Existe uma solução que beneficiaria todas as partes envolvidas? Rolands Cepuritis, especialista no uso de areia manufaturada para a produção de concreto, e Tero Onnela, especialista em processos de britagem da Metso Outotec, aprofundam o tema.
A areia manufaturada pode substituir a areia natural em muitas aplicações
Areia - seja extraída de cascalho natural ou depósitos de areia ou feita por britagem do leito rochoso - é usada em muitas aplicações por causa de suas qualidades minerais e físicas. A aplicação mais típica para a areia é o concreto, onde representa aproximadamente 30-40% do volume de material.
Tero Onnela destaca o básico: "O concreto é o material sintético mais comum; você pode encontrá-lo em toda parte. É um elemento essencial na construção de infraestruturas e edificações. A maior parte da rede rodoviária interestadual nos EUA é feita de concreto durável que resiste ao tráfego pesado e às condições climáticas em constante mudança. Barragens - como a Barragem das Três Gargantas na China, onde o equipamento de britagem da Metso Outotec foi usado para produzir agregados - são as maiores estruturas feitas de concreto".
"Asfalto, que é comum na construção de estradas e rodovias, é a segunda aplicação mais importante. Há também os chamados agregados funcionais que são utilizados, por exemplo, para a purificação de água em estações de tratamento de água, campos de golfe e abrigos subterrâneos, em parques infantis, pistas de equitação, assim como em estradas e calçadas em climas gelados para prevenir derrapagens e escorregamentos. Em todas estas aplicações, é possível substituir a areia natural por areia manufaturada, e até mesmo melhorar as propriedades do produto final."
A areia natural é um recurso natural cada vez mais escasso
O uso de areia natural é regulamentado por lei em muitos lugares e totalmente proibido em alguns, como no Japão. Alguns países, incluindo a Suécia, determinaram a utilização de areia manufaturada no lugar de areia natural sempre que possível. Na Austrália, as restrições relativas à obtenção de aprovação também estão aumentando.
A mineração ilegal de areia tornou-se um problema em alguns países em desenvolvimento, onde a demanda é desenfreada e as consequências regulatórias são mínimas. Vender areia é considerado uma maneira rápida de ganhar dinheiro com muito pouco investimento - tudo o que é necessário é um caminhão, um motorista e um lugar de onde extrair a areia. Esta é uma das razões pelas quais a Índia, entre outros, estabeleceu uma política para a areia a fim de incentivar a criação de novas unidades de areia manufaturada, favorecendo-as no processo de licenciamento de novas pedreiras.
"Eu diria que existem três categorias de países. Considere a Suécia, onde você tem um imposto especial sobre o cascalho natural para regular a mineração de areia. Alguns outros países europeus restringem a abertura de novas escavações por outros meios. E há países, como a Índia, Cingapura e Malásia, que têm enormes problemas com fontes de areia natural inexistentes ou diminuindo rapidamente. Nesses países, a areia é extraída de escavações ao ar livre, praias e dunas interiores e dragadas de leitos oceânicos e fluviais. A legislação nem sempre está em vigor ou simplesmente não é eficaz”, acrescenta Rolands Cepuritis.
Areia manufaturada na produção de concreto
Roland Cepuritis está atualmente finalizando sua tese de doutorado sobre Desenvolvimento de areia manufaturada da para Produção de Concreto com Microproporcionamento. Ele tem uma visão clara do motivo de a areia manufaturada funcionar bem na produção de concreto:
"Os produtores de concreto devem atender a certas margens mínimas de segurança para a resistência à compressão de seus produtos. Quanto maior a variabilidade das matérias-primas, maior o teor de cimento necessário para manter certo nível de margens. Assim, no final das contas, o custo de matérias-primas de menor qualidade e maior variabilidade é comparável ao custo de materiais de melhor qualidade e menor variabilidade".
"Com a areia manufaturada produzida em um processo projetado e controlado, é possível obter uma qualidade estável. É muito mais difícil controlar a variabilidade da areia natural, especialmente, se a areia não for lavada", diz ele. A lavagem, entretanto, nem sempre é viável devido a problemas como falta de espaço, disponibilidade de recursos hídricos, questões ambientais de lagoas de desaguamento (barragens) e problemas operacionais em locais que experimentam temperaturas de congelamento, por exemplo, nos países nórdicos.
"Há também outros benefícios técnicos diretos do uso da areia manufaturada. Por exemplo, os grãos de areia natural são arredondados como resultado de intemperismo, enquanto que as partículas de areia manufaturada são tipicamente angulares e de textura superficial mais áspera, permitindo uma melhor ligação com a pasta de cimento no concreto e, assim, proporcionando propriedades de robustez melhoradas para o mesmo consumo de cimento (relação água/cimento constante).”
Quando você está desenvolvendo um produto de concreto com areia natural, as oportunidades de melhoria são escassas. Mas com areia manufaturada, há mais oportunidades: há uma gama mais ampla, e você pode encontrar o melhor ajuste para diferentes tipos de concreto.
Um obstáculo totalmente diferente é a aceitação do uso de areia manufaturada na elaboração da mistura. Em Queensland, Austrália, por exemplo, ainda se exige que 40% do agregado fino usado em um projeto de mistura de concreto seja feito de areia natural. Isso terá de mudar no futuro para refletir a diminuição da disponibilidade de recursos e a maior disponibilidade de produtos de areia manufaturada de alta qualidade.
Um caso de negócio?
A legislação e a disponibilidade de areia natural ditam o preço da areia e, portanto, a rentabilidade. Há também custos associados à obtenção das aprovações, o que pode tornar inviável economicamente explorar o recurso.
"Os custos de transporte a partir dos portos de areia contribuem significativamente para o custo total do produto para o usuário final. Se o produto final for de maior valor, como a areia de sílica para fabricação de vidro, custos de transporte mais elevados podem ser permitidos. Produtos de areia de maior volume com menores margens são um caso diferente. O local de produção da areia deve estar próximo ao local onde será utilizada”, explica Onnela.
"Isso tem muito a ver com economias de escala. Se você tem um bom porto de areia perto do local de uso, basta peneirar a areia para o tamanho certo. Com a areia manufaturada, você precisa considerar muitos outros aspectos. Ao britar a rocha, os custos de produção são mais elevados e há custos adicionais envolvidos. Entre 30-40% - e às vezes até 50% - da rocha britada podem terminar na pilha de resíduos da pedreira. Quanto menor o tamanho das partículas e mais macio o material extraído, mais resíduo é gerado. Para melhorar a rentabilidade, é necessário reduzir a quantidade de resíduos ou descobrir novos usos para os agregados finos”, esclarece Onnela.
"Partículas <4 mm são muitas vezes consideradas como resíduos, ou seja, não são boas o suficiente para qualquer finalidade. O material é muitas vezes empilhado e, cada vez mais, os produtores têm de pagar taxas de resíduos para suas pilhas. Seria vantajoso para todas as partes se os agregados finos pudessem ser utilizados e vendidos para outros fins. Na Finlândia, este tipo de resíduo de pedreira pode ser parcialmente utilizado para pavimentação de calçadas e pátios.”
De acordo com Onnela, transformá-los em um caso de negócio depende em grande parte de como a indústria pode desenvolver e adaptar as propriedades técnicas da areia manufaturada para diferentes aplicações. Também tem muito a ver com educar e convencer os stakeholders sobre as boas qualidades da areia manufaturada para que ela se torne aceitável e amplamente adotada. Naturalmente, o preço precisa ser competitivo.
"É possível usar a maior parte da rocha para a produção de concreto. Certo nível de dureza da rocha é necessário. Um dos maiores inimigos é o excesso de mica (filler), cuja remoção é difícil e dispendiosa. A questão é: como é o mercado? Existe muita concorrência? Em outras palavras, há muita areia disponível a um preço razoável?
"A qualidade da areia natural varia mais do que a da areia produzida em um processo industrial. A qualidade consistente é uma característica típica da areia manufaturada. Os fabricantes de concreto beneficiam-se do uso de areia de qualidade estável, porque lhes permite usar menos cimento, normalmente entre 5-20% menos cimento. A diminuição do uso de cimento também beneficia o meio ambiente através da redução das emissões de CO2”, continua Onnela.
Cepuritis aborda a questão com um exemplo de caso ilustrativo:
"Vamos apresentar um exemplo de caso da Noruega. Nesse caso, a distância de transporte é curta, menos de 40 quilômetros - tanto para a areia manufaturada ou natural. O preço da areia natural de alta qualidade é de 80-85 NOK por tonelada e o preço da incomparável areia manufaturada como subproduto da produção de agregados grosseiros é de 30-35 NOK. Há espaço para gastar dinheiro na melhoria da qualidade.”
"Para adicionar a britagem VSI, você teria que incluir 10 NOK nos custos de produção - e para a classificação de agregados finos, mais 10 NOK. Isso permitiria um produto com uma margem de lucro maior. No entanto, não é tão simples: você também tem que ser capaz de investir recursos consideráveis no desenvolvimento de todo o processo. O produtor precisa trabalhar junto com o cliente e entender suas necessidades - e fazer vendas técnicas em um nível totalmente novo que não é típico para o mercado de agregados em geral. É um desafio e uma oportunidade.”
"A pedreira VeldePukk em Sandnes, na Noruega, é um bom exemplo de como obter o máximo das matérias-primas disponíveis. Eles operam com pedreiras, perfuração de rochas, transporte, concreto pré-misturado, lixamento de piso, aterros, produção de asfalto e pavimentação, e também na reciclagem de concreto e asfalto”, observa Onnela.
Escolhendo a tecnologia certa
"A produção de areia manufaturada é geralmente um processo muito mais complexo do que a simples extração de areia natural. As plantas autônomas de areia manufaturada são raras e a produção é geralmente integrada com a produção de agregados britados grosseiros”, explica Cepuritis.
"O layout exato de uma planta de britagem pode variar. O processo de produção geralmente envolve vários estágios de redução de tamanho, que incluem equipamentos de britagem, transporte, controle de tamanho e classificação.”
"Em termos de equipamentos, toda a tecnologia necessária já está lá. A Metso Outotec tem muito conhecimento nessa área e pode fornecer informações valiosas para os clientes que consideram a fabricação de areia manufaturada”, diz Onnela.
"Desenvolvimento adicional está sempre em andamento. A maior lacuna está na tecnologia de materiais para concreto. Até agora, todos os livros foram escritos com a suposição padrão de usar areia natural. Técnicos de concretagem de formação prática não entendem o novo material britado ou como otimizar seu uso. Muita pesquisa tem sido feita nos últimos anos, mas não tem sido muito aplicada.”
"Se você quiser desenvolver um produto de areia manufaturada em uma pedreira, você deve ter um bom entendimento do material final, ou seja, o concreto. Você não pode apenas dar uma amostra para o seu cliente final - ele vai testá-lo com o conhecimento atual e, em muitos casos, irá falhar. Em vez disso, uma abordagem de vendas técnicas muito mais direta é necessária com o cliente sendo educado sobre as possibilidades do novo material e com ensaios de laboratório conduzidos em conjunto - praticamente da mesma forma que os aditivos para concreto, por exemplo, são normalmente vendidos”, conclui Cepuritis.
Como a Metso Outotec pode ajudar a enfrentar o desafio?
A Metso Outotec possui anos de know-how em soluções diferentes para o processamento de areia e um bom portfólio de equipamentos relacionados.
Formato é uma questão importante. Este é o lugar onde o papel do equipamento de britagem é fundamental para garantir uma forma e tamanho aceitáveis. Britadores cônicos, como o Nordberg® Série HP™ e Série GP™ da Metso Outotec , permitem a produção de produtos mais finos, juntamente com agregados mais grossos. Eles também reduzem o investimento de capital inicial e economizam energia, devido ao menor número de etapas de britagem.
A tecnologia de britadores de rolos de alta pressão HRC™ da Metso é especialmente adequado à produção de areia. O método de cominuição entre partículas cria o formato cúbico/angular do produto sob as condições corretas de operação.
"Estudos mostram que o melhor produto final para vários fins pode ser obtido com a britagem por impacto em alta velocidade. O britador de impacto autógeno de eixo vertical VSI Barmac® da Metso melhora a solidez e o formato do material, e produz uma qualidade muito próxima à da areia natural. A maioria dos outros britadores VSI usa peças metálicas para esmagar as rochas, mas o Barmac VSI usa as rochas alimentadas na máquina para esmagar a si mesmas. Quanto melhor o formato granular do produto final, melhor seu desempenho em misturas de concreto, asfalto e base. A ação de britagem e moagem de rocha contra rocha também oferece o menor custo por tonelada de qualquer método de britagem por impacto”, esclarece Onnela.
Classificadores são então utilizados para remover a quantidade necessária de partículas finas e poeira. Os Classificadores a Ar estáticos da Metso Outotec , que são ecológicos e econômicos de usar, produzem areia de qualidade consistente.
"Para concreto, há duas exigências importantes. Primeiro, ele precisa ser fácil de se trabalhar; ele requer boa trabalhabilidade. Em segundo lugar, ele precisa atingir a resistência final projetada após endurecido. Concreto fresco bom e trabalhável é fácil de descarregar em um piso ou moldar sem muito esforço físico. E a massa de concreto fresco precisa permanecer uniforme, sem segregação de agregados ou exsudação. Para asfalto e agregados funcionais, existem especificações de classificação que devem ser atendidas".
"Cumprir essas exigências requer que o produto do britador seja peneirado/classificado. O tamanho máximo da areia, normalmente de 2 a 4 mm, é classificado com peneiras vibratórias. O pó de rocha/filler é classificado de forma mais confiável por processamento via úmida ou por classificadores a ar. Com areia para concreto e asfalto, a classificação a ar é muito adequada. A areia para concreto pode ser obtida sob medida usando classificação a ar de dois estágios e misturando o filler classificado de volta na areia, se necessário. Em um caso básico, uma classificação a ar em estágio único é adequada.”
“A areia seca para asfalto é uma solução econômica que elimina a necessidade de evaporar a água, um processo de alto consumo de energia em uma planta de mistura asfáltica a quente”.