Utilização do resíduo de mármore na dessulfuração

Devido aos altos teores de CaO presentes em sua composição, o resíduo de mármore apresenta potencialidade para utilização na fabricação de aço como agente dessulfurante.

Como já apresentado, este processo normalmente é feito com a utilização de uma mistura CF, que são matérias primas extraídas da natureza, e que portanto, geram

degradação ao meio ambiente. Entretanto, a utilização da fluorita causa danos ao processo, uma vez que aumenta o desgaste do refratário do equipamento onde esta operação é realizada.

Na dessulfuração através do uso da barrilha, uma vantagem associada é a simultânea desfosforação. Porém, a utilização deste material causa desgaste do refratário, assim como no caso do fluorita, pois este material também diminui acentuadamente a viscosidade da escória.

Este problema aponta para a vantagem da utilização do resíduo de mármore, pois para diminuir o desgaste do refratário da panela (a base de MgO), é preciso adicionar MgO à escória, o que é conseguido com a adição do resíduo, uma vez que este possui altos teores de MgO na forma de MgCO3, conforme apresentado na Tabela 4.

Uma possível restrição ao resíduo de mármore seria a presença de MgO e CaO na forma de carbonatos, contudo nas temperaturas reais do processo, que giram em torno de 1450oC, acontecem as reações mostradas nas Equações (2.46), (2.47) e (2.48), segundo Hino et al.

CaCO3 = (CaO) + CO2(g) (2.46)

MgCO3 = (MgO) + CO2(g) (2.47)

CO2(g)+ [C] = 2CO(g) (2.48)

Outra restrição seria o fato destas reações serem endotérmicas, provocando uma redução da temperatura do banho, desfavorecendo termodinamicamente a reação de dessulfuração. Este fato não chega a ser um problema ao processo, pois os gases gerados na decomposição dos carbonatos aumentam a agitação do sistema, favorecendo o transporte de massa do enxofre, que é o mecanismo principal na dessulfuração e que pode compensar a diminuição da velocidade do transporte de massa causada pela diminuição da temperatura.

Os pontos tratados acima são indicativos favoráveis à utilização do resíduo de mármores como agente dessulfurante do ferro-gusa.

3 OBJETIVOS

3.1 OBJETIVO GERAL

Avaliar a viabilidade técnica da utilização do resíduo proveniente do corte e desdobramento de mármore no processo de dessulfuração de ferro-gusa.

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Analisar granulometricamente o resíduo de mármore; • Analisar quimicamente o resíduo de mármore;

• Avaliar o incremento da dessulfuração com o aumento da agitação;

• Comparar a eficiência do resíduo de mármore com a cal, um agente dessulfurante usado convencionalmente.

4 MATERIAIS E MÉTODOS

Para o desenvolvimento do presente estudo sobre dessulfuração utilizando misturas à base de resíduo de mármore foram desenvolvidas as seguintes etapas:

• Aquisição de material;

• Caracterização dos materiais; • Preparação das misturas; e • Realização dos experimentos.

4.1 AQUISIÇÃO DE MATERIAL

Os materiais/equipamentos necessários para a realização dos experimentos de dessulfuração estão listados a seguir com suas respectivas origens.

• Resíduo de Mármore (~150 kg) doado pela empresa SULCAMAR; • Cal de alta pureza (99,9%) fornecida pela empresa Carlo Erba; • Barrilha e fluorita fornecidos pela ARCELORMITTAL CARIACICA;

• Ferro-gusa fornecido pela empresa ARCELORMITTAL TUBARÃO (~30 kg), sendo sua composição química também informada pela empresa;

• Cadinhos de grafite puro, adquiridos junto à empresa EGYPER.

4.2 CARACTERIZAÇÃO DO RESÍDUO

Antes da realização dos experimentos, foi realizada uma caracterização do resíduo utilizado neste trabalho, envolvendo as seguintes etapas:

• Análise Física; • Análise Térmica; • Análise Química; • Análise Mineralógica;

• Análise Microscópica.

4.2.1 Análise Física

O resíduo recebido da empresa Sulcamar foi armazenado em 2 tambores plásticos de 50 litros cada. Para a análise física do resíduo, primeiramente este foi retirado dos tambores e seco através de seu espalhamento sobre uma lona em um dos galpões do IFES (Figura 30), permanecendo neste local por 12 dias. Diariamente eram retiradas 6 amostras de resíduo para medição da umidade e, logo após essa retirada, feita uma homogeneização manual de toda a amostra. Este procedimento foi feito até a umidade da amostra se estabilizar. A medição da umidade foi realizada pelo Analisador de Umidade Infra-vermelho GEHAKA IV2000 com uma temperatura de 200o_{C durante 7 minutos (Figura 31). Finalizada essa etapa, o resíduo foi levado} a um misturador, onde permaneceu por 4 horas. Em seguida, o material foi recolocado nos tambores.

Figura 30. Secagem do resíduo de mármore no IFES.

Figura 31. Analisador de umidade infra- vermelho.

O procedimento acima descrito foi feito, pois a realização da secagem através de uma estufa, onde o resíduo foi colocado em um Becker e aquecido até a temperatura de 110ºC, fez com que o resíduo aglomerasse formando uma estrutura que teria de ser quebrada e moída para uso nos experimentos.

Depois da secagem, uma amostra um peneirador vertical (

via úmida. O tempo de permanência do

seqüência de peneiras utilizadas para a separação

análise granulométrica foi realizada com base na norma NBR NM 248/2003.

Tabela 5. Sequência de peneiras utilizadas na análise granulométrica do resíduo de mármore.

Mesh 48 65 100 150 200 270 325 400

Além da análise granulométrica por via úmida, foi também realizada uma análise através de difração a laser no Laboratório do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da EPUSP. Essa análise foi feita em um Malvern e gerado o resultado pelo soft

Além da análise granulométrica do resíduo, foi feita também, para fins de comparação, uma análise granulométrica da cal usada nos experimentos, através de difração a laser também no Laboratório do Departamento de Engenhar

e de Materiais da EPUSP.

agem, uma amostra de resíduo de 1 kg foi separad vertical (Figura 32) para a realização da análise . O tempo de permanência do material no peneirador foi de seqüência de peneiras utilizadas para a separação é apresentada na

granulométrica foi realizada com base na norma NBR NM 248/2003.

Figura 32. Peneirador vertical.

equência de peneiras utilizadas na análise granulométrica do resíduo de mármore.

Milímetros 0,300 0,212 0,150 0,106 0,075 0,053 0,045 0,038

Além da análise granulométrica por via úmida, foi também realizada uma análise através de difração a laser no Laboratório do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da EPUSP. Essa análise foi feita em um Malvern e

software Mastersizer 2000 versão 5.60.

Além da análise granulométrica do resíduo, foi feita também, para fins de comparação, uma análise granulométrica da cal usada nos experimentos, através de difração a laser também no Laboratório do Departamento de Engenhar

e de Materiais da EPUSP.

separada e encaminhada a a realização da análise granulométrica por no peneirador foi de 15 minutos e a apresentada na Tabela 5. A granulométrica foi realizada com base na norma NBR NM 248/2003.

equência de peneiras utilizadas na análise granulométrica do resíduo de mármore.

Além da análise granulométrica por via úmida, foi também realizada uma análise através de difração a laser no Laboratório do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da EPUSP. Essa análise foi feita em um Malvern e

Além da análise granulométrica do resíduo, foi feita também, para fins de comparação, uma análise granulométrica da cal usada nos experimentos, através de difração a laser também no Laboratório do Departamento de Engenharia Metalúrgica

4.2.2 Análise Térmica

As propriedades do resíduo também foram avaliadas em função da temperatura, sendo para este fim, realizada uma análise térmica diferencial (DTA).

Para a realização dessa análise foi utilizado um equipamento NETZSCH STA 409C. A análise térmica diferencial foi realizada para verificar o fluxo de calor da amostra de resíduo em função da temperatura e do tempo. Nessa análise, qualquer reação do material que envolve mudanças com a variação de calor é captada pelo aparelho, ou seja, determina a variação de temperatura com as transformações físico- químicas, ligado a caloria absorvida (endotérmica) ou liberada (exotérmica).

Para a execução do ensaio de DTA, aproximadamente 78 mg de resíduo de mármore foram colocados em um cadinho de alumina e submetidos a um aquecimento de 35 a 1400oC, a uma taxa de aquecimento de 10oC/min.

4.2.3 Análise Química

A análise química do resíduo de mármore foi realizada no Laboratório do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da EPUSP por meio de uma análise semiquantitativa sem padrões com análise de elementos químicos de flúor a urânio. O ensaio foi realizado em um espectrômetro por fluorescência de raios-X Axios Advanced da marca PANalytical. A perda ao fogo (PF) foi efetuada a 1050o_{C por 1h.}

4.2.4 Análise Mineralógica

As análises feitas neste item e no item 4.2.5 também foram realizadas no laboratório já citado.

Para a análise mineralógica do resíduo foi feita uma difração de raios-X através de um difratômetro X’PERT da marca PHILIPS, com tubo de Cu (Kα). O ângulo inicial foi de 4º e o ângulo final de 70º, sendo o tamanho do passo 0,02.

Para a geração da difração do resíduo foram usados os softwares MS Excel 2007 e Microcal Oringi 6.0, e para a identificação das fases foi usado o software Oringi em conjunto com os dois primeiros.

4.2.5 Análise Microscópica

O Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) utilizado para a análise foi um modelo XL-30 da marca PHILIPS, que possui acoplado um sistema de espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS). As fotos foram tiradas com os aumentos de 100, 500, 10000 e 25000x.