formacao_e_emissao_de_pops_pela_industria_de_cimento

FORMAO E EMISSO DE POPS PELA INDSTRIA DE CIMENTO

SINTEF FUNDAO PARA A PESQUISA CIENTFICA E INDUSTRIAL DA NORUEGAKRE HELGE KARSTENSEN

TRADUOENG. MSC. LUIZ CARLOS BUSATO ENGA. MSC. TATIANA MIRANDO MURILLO BUSATO

CAPTULO DIOXINAS E FURANOS NO BRASIL: A FORMAO E EMISSOEM

FORNOS DE CIMENTO NO MBITO DA CONVENO DE ESTOCOLMOENG. MSC. LUIZ CARLOS BUSATO REVISO TCNICA DR. EDUARDO DELANO

Copyright: WBCSD World Business Council for Sustainable Development - Cement Sustainability Initiative Conselho Empresarial Mundial para o Desenvolvimento Sustentvel Iniciativa para a Sustentabilidade do Cimento Ttulo original: Formation and Release of POPs in the Cement Industry Second Edition (23 January 2006)

Formao e Emisso de POPs pela Indstria de Cimento. Autor: KARSTENSEN, Kre Helge - SINTEF Fundao para a Pesquisa Cientfica e Industrial da Noruega Traduo por BUSATO, Luiz Carlos e BUSATO, Tatiana Mirando Murillo. Autor do Captulo 10 - Dioxinas e Furanos no Brasil: A Formao e Emisso em Fornos de Cimento no mbito da Conveno de Estocolmo - Eng MSc. Luiz Carlos Busato. So Paulo, 2010. 188p. Reviso Tcnica da Edio Brasileira: DELANO, Eduardo e SCHWABE, Wilfrid Keller Fundao Christiano Ottoni (FOC) / Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) Projeto Grfico e Edio: RiMa Editora Cimento - Clnquer - Dioxinas - Furanos - Poluente - POPs - Formao - Emisso Conveno - Estocolmo ISBN da edio brasileira: 978-3-940388-23-0 ISBN da edio internacional: 978-3-940388-22-3 Ambos Copyright: WBCSD

PREFCIOA preocupao mundial com a qualidade ambiental da Terra est clara em tratados internacionais por meio dos quais se busca a reduo ou eliminao dos poluentes que a comprometam. Neste contexto, um acordo internacional foi idealizado para gerenciar certas substncias orgnicas perigosas e persistentes, os chamados POPs (Poluentes Orgnicos Persistentes). A Conveno de Estocolmo, atualmente j ratificada por 162 partes, visa proteo da sade e do meio ambiente atravs da restrio do uso de certos produtos, da minimizao das emisses no intencionais e da eliminao dos passivos existentes em Jos Goldemberg todo o planeta. Na gesto de resduos slidos industriais, a alternativa de se recuperar a energia neles contida, como uma forma de tratamento, tem sido muito discutida e aplicada com sucesso em vrios pases. Na indstria do cimento, a recuperao de energia contida nos resduos industriais feita atravs do seu coprocessamento em fornos de clnquer. Esse processo foi listado nos primeiros documentos da Conveno como uma das fontes potenciais de emisso no intencional de POPs, com base nas informaes disponveis poca. Neste estudo coordenado pelo Prof. Karstensen para o WBCSD (World Business Council for Sustainable Development), foram compilados resultados de amostragens de poluentes atmosfricos de medies conduzidas em vrias indstrias de cimento em diferentes pases, alm da incluso de um captulo com o panorama das emisses de POPs no Brasil. Este estudo oferece ampla e atualizada viso de sua magnitude e mostra a ordem de grandeza das emisses de poluentes orgnicos persistentes nesse tipo de atividade. Os resultados coletados esto em consonncia com os valores sugeridos pelo manual Best Available Technology, da Conveno de Estocolmo, atendendo em sua maioria aos limites preconizados pelas legislaes nacionais e internacionais. Este estudo amplia o conhecimento atual sobre emisses de POPs da indstria de cimento e mostra que a busca por combustveis alternativos, neste segmento industrial de uso to intensivo de energia, pode ser aliada implementao de novos modelos de gesto de resduos slidos, tanto industriais quanto urbanos, proporcionando ganhos para a indstria e para o meio ambiente.

Jos GoldembergDoutor em Cincias Fsicas pela Universidade de So Paulo (USP), da qual foi Reitor de 1986 a 1990. Foi Presidente da Companhia Energtica de So Paulo (CESP); Presidente da Sociedade Brasileira para o Progresso da Cincia (SBPC); Secretrio de Cincia e Tecnologia; Secretrio do Meio Ambiente da Presidncia da Repblica; Ministro da Educao do Governo Federal; e Secretrio do Meio Ambiente do Estado de So Paulo. Foi Diretor do Instituto de Fsica da USP; Professor/Pesquisador: da Universidade de Paris (Frana); Princeton (EUA); High Energy Physics Laboratory da Universidade de Stanford (EUA); Universidade de Toronto (Canad); e Ocupante da Ctedra Joaquim Nabuco da Universidade de Stanford (EUA). Membro da Academia Brasileira de Cincias e Academia de Cincias do Terceiro Mundo; Copresidente do Global Energy Assessment, sediado em Viena. autor de inmeros trabalhos tcnicos e vrios livros sobre Fsica Nuclear, Meio Ambiente e Energia, em geral. Foi selecionado pela Time Magazine como um dos treze Heroes of the Environment in the Category of Leaders and Visionaries 2007. Recebeu o prmio Blue Planet Prize 2008 concedido pela Asahi Glass Foundation.

SUMRIOSIGLAS E ABREVIAES ........................................................................ IX GLOSSRIO ....................................................................................... XIII RESUMO EXECUTIVO ........................................................................... XV 1 - INTRODUO ...................................................................................11.1 A INICIATIVA PARA A SUSTENTABILIDADE DO CIMENTO ................................................ 1 1.2 O QUE SO PCDD/FS? .................................................................................... 3 1.2.1 PROPRIEDADES DAS DIOXINAS ........................................................................ 4 1.3 CONSIDERAES BSICAS DESTE ESTUDO .............................................................. 5

2 - O PROCESSO DE PRODUO DO CIMENTO ..........................................72.1 PRINCIPAIS PROCESSOS ...................................................................................... 7 2.1.1 MINERAO .............................................................................................. 8 2.1.2 PREPARO DAS MATRIAS-PRIMAS ................................................................... 8 2.1.3 PREPARO DOS COMBUSTVEIS ........................................................................ 8 2.1.4 PRODUO DO CLNQUER ............................................................................. 9 2.1.5 MOAGEM DO CIMENTO ................................................................................ 10 2.1.6 PREPARO DE ADIES MINERAIS ................................................................... 10 2.1.7 EXPEDIO DO CIMENTO ............................................................................. 10 2.2 CARACTERSTICAS TECNOLGICAS DOS MATERIAIS NA PRODUO DE CIMENTO ........... 11 2.2.1 PRINCIPAIS FASES DO CLNQUER ................................................................... 11 2.2.2 COMPONENTES DA MISTURA CRUA ................................................................ 12 2.2.3 COMBUSTVEIS .......................................................................................... 12 2.2.4 CONSTITUINTES DO CIMENTO ....................................................................... 13 2.3 AS QUATRO PRINCIPAIS ROTAS DO PROCESSO ...................................................... 13 2.4 CARACTERSTICAS TECNOLGICAS DO PROCESSO DE PRODUO DO CLNQUER ........... 14 2.4.1 O PROCESSO VIA SECA ............................................................................... 14 2.4.2 O PROCESSO VIA SEMISSECA ....................................................................... 16 2.4.3 O PROCESSO VIA SEMIMIDA ....................................................................... 17 2.4.4 O PROCESSO VIA MIDA ............................................................................. 18 2.4.5 FORNOS VERTICAIS .................................................................................... 19 2.4.6 CARACTERSTICAS OPERACIONAIS RESUMO .................................................. 19 2.5 GASES DE EXAUSTO DO FORNO ......................................................................... 21 2.6 RESFRIADORES DE CLNQUER .............................................................................. 22 2.7 PREPARAO DE COMBUSTVEIS .......................................................................... 23 2.8 PREPARO DE ADIES MINERAIS ......................................................................... 24 2.9 ASPECTOS AMBIENTAIS SIGNIFICATIVOS DA PRODUO DE CIMENTO ........................... 25 2.9.1 MATERIAL PARTICULADO .............................................................................. 25 2.9.2 EMISSES ATMOSFRICAS DE GASES ............................................................. 26 2.9.3 NVEIS NORMAIS DE EMISSES ..................................................................... 30

VI


2.9.4 OUTRAS EMISSES .................................................................................... 31 2.9.5 ELEMENTOS VOLTEIS ................................................................................ 31 2.9.6 LAVAGEM INERENTE DOS GASES DE SADA ...................................................... 32 2.9.7 CONSUMO DE RECURSOS NATURAIS .............................................................. 33 2.10 RESUMO DAS CARACTERSTICAS DO PROCESSO DE PRODUO DO CIMENTO ............. 33 2.11 PRODUO DE CIMENTO EM PASES EM DESENVOLVIMENTO .................................... 36

3 - UTILIZAO DE COMBUSTVEIS ALTERNATIVOS E MATRIAS-PRIMAS NA PRODUO DE CIMENTO ................................................................373.1 TEORIA DA COMBUSTO ...................................................................................... 37 3.2 COMBUSTVEIS E MATRIAS-PRIMAS ALTERNATIVOS (CMPA) UTILIZADOS NA INDSTRIA DE CIMENTO ...................................................................................... 38 3.3 COPROCESSAMENTO DE RESDUOS PERIGOSOS ...................................................... 39 3.3.1 DISTRIBUIO DOS CONSTITUINTES NOS RESDUOS PERIGOSOS USADOS COMO COMBUSTVEL ...................................................................... 40 3.3.2 COMPONENTES ORGNICOS ........................................................................ 40 3.3.3 RESULTADOS DE TESTES DE QUEIMA CONDUZIDOS NA DCADA DE 1970 ............. 41 3.3.4 RESULTADOS DE TESTES DE QUEIMA CONDUZIDOS NA DCADA DE 1980 ............. 41 3.3.5 RESULTADOS DE TESTES DE QUEIMA CONDUZIDOS NA DCADA DE 1990 ............. 42 3.3.6 RESULTADOS DE TESTES DE QUEIMA MAIS RECENTES ...................................... 42 3.3.7 RESULTADOS DE TESTES DE QUEIMA DE PCBS .............................................. 42 3.3.8 TESTES DE QUEIMA RESUMO ................................................................... 43

4 - MARCOS REGULATRIOS ................................................................454.1 ANTECEDENTES PARA A LEGISLAO DE EMISSES DE PCDD/FS NA UNIO EUROPEIA ... 45 4.1.1 VALORES-LIMITE PARA EMISSO DE PCDD/FS PARA FORNOS DE CIMENTO ........... 47 4.1.2 AMOSTRAGENS E ANLISES ......................................................................... 48 4.1.3 LIMITES DE DETECO/QUANTIFICAO E INTERFERNCIAS ................................ 53 4.1.4 HCBS E PCBS ....................................................................................... 54 4.2 PADRES DE EMISSES DE PCDD/F NOS EUA .................................................... 54 4.3 MARCOS REGULATRIOS EM PASES EM DESENVOLVIMENTO ..................................... 55

5 - FORMAO DE PCDD/F ................................................................575.1 TEORIA GERAL DE MECANISMOS DE FORMAO DE PCDD/F NA COMBUSTO ............ 57 5.2 POSSVEIS MECANISMOS DE FORMAO EM FORNOS DE CIMENTO ............................. 61 5.2.1 EFEITO DAS VARIVEIS OPERACIONAIS E DA TEMPERATURA DO DCPA ................ 61 5.2.2 EFEITO DAS CONDIES DE COMBUSTO ...................................................... 62 5.2.3 EFEITO DOS HIDROCARBONETOS TOTAIS ........................................................ 63 5.2.4 EFEITO DO CLORO .................................................................................... 64 5.2.5 EFEITO DA COMPOSIO DO COMBUSTVEL DE RESDUOS .................................. 64 5.2.6 EFEITO DA ALIMENTAO DE COMBUSTVEIS ALTERNATIVOS E DE MATRIAS-PRIMAS SECUNDRIAS ................................................................. 65 5.2.7 EFEITO DA ALIMENTAO DE COMBUSTVEIS ALTERNATIVOS EM PR-AQUECEDORES / PR-CALCINADORES ..................................................... 66 5.2.8 EFEITO DE CATALISADORES (NEGATIVO) ........................................................ 69

SUMRIO

VII

5.2.9 EFEITO DE INIBIDORES (POSITIVO) ............................................................... 69 5.2.10 EFEITO DA INJEO DE CARBONO .............................................................. 69

6 - EMISSES DE POPS PROVENIENTES DA PRODUO DE CIMENTO ..........716.1 NVEIS DE PCDD/F E PCB ESTABELECIDOS POR MEDIES REAIS ........................ 71 6.1.1 AUSTRLIA ............................................................................................... 72 6.1.2 BLGICA .................................................................................................. 72 6.1.3 CANAD .................................................................................................. 72 6.1.4 DINAMARCA ............................................................................................. 73 6.1.5 EUROPA ................................................................................................. 74 6.1.6 ALEMANHA ............................................................................................... 75 6.1.7 JAPO ..................................................................................................... 79 6.1.8 POLNIA ................................................................................................. 79 6.1.9 ESPANHA ................................................................................................. 80 6.1.10 TAILNDIA .............................................................................................. 82 6.1.11 REINO UNIDO ......................................................................................... 83 6.1.12 EUA .................................................................................................... 84 6.2 DADOS DE PCDD/F DE COMPANHIAS DE CIMENTO ............................................... 92 6.2.1 COMPANHIA DE CIMENTO CEMEX .................................................................. 93 6.2.2 COMPANHIA DE CIMENTO CIMPOR ................................................................. 94 6.2.3 COMPANHIA DE CIMENTO HOLCIM ................................................................. 95 6.2.4 COMPANHIA DE CIMENTO HEIDELBERG .......................................................... 98 6.2.5 COMPANHIA DE CIMENTO LAFARGE ............................................................. 101 6.2.6 COMPANHIA DE CIMENTO RMC ................................................................. 102 6.2.7 COMPANHIA DE CIMENTO SIAN ................................................................... 103 6.2.8 COMPANHIA DE CIMENTO TAIHEIYO ............................................................. 104 6.2.9 COMPANHIA DE CIMENTO UNILAND .............................................................. 104 6.3 NVEIS DE EMISSO DE PCDD/F ESTABELECIDOS POR ESTIMATIVAS ......................... 105 6.3.1 EUROPA ................................................................................................ 105 6.3.2 HONG KONG ......................................................................................... 106 6.3.3 KRASNOYARSK, RSSIA ........................................................................... 106 6.3.4 REGIO LOMBARDY, ITLIA ....................................................................... 106 6.3.5 PASES DOS NOVOS ESTADOS INDEPENDENTES (NEI) E PASES BLTICOS ......... 106 6.3.6 TAIWAN ................................................................................................. 107 6.3.7 REINO UNIDO INVENTRIO DE 1995 ....................................................... 107 6.3.8 PROGRAMA DAS NAES UNIDAS PARA O MEIO AMBIENTE (PNUMA) INVENTRIOS DE PCDD/F ....................................................................... 108 6.3.9 FERRAMENTAS PADRONIZADAS DO PNUMA (UNEP STANDARDISED TOOLKIT) .. 109 6.4 EMISSES DE PCDD/F POR MEIO DE MATERIAIS SLIDOS ................................... 112 6.4.1 PCDD/F EM PARTICULADOS DE FORNOS DE CIMENTO ................................... 112 6.4.2 PCDD/F NO CLNQUER DE CIMENTO .......................................................... 115 6.4.3 PCDD/F NA ALIMENTAO DO FORNO ....................................................... 116

7 - RESUMO DOS RESULTADOS E DISCUSSO ........................................ 1197.1 EMISSES DE POPS ....................................................................................... 119 7.2 EMISSES ESTIMADAS UTILIZANDO FATORES DE EMISSES .................................... 121

VIII


7.3 EMISSES DE POPS POR MEIO DE MATERIAIS SLIDOS ........................................ 124

8 - MEDIDAS PARA MINIMIZAO E CONTROLE DE EMISSES DE PCDD/F ..... 1278.1 PRINCIPAIS MEDIDAS DE CONTROLE ................................................................... 127 8.2 MELHORES TCNICAS DISPONVEIS E MELHORES PRTICAS AMBIENTAIS ................... 127 8.3 MEDIDAS CRTICAS RESUMO .......................................................................... 129

9 - CONCLUSO ...............................................................................131 10 - DIOXINAS E FURANOS NO BRASIL: A FORMAO E EMISSO EM FORNOS DE CIMENTO NO MBITO DA CONVENO DE ESTOCOLMO ..... 133RESUMO EXECUTIVO .............................................................................................. 133 10.1 INTRODUO ................................................................................................ 134 10.2 O DESENVOLVIMENTO DO SETOR CIMENTEIRO NO BRASIL E O SURGIMENTO DO COPROCESSAMENTO ....................................................................................... 135 10.3 CARACTERSTICAS DO PARQUE INDUSTRIAL BRASILEIRO DE PRODUO DE CIMENTO ... 140 10.4 O TEMA DAS DIOXINAS E FURANOS NA LEGISLAO BRASILEIRA ........................... 142 10.5 A IMPLEMENTAO DA CONVENO DE ESTOCOLMO NO BRASIL ............................. 144 10.6 DADOS BRASILEIROS DE DIOXINAS E FURANOS .................................................. 146 10.6.1 DADOS SOBRE O AMBIENTE .................................................................... 147 10.6.2 DADOS DE EMISSES DAS FBRICAS DE CIMENTO ........................................ 150 10.7 CONCLUSES E CONSIDERAES FINAIS .......................................................... 154 AGRADECIMENTOS .................................................................................................. 155 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................................. 157

REFERNCIAS E BIBLIOGRAFIA ............................................................159

SIGLAS E ABREVIAESa ano ACV Anlise do ciclo de vida ATSDR Agncia de Registro de Substncias Txicas e Doenas (Agency for Toxic Substances and Disease Registry) BTU Unidade trmica britnica (British thermal unit) C Grau Celsius CAA Lei do ar limpo (Clean air act) CDD Combustvel derivado descartado CE Comisso Europeia CEMBUREAU Associao Europeia dos Produtores de Cimento (European Cement Association) CEN Comit Europeu de Normalizao (European Committee for Standardization) CFI Caldeiras e fornos industriais (BIF Boiler and industrial furnace) CG-DCE Cromatografia gasosa com detector de captura de eltrons CG-EM Cromatografia gasosa com espectrometria de massa Cl2 Cloro molecular CO Monxido de carbono CO2 Dixido de carbono CMPA Combustveis e matrias-primas alternativos CRF Cdigo de regulamentaes federais (CFR Code of Federal Regulations, da EPA) CSI Iniciativa para a sustentabilidade do cimento Dioxinas Termo/abreviao para dibenzodioxinas policloradas e dibenzofuranos policlorados (ver tambm PCDD/Fs) ECP-Ar Equipamento de controle de poluio do ar EDR Eficincia de destruio e remoo ED Eficincia de destruio EM Espectrometria de massa EPA Agncia de Proteo Ambiental dos Estados Unidos da Amrica EPER Registro europeu de emisso de poluentes ERS Eficincia de remoo do sistema EUA Estados Unidos da Amrica FE Fator de emisso FM Filtro de mangas FV Fornos verticais g Grama

X

FORMAO E EMISSO DE POPS PELA INDSTRIA DE CIMENTO HCB HCl HF IAAR i.e. IET I-TEF I-TEQ IUPAC J K kcal kg kJ kPa L lb LD LQ LQA m3 MACT mg/kg MJ mol MOP MP MPA MTD Na NA NAAQS ND NESHAP Hexaclorobenzeno Cloreto de hidrognio cido fluordrico Interbloqueio automtico de alimentao de resduo Isto Inventrio de emisses txicas Fator internacional de toxicidade equivalente Equivalente internacional de toxicidade Unio Internacional de Qumica Pura e Aplicada Joules Grau Kelvin Quilocaloria (1 kcal = 4,19 kJ) Quilograma (1 kg = 1.000 g) Quilojoule (1 kJ = 0,24 kcal) Quilo Pascal (= 1.000 Pa) Litro Libra Limite de deteco Limite de quantificao Limite de quantificao de amostra Metros cbicos (tipicamente sob condies de operao sem padronizao, p.ex., temperatura, presso, umidade) Mxima tecnologia de controle executvel (Maximum achievablecontrol technology) Mligramas por quilogramas Megajoule (1 MJ = 1.000 kJ ) Mol Matria orgnica policclica Material particulado Melhores prticas ambientais Melhores tcnicas disponveis Sdio No aplicvel Normas nacionais de qualidade do ar ambiente (National ambient air quality standards) No determinado/ausncia de dados (em outras palavras: ausncia de medies at a presente data) Padres nacionais de emisso de poluentes atmosfricos perigosos (National emission standards for hazardous pollutants, da EPA) Nanograma (1 ng = 109 gramas) Amnia

ng NH3

SIGLAS E ABREVIAES NI Nm3 Nm3 b.s. NOx N-TEQ O2 OCDF OCDD OECD OMS OTAN PAH PAP PCA PCB PCDDs PCDD/Fs PCDFs PCIn PCIP PCOP PDI p.ex. PE pg POP ppb ppm ppmv PNUD PNUMA ppq ppt ppt/v QA/QC RCRA No informado Normal metro cbico (101,3 kPa, 273 K) Normal metro cbico base seca xidos de nitrognio (NO + NO2) Equivalente txico utilizando o esquema nrdico (utilizado comumente nos pases escandinavos) Oxignio Octacloro-dibenzo-furano Octacloro-dibenzo-p-dioxina Organizao para a Cooperao e Desenvolvimento Econmico Organizao Mundial da Sade Organizao do Tratado do Atlntico Norte Hidrocarbonetos aromticos policclicos Poluentes atmosfricos perigosos Associao dos Produtores de Cimento Portland dos Estados Unidos da Amrica (Portland Cement Association) Bifenilas policloradas Dibenzodioxinas policloradas Termo informal usado neste documento para PCDDs e PCDFs Dibenzofuranos policlorados Produto de combusto incompleta Preveno e controle integrados da poluio Principal constituinte orgnico perigoso Perda de ignio Por exemplo Precipitador eletrosttico ou eletrofiltro Picograma (1 pg = 1012 grama) Poluentes orgnicos persistentes Partes por bilho Partes por milho Partes por milho (base volumtrica) Programa das Naes Unidas para o Desenvolvimento Programa das Naes Unidas para o Meio Ambiente Partes por quatrilho Partes por trilho Partes por trilho (base volumtrica) Garantia da qualidade/controle da qualidade Lei de Conservao e Recuperao de Recursos (Resource Conservation and Recovery Act)

XI

XII

FORMAO E EMISSO DE POPS PELA INDSTRIA DE CIMENTO SCR s SINTEF SiO2 SMCE SNCR SO2 SO3 SOx t TCDD TCDF TCRD TEF TEQ TEQ/ano THC TOC tpa TR TSCA UE UK UNIDO US EPA VDZ VOC WBCSD Reduo seletiva cataltica Segundo Fundao para a Pesquisa Cientfica e Industrial da Noruega Dixido de silcio Sistema de monitoramento contnuo de emisses Reduo seletiva no-cataltica (selective non catalytic reduction) Dixido de enxofre Trixido de enxofre xidos de enxofre Tonelada (mtrica) 2,3,7,8-tetrachlorobidenzo-p-dioxina 2,3,7,8-tetraclorodibenzofurano Tecnologia de controle razoavelmente disponvel Fator de equivalncia de toxicidade Equivalente txico (I-TEQ, N-TEQ ou WHO-TEQ) Equivalente txico por ano Hidrocarbonetos totais Carbono orgnico total Toneladas por ano Tempo de residncia Lei de Controle de Substncias Txicas (Toxics Substances Control Act) Unio Europeia Reino Unido (United Kingdom) Organizao das Naes Unidas para o Desenvolvimento Industrial Agncia de Proteo Ambiental dos Estados Unidos da Amrica Asociao Alem de Fbricas de Cimento (Verein Deutscher Zementwerke) Compostos orgnicos volteis (Volatile organic compounds) Conselho Empresarial Mundial para o Desenvolvimento Sustentvel (World Business Council for Sustainable Development) Percentagem em volume Microgramas por metro cbico Micrograma

% v/v g/m3 g

SIGLAS E ABREVIAES

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GLOSSRIOCalcrio silicoso Calcrio que contm dixido de silcio (SiO2). Cimentcio Materiais que se comportam como cimento, ou seja, reativos na presena de gua; tambm compatvel com cimento. Cimento pozolnico Cimentos pozolnicos so misturas de cimento Portland e material pozolnico de procedncia natural ou artificial. As pozolanas naturais so principalmente materiais de origem vulcnica, mas se incluem nesta categoria algumas terras diatomceas. Os materiais artificiais incluem cinzas, argila e ardsia calcinadas. CMPA Combustveis e matrias-primas alternativos, em geral resduos ou produtos secundrios de outras indstrias utilizados para substituir combustveis fsseis e matrias-primas convencionais nos fornos de clnquer. Coprocessamento Utilizao de combustvel e de matrias-primas alternativos com a finalidade de recuperar energia e recursos. Dioxinas Termo/abreviao utilizado neste livro, em conjunto com PCDD/F, para designar dibenzodioxinas policloradas e dibenzofuranos policlorados. EDR/ED Eficincia de Destruio e Remoo/Eficincia de Destruio. Refere-se eficincia de destruio de compostos orgnicos na combusto do forno. Entrada/sada do forno Pontos de entrada da farinha crua no sistema do forno, e de sada do material, onde obtido o clnquer. Pozolana Pozolanas so materiais que, embora no sejam cimentcios, eles prprios contm slica (e alumina) em forma reativa capaz de se combinar com cal, na presena de gua, para formar compostos com propriedades cimentcias. A pozolana natural composta principalmente de finas partculas avermelhadas de material de origem vulcnica. Tem sido desenvolvida uma pozolana artificial que combina cinzas volantes e escria da purga de caldeiras.

RESUMO EXECUTIVOA Conveno de Estocolmo exige que as Partes tomem medidas para reduzirou eliminar a liberao de poluentes orgnicos persistentes (POPs) originrios da produo e uso intencional, produo no intencional e de estoques e resduos. As substncias qumicas produzidas intencionalmente e citadas para eliminao na Conveno de Estocolmo so os pesticidas aldrin, clordano, dieldrin, endrin, heptacloro, hexaclorobenzeno (HCB), mirex e toxafeno, assim como os compostos qumicos industriais Bifenilas Policloradas (PCBs). A Conveno visa tambm a contnua minimizao e quando possvel a eliminao das liberaes de POPs no intencionalmente produzidos, tais como os subprodutos de processos qumicos midos e trmicos, dibenzo-p-dioxinas/-furanos policlorados (PCDD/Fs), bem como HCB e PCBs. Conceitos sobre Melhores Tcnicas Disponveis e Melhores Prticas Ambientais para alcanar tal minimizao e reduo de todas as categorias de fontes potenciais continuaro a ser desenvolvidos no mbito das Conferncias das Partes. Fornos de cimento que coprocessam resduos perigosos so explicitamente mencionados na Conveno de Estocolmo como uma fonte industrial que possui o potencial de formao e liberao comparativamente alto dessas substncias qumicas para o ambiente. A indstria de cimento trata seriamente qualquer potencial de emisses dePOPs tanto devido ao fato que as percepes sobre este tipo de emisses tm um impacto sobre a reputao do setor quanto porque at mesmo pequenas quantidades de compostos da famlia das dioxinas podem se acumular na biosfera, com potenciais conseqncias a longo prazo. O objetivo deste estudo compilar dados sobre a situao das emisses de POPs provenientes da indstria de cimento, para compartilhar o estado de arte do conhecimento sobre os mecanismos de formao de PCDD/F em processos de produo de cimento e para mostrar como possvel controlar e minimizar emisses de PCDD/ F em fornos de cimento utilizando a otimizao integrada do processo, as chamadas medidas primrias. Este relatrio fornece o mais abrangente conjunto de dados disponveis sobre as emisses de POPs na indstria de cimento, coletado a partir de literatura pblica, bases de dados cientficos e medies individuais de empresas. O presente relatrio avalia em torno de 2.200 medies de PCDD/Fs, muitas medies de PCBs e algumas de HCBs feitas desde a dcada de 1970 at recentemente. Os dados de emisses disponveis representam ampla gama de casos: desde tecnologias de processamento de grande capacidade, incluindo fornos via seca e via mida, operando em condies normais e em estudos de pior caso, com e sem o coprocessamento de uma grande variedade de combustveis e matrias-primas alternativos, e com resduos perigosos e no perigosos alimentados tanto no queimador principal, na entrada do forno rotativo,quanto no pr-aquecedor/pr-calcinador.

XVI


Os fornos verticais, ainda que considerados como uma tecnologia obsoleta so comuns em muitos pases, porm no foram abordados no presente relatrio devido a falta de dados relativos s suas emisses. Os dados de PCDD/F apresentados neste relatrio mostram que: A maior parte dos fornos de cimento pode alcanar um nvel de emisso de 0,1 ng TEQ/Nm desde que aplicadas medidas primrias; O coprocessamento de combustveis e matrias-primas alternativos alimentados no queimador principal, entrada do forno ou no pr-calcinador aparentemente no influenciam ou alteram as emisses de POPs; Os dados de fornos via seca com pr-aquecedor e pr-calcinador nos pases em desenvolvimento apresentados neste relatrio mostram nveis muito baixos de emisses, muito inferiores a 0,1 ng TEQ/Nm. As emisses dos fornos mais modernos via seca com pr-aquecedor e prcalcinador geralmente aparentam ser um pouco mais baixas do que as emisses dos fornos do processo via mida. Uma prtica comum em muitos pases atualmente o coprocessamento de resduos energticos e matrias-primas alternativas no praquecedor ou pr-calcinador de fornos via seca, o que permite poupar combustveis fsseis e matrias-primas virgens. Um exemplo ilustra isto: um projeto do PNUMA mediu emisses de 0,0001 a 0,018 ng TEQ/m provenientes de um forno de um fornos com pr-aquecedor na Tailndia que substituiu parte do combustvel fssil por pneus e resduos perigosos; a menor concentrao foi encontrada quando o forno estava coprocessando resduos perigosos, 0,0002 ng TEQ/m. Os dados de emisso dos fornos de cimento dos Estados Unidos nos anos 80 e da primeira parte dos anos 90 contrastam com os resultados mais atuais. Eles na maioria das vezes indicavam que o coprocessamento de resduos perigosos como cocombustvel em fornos de clnquer resultavam em emisses mais elevadas de PCDD/ F do que em fornos que coprocessavam resduos no-perigosos ou utilizavam apenas combustveis convencionais. No entanto, em documentos recentes a agncia nacional de proteo ambiental dos Estados Unidos (US EPA) esclarece a causa mais provvel para estes resultados, devido ao fato que os fornos de cimento queimando resduos perigosos foram normalmente avaliados por meio de testes de queima que simulavam as condies de cenrios de pior caso, isto , em geral com altas taxas de alimentao de resduos e altas temperaturas nos equipamentos de controle de poluio do ar, condies estas hoje conhecidas como estimuladoras da formao de PCDD/F. Por outro lado, a queima de resduos no-perigosos ou combustveis fsseis convencionais s eram testadas em condies normais, e no no cenrio das piores condies, o que faz com que a comparao entre queima de resduos perigosos e no-perigosos seja dbia. Reduzir a temperatura na entrada dos equipamentos de controle de poluio atmosfrica um fator que tem mostrado limitar a formao e as emisses de

RESUMO EXECUTIVO

XVII

dioxinas em todos os tipos de fornos de cimento, independente da alimentao de resduos, uma vez que acredita-se que as baixas temperaturas impedem a formao cataltica ps-combusto de PCDD/F. A US EPA concluiu em 1999, na nova regulamentao sobre Mxima Tecnologia de Controle Executvel, que a queima de resduos perigosos nos fornos de cimento no tem impacto na formao de PCDD/ F porque eles so formados ps-combusto, ou seja, no equipamento de controle de poluio atmosfrica. Este relatrio tambm fornece um grande nmero de medies de PCDD/F em produtos e resduos da indstria de cimento. Os nveis so normalmente baixos e da mesma magnitude encontrada em alimentos como peixes, manteiga e leite materno, bem como em solos, sedimentos e lodos provenientes de estaes de tratamento de esgoto. Para novas fbricas de cimento e grandes projetos de ampliao a melhor tecnologia disponvel para a produo do clnquer um forno via seca com um praquecedor multi-estgios e pr-calcinao. Um processo suave e estvel no forno, operando perto dos parmetros normais estabelecidos para o processo, benfico tanto para todas as emisses do forno como para a utilizao otimizada de energia. A medida primria mais importante para atingir conformidade com um nvel de emisso de 0,1 ng TEQ/Nm o resfriamento rpido dos gases de exausto do forno abaixo dos 200C em fornos longos de processos via seca e mida sem praquecedor. Fornos modernos com pr-aquecedores e pr-calcinadores j tm esta caracterstica inerente ao desenho do projeto. A alimentao de matrias-primas alternativas como parte da mistura de matrias-primas deve ser evitada se inclui material orgnico e nenhum combustvel alternativo deve ser inserido durante a partida ou finalizao do processo. O pacote de ferramentas padronizado para a identificao e quantificao de liberaes de dioxinas e furanos do PNUMA atribui fatores de emisso a todas as categorias de fontes e processos que esto listadas no anexo C, partes II e III da Conveno de Estocolmo. Os fatores de emisso para o coprocessamento de resduos perigosos em fornos de cimento esto entre os mais baixos entre todas as categorias. Uma vez que PCDD/F o nico grupo de POPs que est sendo comumente regulamentado at o momento, existem poucas medies disponveis para HCB e PCBs disponveis. No entanto, as mais de 50 medies de PCB citadas neste relatrio indicam que todos os valores esto abaixo de 0,4 g PCB TEQ/m, muitas com nveis de poucos nanogramas ou abaixo do limite de deteco. 10 medies de HCB mostraram uma concentrao de alguns nanogramas por metro cbico ou concentraes abaixo do limite de deteco.

INTRODUO

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A Conveno de Estocolmo exige que as Partes tomem medidas para reduzir ou eliminar as liberaes de Poluentes Orgnicos Persistentes (POPs) da produo e uso intencionais (artigo 3), produo involuntria (artigo 5) e estoques e resduos (artigo 6). Os produtos qumicos intencionalmente produzidos e atualmente designados para eliminao pela Conveno de Estocolmo so os pesticidas aldrin, clordano, dieldrin, endrin, heptacloro, hexaclorobenzeno (HCB), mirex e toxafeno, assim como os produtos qumicos industriais bifenilas policloradas (PCBs). A Conveno visa tambm a contnua minimizao e, onde possvel, a eliminao das liberaes de POPs no-intencionalmente produzidos, tais como os subprodutos industriais dibenzo-p-dioxinas/-furanos policlorados (PCDD/F), HCB e PCBs. Conceitos sobre Melhores Tcnicas Disponveis (MTD) e Melhores Prticas Ambientais (MPA) para alcanar tal minimizao e reduo de todas as categorias de fontes potencias continuaro a ser desenvolvidas no mbito das Conferncias das Partes (Richter e Steinhauser, 2003). Os fornos de cimento que queimam resduos perigosos so mencionados explicitamente na Conveno de Estocolmo, parte II do anexo C, como fonte industrial que possui o potencial de formao e liberao comparativamente alto dessas substncias qumicas para o ambiente.

1.1 A INICIATIVA PARA A SUSTENTABILIDADE DO CIMENTOA Iniciativa para a Sustentabilidade do Cimento (CSI) foi lanada em 1999 sob os auspcios do Conselho Empresarial Mundial para Desenvolvimento Sustentvel (WBCSD). A iniciativa de milhes de dlares realizada por 16 das principais companhias de cimento que produzem coletivamente quase 50% do cimento mundial, exceto a China, e que representam mais de 100 pases. Seu objetivo identificar os assuntos-chave para a sustentabilidade do setor ao longo dos prximos 20 anos e estabelecer uma srie de medidas confiveis e significativas para tratar desses assuntos. Isso est sendo desenvolvido por meio de estudos independentes, consultas s partes interessadas, planejamento de negcios e aes especficas de companhias individualmente ou em conjunto. As questes-chave para as indstrias identificadas no citado programa so as seguintes: Gesto dos impactos climticos. Uso responsvel de combustveis e materiais. Sade e segurana dos colaboradores. Monitoramento e relatrio de emisses. Gesto dos impactos locais no uso do solo e nas comunidades. Progresso e comunicao.

2 FORMAO E EMISSO DE POPS PELA INDSTRIA DE CIMENTO

Os objetivos do estudo apresentado neste relatrio so reunir dados sobre emisses de POPs da indstria de cimento e contribuir significativamente para muitas das questes-chave listadas acima. Informaes detalhadas sobre a CSI (juntamente com as publicaes sobre o tema) podem ser encontradas no site www.wbcsdcement.org. Alm de proporcionar o mais completo conjunto de dados disponvel, esperamos que este estudo amplie o atual conhecimento sobre emisses normais de POP das indstrias e descreva as possibilidades de controle onde necessrio. As informaes aqui apresentadas foram coletadas de literaturas pblicas, bases de dados cientficos e de medies individuais em empresas. O relatrio ser ainda mais atualizado medida que mais dados forem disponibilizados por esta razo o relatrio chamado de minuta de relatrio. Na maioria das publicaes cientficas e base de dados podem ser encontradas entre 50 e 200 citaes sobre emisses de fornos de cimento. Porm, muitas dessas citaes so repeties e o tema predominante diz respeito s dioxinas e furanos (PCDD/Fs). H muito pouca informao pblica sobre emisso de PCBs e quase nada sobre emisses de HCB; os dados deste relatrio vm quase exclusivamente das informaes coletadas individualmente em companhias para fins deste estudo. Mais dados sobre PCB e HCB sero coletados e apresentados na prxima verso deste relatrio. Um dos principais caminhos para a sustentabilidade da indstria de cimento economizar tanto quanto possvel os combustveis fsseis no-renovveis e matriasprimas virgens e substitu-los por resduos e materiais secundrios. Este relatrio apresenta um breve panorama das tecnologias de produo do cimento, bem como os princpios do coprocessamento de combustveis e matrias-primas alternativos (CMPA), e descreve como verificar o desempenho de tais prticas certificando-se de que o coprocessamento feito de forma aceitvel. A principal estrutura regulamentar e legislativa sobre desempenho ambiental para a indstria de cimento na Unio Europeia (UE) e nos Estados Unidos da Amrica (EUA) apresentada. Tambm so discutidas neste relatrio as possibilidades para controlar e minimizar as emisses de PCDD/Fs a partir da produo de cimento utilizando-se da otimizao integrada de processos, ou seja, medidas primrias. Em termos de sua contribuio para os inventrios ambientais nacionais de PCDD/ Fs e em relao s outras fontes potenciais de emisses, os fornos de cimento geralmente no tm sido considerados emissores significativos. Por exemplo, nos inventrios de fontes emissoras do Reino Unido e dos Estados Unidos (Schaub et al., 1993; Eduljee Dyke, 1996), a contribuio dos fornos de cimento de menos de 1% do total de emisses de dioxinas para a atmosfera. No entanto, a percepo de que a substituio de parte dos combustveis fsseis usados nas cimenteiras por materiais residuais uma fonte potencial de emisso de dioxina tratada seriamente pela indstria.

CAP. 1 INTRODUO

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1.2 O QUE SO PCDD/FS?Dibenzo-p-dioxinas policloradas (PCDD) e dibenzo-p-furanos policlorados (PCDF) compem uma famlia de 210 compostos orgnicos quimicamente relacionados que contm de um a oito tomos de cloro, muitas vezes coletiva e coloquialmente denominados dioxinas ou PCDD/F (termos usados neste documento). PCDD/F so sempre encontrados em amostras como uma mistura dos vrios congneres. Dentro da famlia de PCDD/Fs, 17 congneres so de particular preocupao, pois o arranjo dos tomos de cloro em torno do quadro molecular de duplo benzeno confere-lhes elevada resposta toxicolgica. O componente mais txico a 2,3,7,8 tetracloro-dibenzo-p-dioxina (TCDD). Somente congneres com tomos de cloro nas posies 2,3,7,8 so considerados como detentores de propriedades txicas, e a toxidade dos outros 17 congneres estimada em relao da 2,3,7,8-TCDD, qual atribudo o valor de 1, recebendo os demais fatores de equivalncia de toxicidade (TEF) que diferem ligeiramente dependendo do sistema usado. O total ponderado da resposta toxicolgica desses congneres convencionalmente expresso em unidades de Equivalente Txico, abreviado como TEQs1 . Desenvolvimentos importantes esto em curso para a avaliao e resposta poluio causada por compostos similares s dioxinas, muitas vezes definidos como PCDD/Fs, e pelos PCBs que apresentam toxicidade igual da dioxina (Dyke e Stratford, 2002). O uso de TEFs para proporcionar um simples e nico nmero que indicativo da toxicidade global de uma amostra que contm uma mistura de PCDD/ Fs uma prtica reconhecida. Muitos dos valores estabelecidos para a regulamentao e avaliao de PCDD/F so baseados em concentraes txicas equivalentes, incluindo limites de emisso para instalaes industriais, ingesto diria tolervel (IDTs)2 e padres de qualidade ambiental. Nos ltimos anos houve muitos esforos no sentido de estender o conceito e a metodologia do esquema de TEF para incluir outras classes de compostos. Os compostos mais comumente includos atualmente so os congneres dos PCBs, que exibem atividade similiar da dioxina. Vrios esquemas tm sido propostos para valores de TEF aplicveis a congneres selecionados de PCB (Dyke e Stratford, 2002). Alterar os valores de TEF para determinados congneres de PCDD/Fs e estender o escopo para incluir outros produtos qumicos podem ter implicaes legais, administrativas e tcnicas significativas para a regulamentao e avaliao.1. NT: O termo utilizado no Brasil (Resoluo CONAMA 316, Anexo I) fator de equivalncia de toxicidade ou fatores txicos equivalentes, abreviado como FTEQ. No citado Anexo da Resoluo pode ser encontrada a relao dos PCDD/Fs considerados. 2. A ingesto diria tolervel (tolerable daily intake) ou ingesto diria aceitvel um parmetro toxicolgico proposto pela OMS e pode ser definida como a maior quantidade estimada de uma substncia que pode ser ingerida diariamente por longo perodo de tempo ou por toda a vida sem causar nenhum efeito adverso sade.


Ao longo dos anos, uma srie de sistemas de fatores de equivalncia foi desenvolvida. O sistema predominante durante os anos 90 foi o sistema internacional desenvolvido pela OTAN. Esse sistema substitui em parte o sistema alemo UBA de 1985, o sistema nrdico de 1988, bem como os sistemas mais antigos desenvolvidos pela US EPA. Um novo sistema foi desenvolvido pela OMS em 1998. Ao contrrio dos anteriores, esse sistema oferece fatores de toxidade equivalente distintos para seres humanos/mamferos, peixes e aves. O sistema nrdico e o internacional so praticamente idnticos, ao passo que o sistema alemo tambm atribui toxidade para outros congneres alm daqueles que possuem tomos de cloro nas posies 2,3,7,8. O novo sistema da OMS difere muito na avaliao das penta-cloro e octa-cloro-dioxinas. O conhecimento sobre dioxinas bromadas pouco desenvolvido. Em base provisria, a OMS sugere que os atuais fatores de toxidade equivalente de dioxinas cloradas tambm podem ser aplicados s dioxinas bromadas (IPCS, 1998). H consenso generalizado de que o sistema de TEF e os valores de TEQs provenientes deles podem ser uma ferramenta eficaz para a avaliao e regulamentao de misturas complexas de PCDD/Fs, embora ainda hoje haja incertezas sobre as limitaes de tal abordagem em alguns casos. At recentemente, o sistema de valores de TEFs acordado pela OTAN (1988) havia tornado-se amplamente aceito como sistema-padro, embora outros sistemas tenham sido utilizados no passado. Esse sistema geralmente conhecido como Sistema Internacional TEF e por vezes denominado como I-TEF ou I-TEQ. Uma comparao entre os sistemas alternativos que tm sido utilizados pode ser encontrada em Dyke e Stratford (2002). No Reino Unido e em muitos outros lugares ao longo da ltima dcada, o sistema I-TEF tem sido amplamente utilizado e, portanto, a comparao importante se d entre o sistema da OTAN e o novo sistema da OMS, tal como aplicado aos mamferos e seres humanos (Van den Berg et al., 1998). As variaes so um aumento do TEF para a 1,2,3,7,8 PCDD de 0,5 para 1 e o decrscimo de 0,001 para 0,0001 para o OCDF (octacloro-dibenzo-furano) e a OCDD (octacloro-dibenzo-p-dioxina).

1.2.1 PROPRIEDADES DAS DIOXINASAs propriedades das dioxinas podem ser brevemente descritas da seguinte forma (Jones e Sewart, 1997): dioxinas so apolares, pouco solveis em gua, lipoflicas e quimicamente estveis. A solubilidade em gua diminui com o aumento do nvel de clorao, por exemplo: a solubilidade do 2,3,7,8-TCDD da ordem de 20 ng/L, enquanto a solubilidade do OCDD aproximadamente trs ordens de grandeza menor. O coeficiente de partio octanol-gua (log Kow) aumenta com a clorao e varia de 6,80 para a 2,3,7,8-TCDD a 8,20 para a OCDD. Estes esto entre os maiores

CAP. 1 INTRODUO

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valores ambientais relatados para contaminantes orgnicos, o que significa que as dioxinas tm grande afinidade com a matria orgnica, leos e gorduras. As dioxinas so geralmente estveis na presena de cidos e bases fortes e permanecem estveis a temperaturas de at 750C. Os mecanismos de degradao que podem ser esperados incluem degradao trmica, fotoqumica e biolgica. A fotodegradao mostrou favorecer as posies 2,3,7,8 para os PCDFs e as posies 1,4,6,9 para as PCDDs, conduzindo a um decrscimo dos congneres 2,3,7,8-PCDF e a um aumento dos congneres 2,3,7,8PCDD. Acredita-se que as reaes biolgicas nos sedimentos possam causar uma declorao nas dioxinas mais cloradas como a OCDD, transformando estas em 2,3,7,8-TCDD e dioxinas menos cloradas (Albrecht et al., 1999). No entanto, esperase que todos os processos de degradao natural diferentes da degradao trmica sejam extremamente lentos. Estimativas prvias de meias-vidas de degradao na natureza indicam que as meias-vidas na gua e nos sedimentos vo de cerca de 30 a 200 anos (Sinkkonen, 1998). No solo, aceita-se, geralmente, que a meia-vida da 2,3,7,8-TCDD e de outros congneres seja da ordem de 10 anos, o que pode se dever a perdas por processos fsicos como volatilizao, lixiviao de partculas, leos e tensoativos em vez de degradao (Jones e Sewart, 1997). O fato de terem sido detectadas dioxinas em argila natural indica que as dioxinas so produzidas por processos naturais e que elas tm a capacidade de persistir em condies adequadas por milhares de anos e, talvez, at mesmo por milhes de anos.

1.3 CONSIDERAES BSICAS DESTE ESTUDOA formao de PCDD/F especfica para um processo, o que significa que as condies locais de cada fbrica de cimento, no que diz respeito s caractersticas das matrias-primas e processos, limpeza de gases de combusto e em particular aos padres de temperatura nos sistemas de limpeza de gases de combusto e chamins, podem afetar sua formao. Um estudo realizado por Alcock et al. (1999) mostrou que as concentraes de I-TEQ em amostras de chamin coletadas a intervalos de poucas horas no mesmo dia poderiam, em alguns casos, ser muito diferentes. A primeira amostra recolhida a partir de medies de um forno de cimento foi de 4,2 ng I-TEQ m, e a segunda, coletada 5 horas mais tarde, 0,05 ng I-TEQ m. Durante o perodo de coleta, a planta operou normalmente e a recuperao de analitos3 em ambas as amostras esteve dentro da faixa esperada. Isto sugere variabilidade dentro3. NT: O termo analito refere-se adio de uma quantidade conhecida da substncia objeto da anlise qumica para fins de averiguao/calibrao dos instrumentos de anlise ou para colocar a concentrao da substncia em anlise numa faixa mais adequada para a leitura no instrumento. Na anlise de PCDD/Fs, faz-se uma verificao da resina de absoro das PCDD/Fs por meio de um ensaio de recuperao do analito, que deve ficar dentro da faixa de tolerncia estabelecida no mtodo. No Brasil, muitas vezes os laudos de anlises de PCDD/Fs mantm os termos spiking recovery (recuperao do analito) ou simplesmente spike (analito).


das condies do processo ou uma mudana no modelo de operao do processo, e demonstra a necessidade de cautela quando se extrapolam os dados de emisses a partir de uma nica amostra para obter fatores de emisses de um setor industrial inteiro. Como consequncia, neste estudo uma alta confiabilidade geralmente atribuda s medies de processos reais, mesmo que sejam poucas, pois elas representam circunstncias reais no que diz respeito s matrias-primas e s condies de processo. Uma menor importncia dada aos dados disponveis em literaturas de revises que utilizam somente fatores de emisso. Levando em conta que essas consideraes guiaram a estratgia global para avaliao da confiabilidade dos dados, as anlises foram realizadas basicamente caso a caso. Em alguns casos no foi possvel ser crtico, uma vez que poucos dados estavam disponveis. Embora tenham sido tomadas medidas para aprimorar os conhecimentos existentes sobre a formao e emisso de dioxinas, o nmero de anlises disponveis ainda limitado. Considerou-se mais adequado utilizar valores mdios, uma vez que no se sabe at onde os dados de mximo e mnimo disponveis so representativos. Em uma srie de relatrios e artigos disponibilizados publicamente h lacunas nas informaes relatadas que tornam impossvel avaliar a preciso dos dados. Muitas vezes no h qualquer informao de que sistemas TEF so utilizados ou se, e eventualmente como, os dados referidos so corrigidos para condies normais e concentraes de oxignio, e frequentemente faltam informaes sobre metodologias de amostragem e recuperao de analitos. Ainda no possvel determinar a preciso dos mtodos utilizados para amostragem dos gases da chamin, uma vez que no existem padres de referncia para PCDD/Fs nos gases de emisso, somente sendo possvel avaliar a variabilidade interna e externa das fontes (EN 1948, 1996). razovel esperar que dados anteriores sejam menos confiveis e precisos em comparao aos dados recentes em virtude da ausncia de procedimentos-padro para amostragem, extrao, limpeza e anlise. Nenhum estudo cientfico pode confirmar esta considerao, mas antes das primeiras normas europeias relativas coleta, extrao e limpeza, e identificao e quantificao aparecerem em 1996 (EN 1948, 1996) muitas metodologias diferentes foram utilizadas. Todas essas incertezas so difceis ou s vezes impossveis de eliminar e devem ser consideradas na leitura deste trabalho. Mais informaes sobre amostragem e anlise podem ser encontradas no Captulo 4.

O PROCESSO DE PRODUO DO CIMENTO

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A descrio do processo de produo do cimento um resumo elaborado a partir do documento original de CEMBUREAU BAT (1999), do guia da agncia ambiental do Reino Unido Preveno e controle integrados da poluio Orientao para o setor de cimento e cal (Environment Agency, 2001), do documento Europeu de Preveno e Controle Integrados da Poluio, Documento de referncia sobre melhores tcnicas disponveis para as indstrias de cimento e cal (IPPC, 2001), de Duda (1985) e Roy (1985).

2.1 PRINCIPAIS PROCESSOSH quatro principais rotas de processo para a fabricao do cimento via seca, semisseca, semimido e mido. As principais caractersticas desses processos so descritas com mais detalhes nos captulos seguintes. So comuns a esses processos os seguintes subprocessos: minerao; preparo das matrias-primas; preparo dos combustveis; queima do clnquer; preparo de adies minerais; moagem do cimento; expedio do cimento.MatriasprimasMatrias-primas naturais (primrias) Material corretivo Matria-prima alternativa (secundria)

Combustveis

Manejo de combustvelEstoque

Adies minerais

Preparo de adies mineraisEstoque

Combustveis convencionais (fsseis) Combustveis alternativos Britagem Moagem Secagem

Hidrulico Pozolanico Enchimento Britagem Secagem

Estoque Moagem com secagem ou fabricao de pasta Estoque Homogeneizao Estoque Secagem e pr-aquecimento Calcinao Clinquerizao Estoque

Estoque

Minerao e britagem

Moagem do cimento

Estoque Ensacamento Paletizao

Homogeneizao

Resfriamento do clnquer

Minerao

Preparo de matrias-primas

Processamento do forno

Moagem do cimento

Embalagem e expedio

Figura 1

Identificao dos processos e limites do sistema de produo do cimento (Environment Agency, 2001).


2.1.1 MINERAOMatrias-primas naturais (primrias) como calcrio, gesso e argilas so extradas de jazidas, que na maioria dos casos esto localizadas perto da fbrica de cimento. Aps a extrao, essas matrias-primas so trituradas na mina e transportadas para a fbrica de cimento para armazenamento intermedirio, homogeneizao e preparaes adicionais. Materiais corretivos como bauxita, minrio de ferro ou areia podem ser necessrios para adequar a composio qumica da mistura crua s exigncias do processo e especificaes do produto. As quantidades desses materiais corretivos so geralmente baixas em comparao ao enorme fluxo de massa das matrias-primas principais. At certo ponto, matrias-primas secundrias (ou alternativas) provenientes de fontes industriais so utilizadas para substituir matrias-primas naturais e materiais corretivos. Da mesma forma que as matrias-primas tradicionais, elas podem ser alimentadas na britagem da mina ou mais comumente diretamente no sistema de preparo de matria-prima da fbrica de cimento. Atualmente, mtodos modernos informatizados esto disponveis para avaliar os depsitos de matriaprima e para otimizar a curto e longo prazos a programao da produo.

2.1.2 PREPARO DAS MATRIAS-PRIMASAps o armazenamento intermedirio e a pr-homogeneizao, as matriasprimas so secas e modas em propores definidas e bem controladas no moinho de cru a fim de produzir a farinha crua para o processo via seca (e semisseca). No processo mido (e semimido), as matrias-primas so modas com adio suficiente de gua para produzir uma pasta crua. Dependendo do processo tecnolgico aplicado, podem ser exigidas etapas adicionais, como a preparao de pellets de farinha crua a partir da farinha seca (processo semisseco) ou torta de filtros para retirada de gua da pasta em filtros prensa (processo semimido). O produto intermedirio resultante, i.e., a farinha crua ou a pasta crua (ou seus derivados), armazenado e adicionalmente homogeneizado em silos de farinha crua, reservatrios pulmo ou bacias de pasta para alcanar e manter a composio qumica uniforme necessria para entrar no sistema do forno. Como regra geral, cerca de 1,5 a 1,6 toneladas de matria-prima (seca) so necessrias para produzir uma tonelada de produto queimado, chamado de clnquer.

2.1.3 PREPARO DOS COMBUSTVEISOs combustveis (fsseis) convencionais utilizados na indstria europeia de cimento so principalmente carvo (lignita e antracito), coque de petrleo (um produto de refinao de petrleo cru) e leo pesado (bunker C4 ). O gs natural4. NT: A denominao bunker C refere-se a uma classificao internacional dos leos pesados, que corresponde praticamente ao leo classificado no Brasil como 1A. Nmero da ONU 3082 (para transporte).

CAP. 2 O PROCESSO DE PRODUO DO CIMENTO

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raramente utilizado em virtude de seu custo mais elevado. Combustveis alternativos, i.e., combustveis no-fsseis derivados de fontes (resduos) industriais, so hoje amplamente utilizados para substituio parcial dos combustveis fsseis tradicionais. O preparo dos combustveis britagem, secagem, moagem e homogeneizao normalmente feito na indstria. So necessrias instalaes especficas, como moinhos de carvo, silos e galpes de armazenagem para os combustveis slidos, tanques para os combustveis lquidos e os correspondentes sistemas de transporte e alimentao dos fornos. O consumo de combustvel trmico depende em grande parte do desenho bsico do processo aplicado produo do clnquer.

2.1.4 PRODUO DO CLNQUERA matria-prima preparada (farinha crua) alimentada ao sistema do forno onde submetida ao processo de tratamento trmico que se constitui em etapas consecutivas de secagem/pr-aquecimento, calcinao (i.e., liberao de CO2 do calcrio) e sinterizao (ou clinquerizao, i.e., formao de minerais a partir do clnquer a temperaturas de at 1450C). O produto da queima, chamado clnquer, resfriado de 100 a 200C com ar e transportado para armazenamento intermedirio.Precipitador eletrosttico Gs Bruto Farinha crua Gs limpo

Reciclagem de particulado Moinho secador Ciclone pr-aquecedor Gs limpo

Torre de condicionamento dos gases Queimador Coletor de particulado

Forno rotativo

Ar de resfriamento Resfriador de grelha Clnquer

Figura 2 Forno rotativo com ciclone pr-aquecedor e coletor de material particulado dos gases.

Os sistemas de forno comumente utilizados so os fornos rotativos com ou sem os chamados pr-aquecedores em suspenso (e, em sistemas mais avanados, pr-


calcinadores), dependendo do desenho do processo principal selecionado. O forno rotativo, em si, um tubo de ao inclinado com uma razo comprimento/dimetro entre 10 e 40. A leve inclinao (2,5 a 4,5%) junto com a rotao lenta (0,5 a 4,5 rotaes por minuto) permitem que o transporte do material seja suficientemente lento para que se realizem os processos de converso trmica necessrios. O calor de exausto do sistema do forno utilizado para secar farinha crua, combustveis slidos ou adies minerais nos moinhos. Os gases de exausto so filtrados utilizando precipitadores eletrostticos ou sistemas de filtro manga antes de serem liberados para a atmosfera.

2.1.5 MOAGEM DO CIMENTOO cimento Portland produzido pela moagem conjunta de clnquer de cimento com uma pequena porcentagem de gesso natural ou industrial (ou anidrita), num moinho de cimento. Os cimentos blendados (ou cimentos compostos) contm outros componentes como a escria de alto-forno granulada, pozolana natural ou industrial (por exemplo, tufos vulcnicos ou cinzas volantes de centrais termoeltricas), ou adies inertes como o calcrio. As adies minerais no cimento composto podem ser integradas na moagem do clnquer ou modas separadamente e misturadas com o cimento Portland. A moagem pode estar localizada bem longe da fbrica de produo do clnquer. Os diferentes tipos de cimento devem ser estocados separadamente em silos apropriados antes da ensacagem e expedio.

2.1.6 PREPARO DE ADIES MINERAISAdies minerais de fontes naturais ou industriais que sero utilizadas em cimento blendado podem ter necessidade de serem secas, trituradas ou modas em instalaes separadas na prpria fbrica. Centrais de moagem separadas onde somente as adies minerais e cimento com adies so produzidos podem estar igualmente localizadas distantes da fbrica de produo do cimento.

2.1.7 EXPEDIO DO CIMENTOO cimento pode ser enviado a granel ou usualmente uma menor parte embalado em sacos e em pallets para expedio.5 Os mtodos de transporte utilizados (i.e., rodovirio, ferrovirio, fluvial) dependem de condies e exigncias locais.

5. NT: No Brasil, os volumes de expedio de cimento ensacado predominam sobre o volume expedido a granel. Em geral os sacos de cimento saem das fbricas sobre estrados de madeira comumente chamados de pallets (termo sem traduo literal).


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2.2 CARACTERSTICAS TECNOLGICAS DOS MATERIAIS NA PRODUO DE CIMENTOO clnquer de cimento Portland produzido da mistura de matrias-primas que contm clcio, silcio, alumnio e ferro como elementos principais. Quando misturados nas propores corretas, novos minerais com propriedades hidrulicas as chamadas fases do clnquer so formados pelo aquecimento at a sinterizao (ou clinquerizao) a uma temperatura de 1450C.

2.2.1 PRINCIPAIS FASES DO CLNQUEROs principais componentes minerais do clnquer so silicatos, aluminatos e ferritas de clcio. Silicato tri-clcico 3 CaO SiO2 C3S Alita Silicato di-clcico 2 CaO SiO2 C2S Belita Aluminato tri-clcico 3 CaO Al2O3 C3A Aluminato Ferro-aluminato tetraclcico 4 CaO Al2O3 Fe2O3 C4AF Ferrita O processo de formao do clnquer pode ser dividido em quatro etapas: Secagem e pr-aquecimento (20-900C): liberao de gua livre e combinada. Calcinao (600-900C): liberao de CO2: reaes iniciais com formao de minerais do clnquer e fases intermedirias. Sinterizao ou clinquerizao (1250-1450C): formao de silicatos de clcio e fase lquida. Resfriamento interno do forno (1350-1200C): cristalizao do aluminato de clcio e ferro-aluminato de clcio. Os minerais que em menor parte so constituintes do clnquer do cimento incluem xido de clcio no combinado (cal livre) e xido de magnsio, assim como sulfatos alcalinos. Os elementos qumicos adicionais presentes nas matriasprimas, como mangans, fsforo, titnio ou metais pesados, so em geral incorporados principalmente na estrutura mineral das principais fases do clnquer. As propriedades do clnquer (e, portanto, do cimento produzido a partir dele) so principalmente determinadas pela sua composio mineral e sua estrutura. Alguns elementos nas matrias-primas, como lcalis, enxofre e cloretos, so volatizados nas altas temperaturas no sistema do forno, resultando em um ciclo interno permanente de vaporizao e condensao (elementos circulantes). Grande parte desses elementos permanecer no sistema do forno e finalmente sair com o clnquer. Uma pequena parte ser levada pelos gases de exausto do forno e sero principalmente precipitados com as partculas no sistema de despoeiramento.


Quando h excesso de elementos volteis, a instalao de um by-pass no praquecedor torna-se necessria, a fim de que parte da carga de p dos gases de exausto do forno rotativo seja extrada do sistema. A poeira de ambos, filtro e bypass, pode ser reciclada total ou parcialmente no processo de fabricao de cimento.

2.2.2 COMPONENTES DA MISTURA CRUAUma mistura crua bem elaborada na fabricao do clnquer normalmente consiste em calcrios ricos em clcio, i.e., > 75% de carbonatos (calcrio, greda,6 mrmore, marga calcria), componentes argilosos ricos em alumnio, silcio e ferro (marga argilosa, folhelho, argila) e componentes corretivos especificamente ricos em um dos quatro elementos principais (bauxita, minrio de ferro, areia, pedra calcria de teor elevado, etc.). Os corretivos so utilizados em pequenas quantidades apenas para ajustar a composio qumica da mistura crua para a meta de qualidade exigida. Dependendo da disponibilidade e composio qumica, os componentes principais e corretivos da mistura crua tambm provm de fontes (no fsseis) industriais (matrias-primas alternativas). Exemplos disso so as cinzas volantes de carvo de centrais eltricas, escria de alto forno, fundio, areia, lodos de depurao, lamas de cal, catalisadores FCC de refinarias de petrleo e muitos outros. A elaborao de uma mistura crua apropriada baseia-se na situao das matrias-primas disponveis, no desenho e exigncias do processo, nas especificaes do produto e nas consideraes de ordem ambiental. Uma mistura crua bem preparada, com adequada granulometria e composio qumica constante essencial para a boa qualidade do produto e para uma operao uniforme do forno. A homogeneidade e uniformidade da composio da mistura crua tm de ser cuidadosa e permanentemente controladas por meio de amostragem e anlises qumicas adequadas.

2.2.3 COMBUSTVEISOs principais combustveis fsseis (combustveis primrios) na indstria de cimento so carvo, coque de petrleo, leo combustvel e em menor quantidade o gs natural. Os combustveis alternativos no fsseis derivados de fontes industriais como pneus, resduos de leo, plsticos, solventes e muitos outros so comumente utilizados hoje como combustveis substitutos. Os componentes qumicos das cinzas dos combustveis slidos se combinam com as matrias-primas e so totalmente incorporados ao clnquer produzido. Assim, a composio qumica das cinzas tem de ser considerada no desenho da mistura crua. Da mesma forma que os elementos principais, os metais que por ventura sejam introduzidos com os combustveis lquidos ou slidos tambm sero incorpo-

6. NT: Greda ou cr um tipo de calcrio branco, muito macio e poroso, composto essencialmente de calcita e amplamente utilizado para a produo de giz para escrita.


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rados em grande parte na estrutura do clnquer. As excees so metais que so parcial ou totalmente volatilizados no sistema do forno, como mercrio, tlio ou cdmio. Esses elementos sero capturados na poeira do forno (filtro) ou at certo ponto escaparo pelas emisses da chamin (mercrio) se no forem tomadas as medidas apropriadas.

2.2.4 CONSTITUINTES DO CIMENTOO cimento Portland produzido por moagem conjunta do clnquer com uma pequena porcentagem de gesso natural ou industrial, ou anidrita (sulfato de clcio), a qual age como um agente regulador da pega do cimento. Em muitos pases europeus, a adio de at 5% de constituintes menores como a farinha crua, calcrio ou poeira de filtro permitida. Em cimentos com adies (ou compostos), parte do cimento consiste em adies minerais provenientes de fontes naturais ou industriais. Essas adies minerais podem ter propriedades hidrulicas (escria granulada de alto-forno), pozolnica (rochas vulcnicas, cinzas volantes de carvo, microsslica, argila calcinada) ou de preenchimento (filler calcrio7). A composio dos cimentos compostos especificada nas normas nacionais de cimento. As normas geralmente incluem tambm especificaes de qualidade para cada uma das adies minerais utilizadas.

2.3 AS QUATRO PRINCIPAIS ROTAS DO PROCESSOHistoricamente, o desenvolvimento do processo de fabricao do clnquer foi caracterizado pela mudana do processo via mida para o processo via seca, com os passos intermedirios sendo os processos semimidos e semissecos. Os primeiros fornos rotativos introduzidos por volta de 1895 eram longos fornos via mida. Os fornos via mida permitiram maior facilidade de manuseio e homogeneizao das matrias-primas, especialmente nos casos em que as matrias-primas esto molhadas e pegajosas ou apresentam grandes variaes na composio qumica dos componentes individuais da mistura crua. No entanto, com a tecnologia moderna mais avanada possvel preparar uma farinha crua homognea usando o processo via seca, i.e., sem adies de gua para preparar uma pasta crua. A principal vantagem do moderno processo seco comparado com o sistema mido tradicional o consumo muito inferior de combustvel e, portanto, o menor custo associado. Hoje, a escolha por um processo mido s vivel num campo muito especfico de matrias-primas e de condies de processos.

7. NT: O termo filler calcrio comumente utilizado para designar a adio de p de rocha calcria ao cimento ou ao concreto.


Os quatro diferentes processos bsicos podem ser brevemente caracterizados da seguinte forma: Processo via seca: a farinha crua seca alimentada em um pr-aquecedor de ciclones, ou pr-calcinador, ou, em alguns casos, em um forno longo com pr-aquecedor interno de correntes. Processo semisseco: a farinha crua seca pelletizada com gua e alimentada em um pr-aquecedor de grade mvel antes de ser alimentada no forno rotativo ou, em alguns casos, em um forno longo constitudo de praquecedores transversais internos. Processo semimido: parte da gua da pasta crua retirada em filtros prensa. A torta do filtro resultante , ou extrudada em pellets e alimentada no pr-aquecedor de grade mvel, ou alimentada diretamente em um secador de torta de filtros para a produo de farinha crua (seca) antes de entrar no pr-aquecedor/pr-calcinador do forno. Processo mido: a pasta crua alimentada diretamente em um forno longo rotativo equipado com um sistema interno de secagem/pr-aquecimento (processo mido convencional) ou em um secador de pasta antes do praquecedor/pr-calcinador do forno (processo mido moderno).

2.4 CARACTERSTICAS TECNOLGICAS DO PROCESSO DE PRODUO DO CLNQUERTodos os processos tm em comum o fato de a alimentao do forno ser primeiro seca, em seguida calcinada pela dissociao do dixido de carbono (CO2) do CaCO3 no material de alimentao e, finalmente, sinterizada para formar o clnquer a temperaturas entre 1400 e 1450C. Durante esse processo o material alimentado perde cerca de um tero da sua massa seca original. O clnquer quente refrigerado por ar para 100 a 200C no resfriador de clnquer. O ar aquecido usado como ar de combusto secundrio no forno.

2.4.1 O PROCESSO VIA SECAPara fornos de processos via seca e semisseca, a farinha crua preparada por meio da secagem e triturao dos componentes da matria-prima em moinhos de bola ou moinhos verticais, utilizando os gases quentes da exausto do forno ou ar mais frio de exausto para a secagem. Antes de ser alimentada no forno, a farinha homogeneizada e/ou misturada em batelada ou em sistemas de silos de homogeneizao de operao contnua. Nos fornos com pr-aquecedores em suspenso, a farinha alimentada no topo de uma srie de ciclones passando rumo aos ciclones inferiores em etapas, em contracorrente com os fluxos de gases quentes de exausto do forno rotativo,


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proporcionando assim contato direto e troca eficiente de calor entre as partculas slidas e o gs quente. Os ciclones servem de separadores entre slidos e gs. Antes de entrar no forno rotativo, a farinha aquecida a uma temperatura entre 810 e 830C onde cerca de 30% da calcinao (ou seja, a liberao de CO2 dos carbonatos) j est concluda. Os gases de exausto deixam o pr-aquecedor a uma temperatura de 300 a 360C e so posteriormente utilizados para a secagem de matrias-primas no moinho de cru. Os pr-aquecedores de 4 estgios so suscetveis a entupimentos da torre de ciclones e acmulos causados por excesso de entrada de alguns elementos como enxofre, cloretos ou lcalis, que so facilmente volatilizados no forno. Essas entradas devem ser cuidadosamente controladas. Alimentaes excessivas desses componentes podem exigir a instalao de um sistema que permita que parte dos gases do forno rotativo evite o pr-aquecedor e siga direto para os equipamentos de condicionamento e tratamento dos gases (sistema de by-pass). Assim, parte dos compostos volteis extrada junto com o gs. Um sistema de by-pass extrai parte (geralmente de 5 a 15%) dos gases do forno a partir de uma tubulao a montante entre o forno e o pr-aquecedor. Esse gs tem uma carga elevada de poeira. Ele resfriado com ar, os compostos volteis so condensados para particulados e o gs em seguida passa para um filtro de reteno do material particulado. Os modernos fornos pr-aquecedores de suspenso normalmente tm 4 estgios de ciclones com uma capacidade mxima limitada de cerca de 4000 toneladas por dia (t/d). Em alguns casos, pr-aquecedores de ciclone de 2 fases ou pr-aquecedores de 1 fase apoiados por um sistema de permutadores de calor de correntes internas ainda esto em operao. Considervel aumento da capacidade pode ser obtido em fornos com prcalcinadores, um segundo dispositivo de combusto entre o forno rotativo e o praquecedor. No pr-calcinador, at 60% do combustvel total do sistema do forno pode ser queimado. Com uma temperatura de sada de cerca de 880C, a farinha quente atinge um nvel de calcinao de cerca de 90% quando entra no forno rotativo. Os sistemas de forno com pr-aquecedores de ciclone com 5 a 6 estgios e prcalcinadores so considerados padro tecnolgico para as novas instalaes atualmente, j que o estgio extra melhora a eficincia trmica do processo. Em alguns casos, a farinha alimentada diretamente em um longo forno via seca sem pr-aquecedor externo. Um sistema de correntes na parte de entrada do forno rotativo permite a troca de calor entre os gases de combusto quentes da zona quente do forno e o material alimentado ao forno. Os fornos secos longos tm alto consumo de calor e alta circulao de poeira, o que exige a adoo de ciclones de despoeiramento em separado do forno.

16 FORMAO E EMISSO DE POPS PELA INDSTRIA DE CIMENTOCaixas de alimentao Estao de amostragem

Mina Exaustor do despoeirador

Britadores

Estoque de matrias-primas e pr-mistura

Materiais corretivos Precipitador eletrosttico

Silo de homogeneizao e estocagem Carvo Farinha crua

Resfriador ar-para-ar

Moinho de carvo

gua

Forno rotativo Compostos Resfriador Gesso minerais de clnquer Estoque de clnquer Moinho de cimento

Ciclone Torre de praquecedor condicionamento Filtro Expedio Mquina de a granel embalagem Silo de Silo de cimento cimento

Moinho de cru Paletizao de sacos

Figura 3 Produo de cimento pelo processo via seca (CEMBUREAU, 1999).

2.4.2 O PROCESSO VIA SEMISSECANo processo semisseco, a farinha crua e seca pelletizada com 10 a 12% de gua em uma mesa inclinada rotativa (disco de granulagem) e alimentada em um pr-aquecedor de grade com movimentao horizontal em frente ao forno giratrio (sistema Lepol). O material pelletizado seco, pr-aquecido e parcialmente calcinado numa grade mvel de duas cmaras utilizando os gases quentes que saem do forno. Maior grau de calcinao pode ser alcanado queimando parte do combustvel na cmara quente do pr-aquecedor de grade. Os gases quentes da exausto do forno passam por uma camada de pellets praquecidos na cmara quente. Depois do despoeiramento intermedirio nos ciclones, os gases so conduzidos mais uma vez atravs de uma camada de pellets midos na cmara de secagem. Como grande parte do p residual precipitada sobre a camada de pellets midos, a carga de poeira total dos gases de exausto da sada do praquecedor baixa. Um inconveniente do processo semisseco que os gases de exausto do forno no podem ser aproveitados nos sistemas de secagem e triturao da farinha em virtude da baixa temperatura. Os custos de manuteno dos pr-aquecedores de grade so altos. Instalaes modernas raramente utilizam o processo semisseco.

CAP. 2 O PROCESSO DE PRODUO DO CIMENTOCaixas de alimentao

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Mina

Britadores

Estoque de matrias-primas


Carvo

Moinho de carvo

Grelha de carregamento do pr-aquecedor

gua

Disco de granulao

Silo de homogeneizao e estocagem Matria prima


Moinho de cru Filtro Expedio Mquina de a granel embalagem Silo de Silo de cimento cimento Paletizao Gerador de sacos de gs quente

Figura 4 Produo de cimento pelo processo semisseco (CEMBUREAU, 1999).

2.4.3 O PROCESSO VIA SEMIMIDANo processo semimido a pasta crua passa por filtros prensa onde perde parte da gua. Tipicamente, cmaras modernas de sistemas de filtrao produzem tortas de filtro com um teor residual de umidade de 16 a 21%. No passado, as tortas de filtro foram posteriormente tratadas em extrusores para formar pellets que foram depois alimentados nos fornos pr-aquecedores de grade com trs cmaras. Com o advento das fbricas de cimento modernas, a filtragem da pasta passou a ser aplicada somente onde a matria-prima naturalmente tem um grau natural de umidade alto, como em certos tipos de calcrio. A torta de filtro proveniente do filtro prensa mantida em pilhas de armazenamento intermedirio antes de ser introduzida nos trituradores aquecidos ou secadores, onde uma farinha crua seca produzida para alimentar um moderno forno com pr-aquecimento ou pr-calcinao. Uma vez que os secadores/trituradores operam continuamente, em paralelo com o forno (operao composta), esses sistemas tm uma recuperao de energia muito boa por meio da total utilizao dos gases de exausto do forno e do ar de exausto mais frio.

18 FORMAO E EMISSO DE POPS PELA INDSTRIA DE CIMENTOCaixas de alimentao Moinho gua de pasta Extrao de cr Extrao de argila Materiais corretivos Precipitador eletrosttico

Carvo

Filtro prensa

Moinho de carvo Gerador de gs quente Compressor de ar


Tanque de pasta Filtro Expedio Mquina de a granel embalagem Silo de Silo de cimento cimento Paletizao de sacos

Figura 5 Produo de cimento pelo processo semimido (CEMBUREAU, 1999).

2.4.4 O PROCESSO VIA MIDAOs fornos convencionais via mida so os mais velhos fornos rotativos de produo de clnquer. A alimentao mida do forno (pasta crua) contm geralmente de 28 a 43% de gua que adicionada ao moinho de cru (tanques de pasta, moinhos de lavagem e/ou moinhos tubulares). A mistura e homogeneizao em batelada so obtidas em silos especiais da pasta ou em bacias de pasta, onde introduzido ar comprimido e a pasta agitada continuamente. A pasta bombeada para o forno rotativo onde a gua deve ser evaporada na zona de secagem na entrada do forno. Na zona de secagem do forno so instaladas correntes entrelaadas para facilitar a troca de calor entre a alimentao do forno e os gases de combusto. Depois de ter passado a zona de secagem, a farinha continua se deslocando no interior do forno para ser calcinada e queimada at a obteno do clnquer na zona de sinterizao. A tecnologia convencional de fornos midos consome muito calor e produz grandes volumes de gases de combusto e vapor de gua. Os fornos rotativos midos podem alcanar um comprimento total de at 240 m, enquanto os pequenos fornos secos tm entre 55 e 65 m (sem a seo de pr-aquecimento) de comprimento. Em sistemas modernos de fornos midos, a pasta crua inserida no secador de pasta, onde a gua evaporada antes de a pasta crua seca entrar no ciclone do forno com pr-aquecedor/pr-calcinador. Os sistemas modernos de fornos midos consomem muito menos calor especfico se comparados com os fornos midos convencionais.

CAP. 2 O PROCESSO DE PRODUO DO CIMENTOCaixas de alimentao

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Mina Exaustor do despoeirador

Britadores

Estoque de matrias-primas


Carvo

Moinho de carvo

Gerador de gs quente

Moinho de pasta

gua


Tanque de pasta Filtro Expedio Mquina de a granel embalagem Silo de Silo de cimento cimento Paletizao de sacos

Figura 6 Produo de cimento pelo processo mido (CEMBUREAU, 1999).

2.4.5 FORNOS VERTICAISFornos verticais consistem em um cilindro vertical com revestimento refratrio, de 2 a 3 m de dimetro e 8 a 10 m de altura. Eles so alimentados pelo topo com farinha em pellets e gros finos de carvo ou coque. O material que est sendo queimado atravessa uma curta zona de sinterizao, localizada na parte superior e ligeiramente alargada do forno. O material ento resfriado pelo ar de combusto injetado no fundo e sai pela extremidade mais baixa do forno em uma grade de descarga sob a forma de clnquer. Os fornos verticais produzem menos de 300 toneladas/dia de clnquer. Somente so economicamente viveis para plantas pequenas, assim, a quantidade desse tipo de equipamento tem diminudo.

2.4.6 CARACTERSTICAS OPERACIONAIS RESUMOUm resumo das caractersticas operacionais das quatro principais rotas do processo dado na figura a seguir.

Seco

Semi-seco

Semi-mido

mido

Tipo de Processo Tipo de forno Lepol = forno com pr-aquecedor com grelha de transporte SP = forno com torre de ciclones como pr-aquecedor + pr-calcinador PC = forno torre de ciclones como pr-aquecedor SP com 4 estgios PC com 4 a 6 estgios Longo Lepol Lepol (3 cmaras) PC e SP de 3 e 4 estgios com secador

Longo SP com 1 estgio SP com 2 estgios

Longo

PC de dois estgios com secador

Alimentao Contedo de umidade(%) Pr-aquecedor ciclone 2000 - 10000 3,0 - 3,2 1,7 - 1,8 4-5 200 60 - 60 100 6 - 10 1,9 - 2,1 3,5 - 3,9 3,2 - 3,6 3,6 - 4,5 3,4 - 4,0 12 - 14 100 55 - 65

matria-prima seca 0,5 - 1,0 Cadeias e prPr-aquecedor aquecedore ciclone ciclone 300 - 2800 300 - 4000 3,1 - 3,5 1,8 - 2,0 / 2,2 - 2,4* 1,8 - 1,9/ 2,1 - 2,2* 8 - 9 / 9 - 11* 150/100* 45 - 65 150/100* 8 - 9 / 9 - 11*

Matria prima paletizada 10 - 12 Pr-aquecedor de Cruzes grade de viagem 300 - 1500 300 - 2000

Torta de filtro 16 - 21 Pr-aquecedor de Pr-aquecedor grade de viagem ciclone 300 - 3000 2000 - 5000 3,4 - 3,6 2,1 - 2,3 8 - 10 120 - 150

Lama 28-43 Pr-aquecedor Correntes ciclone e barreiras 300 - 3600 2000 - 5000 5,0 - 7,5 2,2 - 3,2 4-5 180 - 220 70 - 80 4,5 - 5,0 2,1 - 2,3 5-5 120 - 150

Caractersticas do forno

3,6 - 4,5

1,7 - 2,0

Equipamentos de troca de calor Capacidade do forno [t/d] Consumo especfico de energia trmica [GJ/t] Vazo especfica de gs na chamin [Nm/kg clnquer]] Contedo de O2 na chamin [%vol.]

4-5

Caractersticas do gs de exausto


Temperatura na entrada do filtro (com filtro eletrosttico EP)[C] Ponto de orvalho [C]

150

* Operao direta / operao composta.

Figura 7 Caractersticas operacionais dos processos do forno (CEMBUREAU, 1999).


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2.5 GASES DE EXAUSTO DO FORNOEm todos os sistemas do forno, os gases de exausto passam finalmente atravs de um equipamento de controle de poluio do ar para a separao da poeira antes de serem liberados atmosfera pelas chamins. Hoje, dois tipos de coletores de material particulado so de uso geral na indstria de cimento: os precipitadores eletrostticos e os filtros de manga. Eletrodo de descarga Coroa de gerao Fluxo de gs

+ Coletor de partcula a q Viscosidade

SO2 O2

Eltrica F = qE

H2O

Molculas de gs eletronegativadas

F = 6 av mdv Inrcia = dt Partcula mg de poeira Gravitacional

Camada de poeira

Poeira removida

Batedor

HT retificador

Figura 8 Princpio do precipitador eletrosttico.

Os filtros de manga tm sido usados na indstria de cimento desde bem antes do desenvolvimento do precipitador eletrosttico. Os filtros de manga empregam um sistema de filtros de tecido que separa as partculas de poeira dos gases de exausto. As partculas de poeira so capturadas na superfcie da tela quando o gs passa pelo tecido do filtro. Dois tipos principais de filtro de manga so utilizados: o filtro de ar reverso e o filtro de jato pulsante, que se diferenciam no procedimento de limpeza das mangas. O desempenho do filtro manga no suscetvel aos distrbios do processo ou aos picos de CO. Os precipitadores eletrostticos usam foras eletrostticas para separar o material particulado do gs de exausto. Por meio de eletrodos de descarga, as partculas de poeira so negativamente carregadas e podem ser separadas nos eletrodos de coleta correspondentes. As partculas so ento descarregadas dos eletrodos de coleta para as tremonhas por meio de batidas nos coletores. Ao contrrio dos filtros de manga, o desenho dos precipitadores eletrostticos (PEs) permite o recolhimento seletivo de partculas grossas e finas. Os PEs so suscetveis a


alteraes do processo como picos de CO. A eficincia do despoeiramento pode ser aumentada utilizando-se mais de um campo eltrico operando em srie. Com eficincia de despoeiramento de at 99,99% nos dispositivos modernos de controle, possvel alcanar um nvel de emisso de material particulado na chamin abaixo de 20 mg por metro cbico de gs. No processo seco, os gases de exausto do forno tm temperaturas relativamente altas e baixa umidade. Por isso, eles podem ser utilizados para secagem da matria-prima no moinho de cru quando este estiver em operao. Durante a operao direta (com o moinho de cru desligado), os gases quentes de exausto tm de ser resfriados por meio de injeo de gua em uma torre de acondicionamento para alcanar uma temperatura apropriada ao coletor de partculas. Com esse procedimento o volume do gs reduzido e tambm as caractersticas da precipitao do p nos sistemas de filtro so melhoradas. As partculas coletadas nos dispositivos do filtro podem ser inseridas novamente no processo, seja reintroduzindo-as no sistema de preparo de matrias-primas (processo seco) por insuflaes na zona de sinterizao (fornos midos) ou ainda alimentando-as no moinho de cimento (onde permitido pelas normas de produo de cimento). Em alguns casos em que o nvel de elementos alcalinos limitado no clnquer (clnquer pouco alcalino), nem todas as partculas do forno podem retornar ao sistema. Enquanto um precipitador eletrosttico permite que a parte mais alcalina dos particulados possa ser separada e rejeitada, tal separao no pode ser alcanada com o filtro de mangas, o que leva rejeio de todo o material particulado. As outras fontes principais de material particulado do processo de fabricao do cimento que exigem o despoeiramento so o resfriador de clnquer, o moinho de cru e os moinhos de cimento. Em virtude de sua baixa temperatura, o ar de exausto dos moinhos de cimento no necessita de resfriamento. Dependendo da etapa do processo da qual extrada, a composio qumica e mineralgica do particulado corresponde, respectivamente, quela da farinha, do clnquer, do cimento ou de seus produtos intermedirios.

2.6 RESFRIADORES DE CLNQUERO clnquer deixa o forno rotativo a uma temperatura de aproximadamente 1200 a 1250C e deve ser resfriado rapidamente para permitir seu transporte e manuseio. Este processo tambm permite a recuperao de calor do clnquer de volta ao forno pelo pr-aquecimento do ar utilizado para a combusto no queimador principal e em qualquer queima secundria. Alm disso, um resfriamento rpido impede reaes qumicas indesejadas no clnquer, que poderiam afetar negativamente a qualidade e a moabilidade do clnquer. Trs tipos principais de resfriadores de clnquer so usados:


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resfriadores rotativos (tubos); resfriadores planetrios do tipo satlite; resfriadores de grelha. Os resfriadores tubulares colocados debaixo da sada do forno fazem uso do mesmo principio que o forno rotativo para a queima de clnquer, mas para uma troca de calor inversa com o ar de resfriamento conduzido atravs do tubo em fluxo em contracorrente ao clnquer quente. Esse tipo de resfriador raramente utilizado na indstria de cimento nos dias atuais. Nos resfriadores planetrios ou do tipo satlite, 9 a 11 tubos so arranjados perifericamente na extremidade da descarga do forno rotativo. O clnquer quente entra nos tubos atravs dos prticos de entrada e os atravessa em contracorrente ao ar de resfriamento. Em decorrncia de seu desenho, os resfriadores do tipo satlites so suscetveis a um desgaste comparativamente elevado e a efeitos de choque trmico, e de forma similar aos resfriadores tubulares as temperaturas de sada do clnquer podem ser ainda elevadas sem um resfriamento adicional com injeo de gua. Os resfriadores do tipo satlite no so adequados para uso em fornos com pr-calcinadores, uma vez que o ar de exausto no pode ser extrado para combusto na queima secundria. Os resfriadores de grelha so os mais usados nas instalaes modernas. O resfriamento realizado pelo fluxo forado de ar soprado atravs de uma camada de clnquer que se movimenta lentamente sobre uma grelha de chapas perfuradas cujo movimento cclico responsvel pelo deslocamento do clnquer. A zona total de resfriamento inclui uma zona de recuperao e uma zona de ps-resfriamento. Da zona de recuperao, o ar pr-aquecido recuperado para a combusto do combustvel do queimador principal (ar secundrio) e do combustvel do prcalcinador (ar tercirio). O ar quente que sai da zona de ps-resfriamento pode ser utilizado para secar matrias-primas ou carvo. Resfriadores de grelha proporcionam o sistema de recuperao de calor de maior eficincia e maior flexibilidade para os fornos modernos de processo via seca.

2.7 PREPARAO DE COMBUSTVEISA natureza fsica dos combustveis utilizados em uma fbrica de cimento slidos, lquidos ou gasosos determina o desenho dos sistemas de armazenamento, preparo e queima tanto para os combustveis fsseis convencionais quanto para os combustveis alternativos de fontes industriais. A principal entrada de combustvel deve ser realizada de forma que permita medies de alimentao uniformes e confiveis, assim como uma combusto fcil e completa. Este geralmente o caso com todos os combustveis pulverizados, lquidos e gasosos. Uma entrada limitada (de at 35%) pode ser realizada tambm pela adio de materiais grosseiros em pontos especficos da alimentao.


O carvo e o coque de petrleo so modos a uma granulometria similar da farinha em moinhos de carvo (moinhos tubulares, moinhos de rolo vertical ou moinhos de impacto). Por razes de se

formacao_e_emissao_de_pops_pela_industria_de_cimento

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