e 18,0%, respectivamente. A solução
destes reagentes precipitantes foram utilizados no
sistema de precipitação estudado.
O sistema de recuperação de mercúrio foi
acionado para ambas as soluções, conforme
descrito na metodologia. Neste teste preliminar,
não foi possível detectar o mercúrio das lâmpadas
(em quantidades significativas) com a solução de
Tioacetamida. Mas o rendimento com o Hidróxido
de Sódio foi melhor, encontram-se a seguir os
resultados.
A figura 3 representa o fluxograma utilizado no
processo, juntamente com os elementos
encontrado no sistema de recuperação.
XVIII Encontro Latino Americano de Iniciação Científica, XIV Encontro Latino Americano de PósGraduação e IV Encontro de Iniciação à Docência – Universidade do Vale do Paraíba
2
Início
Lâmpada
Fluorescente
Queimada e
Quebrada
C2H5NS
Reações de
Precipitação
NaOH
Filtração
1º Erlenmeyer
Lavagem do
PET com
Lâmpadas
2º Erlenmeyer
Filtração
1º Erlenmeyer
Lavagem do
PET com
Lâmpadas
2º Erlenmeyer
Secagem
Secagem
Secagem
Secagem
Resíduo
EDX: O, Cl, Fe
Filtrado
EDX: O, Na, Al, Si, S,
Ti, Cu, La
Resíduo
Resíduo
Resíduo
EDX: O, Na, Al, Si, K,
Ca, Ba
EDX: O, Ca, Ti, In, Ba,
Ce, Os
EDX: O, Ca, Zr, Ba, Ce,
Os
Filtrado
Filtrado
Filtrado
EDX: O, Na, Al, S, K,
Ca, Zn
EDX: O, Na, Si, S, Cl, K,
Ca, Zn, Zr
EDX: O, Na, Si, S, Cl, K,
Br, Pt, Hg
Figura 3. Fluxograma do sistema de recuperação.
A figura 4 apresenta a análise de MEV
realizada no resíduo do primeiro erlenmeyer,
utilizando como solução precipitante o NaOH.
Figura 5. MEV da segunda precipitação.
Figura 4. MEV da primeira precipitação.
A figura 5 apresenta a análise de MEV
realizada no filtrado do segundo erlenmeyer,
utilizando como solução precipitante o Hidróxido
de Sódio (NaOH):
O EDX mostrou a preseça de mercúrio e a
análise gravimetrica forneceu a quantidade de
mercúrio recuperado pelo sistema, 0,015% em
massa para o segundo erlenmeyer e insignificante
para o primeiro.
Discussão
A aplicabilidade das soluções para o teste de
solubilidade foi feita, conforme Tabela de Produto
de Solubilidade de Precipitado a temperatura
ambiente (VOGEL, 1981, pag. 84). Nela pode-se
XVIII Encontro Latino Americano de Iniciação Científica, XIV Encontro Latino Americano de PósGraduação e IV Encontro de Iniciação à Docência – Universidade do Vale do Paraíba
3
-
observar que o íon Sulfeto (S ) é o melhor agente
precipitante para o mercúrio.
Conforme cita-se na literatura a presença de
Hg no precipitado acontece da seguinte maneira
para o íon Sulfeto: “forma-se de início um
precipitado branco de clorossulfeto de mercúrio
(II), que se decompõe por adição de novas
quantidades do Sulfeto de Hidrogênio, formando
finalmente um precipitado preto de Sulfeto de
Mercúrio (II)". No teste realizado houve a formação
de Hg, porém com um baixo rendimento final. Para
aumentar-se o rendimento e a precipitação do Hg,
é necessária a liberação do íon Sulfeto em maior
quantidade, pelo fornecimento de energia através
de um aquecimento.
No prosseguimento do teste de solubilidade,
um dos pontos ressaltados pela literatura (Vogel,
1981) é o uso do Ácido Clorídrico como agente
precipitante de Hg. Porém, o reagente precipita
+1
+2
somente íons Hg e não íons Hg (presente em
maior quantidade nas lâmpadas fluorescentes).
Este ponto explica o fato de não haver
precipitação no teste realizado para este composto
químico.
Para o Hidróxido de Sódio, o Vogel cita:
“precipitado
vermelho
pardacento
com
composição
variada;
se
a
adição
for
estequiométrica, a cor do precipitado muda para
amarela, devido a formação de óxido de mercúrio
(II). O rendimento para este composto (de cor
amarelada) foi significativa no teste realizado e o
objetivo da formação do HgO foi alcançada.
Já no teste com as lâmpadas fluorescentes, o
resultado de gravimetria mostrou que a solução de
Hidróxido de Sódio retira uma quantidade
significante para uma única lâmpada de 20W, que
segundo a literatura, possui aproximadamente
21mg de Hg, ou cerca de 0,035% em massa
(Qnesc, acesso 4 abr. 2014).
O percentual de mercúrio presente em cada
lâmpada depende da voltagem e do formato das
mesmas; lâmpadas de 20W apresentam cerca de
21mg de Hg, sendo crescente a relação entre
quantidade de mercúrio X potência (Qnesc,
acesso 4 abr. 2014)
A solução do primeiro erlenmeyer não foi capaz
de reter o mercúrio, mas se verifica que na
solução do segundo erlenmeyer, que entrou em
contato direto com os resíduos de lavagem das
lâmpadas contido no PET, detectou-se mercúrio. A
poeira fosforosa é uma das responsáveis por
agregar parte do mercúrio à ela (HIRAJIMA,
2005). Então, quando se faz a lavagem do
material, retira-se a poeira fosforosa e o mercúrio
da lâmpada; aumentando assim o rendimento do
processo. (Qnesc, acesso 4 abr. 2014; HIRAJIMA,
2005).
O fato de não haver mercúrio na primeira
solução, de ambas as soluções precipitantes
(NaOH e C2H5NS) testadas, pode estar
relacionado ao estado físico/químico na qual este
mercúrio se encontra, quando a lâmpada é
quebrada, ele não reage com as soluções
precipitantes.
Então, existe a necessidade de modificar o
sistema para ionizar o mercúrio com HNO3 e
também permitir a decomposição de C2H5NS para
precipitar mercúrio na forma de Sulfeto de
Mercúrio de forma mais efetiva.
A quantidade de mercúrio recuperada foi
relativamente significativa para o sistema
estudado, forneceu uma eficiência de retirada de
mercúrio de cerca de 43% em relação ao contido
em uma lâmpada fluorescente de 20W.
Observa-se que pode ter formado complexos
de Mercúrio (Hg) e outros metais, com os resíduos
internos da lâmpada quebrada. Isso se dá pela
energia de ligação (α) presentes em compostos do
mesmo período da tabela periódica (exemplo: Hg,
Pt, Os e Bi) (BACCAN, 1997; Qnesc, acesso 4
abr. 2014; CUNHA, 2007).
O processo de tratamento químico é o mais
viável, pois as soluções precipitantes são de baixo
custo e a tecnologia é barata. Também, se tem
uma redução no volume de descarte, sendo
enviado para o aterro autorizado somente o
material sem contaminante pesado.
Em todas as literaturas bases em que se
buscou referência, no processo de tratamento
químico não houve menção ao mercúrio na forma
de vapor. Cita-se somente o composto iônico e
sua purificação por meio de destilação. Neste
trabalho em questão, a empregabilidade dos
erlenmeyers em dois sistemas de segurança, se
dá principalmente pela preocupação do vapor de
mercúrio, onde o mesmo deve ser ionizado para a
+2
forma Hg e precipitar-se, juntamente com os
demais, na forma de sal (COLACIOPPO, 1977).
A tecnologia de tratamento de lâmpadas
fluorescente ainda é muito restrita; há dificuldade
de busca de material e até mesmo de teorias de
processo das empresas que fazem este tipo de
trabalho. Ainda se é um nicho de mercado que
precisa ser desvendado por meio de testes e
tentativas.
Conclusão
Conclui-se que o Sistema para Recuperação de
Mercúrio é eficiente ao que se destina. É um
XVIII Encontro Latino Americano de Iniciação Científica, XIV Encontro Latino Americano de PósGraduação e IV Encontro de Iniciação à Docência – Universidade do Vale do Paraíba
4
sistema simples e de baixo custo de implantação,
além de poder ser otimizado para aumentar a taxa
de recuperação de Hg.
Para se realizar o tratamento de apenas uma
lâmpada fluorescente é inviável, pois tem uma
quantidade muito pequena deste metal pesado.
Mas
levando-se
em
consideração
a
quantidade/ano de mercúrio utilizada para a
produção
deste
tipo
de
lâmpadas
(10
toneladas/ano) é uma ferramenta a ser investida e
aprimorada, a fim de evitarem maiores impactos
ambientais e gerar rentabilidade para as empresas
que possuírem esta tecnologia.
http://www.iar.unicamp.br/lab/luz/ld/L%E2mpadas/r
eciclagem_de_lampadas_aspectos_ambientais_e
_tecnologicos.pdf. Acesso em 02 fev. 2014.
Referências
http://www.mma.gov.br/cidadessustentaveis/residuos-solidos/politica-nacional-deresiduos-solidos/contextos-e-principais-aspectos.
Acesso em 22 de jan. 2014.
http://www.apliquimbrasilrecicle.com.br/servicos.
Acesso em 07 jun. 2014
AUCOTT, M., McLINDEN, M., WINKA, M; Release
of mercury from broken fluorescent bulbs, 2003,
Journal of the Air and Waste Management
Association, 53 (2), pp. 143-151.
BACCAN, Nivaldo, Introdução à Semimicroanálise
Qualitativa, Unicamp, 1997.
CHANG, T.C., YOU, S.J., YU, B.S., KONG, H.W;
The fate and management of high mercurycontaining lamps from high technology industry,
2007, Journal of Hazardous Materials, 141 (3), pp.
784-792.
COLACIOPPO, Sérgio; Estudo comparativo entre
meios de captação de vapores de mercúrio para
avaliação do risco de intoxicação profissional;
11(3); 389-394; 1977-09, SciELO Saúde Pública e
Brasil.
CUNHA, Luciana da; GOMES, Ailton S.;
COUTINHO, Fernanda M. B.; TEIXEIRA, Viviane
G., Polímeros; 17(2); 145-157; 2007-06, SciELO
Brasil.
www.eletrobras.com/procel. Acesso em 08 mar.
2014.
HIRAJIMA,
T., BISSOMBOLO,
A., SASAKI,
K., NAKAYAMA, K., HIRAI, H., TSUNEKAWA, M;
Floatability of rare earth phosphors from waste
fluorescent lamps, 2005, International Journal of
Mineral Processing, 77 (4), pp. 187-198.
JANG,
M., HONG,
S.M., PARK,
J.K.;
Characterization and recovery of mercury from
spent
fluorescent
lamps;
2005;
Waste
Management, 25 (1), pp. 5-14.
LACERDA, Luiz Drude de; MALM, Olaf;
Contaminação por mercúrio em ecossistemas
aquáticos: uma análise das áreas críticas; 2008
SciELO Brasil.
MICARONI, Regina Clélia da Costa Mesquita;
BUENO, Maria Izabel Maretti Silveira; JARDIM,
Wilson de Figueredo; Compostos de Mercúrio.
Revisão
de
Métodos
de
Determinação,
Tratamento e Descarte; Unicamp, 2000.
POLANCO, Sara Leonor Cambeses; A situação da
destinação pós-consumo de Lâmpadas de
Mercúrio no Brasil; São Caetano do Sul, SP, 2007;
Dissertação de mestrado da Escola de Engenharia
Mauá do Centro Universitário do Instituto de Mauá
de Tecnologia.
http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc28/04-QS4006.pdf. Acesso em 04 abr. 2014.
RAPOSO C., ROESER H.M., 2000, Contaminação
ambiental provocada pelo descarte de lâmpadas
de mercúrio, Revista Escola de Minas de Ouro
Preto (REM), Ano 64, 53: 1, 61-67.
RHEE,
S.W., CHOI,
H.H., PARK,
H.S;
Characteristics of mercury emission from linear
type of spent fluorescent lamp, Waste
Management, Vol. 34, Issue 6, 2014, Pages 10661071.
VOGEL,
Arthur Israel,
Química Analítica
Qualitativa, 5. Ed., São Paulo: Mestre Jou, 1981.
XVIII Encontro Latino Americano de Iniciação Científica, XIV Encontro Latino Americano de PósGraduação e IV Encontro de Iniciação à Docência – Universidade do Vale do Paraíba
5
Certificamos que Debora Aparecida Ribeiro, Letícia Tiemi Fuzishawa, Ana Maria Barbosa e
Liu Yao Cho apresentaram o trabalho intitulado "SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE
MERCÚRIO EM LÂMPADAS FLUORESCENTES" no XVIII Encontro Latino Americano de
Iniciação Científica, XIV Encontro Latino Americano de Pós-Graduação e VIII Encontro
Latino Americano de Iniciação Científica Júnior, realizado na Universidade do Vale do
Paraíba, nos dias 23 e 24 de outubro de 2014.
São José dos Campos, 24 de outubro de 2014.
Profa. Dra. Sandra Maria Fonseca da Costa
Diretora do Instituto de Pesquisa & Desenvolvimento