Fosfogesso - Resíduos da Produção de Fertilizantes

Os blocos de fosfogesso são estruturais e dispensam vigas e pilares de concreto. O assentamento é feito em pequenos encaixes

• O fosfogesso, subproduto da indústria de fertilizantes fosfatados, é produzido em grande escala no Brasil. Estima-se que até meados de 1991 a quantidade de fosfogesso estocada no Brasil era de cerca de 30 milhões de toneladas. 

Embora a composição do fosfogesso seja basicamente de cálcio dihidratado, o material pode conter níveis elevados de impurezas que provêm da rocha fosfática que é usada como matéria prima na produção de fertilizantes. Entre essas impurezas pode ocorrer um acréscimo de radioatividade natural, devido à presença de produtos de decaimento do urânio e tório, particularmente Ra-226 e Th-223, que inviabilize seu uso como material de construção ou para outros propósitos. 

• O fosfogesso pode ser usado como substituto de componentes naturais em materiais de construção. Entretanto, os níveis de radioatividade presentes no fosfogesso costumam ser mais elevados do que os encontrados normalmente nos materiais de construção, de forma que seu uso na construção pode, eventualmente, aumentar os níveis exposição nas moradias. 

Por outro lado, a estocagem dessas enormes pilhas de fosfogesso pode se constituir em um risco potencial de contaminação do ar ambiente e especialmente das águas subterrâneas. Embora o problema tenha sido extensivamente estudado em países cujo fosfogesso apresente níveis mais elevados de radioatividade, praticamente não existe um estudo abrangente que enfoque esse problema no fosfogesso nacional. 

• Além do mais, inexistem medidas regulamentares, norma ou padrão nacional, adotadas pelas autoridades competentes referente ao uso e manuseio deste material, o que poderia implicar na definição de limites autorizados e de um sistema de controle adequado. 

O fosfogesso, subproduto originado da produção de ácido fosfórico, insumo utilizado para a fabricação de fertilizantes fosfatados. Como o fosfogesso é muito pouco utilizado, frente às quantidades geradas (cada tonelada de ácido fosfórico gera cerca de 5 toneladas de fosfogesso), este torna-se um resíduo cuja disposição é problemática.

• O reaproveitamento do resíduo fosfogesso, gerado na produção de ácido fosfórico a partir do beneficiamento de uma rocha fosfatada, é extremamente importante tanto do ponto de vista econômico-social quanto em relação à preservação ambiental, por se tratar de um resíduo abundante e cuja utilização poderá minimizar, ou até extinguir, a exploração de jazidas naturais de gesso. Testes realizados com o fosfogesso, subproduto da indústria de fertilizantes, comprovam que o produto pode ser utilizado na construção civil, até mesmo em substituição ao cimento convencional.

Na USP de São Carlos foi desenvolvido um método que utiliza esse material para produzir elementos cerâmicos - blocos para construção civil - com uma resistência que atinge até 90 megapascal (MPa) - unidade de resistência à compressão.

• "Concretos de alto desempenho têm em média uma resistência de 50 MPa", explica Wellington Massayuki Kanno, aluno de doutorado do programa de Pós-graduação Interunidades em Ciências e Engenharia de Materiais da USP de São Carlos.

Segundo o pesquisador Cristiano Andrade, do IAC, o Gesso Agrícola, ou fosfogesso, é uma alternativa para a redução do efeito tóxico do alumínio e para o fornecimento de cálcio em profundidade no solo. “Esse material é subproduto da indústria de fertilizantes fosfatados concentrados e, portanto, sua aquisição tem baixo custo”, afirma.

• Como a solubilidade do gesso é cerca de 180 vezes superior à do calcário, seu uso permite uma fácil reação após a aplicação no solo, além de uma rápida movimentação em profundidade (com a água da chuva, por exemplo), melhorando as condições gerais para crescimento radicular da planta, abaixo da camada superficial, explica.

“Cabe ressaltar, porém, que o gesso agrícola não é um corretivo da acidez e não aumenta o pH do solo. Ele apenas alivia problemas de excesso de alumínio e fornece cálcio.” 

Isso significa que, mesmo se o produtor optar pelo uso do gesso, não se deve reduzir a dose de calcário, pois a função de ambos é complementar. A gessagem deve ser feita cerca de 60 a 90 dias após a calagem, principalmente em solos com a camada superficial – de zero a 20 centímetros) – ácida.

A Indústria de Fertilizantes Fosfatados:

• Os fertilizantes têm se tornado um componente essencial para a comunidade agrícola mundial. Eles são produzidos e usados para aumentar e repor os nutrientes naturais do solo que são perdidos pelo desgaste e erosão. 

O crescimento da população e conseqüente aumento na demanda mundial de alimentos, nas últimas décadas, também tem contribuído para o aprimoramento dos recursos disponíveis na agricultura, aumentando o uso de fertilizantes. 

• Os fertilizantes comercializados são compostos basicamente de nitrogênio, potássio e fósforo. Os produtos obtidos pela indústria de fertilizantes são o superfosfato normal, superfosfato triplo (SPT), o monoamônio fosfato (MAP), o diamônio fosfato (DAP) e o ácido fosfórico.

Destes materiais básicos, centenas de diferentes fórmulas são obtidas para suprir as deficiências e as necessidades de diferentes tipos de solos e sementes (Guimond, 1990). Porém, a fabricação bem como uso de fertilizantes em quantidades elevadas podem redistribuir alguns elementos que em quantidades acima dos níveis normais no meio ambiente são considerados poluentes.

• A matéria prima básica utilizada nas indústrias de fertilizantes para a produção de ácido fosfórico e de produtos fosfatados são os minérios apatíticos, provenientes de rochas fosfatadas com alto teor de P2O5, sendo este o componente responsável pela associação existente entre os fertilizantes e as séries naturais dos radioelementos urânio e tório, pois segundo McKelvey e Carswell (1955), os radionuclídeos contidos nos depósitos de fosfatos aumentam com o aumento de P2O5. Habashi (1970) sugere que a radioatividade associada a rocha fosfatada de origem marinha é formada pela adsorção e co-precipitação do urânio com o cálcio.

Produção de Ácido Fosfórico:

• O ácido fosfórico, que é usado na produção de fertilizantes fosfatados, pode ser obtido por dois processos: o processo de forno elétrico, que utiliza energia elétrica para produzir fósforo elementar em uma primeira etapa; ou o processo úmido, que é utilizado em 90% da produção do ácido fosfórico (Becker, 1989).

No processo denominado via úmida para a fabricação de ácido fosfórico, a rocha é atacada com ácido sulfúrico e água, produzindo ácido fosfórico, fluoreto de hidrogênio e fosfogesso. Em seguida é feita uma filtração onde o ácido fosfórico produzido é separado do sub-produto insolúvel, fosfogesso, também conhecido como gesso industrial:

Ca10(P04)6F2 + IOH2SO4 + 2OH2O → 10CaSO4.2H2O + 6H3PO4 + 2HF

• O fosfogesso é bombeado então para um terreno de armazenagem onde a água ácida é deixada escorrer para um tanque para ser reciclada no processo e o gesso drenado é acumulado em pilhas. 

O ácido fluorídrico reage com as impurezas de silicato da rocha fosfatada não dissolvido produzindo SÍF4 que hidrolisa formando ácido flúor silícico (SÍFIA). Aproximadamente, para cada duas toneladas de ácido fosfórico produzido obtém-se como rejeito 5 toneladas de fosfogesso.

Processamento do fosfogesso:

• O professor Milton Ferreira de Souza, orientador de Kanoo, desenvolveu o método UCOS (Umedecimento, Compactação e Secagem) que é o processamento do fosfogesso para obtenção de elementos cerâmicos de alta resistência.

"O método também pode ser aplicado em gesso comum", garante. Segundo ele, com a tecnologia será possível, em dois anos, desenvolver uma planta piloto (pequena fábrica) capaz de oferecer ao mercado da construção civil produtos como placas e blocos estruturais de fosfogesso pré-acabados para construção.

"Em habitações populares os produtos serão de grande utilidade, permitindo maior rapidez e menos trabalho de acabamento", afirma, ressaltando que, "a tecnologia já está consolidada e que parcerias e investimentos poderão facilitar a entrada do produto no mercado."

O que é fosfogesso:

• Fosfogesso é a denominação que se dá ao gesso de origem química. O gesso normalmente utilizado na construção, principalmente em acabamentos e decorações, é proveniente do mineral gipsita. "Já o fosfogesso é gerado no processo de fabricação de fertilizantes, em que a rocha fosfática é atacada por ácido sulfúrico resultando em fosfogesso e em ácido fosfórico, que é a base dos fertilizantes fosfatados", descreve Kanno.

Segundo o pesquisador, esse subproduto é descartado em aterros específicos. Apesar de ser um material inerte e não representar grandes riscos ao meio ambiente é necessário dispor de grandes áreas para descartar esse material. Esse descarte somente ocorre após o preparo do terreno de acordo com as resoluções do Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama) que inclui projeto de impermeabilização e projeto estrutural das montanhas de fosfogesso.

• Atualmente no Brasil, há um estoque de fosfogesso de cerca de 150 milhões de toneladas. "A produção anual é de cerca de 5 milhões de toneladas por ano. E a tendência é de aumento, já que a indústria de fertilizantes tende a crescer", estima Kanno.

Ele cita que as principais indústrias de fertilizantes estão localizadas no estado de São Paulo, em Cajati e Cubatão, e em Minas Gerais, na cidade de Uberaba. Há outras pequenas indústrias, mas se concentram principalmente nas regiões Sul e Sudeste. 

• A produção do gesso está concentrada no Nordeste. "Lá, na região do Araripe, existe uma das maiores e melhores jazidas de gipsita do mundo", conta o pesquisador. Segundo ele, cerca de 50% do custo do gesso comum é devido ao transporte para as regiões Sul e Sudeste, o que significa mais um motivo para se investir na produção do fosfogesso com o método UCOS.

Segundo o pesquisador Cristiano Andrade, do IAC, o Gesso Agrícola, ou fosfogesso, é uma alternativa para a redução do efeito tóxico do alumínio e para o fornecimento de cálcio em profundidade no solo

Método UCOS:

• Para a utilização do fosfogesso pelo método UCOS, o produto deve passar por um pré-tratamento (desidratação) onde é aquecido para chegar à condição hemi hidratada. No método UCOS, o pó de fosfogesso hemi-hidratado é umedecido e colocado em um molde no qual recebe uma compressão.

"Para uma quantidade de 100 gramas (g) por exemplo, adiciona-se 20 g de água", explica Kanno. Os moldes podem ter formatos diversos (placas, blocos com desenhos diversos).

• Segundo Kanno, a compressão faz com que as partículas de fosfogesso se aglomerem e formem um corpo rígido e resistente. "O tempo em que o fosfogesso fica sob pressão é curto (alguns segundos) e, em seguida o material pode ser retirado dos moldes para secagem e uso, o que leva em torno de 30 minutos."

Responsabilidade Social e Ambiental:

• O gesso e o fosfogesso são materiais cuja produção possui um impacto ambiental menor que o do cimento (para cada tonelada de cimento produzido é jogado 3 toneladas de CO2 na atmosfera) e são de fácil reciclagem, promovendo assim o desenvolvimento sustentável da construção civil.

Além disso, o método UCOS oferece uma solução para o descarte do fosfogesso no meio ambiente: uso como matéria prima para a construção civil. "Com esse método podemos propor habitações de interesse social (HIS), cujo custo é baixo e visa amenizar o déficit de habitações no Brasil". No Brasil esse déficit é de cerca de 7 milhões de habitações para a população, além os 12 milhões de habitações em situação precária.

Radioatividade Ambiental:

• A radiação natural é responsável pela maior parte da exposição à radiação a que está sujeita a população em geral. Esta inclui fontes externas, tais como radiação cósmica e substâncias radioativas existentes na crosta terrestre e materiais de construção, e fontes internas, resultantes da inalação e ingestão de substâncias radioativas naturalmente existentes no ar e na dieta alimentar. 

A população mundial como um todo vem sendo submetida á radiação natural, numa razão relativamente constante e por um período de tempo bastante longo. A radioatividade natural é constituída pela radiação cósmica, que é composta por radiações de alta energia que interagem com a atmosfera terrestre, e por radionuclídeos naturalmente presentes na crosta terrestre. 

• A radiação cósmica é proveniente do espaço e das atividades solares, ela atinge os átomos presentes na atmosfera produzindo radionuclídeos denominados cosmogônicos. São eles o 3H, 10Be, 14C, 22Na e 38S (UNSCEAR, 1988). 

Os radionuclídeos de ocorrência natural são denominados primordiais e foram originados durante o processo de formação da Terra. Eles podem ser divididos em dois grupos: aqueles que ocorrem sozinhos na natureza, como o 40K, que decaí diretamente para um nuclídeo estável, e aqueles que compõem as séries de decaimento radioativo do U e do "Th ), que decaem para isótopos estáveis do chumbo (Eisenbud, 1987).

• Na série natural do 238U ocorrem sucessivos decaimentos radioativos com emissão de partículas alfa e beta e de raios gama. Dentre os produtos de decaimento que se encontram na série do 238U, pode-se destacar o 226Ra que está frequentemente separado de seu precursor, e o 222Rn e seus produtos de decaimento de meias-vidas curtas 208Po, 216Pb, 214BÍ e 210Po e de meias-vidas longas 210Pb, Bi e 210Po. 

O 232Th também decai por emissão de partículas alfa, beta e de radiação gama, originando seus produtos de decaimento 228Ra, 228Ac, 228Th, 224Ra, 220Rn e seus filhos 210Pb e 210BÍ . O 40K decai para o isótopo estável 40Ar por emissão de raios gama de 1460 keV. As séries naturais e o 40k contribuem com grande parte da radioatividade presente nas rochas. 

• O 226Ra possui alta radio toxicidade e tempo de meia-vida longo (1622 anos). Um dos problemas associados a este radionuclídeo está no fato de ele possuir características químicas similares ao cálcio, podendo ser assimilado pelos ossos. 

De acordo com o UNSCEAR (1977), 70% a 90% do rádio que é assimilado pelo organismo se concentrada nos ossos. O 222Rn é originado pelo decaimento alfa do 226Ra. Apesar de possuir tempo de meia vida relativamente curto (3,8 dias), o '"Rn é um radioelemento muito importante, pois se trata de um gás inerte que pode ser inalado e metabolizado diretamente dentro dos pulmões, e eventualmente decai formando dois produtos de decaimento com meias-vidas mais longas, o 210Pb e o 210Po. 

• O 210Po tem meia vida de 138,38 dias decaindo por emissão de partículas alfa com energia de 5,31 MeV para o 206Pb estável. O seu precursor é o 210Pb com meia vida de 22,3 anos que decai por emissão de partículas beta e raios gama de baixa energia. Ambos são considerados importantes do ponto de vista radiológico devido a sua alta toxidez (Eisenbud, 1987). 

Determinadas práticas ou atividades humanas tem de alguma forma concentrado os radionuclídeos naturais a níveis significativos sob o ponto de vista radio sanitário, ocasionando um incremento de dose em certos grupos populacionais. 

• Tais situações tem recentemente merecido, por parte da comunidade científica internacional, estudos detalhados até então dirigidos aos radionuclídeos artificiais produzidos pela indústria nuclear, e aos radio nucleicos naturais que podem ter seu equilíbrio quebrado devido à interferência humana em prol da evolução de tecnologias que favoreçam o bem estar da humanidade. 

Dentre os produtos originados de matérias primas naturais, sobre os quais houve intervenção humana, temos o fosfogesso, o qual se origina como sub-produto do processo de fabricação de fertilizantes fosfatados por via úmida (USEPA, 1992). 

Radioatividade Presente em Materiais de Construção:

• Os radionuclídeos naturais das séries do 238U e 232Th e o estão presentes nos materiais de construção como fonte de exposição interna e estema em moradias no mundo todo. 

A exposição à radiação dos membros do público podem estar aumentando devido ao uso de materiais de construção que contem níveis de radioatividade acima do normal (OECD, 1979). Este fenômeno tem atraído o interesse da comunidade científica que estuda a radioatividade, seus efeitos e suas consequências. 

• Os materiais de construção podem contribuir com a radioatividade ambiental devido à presença dos radionuclídeos primordiais 40K, 226Ra e seus produtos de decaimento e a série do 226Th, todos emissores de raios gama. Contudo, as concentrações destes radionuclídeos podem variar dependendo do tipo e origem do material de construção. Uma importante consequência radiológica da radioatividade encontrada nos materiais de construção é a irradiação do corpo por raios gama e a irradiação dos tecidos do pulmão pelo gás 222Rn e seus produtos de decaimento (OECD, 1979). 

De acordo com o UNSCEAR (1993), 21% da dose equivalente efetiva (1,3 mSv.ano-1), devida ao radônio e seus produtos de decaimento dentro de uma moradia, é devida ao radônio presente nos materiais de construção. A maior contribuição é devida à inalação do radônio em ambientes fechados e posterior decaimento radioativo dentro do organismo, uma vez que se trata de um gás inerte, inodoro e insípido. 

• O grau de exposição ao radônio pode variar dependendo da região onde vive a população, do teor de urânio e tório presentes no solo e dos níveis de radioatividade dos materiais de construção utilizados. Por exemplo, em zonas de clima frio, devido ao isolamento térmico que a moradia possui, a concentração de radônio no seu interior chega a atingir níveis muito superiores àqueles em que a moradia tem uma taxa de ventilação maior. 

Isto toma a ventilação da residência um fator importante, uma vez que o aumento da taxa de ventilação facilita a remoção do 222Rn. Em geral, os materiais de construção comuns, como o cimento, o tijolo e o gesso natural, emanam pouco radônio. O concreto é considerado um material básico na construção e um emissor potencial de gás 222Rn. 

• O solo, no qual são construídas as moradias, também pode contribuir de forma significativa para o aumento da exposição à radiação, se estas foram construídas em locais cujo nível de radioatividade ambiental é maior devido a anomalias naturais decorrentes do processo de formação geológica da crosta terrestre. 

Existem vários trabalhos publicados internacionalmente com o propósito de se estudar a radioatividade natural presente em materiais utilizados na construção de moradias, bem como de avaliar o incremento de taxa de dose na população decorrente do uso destes materiais. Cada um destes trabalhos levam em consideração a região estudada, seu clima, e os materiais utilizados em cada local, uma vez que cada país tem seus próprios hábitos e costumes. Portanto, estudos realizados para uma determinada região nem sempre podem ser aplicados a outras regiões diferentes. 

• Na Austrália não existe uma regulamentação sobre os níveis de radioatividade em materiais de construção. Beretka e Mathew (1985), fizeram um levantamento sobre os teores de 226Ra, 232Th e 40K em matérias primas naturais e sub-produtos e resíduos industriais, que são usados ou apresentam potencial de uso como material de construção. 

As conclusões se basearam nos critérios de limitação de dose devida a materiais de construção adotados pela Alemanha (Krieger, 1981), e pela OECD (1979). Os resultados obtidos mostraram que a radioatividade natural dos materiais varia consideravelmente dependendo da sua origem, história geológica e características geoquímicas e o tipo de processamento químico empregado; alguns materiais apresentaram níveis de radioatividade acima dos limites estabelecidos.

• Visando a busca de materiais que diminuam o custo na construção civil, bem como o impacto causado ao meio ambiente, pesquisadores da USP de São Carlos descobriram que o fosfogesso (sulfato de cálcio proveniente da fabricação de fertilizantes) pode ser a solução para se obter construções mais baratas, resistentes e sustentáveis.

Segundo pesquisas feitas, este material pode alcançar resistências de até 70 MPa, contra 20 MPa do concreto comum e 40 MPa do concreto de alta resistência. Ele também é um material reciclável, o que implica que no caso de uma demolição, o material não se torna entulho, como em uma construção de concreto. 

• Além disso, a produção de cimento é muito danosa ao meio ambiente. Calcula-se que a produção de 1 tonelada de cimento gere 3 toneladas de gás carbônico, enquanto que o fosfogesso é produzido em larga escala durante a fabricação de fertilizantes, mas no entanto não é utilizado, sendo descartado em aterros.

No Brasil, as principais fábricas de produção de ácido fosfórico estão localizadas nas Regiões Sudeste (Uberaba – MG – 675.000 t/ano, Cubatão – SP – 128.000 t/ano, Cajati – SP – 180.000 t/ano) e Centro-Oeste (Catalão).

• Estas fábricas foram implantadas há cerca de 20 anos quando a questão de ocupação de espaço com os depósitos de gesso não era um problema.

Atualmente no Brasil há um estoque de fosfogesso de cerca de 150 milhões de toneladas. A produção anual é de cerca de 5 milhões de toneladas por ano. E a tendência é de aumento, já que a indústria de fertilizantes tende a crescer.

Resíduos da Produção de Fertilizantes