prof a dr a maristela gomes da silva diretora do centro tecnológico/ufes coordenadora do nexes...

Profa Dra Maristela Gomes da SilvaDiretora do Centro Tecnológico/UFES

Coordenadora do NEXES

Aspectos técnicos e Aspectos técnicos e ambientais do uso de escória ambientais do uso de escória

de aciariade aciaria

Escória de aciaria: informaçõesEscória de aciaria: informações

• 100 – 150kg /ton de aço;100 – 150kg /ton de aço;

• geração anual: 3, 7 milhões ton/ano;geração anual: 3, 7 milhões ton/ano;

• no Brasil: 80% escória de aciaria LD;no Brasil: 80% escória de aciaria LD;

• 44% utilizada em base e sub-base;44% utilizada em base e sub-base;

• 56% é estocada (passivo): 2 milhões 56% é estocada (passivo): 2 milhões ton/ano.ton/ano.

Transformação de resíduos em produtos ?

Pesquisa, normalização, transferênciaPesquisa, normalização, transferência!

Aplicações da escória de aciaria na Europa

80% das escórias recicladas na CC80% das escórias recicladas na CC!

Composição química da escória de Composição química da escória de aciariaaciaria

Autor CaO SiO2 Al2O3 MgO MnO P2O5 S Fe total

1 MURPHY et al,1997 35 18 3,6 11,5 6,5 - - -

2 MOTZ & GEISELER, 2001 45 - 55 12 – 18 < 3 < 3 < 5 < 2 - 18

3 MOTZ & GEISELER, 2001 42 - 50 12 – 15 < 3 5 - 8 < 5 < 2 - 15 – 20

4 GEISELER, 1999 48 - 54 11 - 18 1 - 4 1 - 4 1 - 4 14 - 19

5 NSA, s.d. 42 15 5 8 5 0,8 0,08 24

6GEORGE & SORRENTINO, 1980

47 13 1 6 5 2 < 0,1 25

7 FILEV, 2002 44,3 13,8 1,5 6,4 5,3 - 0,07 17,5

8 LITTLE & SETEPLA, 1999 36 - 46 11 - 15,5 0,8 - 4 5,5 - 12,5 - - - 14 - 22

Brasil 35-47 11-18 1-2,5 5-13 3-7 1-3 0,0714-28

Impactos ambientais associados Impactos ambientais associados ao uso da escória de aciariaao uso da escória de aciaria

• Utilização e/ou disposição incorretaUtilização e/ou disposição incorreta;;

• Características químicas;Características químicas;

• pH alcalino (11-12; lixiviado natural é 11)pH alcalino (11-12; lixiviado natural é 11);;

• presença de óxidos básicos e metais pesados presença de óxidos básicos e metais pesados (alumínio, dureza, fenol e fluoretos, Classe II);(alumínio, dureza, fenol e fluoretos, Classe II);

• características físicas e granulometria (não há características físicas e granulometria (não há risco de silicose, não há problema com o risco de silicose, não há problema com o manganês).manganês).

Algumas especificações para uso da Algumas especificações para uso da escória de aciariaescória de aciaria

Parâmetros Limites Norma

menor ou igual a 25% DNER-EM 262/94

menor ou igual a 40% DNER-ES 303/97

Composição granulométrica

40% até 1/2" e 60% de 1/2" a 2" DNER-EM 262/94

Absorção de água 1% a 2% DNER-EM 262/94

Massa específica agregado graúdo aparente seca

3 a 3,5g/cm3 DNER-EM 262/94

Massa unitária estado solto 1,5 a 1,7kg/dm3 DNER-EM 262/94

Durabilidade ao sulfato de sódio (ASTMC88-76)

0 a 5% DNER-EM 262/94

Los Angeles

DNER-EM 262/94 - Escórias de aciaria para pavimentos rodoviáriosDNER-ES 303/97 - Base estabilizada granulometricamente

A expansão deve ser < 3%A expansão deve ser < 3%(DNER-PRO 263/94 e EM 262/94(DNER-PRO 263/94 e EM 262/94 ) )

!

ExpansibilidadeExpansibilidade

• CaO e o MgO (livres) - compostos CaO e o MgO (livres) - compostos volumetricamente instáveis mais volumetricamente instáveis mais importantesimportantes

• FeOFeO

• CC22SS

CaOCaO• Ca(OH)Ca(OH)22: aumento de volume da ordem de : aumento de volume da ordem de

99%;99%;

• CaO não-combinado ouCaO não-combinado ou livre ou reativolivre ou reativo: : maior problema;maior problema;

MgOMgO• Origem na adição de dolomita para a proteção do Origem na adição de dolomita para a proteção do

revestimento refratário do convertedorrevestimento refratário do convertedor

• 3 fases diferentes:3 fases diferentes:

– problema: não-combinado ou problema: não-combinado ou livre ou reativolivre ou reativo (periclásio);(periclásio);

• MgO + HMgO + H22O O Mg(OH) Mg(OH)22 (Brucita) - reação em (Brucita) - reação em

idades maiores que o CaO; aumento de idades maiores que o CaO; aumento de

volume>119%.volume>119%.

Ferro metálicoFerro metálico

• Ferro total – 15% a 20% da comp. Ferro total – 15% a 20% da comp. Química.Química.

• Expansão com efeito global menor que o Expansão com efeito global menor que o MgO e CaOMgO e CaO

CC22SS

• Expansão por transformação alotrópica Expansão por transformação alotrópica entre as fases entre as fases , , ’, ’, e e , , sem grandes sem grandes alterações de volumealterações de volume

Avaliação da expansibilidade ao longo do Avaliação da expansibilidade ao longo do tempotempo

Descrição dos ensaios de expansibilidade

JIS A 5015/92 Os cp's são submersos em água e sujeitos a ciclos de aquecimentos diários de 6h a 80ºC por 10 dias. A expansão é estimada com base no aumento vertical. A tolerância é de

2%.PTM 130(Adaptado pelo DER-MG)

Os cp's são submersos em água a 70ºC e a sua expansão vertical é acompanhada por sete dias, quando os cp's são

retidados da água e colocados em estufa, também a 70ºC, e faz-se também o acompanhamento por mais 7 dias. A

tolerância estipulada é de 3%Steam Test Faz-se a compactação de uma fração de escória de 0 a

22mm, em seguida o material é submetido a um vapor que percola a amostra compactada. A expansão é determinada

pelo aumento vertical.

Ensaios Descrição

Avaliação da expansibilidade ao longo Avaliação da expansibilidade ao longo do tempodo tempo

• Equipamento dos ensaios JIS A 5015/92 e PTM Equipamento dos ensaios JIS A 5015/92 e PTM 130130

Ensaios de expansibilidadeEnsaios de expansibilidade

• Ensaios adaptados do ASTM D 698 Ensaios adaptados do ASTM D 698 (CBR)(CBR)

– ASTM D 4792/95 (ASTM D 4792/95 (Potential Expansion of Potential Expansion of Aggregates from Hydration ReactionsAggregates from Hydration Reactions ) )

– JIS A 5015JIS A 5015

– PTM 130/78 e pelo DMA-1/DER-MG/92 PTM 130/78 e pelo DMA-1/DER-MG/92

CRÍTICAS A ESTES ENSAIOS:LentoDifícil execuçãoGrande dispersão de resultadosA compactação ocorre na umidade ótima: não tem efeito significativo sobre os resultadosEfeitos da sobrecarga, do confinamento do material e do tamanho dos corpos-de-prova podem também levar a diferentes resultadosnão controle de: coeficiente de Poisson, o módulo de deformação, o estado inicial de tensões, a rigidez inicial, a estrutura e as condições de drenagem do solo.


• Ensaio de AutoclaveEnsaio de Autoclave– Condições irreais?Condições irreais?

– Muito agressivo?Muito agressivo?

• O Steam testO Steam test

Avaliação da expansibilidadeAvaliação da expansibilidade• Equipamento do Equipamento do Steam TestSteam Test


• Outros ensaiosOutros ensaios

– Le ChatelierLe Chatelier• Inconclusivo?Inconclusivo?

– AutoclaveAutoclave• Resultados exageradosResultados exagerados

– Etileno GlicolEtileno Glicol• IneficazIneficaz

– ASTM 1260 C/01 / ASTM 1293/2001ASTM 1260 C/01 / ASTM 1293/2001

Tratamentos para redução de Tratamentos para redução de expansibilidadeexpansibilidade

• Alterações no processo de escorificaçãoAlterações no processo de escorificação– Redução da granulometria da Cal – maior Redução da granulometria da Cal – maior

dissolução e completa reação do CaOdissolução e completa reação do CaO

– CAMFlux – alteração no teor de CaO finalCAMFlux – alteração no teor de CaO final


• Tratamentos no estado líquidoTratamentos no estado líquido– Adição de sílica e oxigênioAdição de sílica e oxigênio

• 2CaO2CaO(LIVRE)(LIVRE) + SiO + SiO22 Ca Ca22SiOSiO44

• 2FeO+ ½ O2FeO+ ½ O22 2 Fe 2 Fe22OO33 + energia + energia

• 2CaO2CaO(LIVRE)(LIVRE) + Fe + Fe22OO33 2CaO x Fe 2CaO x Fe22OO33

– Granulação a seco ou a úmidoGranulação a seco ou a úmido• Atividade hidráulica por resfriamento rápidoAtividade hidráulica por resfriamento rápido

• Expansão muito pequenaExpansão muito pequena


• Tratamentos no estado sólidoTratamentos no estado sólido– Wheathering – “cura” ao tempo (???)Wheathering – “cura” ao tempo (???)

– Cura a vaporCura a vapor• Open yardOpen yard

• Processo SKAPProcesso SKAP

Tratamentos da escória de aciariaTratamentos da escória de aciaria

Tratamentos na escória de aciaria líquida

Tratamento DescriçãoMomento de

AtuaçãoPontos Fortes Pontos Fracos Eficácia

Aumento da dissolução dos fundentes

Redução da granulometria da cal/dolomita

Antes da geração

Baixo Custo ND ND

Alteração do agente escorificante

Utilização de um material sintético como fundente

Antes da geração

Aumenta também a atividade hidráulica

Não altera o teor de MgO livre

Baixa

Adição de sílica e oxigênio

Adição de sílica e oxigênio à escória líquida com uma fonte

de calor

Após a geração a geração com

a escória líquida

Redução dos teores de CaO e MgO livres para abaixo de 1%

Alto custo Média

Granulação com águaResfriamento brusco com

água

Após a geração com escória

líquida

Aumenta também a atividade

hidráulica da escória

Alteração na granulometria; É

preciso secagem; Problemas ambientais

Alta

Granulação a seco Resfriamento brusco a secoApós a geração com escória no estado líquido

Aumenta também a atividade

hidráulica; Mais simples que a

granulação com água

Alteração da granulometria

Alta

Tratamentos da escória de aciariaTratamentos da escória de aciaria

Tratamentos na escória de aciaria sólida

Tratamento DescriçãoMomento de

AtuaçãoPontos Fortes Pontos Fracos Eficácia

Cura ao tempo (weathering )

(ACERITA - caso particular)

Exposição ao tempo – ocasionalmente com

molhagem


sólida

Baixo custo e simplicidade

Demorado; Falta de definição

metodológica; Heterogeneid.

Variável

Cura a vapor sob pressão atmosférica

(open yard )Injeção de vapor à escória


sólida

Redução considerável dos teores de CaO e

MgO livres

Alto custo, principalmente se não

há rede de vapor disponível

Alta

Cura a vapor sob pressão (SKAP )

Injeção de vapor à escória em autoclave

Após a geração com escória no estado sólido

Redução considerável dos teores de CaO e

MgO livres

Alto custo Muito alta

Avaliação da expansibilidade ao longo Avaliação da expansibilidade ao longo do tempodo tempo

• Equipamento dos ensaios JIS A 5015/92 e PTM Equipamento dos ensaios JIS A 5015/92 e PTM 130130

MissãoMissão

Estimular a reciclagem de Estimular a reciclagem de escórias e outros co-produtos escórias e outros co-produtos

siderúrgicos na construção civil.siderúrgicos na construção civil.

Proposta do Proposta do NEXESNEXES

15 20 25 30 35

Pré-projeto e Planejamento

Normalização

Meio ambiente

Renovação

Parcerias

Informática

Globalização CERFUniversidade-siderurgia-construção civil !

Principais açõesPrincipais ações• pesquisa e transferência de tecnologia;pesquisa e transferência de tecnologia;

• capacitação tecnológica;capacitação tecnológica;

• serviços tecnológicos;serviços tecnológicos;

• proposição de textos de normas;proposição de textos de normas;

• preparação de manuais e livros;preparação de manuais e livros;

• construção de bases de dados,construção de bases de dados,

• … …..

Principais linhas de pesquisaPrincipais linhas de pesquisa

• normalização;normalização;

• expansibilidade da escória de aciaria;expansibilidade da escória de aciaria;

• métodos e técnicas de estabilização damétodos e técnicas de estabilização da escória de aciaria;escória de aciaria;

Principais linhas de pesquisaPrincipais linhas de pesquisa

• desempenho de pavimentos com escóriadesempenho de pavimentos com escória de aciaria;de aciaria;

• impacto no meio ambiente e na saúdeimpacto no meio ambiente e na saúde em face ao uso da escória de aciaria e em face ao uso da escória de aciaria e outros co-produtos;outros co-produtos;

EquipeEquipe

• 50 pesquisadores50 pesquisadores 10 PhD

7 MSc

11 eng., químicos, arquitetos ….

15 estudantes

7 técnicos

1 secretária

Projetos Projetos em andamentoem andamento• Avaliação da expansibilidade e das Avaliação da expansibilidade e das

tecnologias de tratamento visando o tecnologias de tratamento visando o desenvolvimento de mercado das escórias desenvolvimento de mercado das escórias de aciaria para fins de pavimentação de aciaria para fins de pavimentação ((AGSPAVIAGSPAVI; UFES-FEST-IBS; UFES-FEST-IBS))

• Avaliação do custo, avaliação ambiental e Avaliação do custo, avaliação ambiental e avaliação da resistência e durabilidade do avaliação da resistência e durabilidade do pavimento construído com escória de aciaria pavimento construído com escória de aciaria envelhecida (envelhecida (PAVIAMBPAVIAMB; UFES-FEST-CST); UFES-FEST-CST)

Materiais - microestruturaMateriais - microestrutura

MEVMEV

Caracterização da escória de aciariaCaracterização da escória de aciaria

11

2233

44

MMicrofractografia icrofractografia ((Amostra virgem)Amostra virgem)

Análise: Análise: 1. Ca, O e C2. Mg, Fe, O, Ca, C, Mn, Si, Al3. Mg, Fe, O, C, Ca, Mn, Si, Al4. Ca, O, C

nível de desenvolvimento da pesquisa no Brasil

consolidado semi-consolidado sem pesquisa

Situação em 2003

nível de desenvolvimento da pesquisa no Brasil

consolidado

Pesquisas do NEXES

Reciclagem da escória de aciariaReciclagem da escória de aciaria

Base e sub-base de estradaBase e sub-base de estrada

expansibilidadeexpansibilidade

tratamentotratamento

controlecontrole

durabilidadedurabilidade

risco ambientalrisco ambiental

Escória de aciaria xEscória de aciaria x cimentocimento


CimentoCimento

tratamentotratamento

processoprocesso

característicascaracterísticas

transferênciatransferência

• Fertilizantes (necessidade de correção da Fertilizantes (necessidade de correção da composição química)composição química)

• Elementos de contenção;Elementos de contenção;

• Lastro ferroviário (impacto no meio Lastro ferroviário (impacto no meio ambiente?);ambiente?);

• ......


Comentários finaisComentários finais• Reciclagem de escóriasReciclagem de escórias

– < matérias primas< matérias primas

– < energia< energia

– < aterros< aterros

– < custos?< custos?

– > > qualidadequalidade

• ConsumoConsumo– convencimentoconvencimento

– certificaçãocertificação

• MercadoMercado– competitividadecompetitividade

– avanço tecnológicoavanço tecnológico

• PesquisaPesquisa– metodologiametodologia

– transferênciatransferência

• Avaliação impacto no Avaliação impacto no meio ambientemeio ambiente

Tel.: (27) 33352640, 33352Tel.: (27) 33352640, 33352058058, 33352, 33352114466

Fax.: (27) 33352Fax.: (27) 33352058058

E-mail:E-mail: [email protected]@npd.ufes.br

[email protected]@ct.ufes.br

Obrigada pela atençãoObrigada pela atenção !

prof a dr a maristela gomes da silva diretora do centro tecnológico/ufes coordenadora do nexes...

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