Atualmente, a maioria dos produtos de concreto celular se enquadra nas categorias de materiais de construção hidratados e materiais de construção cimentícios, com um princípio de endurecimento essencialmente igual ao dos tijolos de rejeitos. O concreto celular é uma pedra artificial de silicato, leve e microporosa, fabricada a partir de materiais siliciosos e calcários como principais matérias-primas, com a adição de um agente espumante e outros aditivos, seguida de mistura com água, moldagem, pré-cura, corte e cura em autoclave. Trata-se de um novo tipo de material leve para paredes que integra isolamento térmico, resistência ao fogo, isolamento acústico e facilidade de construção. A areia utilizada na produção de concreto celular geralmente requer uma fração mássica de SiO₂ superior a 70% e uma fração mássica de quartzo superior a 40%.

5.7.1 Produção de concreto celular a partir de rejeitos de ferro

Os rejeitos de ferro podem ser utilizados na produção de concreto celular. As principais matérias-primas são rejeitos de ferro, escória resfriada com água e cimento, além de um agente espumante (pó de alumínio), um estabilizador de espuma e reguladores. Os requisitos para os rejeitos de ferro na produção de concreto celular são os seguintes: SiO₂ > 65%, SiO₂ livre > 40%, Na₂O < 1,5%–2%, K₂O < 3%–3,5%, Fe₂O₃ < 18%, perda por ignição < 5%, teor de argila < 10%. Uma parte do SiO₂ nos rejeitos de ferro existe na forma de quartzo, conhecido como SiO₂ livre, que reage com o óxido de cálcio disponível sob condições de cura em autoclave. Outra parte do SiO₂ está presente no feldspato ou em outros componentes minerais; esse SiO₂ combinado não pode participar efetivamente da reação com o óxido de cálcio disponível. Portanto, a exigência quanto ao teor de SiO₂ nos rejeitos de ferro refere-se principalmente à fração de quartzo. Embora o teor de quartzo não possa ser medido diretamente, como ele tem uma certa relação com o teor total de SiO₂, é possível estimar o teor aproximado de quartzo nos rejeitos de ferro. Por exemplo, quando o teor de SiO₂ nos rejeitos de ferro é de 75%, aproximadamente 40% corresponde a quartzo puro.

O uso de rejeitos de ferro na produção de concreto celular, bem como de blocos de concreto celular, lajes de piso, painéis de telhado, painéis de parede, blocos de isolamento e outros materiais, tem sido aplicado com sucesso na indústria. A Fábrica de Tijolos de Escória de Angang utiliza rejeitos do concentrador da Montanha Dagu, misturados com cimento, cal e outras matérias-primas, para produzir concreto celular. O produto é leve e possui boas propriedades de isolamento térmico. A fábrica tem uma produção anual de 100.000 m³ de concreto celular, consumindo cerca de 30.000 toneladas/ano de rejeitos. As proporções das matérias-primas são: rejeitos 66%, cal viva 25%, cimento 8%, gesso 1%, pó de alumínio 0,08%–0,12%. O processo de produção é mostrado na Figura 5-10.

Em 13 de agosto de 2013, o novo projeto de transformação industrial da Mina de Ferro de Mingli, no condado de Daixian, província de Shanxi — a produção experimental de tijolos padrão de areia de rejeitos e blocos de concreto celular — entrou em operação, com um investimento de 180 milhões de yuans. O projeto tem capacidade para processar 1,2 milhão de m³ de areia de rejeitos por ano, gerar de 150 a 200 empregos, e produzir 120 milhões de tijolos padrão de areia de rejeitos de ferro e 300 mil m³ de blocos de concreto aerado de areia de rejeitos por ano, com um valor de produção superior a 100 milhões de yuans e receitas tributárias superiores a 30 milhões de yuans.

Wang Yan e outros realizaram uma pesquisa experimental sobre a preparação de concreto celular utilizando rejeitos da mina de ferro de Chengchao, da Wuhan Iron and Steel Corporation. A análise da composição dos rejeitos mostrou que o teor de SiO₂ era de cerca de 50%, presente principalmente na forma de feldspato, com teor de quartzo inferior a 10% e contendo cerca de 10% de minerais semelhantes ao gesso. Como os rejeitos apresentavam baixo teor de SiO₂ e quartzo, mas alto teor de gesso, decidiu-se adicionar cimento (cimento Portland comum 425#) para aumentar o teor de material silicioso, utilizando cal (CaO disponível 85%) como material calcário. Devido ao alto teor de gesso nos rejeitos, não foi necessário adicionar gesso extra durante o desenvolvimento do concreto aerado. As matérias-primas para a produção de concreto aerado a partir de rejeitos de ferro são: rejeitos de ferro, cal, cimento e pó de alumínio. O fluxo do processo de preparação é mostrado na Figura 5-11. A verificação experimental mostrou que a proporção ideal de matérias-primas é: adição de material silicioso de 11% a 20%, proporção de material calcário para material silicioso de 3:7 e dosagem de pó de alumínio de 0,08%. Isso permite produzir concreto celular de grau 600 com resistência à compressão média de cerca de 3,5 MPa e mínima de 2,8 MPa, atendendo aos requisitos da norma nacional.

Figura 5-10 Fluxo do processo de produção de blocos de concreto celular

Han Chen e colab., da Universidade de Ciência e Tecnologia de Wuhan, realizaram uma pesquisa experimental sobre a preparação de concreto celular utilizando rejeitos de ferro de Jinshandian, Huangshi, província de Hubei, como principal matéria-prima. Como o teor de SiO₂ nos resíduos de minério de ferro utilizados era baixo (35,43%), foi adicionado pó de quartzo com teor de SiO₂ de 98% como material rico em silício. Outras matérias-primas incluíram cal (cal viva disponível no mercado, moída até atingir uma finura com resíduo em uma peneira de malha 200 (0,074 mm) inferior a 15%), cimento (cimento de grau 32,5 disponível comercialmente), um agente espumante (pó de alumínio, analiticamente puro) e reguladores (gesso, hidróxido de sódio).

Figura 5-11 Fluxo do processo para a preparação de concreto celular a partir dos rejeitos da mina de ferro de Chengchao

O processo de fabricação do concreto celular é o seguinte: Resíduos de ferro, cal viva, cimento, gesso e outras matérias-primas são pesados em uma determinada proporção e misturados uniformemente. Adicionam-se água e aditivos, e a mistura é agitada por 5 minutos. O pó de alumínio é dissolvido em uma pequena quantidade de água e, em seguida, adicionado. Após a mistura uniforme, a pasta é despejada em moldes triplos de 10 cm × 10 cm × 10 cm, que são então colocados em uma estufa e pré-curados a 70 °C por 2 horas. Após a pré-cura, os blocos são cortados, desmoldados e enviados para uma autoclave para cura sob pressão de vapor saturado de 1,2 MPa por 6 horas. Após a cura em autoclave, os produtos acabados são colocados em uma estufa e secos a 105 °C até peso constante, seguido de testes de desempenho e análise microscópica. O fluxo específico do processo é mostrado na Figura 5-12.

Os resultados mostram que, nas condições de uma proporção em massa de rejeitos : pó de quartzo : cal : cimento : gesso = 50 : 20 : 18 : 10 : 2, com um teor de pó de alumínio de 0,1% e um teor de hidróxido de sódio de 0,4%, e após a moagem dos rejeitos até uma finura de 95,35% com passagem por malha de 0,074 mm, o concreto aerado preparado apresenta uma densidade de 637 kg/m³ e uma resistência à compressão de 4,31 MPa. Esses valores atendem aos requisitos dos produtos de concreto celular classificados como A3,5 e B07, especificados na norma nacional Blocos de concreto celular autoclavado (GB11968—2006). As análises por difração de raios X (XRD) e microscopia eletrônica de varredura (SEM) mostram que o produto contém grandes quantidades de tobermorita e gel C-S-H. Os produtos de hidratação se sobrepõem, formando uma estrutura compacta, o que desempenha um papel importante no aumento da resistência do produto.

Figura 5-12 Fluxo do processo para a preparação de blocos de concreto celular a partir de rejeitos de ferro de Jinshandian

O Instituto Provincial de Materiais de Construção de Guangdong estudou a viabilidade do uso de rejeitos de um concentrador local de pirita para a produção de blocos de concreto aerado autoclavado. A equipe obteve a proporção ideal da mistura e o regime ideal de autoclavagem para a produção desses blocos a partir dos rejeitos. Os produtos de concreto aerado autoclavado à base de rejeitos preparados apresentaram uma densidade média de 716 kg/m³ e uma resistência à compressão média de 5,20 MPa, atendendo aos requisitos para blocos de concreto aerado autoclavado das classes A5.0 e B07 especificados na norma Blocos de concreto celular autoclavado (GB/T 11968—2006).

5.7.2 Produção de concreto celular a partir de rejeitos de ouro

Xia Ronghua e colab., da Universidade de Tecnologia de Qingdao, utilizaram rejeitos de ouro com granulometria natural provenientes de uma mina de ouro em Shandong para produzir concreto celular. A proporção ideal da mistura foi determinada da seguinte forma: rejeitos 63%, cal 25%, cimento 10%, gesso 2%, com uma dosagem ideal de aditivo de 40 g/m³ e uma relação água/sólido ideal de 0,58. A finura ideal dos rejeitos foi de 1,75% de resíduo na peneira de 0,074 mm. O regime ideal de autoclavagem foi: tempo de aquecimento de 3 h, tempo de temperatura constante de 8 h, temperatura máxima da autoclave de 205 °C e tempo de resfriamento de 2,5 h. O concreto celular com rejeitos preparado apresentou densidade média de 697,8 kg/m³ e resistência média à compressão após a desmoldagem de 6,32 MPa, atendendo aos requisitos para produtos de concreto celular qualificados nas classes A5.0 e B07.

A Mina de Ouro Shandong Jiaojia investiu mais de 17 milhões de yuans na construção de uma linha de produção de concreto celular com capacidade anual de 300.000 m³. Essa linha de produção utiliza máquinas avançadas de corte de blocos de concreto celular de fabricação nacional e autoclaves de última geração, além de um sistema de dosagem controlado por computador. O produto utiliza tecnologia avançada de blocos de concreto celular à base de cimento, cal e areia, tendo como principais matérias-primas areia de rejeitos, cimento, cal, fosfogesso e pó de alumínio. Esses materiais são dosados, misturados, moldados, cortados e curados automaticamente sob alta temperatura e alta pressão. Os blocos de concreto celular produzidos são leves, isolantes térmicos, à prova de som, impermeáveis, retardantes de chamas, não radioativos e práticos para construção, o que os torna um material de construção preferido para edifícios civis e públicos.

O projeto “Utilização abrangente de rejeitos cerâmicos e rejeitos de ouro para a produção de blocos de concreto celular”, realizado em conjunto pela Universidade Normal de Fujian, pela Base Provincial de Desenvolvimento de Tecnologia de Plásticos Modificados de Fujian e pela Fujian Wanqi Non-metallic Materials Co., Ltd., foi aprovado com sucesso na avaliação organizada pelo Departamento Provincial de Construção de Fujian. Este projeto utiliza de forma abrangente os três principais produtos da empresa Wanqi, empregando resíduos industriais, como rejeitos de ouro, rejeitos cerâmicos (escória residual) e calcário de baixa qualidade gerados durante a produção, para fabricar blocos de concreto celular leves, estabelecendo assim um parque de economia circular para a mineração, o que é altamente inovador. A escala total planejada do projeto é uma produção anual de 500.000 m³ de blocos de concreto celular, a ser implementada em três fases. A primeira linha de produção, com capacidade anual de 100.000 m³ de blocos de concreto celular, entrou em operação no início de 2007, com um investimento total de 11,8279 milhões de yuans, dos quais 9,8837 milhões de yuans foram destinados à construção. Com base em um preço de venda de 200 yuans/m³, o valor médio anual da produção pode chegar a 20 milhões de yuans, com um lucro total médio anual de 3,2595 milhões de yuans, pagamentos de impostos de 1,0756 milhão de yuans e lucro líquido de 2,1839 milhões de yuans, o que demonstra boas perspectivas econômicas.

Após uma extensa investigação e avaliação, a Shandong Jinzhou Mining Group Co., Ltd. investiu mais de 30 milhões de yuans em um projeto abrangente de aproveitamento de rejeitos. Esse projeto inclui uma linha de produção de lixiviação em pilha de rejeitos, uma linha de produção de blocos de concreto celular com capacidade de 150.000 m³ e uma linha de produção de tijolos autoclavados com capacidade de 60 milhões de peças. Primeiramente, a tecnologia de lixiviação em pilha é utilizada para recuperar ouro e prata dos rejeitos; em seguida, os rejeitos recuperados são empregados na produção de blocos de concreto celular e tijolos autoclavados, utilizando 150.000 toneladas de rejeitos anualmente e aumentando os lucros anuais em 13 milhões de yuans. A proporção em massa das principais matérias-primas para a produção de blocos de concreto celular é m(rejeitos) : m(cimento) : m(cal viva) : m(gesso) : m(pó de alumínio) = 68 : 8 : 22 : 2 : 0,07, com uma relação água/sólido de 0,6. A cura do produto utiliza vapor saturado de alta temperatura e alta pressão como meio. O regime de autoclavagem é: vácuo: 0 a -0,06 MPa por 0,5 h; aquecimento e pressurização: -0,06 a 1,3 MPa por 1,5 h; temperatura e pressão constantes: 1,3 MPa por 8,0 h; resfriamento e despressurização: de 1,3 a 0 MPa por 1,5 h. O desempenho dos blocos de concreto celular produzidos atende aos requisitos de qualidade especificados em Blocos de concreto celular autoclavado (GB 11968—2006). Em 2008, o projeto da Shandong Jinzhou Mining Group Co., Ltd. para a produção de blocos de concreto celular e tijolos autoclavados a partir de rejeitos de ouro recebeu o título de “Um dos Dez Melhores Projetos de Demonstração de Economia Circular na Província de Shandong”.”

A Qingdao Shuangda New Building Materials Co., Ltd., na província de Shandong, introduziu equipamentos e tecnologia avançados para construir um projeto de aproveitamento de rejeitos de ouro, com um investimento total de mais de 16 milhões de yuans. A primeira fase produz principalmente blocos de concreto celular, que já entraram em produção experimental, com uma produção anual de 500.000 m³ de blocos de concreto celular (equivalente a 17,36 milhões de tijolos padrão), capazes de processar 220.000 toneladas de rejeitos de ouro. A segunda fase está reservada para a fabricação de painéis.

A linha de produção de blocos de concreto celular com capacidade anual de 100.000 m³, construída e financiada pela Laizhou Development and Construction General Company na província de Shandong, entrou em operação experimental em junho de 2004, produzindo com sucesso concreto celular a partir de areia proveniente de rejeitos de ouro. Os blocos produzidos têm sido utilizados em projetos de desenvolvimento realizados pela empresa.

5.7.3 Produção de concreto celular a partir de rejeitos de chumbo-zinco

Alguns rejeitos de chumbo-zinco podem ser utilizados como material silicioso com alto teor de silício, substituindo cinzas volantes e areia na produção de concreto celular. Li Fangxian e colab. realizaram uma pesquisa sobre o uso de rejeitos de chumbo-zinco com alto teor de sílica (fornecidos pela Zhejiang Suichang Gold Mine Co., Ltd.) para substituir a areia de rio na preparação de concreto celular. O estudo mostrou que o esquema ideal para a produção de concreto aerado utilizando rejeitos de chumbo-zinco (fração mássica de SiO₂ >62%) envolve uma temperatura de moldagem de 40–45 °C, com proporções mássicas de cimento : cal misturada : resíduos de chumbo-zinco : pó de alumínio : aditivo : carbonato de sódio = 1,0 : 1,5 : 3,06 : 0,005 : 0,005 : 0,0047 ou 1,0 : 1,0 : 2,0 : 0,0036 : 0,0036 : 0,0034, e um teor de bentonita de 2%. A resistência à compressão e a resistência ao gelo do concreto celular preparado atendem aos requisitos para produtos qualificados da classe B06, e os valores de condutividade térmica e retração por secagem atendem às normas nacionais. Zhao Junping et al. utilizaram rejeitos industriais dessulfurizados de chumbo-zinco com alto teor de sílica para produzir concreto celular; a resistência, a resistência ao gelo e a estabilidade desse concreto celular atenderam às normas nacionais, e ele não continha radionuclídeos naturais.

Após quase um ano de pesquisa e desenvolvimento, a Empresa de Resíduos do Departamento de Exploração Geológica de Metais Não Ferrosos do Leste da China, na província de Fujian, utilizou com sucesso, em março de 2013, resíduos de chumbo-zinco como matéria-prima para produzir três tipos de produtos autoclavados: telhas de cimento, tijolos de silicato autoclavados e concreto celular. Os indicadores de desempenho dos produtos atenderam às normas nacionais, e foi solicitada uma patente.

5.7.4 Produção de concreto celular a partir de rejeitos de cobre com baixo teor de silício

Qian Jiawei e col. realizaram uma pesquisa experimental sobre a produção de concreto celular utilizando rejeitos de cobre com baixo teor de silício. Os resíduos de cobre utilizados eram provenientes da mina de cobre de Shouwangfen, na cidade de Chengde, província de Hebei. Os resíduos originais foram moídos até atingirem uma finura de 98,9%, com granulometria inferior a 0,074 mm. Como os rejeitos de cobre continham cerca de 44% de SiO₂ (fração mássica, o mesmo vale a seguir) com muito pouco SiO₂ na forma de quartzo, não atendendo ao requisito geral de teor de SiO₂ em matérias-primas para concreto celular (a areia utilizada para concreto aerado geralmente requer SiO₂ >70% e quartzo >40%), foi selecionada areia de sílica com teor de SiO₂ superior a 80% para fornecer parte do material silicioso. Cal e cimento (cimento P·O 42,5) foram utilizados como materiais calcários; o agente espumante foi pó de alumínio hidrofílico, e o regulador foi gesso natural. O fluxo do processo para a preparação de concreto celular a partir de rejeitos de cobre é mostrado na Figura 5-13. As condições do processo foram: agitação com água quente a 55 °C (temperatura de moldagem da pasta em cerca de 44 °C) e cura a temperatura constante de 45 °C.

Por meio de pesquisas experimentais, determinou-se que a proporção ideal da mistura para a preparação de concreto celular é a seguinte: rejeitos de cobre 32%, areia de sílica 34%, cal 20%, cimento 8%, gesso natural 6%, pó de alumínio 0,057% e relação água/sólido de 0,53. Os resultados dos testes mostraram que as amostras de concreto celular moldadas (100 mm × 100 mm × 100 mm), preparadas de acordo com a proporção ideal de mistura acima, apresentaram uma densidade média de 619,1 kg/m³ e uma resistência à compressão média de 4,5 MPa, atendendo aos requisitos para produtos de concreto celular qualificados das classes A3,5 e B06, especificados em Blocos de concreto celular autoclavado (GB 11968—2006).