Avaliação teórica e experimental do uso de resíduos siderúrgicos na sinterização

• Autor(a) principal: Victor Freire de Oliveira
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-AYKLAC
• topic: Engenharia metalurgica materiais e de minas; Engenharia metalúrgica; Minérios de ferro; Residuos; Metalurgia extrativa; Reciclagem Industria; Sinterização

A qualidade das reservas mundiais de minérios vem se alterando ao longo dos anos, exigindo que matérias-primas de menor teor de ferro sejam usadas pela siderurgia. Em concomitância com esse cenário, as legislações ambientais ao redor do mundo tornamse, a cada dia, mais restritivas, limitando a estocagem de resíduos siderúrgicos ou exigindo destinação específica para esses materiais. Tendo esses fatores em vista, o uso de resíduos ricos em ferro tem sido estudado, visando a obter ganhos em todas essas esferas e fornecendo sínter com propriedades adequadas ao uso no alto-forno. Para tal, é necessário verificar o comportamento dos diferentes resíduos siderúrgicos nas condições termodinâmicas e cinéticas do processo de sinterização bem como o efeito desses materiais sobre a qualidade do sínter e a influência nos parâmetros de processo da sinterização. Com esse objetivo, amostras de matérias-primas típicas de sinterizações de usinas brasileiras foram obtidas e caracterizadas (sínter feed, calcário, cal, dolomita, pó de coletor de alto-forno, lama de alto-forno, pó de aciaria e lama fina de aciaria). Misturas com conteúdo variado de resíduos foram preparadas e submetidas a testes a alta temperatura em um forno resistivo tubular. Os resultados de composições químicas e fases minerais confrontados com as previsões de um modelo termodinâmico de equilíbrio multicomponente, visando à validação desse último. Os resultados demonstraram que a reciclagem de 100% da geração típica de resíduos de uma usina siderúrgica pela rota de sinterização levaria a não mais que 4,5% de resíduos na mistura a sinterizar. A caracterização realizada apontou que o uso de até 50% de resíduos na mistura não alteraria sensivelmente a distribuição de tipos de partículas (nucleantes, aderentes, etc.) das misturas em comparação a uma mistura sem resíduos. Foi verificada, também, a presença, nesses resíduos de teores apreciáveis de ferro e carbono, de bom aproveitamento no processo de sinterização. Observou-se que, embora contenham teores maiores de zinco do que o sínter feed, os resíduos possuem propriedades químicas comparáveis ou superiores às do sínter feed. Dentre essas, destacam-se o maior teor de ferro total e menor teor de sílica. Os ensaios em temperaturas elevadas realizados indicaram que a reciclagem de 100% da geração típica de resíduos siderúrgicos pela rota de sinterização leva à obtenção de um sínter de propriedades químicas e fases minerais exatamente iguais às do sínter produzido sem nenhum resíduo. Observaram-se aumento do conteúdo de zinco no sínter produzido e mudança das fases minerais nos produtos, com maior teor de wustita (menos redutível) apenas a partir de 25% de resíduos na mistura a sinterizar, o que é inatingível com a geração típica de resíduos siderúrgicos. As predições de composição química e fases minerais obtidas com o modelo termodinâmico de equilíbrio multicomponente foram coerentes com os resultados experimentais, em especial para elementos como cádmio, cromo e chumbo, volatilizados durante o processo de sinterização, e componentes escorificantes como CaO, MgO, SiO2 e Al2O3. A partição de componentes sujeitos a oxidação e redução como as espécies de ferro, zinco e álcalis apresentou diferenças quantitativas em relação aos resultados experimentais, atribuídas às importantes limitações cinéticas do processo real de sinterização, que ocorre em condições distantes do equilíbrio. Ainda assim, o modelo foi coerente na previsão da formação de hematita, magnetita, wustita e silicato dicálcico para os testes realizados, tanto durante as etapas de aquecimento das misturas quanto de resfriamento, que ocorrem em atmosferas de potenciais de oxigênio distintos. Os resultados da pesquisa demonstraram que não há impactos apreciáveis do uso de resíduos seja na química do sínter produzido, na distribuição granulométrica das misturas a sinterizar, e tampouco no carregamento estimado de elementos deletérios como zinco, álcalis, metais pesados e enxofre no alto-forno. Assim sendo, concluiu-se que há espaço, na siderurgia, para o maior aproveitamento de resíduos na sinterização