recuperação do zn e fe da poeira de aciaria elétrica proveniente da produção de aço carbono

7/23/2019 Recuperao Do Zn e Fe Da Poeira de Aciaria Eltrica Proveniente Da Produo de Ao Carbono

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INSTITUTO FEDERAL DO ESPRITO SANTO

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA METALRGICA E DE

MATERIAIS

FELIPE FARDIN GRILLO

RECUPERAO DO Zn e Fe DA POEIRA DE ACIARIA ELTRICAPROVENIENTE DA PRODUO DE AO CARBONO

VITRIA2011


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FELIPE FARDIN GRILLO

RECUPERAO DO Zn e Fe DA POEIRA DE ACIARIA ELTRICA

PROVENIENTE DA PRODUO DE AO CARBONO

VITRIA

2011

Dissertao apresentada ao Programa de Ps-Graduao em Engenharia Metalrgica e de

Materiais como requisito parcial obteno dottulo de Mestre em Engenharia Metalrgica e deMateriais.

Orientador: Prof. Dr. Jorge Alberto Soares Tenrio

Co-Orientador: Prof. Dr. Jos Roberto de Oliveira


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G859r Grillo, Felipe Fardin

Recuperao do Zn e Fe da poeira de aciaria eltrica proveniente daproduo de ao carbono / Felipe Fardin Grillo.2011.

107 f. : il. ; 30 cm

Orientador: Jorge Alberto Soares Tenrio.

Dissertao (mestrado)Instituto Federal do Esprito Santo,Programa de Ps-Graduao em Engenharia Metalrgica e deMateriais.

1. Metalurgia. 2. MetaisReaproveitamento. 3. Zinco. 4.Controle de PoeiraSiderurgia. I. Tenrio, Jorge Alberto Soares. II.Instituto Federal do Esprito Santo. III. Ttulo.

CDD: 669


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DECLARAO DO AUTOR

Declaro, para fins de pesquisa acadmica, didtica e tcnico-cientfica, que apresente Dissertao de Mestrado pode ser parcialmente utilizada desde quese faa referncia fonte e ao autor.

Vitria, 28 de Julho de 2011.

Felipe Fardin Grillo


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AGRADECIMENTOS

A Deus que sempre esta comigo e permitiu a realizao deste trabalho.

Aos Prof. Dr. Jorge Alberto Soares Tenrio e Prof. Dr. Jos Roberto de Oliveira,obrigado por toda a pacincia, alm do estmulo, esforo pessoal e orientao.

A minha famlia, ao meu pai Joo Pedro, a minha me Rosa Amlia e aos meusirmos, Flvia e Fabrcio, que sempre estiveram ao meu lado nos momentos difcies.Amo vcs.

Aos queridos amigos do PROPEMM, Felipe Nylo, Elsomar, Luiz, Cristiano, Gabriel,Ederson, Thiago, Raphael, Paulo Andr, Wesley, Hermes, Perdigo, Orlando,

Edson, Wandercleitom, em especial as belas, Mariana, Lorena, Andressa, Evelyn eGianni.

Ao amigo Sayd Farage pela ajuda em clculos, excell e livros.

Ao meu amigo Andre Melado, pelas histrias, pagodes, sertanejos, churrascos,costela no bafo, apoios, conselhos, futebol, etc... Muito Obrigado!

Aos Bolsistas e colaboradores, Felipe Fa, Heitor e Felipe Broseguinni, por todo oesforo, dedicao e amizade.

Aos eternos amigos, Roberto e Angelina, Alexandro, Gianni, Danni, Josi e Rodrigo,Luiz e Maris, Flvia e Ronni, que mesmo longe sempre foram lembrados.

Aos amigos do LAREX-USP, Junca e Victor, pela ajuda sempre que solicitada, pelashospedagens durante trabalhos realizados na Escola Politcnica-USP, alm daamizade e bons momentos proporcionados.

Aos tcnicos do PMT-USP, Danilo, Rubens, Vincius, sempre de prontido quandosolicitados.

A Karla pelo carinho e pacincia.

Ao FACITEC - Fundo de Apoio Cincia e Tecnologia do Municpio de Vitria - pelabolsa de mestrado concedida.

A todos aqueles que de alguma forma, colaboraram para que este trabalho serealizasse. Muito obrigada!


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Procure ser um homem de valor,em vez de ser um homem de sucesso.

A mente que se abre a uma nova idia,jamais voltar ao seu tamanho original.

(Albert Einstein)


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RESUMO

Este trabalho teve como objetivos principais caracterizar qumica, fsica, estrutural e

morfologicamente a PAE e avaliar a recuperao do Zn e Fe da poeira, que foi

adicionada na forma de briquete em gusa lquido na temperatura de 1500C. Nos

experimentos variou-se a massa de poeira e a porcentagem de silcio no gusa. Na

etapa de caracterizao da poeira as seguintes tcnicas foram utilizadas: anlise

granulomtrica, anlise qumica, microscopia eletrnica de varredura (MEV), anlise

por disperso de energia (EDS) e difrao de raios-X (DRX). Verificou-se que a

poeira apresenta morfologia predominante esfrica e na forma de aglomerados. Adifrao revelou a presena de ZnFe2O4, F3O4 e ZnO. A caracterizao

granulomtrica indicou que 85% do dimetro das partculas esto abaixo de 10m.

Aps a caracterizao, a poeira foi aglomerada na forma de briquete e adicionada

em gusa-lquido. Para a realizao dos experimentos, foi utilizado um forno vertical

em escala laboratorial, com fluxo de gs inerte (argnio) mantido no interior do forno

durante a realizao dos experimentos. Todos os experimentos de fuso foram

realizados no aparato experimental e utilizaram cadinhos de alumina.Periodicamente foram retiradas amostras logo aps a adio dos briquetes para a

verificao dos teores de carbono e silcio. O zinco foi reduzido, volatilizado e

coletado por um sistema de coleta aclopado na parte superior do forno. Verificou-se

que possvel atingir valores de reduo do xido de ferro superiores a 98% para

determinadas condies experimentais. Observou-se que a nova poeira coletada

durante os ensaios obteve elevados teores de zinco (68% em mdia), alm da

presena de ferro.

Palavras-chave:Poeira de aciaria eltrica, Reciclagem, Briquetagem, Zinco.


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ABSTRACT

The aims of this work are the chemical, physical, structural and morphological

characterization of the EAFD, and the evaluation of the recovery of Zn and Fe of the

EAFD added to the hot metal in the form of a briquette at temperature of 1500C.

During the characterization study of EAFD, the following techniques were carried out:

Granulometry Analysis, Chemical Analysis, Scanning Electron Microscopy (SEM),

Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) and X-ray Diffraction (XRD). Characterisation

results showed that the EAFD has predominantly spherical morphology and form

clusters and a very small particle size (85% under 10 m). The XRD has showed the

presence of compounds such as ZnFe2O4, Fe3O4e ZnO. After EAFD characterization

was agglomerated by cold briquetting and introduced in the hot metal. This study

utilized a bench-scale equipment to melt, during this process to kept a flow rate of

inert gas above the bath. All experiments were performed with alumina crucible.

Were collected periodically metal samples and the samples were analyzed for

determination of the content of total silicon and carbon by chemical analysis. Zinc

oxide, zinc ferrite and other oxides were reduced and were volatized and collected bya cleaning system of dust (baghouse) located on top of the oven. More than 98% of

iron were recovered from EAFD during the test. It was possible to produce a dust

containing about 68% zinc by means of adding of EAFD in the form of the briquette.

Keywords:EAFD, Recycling, Briquetting and Zinc


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NDICE DE FIGURAS

Figura 1. Fluxo de produo de ao . ........................................................................ 17

Figura 2. Desenho esquemtico de um forno eltrico a arco. (a) Vista lateral; (b)Vista Superior ........................................................................................................... 18Figura 3. Oxidao (A) e reduo (B) do zinco no alto-forno. .................................. 20Figura 4. Teores de escria, metal, volatizao e arraste de material na PAE ......... 21Figura 5. Representao esquemtica de formao da PAE em fornos eltricos ..... 22Figura 6. Anlise difratomtrica da PAE .................................................................... 28Figura 7. Distribuio granulomtrica da PAE ........................................................... 29Figura 8. Distribuio granulomtrica da poeira de aciaria, adaptado deMachado et al. ........................................................................................................... 30

Figura 9. Amostra de PAE com morfologia esfricas (A) e partculasaglomeradas (B) ........................................................................................................ 31Figura 10. Desenho esquemtico do processo waelz ............................................... 33Figura 11. Esquema do processo Fastmet ............................................................... 35Figura 12. Aparato experimental e distribuio dos materias no cadinho ................. 38Figura 13. Sistema de tratamento da poeira ............................................................ 41Figura 14.Grau de metalizao (A) e porcetagem de remoo do zinco(B) ............. 43Figura 15. Variaes nas intensidades da difrao de raios - X do ZnFe2O4, ZnO,Fe2O3, FeO e Fe em funo do tempo de reao na temperatura de 1050C .......... 44

Figura 16. Variaes nas percentagens em massa de Fe2O3, FeO e Fe em relaoao tempo nas temperaturas de 1050C ................................................................... 45Figura 17. Modelo esquemtico das reaes de reduo quando ocorre adiode PAE em Ferro-Gusa, contendo Carbono e Silcio, adaptado de Pickles (2002). .. 47Figura 18. Efeito da atividade do silcio (a) e carbono (b) nas equaes dereduo do FeO. ....................................................................................................... 49Figura 19. Energia livre padro das reaes de reduo do FeO. ............................ 49Figura 20. Energia livre padro das reaes de reduo do ZnO. ............................ 50Figura 21. Teores de ferro e zinco na escria em funo do tempo. ........................ 52Figura 22. Fluxograma das atividades desenvolvidas na pesquisa. .......................... 53

Figura 23. Fluxograma do sistema de despoeiramento............................................ 54Figura 24. Prensa Hidrulica do Ifes ......................................................................... 59Figura 25. Modelos de briquetes ............................................................................... 59Figura 26. Matriz para fabricao dos briquetes: (a) vista superior; (b)vista lateral. ............................................................................................................... 60Figura 27. Cadinhos de grafite (a) e Alumina (b) ....................................................... 61Figura 28. Forno de resistncia do IFES ................................................................... 62Figura 29. Esquema do forno utilizado nos ensaios. ................................................. 63Figura 30. Amostradores a vcuo. ............................................................................ 64

Figura 31. Esquema de retirada de amostra ............................................................. 65Figura 32. Esquema do forno e cmara de reao ................................................... 66Figura 33. Distribuio granulomtrica do PAE. ........................................................ 70


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Figura 34. Difratograma de raios - X da PAE ............................................................ 71Figura 35. Imagem de eltrons retro-espalhados da poeira de aciaria eltrica:(a) partculas com formato esfrico; (b) partculas na forma de aglomerados. .......... 72Figura 36. Espectro de EDS da PAE. ........................................................................ 73Figura 37. Diagrama de atividade do FeO (a) e SiO2 (b) para a escria CaO-MgO-Al2O3-FeO-SiO2e a referncia do FeO o lquido. .......................................... 76Figura 38. Diagrama de atividade do FeO (a) e SiO2(b) para a escria CaO-MgO-Al2O3-FeO-SiO2e a referncia do FeO o lquido. ......................................... 77Figura 39. Diagrama de atividade do FeO (a) e SiO2(b) para a escria CaO-MgO-Al2O3-FeO-SiO2e a referncia do FeO o lquido. .......................................... 77Figura 40. Diagrama de atividade do FeO (a) e SiO2(b) para a escria CaO-MgO-Al2O3-FeO-SiO2e a referncia do FeO o lquido. .......................................... 78Figura 41. Diagrama de atividade do FeO (a) e SiO2 (b) para a escria Inicial. ........ 78

Figura 42. Porcentagem de dessiliciao e descarburao em funo da PAEadicionada para teor inicial de silcio 1,5%(a) e 1,0%(b). .......................................... 82Figura 43. Porcentagem de dessiliciao e descarburao em funo da massade PAE adicionada para silcio inicial 0,35% (a) e adio de cal e fluorita comsilcio inicial de 1,0% (b). ........................................................................................... 82Figura 44. Variao da porcentagem de Si (a) e C (b) com o tempo para osensaios com 1,5 % de Si inicial. ................................................................................ 83Figura 45. Variao da porcentagem de Si (a) e C (b) com o tempo para osensaios com 1,0 % de Si inicial. ................................................................................ 83

Figura 46. Variao da porcentagem de Si (a) e C (b) com o tempo para osensaios com 0,35 % de Si inicial ............................................................................... 85Figura 47. Variao da porcentagem de Si (a) e C (b) com o tempo para osensaios 9, 10 e 11. .................................................................................................... 85Figura 48. Diagrama de fases do sistema CaO-SiO2-Al2O3...................................... 87Figura 49. Influncia do Al2O3na temperatura de liquidus das escrias. .................. 88Figura 50. Diagrama de fases do sistema CaO-SiO2-FeO ....................................... 89Figura 51. Relao da massa de poeira com a porcentagem de ZnO e FeO naescria final. .............................................................................................................. 90Figura 52. Relao da massa de poeira com a massa de ferro (a) e zinco (b)

recuperado. ............................................................................................................... 90Figura 53. Relao da porcentagem de silcio com a massa de ferro (a) e zinco(b) recuperado. .......................................................................................................... 91Figura 54. Influncia da adio de cal e fluorita na reduo do FeO e ZnO naescria. ...................................................................................................................... 92Figura 55. Quebra da cadeia de SiO4

4-pelos ons F-. ............................................... 92Figura 56. Anlise indicativa por MEV (a) e EDS (b), ensaio 1. ............................... 94Figura 57. Anlise indicativa por MEV (a) e EDS (b), ensaio 2. ................................ 94Figura 58. Anlise indicativa por MEV (a) e EDS (b), ensaio 4. ................................ 94

Figura 59. Anlise indicativa por MEV (a) e EDS (b), ensaio 5. ................................ 95Figura 60. Anlise indicativa por MEV (a) e EDS (b), ensaio 6. ................................ 95


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Figura 61. Anlise indicativa por MEV (a) e EDS (b), ensaio 7. ................................ 95Figura 62. MEV da poeira captada pelo despoeiramento ensaio 3. .......................... 96Figura 63. EDS da fase clara (a) e fase escura (b). .................................................. 96Figura 64. Difrao de raios - X da poeira coletada. ................................................. 97


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NDICE DE TABELAS

Tabela 1. Relao dos principais resduos siderrgicos ........................................... 19

Tabela 2. Intervalo de composio qumica para alguns elementos presentesem poeiras de aciarias de siderrgicas americanas .................................................. 25Tabela 3. Dados de composies qumicas da PAE realizadas por vriosautores. ..................................................................................................................... 26Tabela 4. Fases mineralgicas dos principais elementos presentes em poeriasde fornos eltricos a arco e convertedores a oxignio. ............................................. 27Tabela 5. Resumo dos processos pirometalrgicos para o tratamento da PAE........ 32Tabela 6. Composio qumica da escria aps os testes ....................................... 39Tabela 7. Anlise qumica da poeira carregada e obtida .......................................... 39

Tabela 8. Anlise qumica da PAE e do material coletado aps os ensaios . ........... 42

Tabela 9. Composio qumica do Fe-Si utilizado neste estudo ............................... 56Tabela 10. Especificaes dos ensaios..................................................................... 58Tabela 11. Ensaios realizados para avaliar a influncia da cal e Fluorita nareduo do FeO. ....................................................................................................... 58Tabela 12. Caractersticas dos cadinhos utilizados. .................................................. 61Tabela 13. Composio qumica do gusa. ................................................................ 68Tabela 14. Composio qumica por fluorescncia de raios-X da poeira deaciaria eltrica. .......................................................................................................... 69

Tabela 15. Faixa granulomtrica da PAE .................................................................. 70

Tabela 16. Porcentagens de carbono, silcio e enxofre. ............................................ 75Tabela 17. Atividade do C e Si inicial e final dos ensaios dos experimentos. ........... 75Tabela 18. Fraes molares dos xidos das escrias. .............................................. 76Tabela 19. Atividade finais do SiO2 e FeO das escrias dos experimentos. ............. 79Tabela 20. Atividades dos demais xidos da escria ................................................ 79Tabela 21. Variao de Energia Livre inicial envolvida nas reaes estudadas(kcal/mol). .................................................................................................................. 80Tabela 22. Variao de Energia Livre final envolvida nas reaes estudadas(kcal/mol). .................................................................................................................. 80

Tabela 23. Variao da porcentagem de silcio do banho em funo do tempo. ...... 81

Tabela 24. Variao da porcentagem de carbono do banho em funo do tempoos ensaios. ................................................................................................................ 81Tabela 25. Variao de Energia Livre da reao (SiO2)+2C=Si+2CO (kcal/mol). ..... 84Tabela 26. Composio das escrias finais dos experimentos. ................................ 86Tabela 27. Temperatura de fase lquida das escrias. .............................................. 87Tabela 28. Anlise qumica das poeiras coletadas nos ensaios. .............................. 93


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SUMRIO

2.1 OBJETIVO GERAL.......................................................................................162.2 OBJETIVOS ESPECFICOS.........................................................................16

3.1 PROCESSO DE FORMAO DAS POEIRAS DE ACIARIA.......................213.2 CLASSIFICAO AMBIENTAL DO RESDUO............................................233.3 CARACTERIZAO DA POEIRA DE ACIARIA ELTRICA........................243.3.1 Caracterizao Qumica.............................................................................243.3.2 Caracterizao Mineralgica.....................................................................273.3.3 Caracterizao Fsica.................................................................................29

3.3.4 Caracterizao Morfolgica.......................................................................313.4 PROCESSOS DE TRATAMENTOS DA POEIRA DE ACIARIAELTRICA..................................................................................................................313.4.1 Processos Pirometalrgicos......................................................................323.4.2 Processos Hidrometalrgicos....................................................................363.4.3 Reciclagem da PAE no Forno Eltrico......................................................373.4.4 Estudos de reciclagem da poeira de aciaria eltrica em escalalaboratorial................................................................................................................403.5 OUTROS ESTUDOS DA APLICABILIDADE DA POEIRA DE ACIARIA

ELTRICA..................................................................................................................463.6 ANLISES TERMODINMICAS...................................................................463.6.1 Reduo pelo carbono e silcio..................................................................46

4.1 AQUISIO DOS RESDUOS E MATRIAS-PRIMAS................................534.2 CARACTERIZAO FSICA, QUMICA E MORFOLGICA........................544.2.1 Anlise Granulomtrica..............................................................................554.2.2 Anlise Qumica...........................................................................................554.2.3 Anlise Difratomtrica.................................................................................564.2.4 Anlise Microscpica..................................................................................56

4.3 PREPARAO DA CARGA E CLCULO DE MASSA DOSEXPERIMENTOS.......................................................................................................564.4 ENSAIOS REALIZADOS...............................................................................574.5 PREPARAO DOS BRIQUETES...............................................................594.6 RALIZAO DA ADIO DOS BRIQUETES EM FERRO-GUSALQUIDO.....................................................................................................................604.6.1 Metodologia adotada para estudo da adio da PAE..............................614.6.2 Metodologia adotada para coleta e estudo da volatilizao do zinco...654.7 CARACTERIZAO DOS PRODUTOS.......................................................66

5.1 ANLISE QUMICA......................................................................................685.2 ANLISE GRANULOMTRICA DO RESDUO............................................69

1 INTRODUO..............................................................................................142 OBJETIVOS.................................................................................................16

3 REVISO BIBLIOGR FICA........................................................................17

4 MATERIAIS E M TODOS.............................................................................53

5 RESULTADOS E DISCUSSO....................................................................68


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5.3 CARACTERIZAO MINERALGICA DO RESDUO.................................705.4 CARACTERIZAO MORFOLGICA DO RESDUO.................................715.5 CLCULOS TERMODINMICOS.................................................................735.5.1 Atividade do Metal.......................................................................................745.6 RESULTADOS DOS TESTES DE ADIO DOS BRIQUETES EMFERRO-GUSA LQUIDO............................................................................................805.6.1 Resultados das escrias formadas...........................................................865.6.2 Influncia da massa de poeira nos teores de ZnO e FeO na escria.....885.6.3 Influencia da adio de cal e fluorita na reduo do ZnO e FeO nasescrias.....................................................................................................................915.7 ANLISE DA POEIRA COLETADA............................................................93 5.7.1 Anlise qumica na poeira..........................................................................935.7.2 Anlise eletrnica de varredura (MEV) e anlise de micro-regies por

disperso de energia (EDS).....................................................................................93 5 .7.3 Difrao de raios - X da poeira...................................................................956 CONCLUSO................................................................................................987 TRABALHOS FUTUROS..............................................................................99REFERNCIAS........................................................................................................100


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1 INTRODUO

O desenvolvimento tecnolgico, aliado a necessidade de responder s exigncias de

uma sociedade cada vez mais consumista, tem conduzido a um aumento da

produtividade industrial. Concomitante a este processo, ocorre um aumento

progressivo no volume de resduos gerados.

Uma das maiores dificuldades de se empreender uma ao concreta de

beneficiamento e destinao de resduos pelas empresas produtoras de ao, alm

de problemas econmicos, polticos e administrativos, est na ausncia de

processamento e beneficiamento compatveis com as dimenses e caractersticas

das localidades interessadas na soluo destes problemas.

Durante a produo de ao nos fornos eltricos gerado um resduo, denominado

de poeira de aciaria eltrica (PAE), que corresponde por aproximadamente 1,5% de

todo o material carregado. composto principalmente de ZnO, xidos de ferro, CaO,

SiO2, e outros xidos metlicos. Este resduo considerado como resduo perigoso

pelos critrios descritos na NBR 10.004(1)

. Devido a esta classificao, este materialno pode ser depositada em aterros comuns, de tal forma que toneladas de resduos

encontram-se provisoriamente armazenadas em aterros.

Devido ao elevado teor de ferro total, aproximadamente 45% na poeira, o caminho

mais vivel deste resduo seria o alto-forno, via sinterizao (2). Entretanto, os

elevados teores de zinco so prejudiciais ao processo, uma vez que parte desse

xido pode se aglomerar nas paredes da cuba e nos condutores de sada de gases,

prejudicando a ascenso dos gases, o que impede a distribuio uniforme dos gases

e prejudica a termodinmica do processo (2), alm de distrbios operacionais (3).

Uma alternativa de reaproveitar esta poeira seria como matria-prima no prprio

processo de produo do ao, visando recuperar o ferro presente. Este

procedimento no se limita apenas reciclagem do ferro metlico, mas de todos os

metais de interesse econmico contido no resduo, principalmente o zinco, que pode

ser reduzido, volatilizado e coletado pelo sistema de despoeiramento, enriquecendo


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o p gerado em zinco, para teores que sejam apropriados para a sua utilizao nos

processos de recuperao de zinco.

Basicamente, processos que visem reciclar a poeira de aciaria eltrica, devemabordar a recuperao de metais no ferrosos, a fim de devolv-los ao ciclo de

produo e economizar matrias-primas naturais, recuperao dos xidos metlicos

pelo processo, alm de diminuir os efeitos negativos ao meio ambiente (4).

Neste trabalho feito um estudo sobre a recuperao do ferro e o aumento do zinco

da nova poeira gerada e coletada durante os experimentos. Para isso, realizou a

briquetagem da poeira e adicionou em ferro-gusa lquido com diferentes

composies de silcio e na temperatura de 1500C.


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2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL

O objetivo deste trabalho estudar a recuperao do zinco e do ferro contidos na

poeira de aciaria eltrica, adicionando a PAE na forma de briquetes em banho de

ferro-gusa lquido na temperatura de 1500C.

2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS

Caracterizar qumica, fsica, mineralgica e morfologicamente a poeira de aciaria

eltrica;

Estudar o processo de incorporao do ferro contido na PAE sob a forma de

briquetes, mediante adio em gusa lquido;

Avaliar o percentual de zinco na nova poeira gerada;

Avaliar os teores finais de ferro e do zinco nas escrias finais.


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3 REVISO BIBLIOGRFICA

Nos primeiros seis meses do ano de 2010, a produo mundial de ao totalizou 706

milhes de toneladas, 27,9% a mais do que no primeiro semestre de 2009. Apesar

da produo do primeiro semestre de 2010 ter sido 7,2% superior a do primeiro

semestre de 2007, pouco antes da crise econmica global, a maior parte da

produo mundial no se recuperou para os nveis pr-crise (5).

A produo de ao dividida em duas rotas principais. A primeira rota e atualmente

a principal via Forno Bsico a Oxignio (ou processo BOF), que em 2009

respondeu por aproximadamente 67,1% dessa produo. A segunda acontece via

Forno Eltrico a Arco (FEA), que no mesmo ano representou 30,6%(5).A Figura 1 a

apresenta o fluxograma dos processos de produo de ao (5).

Figura 1. Fluxo de produo de ao (5).

A primeira informao que se tem a respeito do uso de energia eltrica para a

obteno de ao foi na data de 1878, quando W. Von Siemens patenteou um forno a

arco. Em 1899, foi desenvolvido o forno a arco direto e, em 1909, o forno trifsico

com uma carcaa semelhante utilizada atualmente. Entretanto, a produo de aovia aciaria eltrica iniciou-se no ano de 1940 (6).


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O forno eltrico a arco (FEA) um equipamento no qual o ao produzido atravs

da passagem de corrente eltrica pela carga metlica slida. O calor produzido por

um arco eltrico, que se inicia a partir de eletrodos de grafite presentes na parte

superior do forno, como apresentado Figura 2. Esse arco eltrico produz a fuso da

carga (6).

(a) (b)

Figura 2. Desenho esquemtico de um forno eltrico a arco. (a) Vista lateral; (b) Vista Superior (6).

A matria-prima principal deste equipamento a sucata de ao, mas existem casos

em que o gusa lquido tambm utilizado. Com o aumento do uso de aogalvanizado na indstria automobilstica, as usinas passaram a utilizar uma grande

quantidade de sucata galvanizada como parte da carga de fornos eltricos a arco, o

que contribui para gerar particulados com teores significativos de zinco (8 - 26%) (7).

A poeira de aciaria eltrica (PAE) um resduo slido da indstria siderrgica,

gerado como particulado das emisses provenientes da produo de ao em fornos

eltricos a arco (FEA). Esta poeira gerada coletada pelo sistema de

despoeiramento das siderrgicas e armazenado em locais adequados, aguardando

um estudo para solucionar e destinar este material de forma correta, tanto de carter

ambiental como econmico.

A Tabela 1 apresenta uma relao dos principais resduos siderrgicos, com suas

respectivas utilizaes e porcentagem de ferro (8).


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Tabela 1. Relao dos principais resduos siderrgicos(8)

Resduo Destino Observao %massa

P Coletor deAlto Forno

Sinterizao Presena de zinco 41% Fe e 26% C

P desinterizao Sinterizao

Piora na Permeabilidadeda mistura a sinterizar 45% Fe

Fino de coque(moinha)

Sinterizao Presena de lcalis 70% C

Lama Grossade Aciaria LD

Concentrado de ferro emsubstituio a sucata

Aumento na gerao definos

87% Fe onde85% metal

Lama Fina deAciaria LD

Disponibilizado em aterropara venda

Presena de zinco60% Fe onde

10% metal

Carepa Sinterizao Perda na redutibilidade 70% Fe

P de FornoEltrico

Disponibilizado em aterro Presena de Zinco52% Fe2O3e

15% ZnO

Alguns autores (9,10) tm relatado os ndices da quantidade de poeira gerados

durante a produo de ao. Tais valores mostram que cerca de 15 a 20 kg de poeira

so gerados por tonelada de ao produzido em siderrgicas.

A maior parte dos resduos siderrgicos retorna para o processo de fabricao de

ao via sinterizao. Entretanto, a poeira de aciaria eltrica possui limitaes devido

aos elevados teores de zinco, uma vez que, nos alto-fornos o zinco pode se

depositar nas paredes da cuba a nas passagens dos gases, prejudicando o

processo de reduo (2). A Figura 3 apresenta um esquema das possveis reaes

do xido de zinco no interior do alto-forno.


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20

Figura 3. Oxidao (A) e reduo (B) do zinco no alto-forno (2).

De acordo com Silva (11), o zinco presente no minrio est na forma de silicatos, j o

presente na poeira na forma de xido. Como os xidos de zinco apresentam uma

temperatura de reduo inferior aos silicatos, ocorre um deslocamento para cima da

regio de circulao do zinco no alto-forno, o que possibilita a remoo do zinco

junto ao gs do topo.


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21

3.1 PROCESSO DE FORMAO DAS POEIRAS DE ACIARIA

A fim de definir as melhores condies de funcionamento, buscando prticas

operacionais que diminuem a gerao de poeira, e a crescente preocupao em

reduzir a quantidade de resduo gerado, faz-se necessrio compreender e

quantificar os fenmenos de gerao da poeira de aciaria eltrica (12). A Figura 4

apresenta os teores dos processos em que forma a poeira de aciaria (12).

Figura 4.Teores de escria, metal, volatizao e arraste de material na PAE (12).

HUBER et al(12)apresentam que aproximadamente 27% da poeira est relacionado

com a volatizao, 60% (escria e metal) da poeira gerada pelo processo deruptura da bolha de CO que arrasta partculas de metal e escria, 13% arraste de

materiais que so adicionados no forno. A Figura 5 apresenta um esquema do

processo de formao da poeira em forno eltrico (12).


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22

Figura 5.Representao esquemtica de formao da PAE em fornos eltricos (12).

Os pontos identificados na Figura 5 por 1 e 2 representam o processo de

volatizao, os pontos 2 e 3 o processo de ruptura da bolha de CO, o ponto 4 ocorre

o contato com uma atmosfera oxidante e o ponto 5 representa o arraste de material

adicionado no forno (12).

Segundo STEVEM e WILLIAN (13) a gerao da PAE devido volatizao dos

metais oriundos da sucata como o chumbo, cdmio e zinco e os materiais

adicionados durante o carregamento na forma de p tambm contribui para a

formao deste resduo. Segundo os autores, a exploso de bolhas de monxido de

carbono ejeta pequenas bolhas de metal e escria e concluem que este o principal

mecanismo de formao da poeira.

STUBBLES e CHARTER (14) atravs de estudos realizados para conhecer oprocesso de gerao da poeira, proporam prticas operacionais que visam diminuir

a gerao desses resduos. Segundo os autores a utilizao de um menor arco

voltaico e a formao de escria espumante, contribui para que gotas de metal

fiquem retidas na escria, diminuindo os teores de ferro na poeira. Resumindo, os

seguintes mecanismos podem contribuir para a gerao de poeiras tanto em fornos

eltricos a arco como em convertedores a oxignio.


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23

- vaporizao de metais no ferrosos (Zn, Cd, Pb, entre outros);

- ejeo de gotas de ao lquido;

- ejeo de partculas oriundas da escria

- arraste de materiais adicionados ao forno;

3.2 CLASSIFICAO AMBIENTAL DO RESDUO

Segundo a norma ABNT NBR-10004/2004 (1), resduos slidos so considerados nos

estados slido e semi-slido, resultantes de atividades de origem industrial,

domstica, hospitalar, comercial, agrcola, de servios de varrio. Ficam includos,

nesta definio, os lodos provenientes de sistemas de tratamento de gua, e

aqueles gerados em equipamentos e instalaes de controle de poluio, bem como

determinados lquidos cujas particularidades tornem invivel ou seu lanamento na

rede pblica de esgoto ou corpos de gua.

Alm de apresentar a definio de resduos slidos a ABNT NBR 10004/2004

classifica os resduos quanto aos seus potenciais riscos de contaminao do meioambiente. A classificao dividida em duas classes:

a) Resduos Classe IPerigosos

b) Resduos Classe IINo Perigosos

Classe II A- No Inertes

Classe II BInertes

Quando os resduos apresentam caractersticas de inflamabilidade, reatividade,

patogenicidade ou toxicidade, riscos sade pblica, ou ainda provocam efeitos

adversos ao meio ambiente quando manuseados ou dispostos de forma inadequada

so classificados como perigoso.

A avaliao da toxidade do resduo realizada atravs do ensaio apresentado na

ABNT NBR 10005/2004 (15), os constituintes no devem ultrapassar os limites

estabelecidos no anexo F da ABNT NBR 10004/2004.


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24

Os resduos slidos quando no classificados como perigoso de acordo com o

escrito acima so submetidos aos testes de solubilizao, de acordo com os

padres estabelecidos pela ABNT NBR 10006/2004 (16).

Vargas et al (17) realizaram a caracterizao ambiental atravs do ensaio de

lixiviao, conforme os procedimentos da NBR 10005 (ABNT, 1987). Os autores

verificaram que o cdmio e o chumbo ultrapassaram as concentraes mximas

permitidas pela NBR 10004. Conclui-se com base nesses resultados, que a PAE

classificado como resduo classe Iperigoso.

3.3 CARACTERIZAO DA POEIRA DE ACIARIA ELTRICA

3.3.1 Caracterizao Qumica

A composio qumica da poeira de aciaria vai depender do tipo de carga e a

quantidade de aditivos que fazem parte do processo

(9)

.

No caso de fabricao de ao via aciaria eltrica, os ps podem ser classificados de

duas formas, segundo a quantidade de zinco (18):

ps com altos teores de zinco (acima de 15% de Zn);

ps com baixos teores de zinco (abaixo de 15% de Zn).

A Tabela 2 apresenta uma composio qumica de poeira de aciaria eltrica

proveniente da produo de ao carbono e ao inoxidvel de siderrgicasamericanas.


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25

Tabela 2. Intervalo de composio qumica para alguns elementos presentes em poeiras de aciariasde siderrgicas americanas (19).

Elementos P de ao carbono(% massa)

P de ao inoxidavl(% massa)

Fe total 24,9 - 46,9 22,2 - 35,9Zn 11,12 - 26,9 1,77 - 6,22Pb 1,09 - 3,81 0,23 - 0,78Cd 0,03 - 0,15 0,06 - 1,79Cr 0,06 - 0,58 2,01 - 10,1Ni 0,01 - 0,12 0,15 - 3,34Mo 0,02 - 0,08 0,37 - 1,46Cu 0,06 - 2,32 0,09 - 1,26F 0,01 - 0,88 1,36 - 4,83Cl 0,51 - 2,36 0,47 - 1,17Si 1,35 - 2,49 1,36 - 4,83Mn 2,46 - 4,60 2,36 - 4,59Mg 0,77 - 2,93 1,70 - 4,74Ca 1,85 - 10,0 1,76 - 6,93K 0,06 - 1,12 0,80 - 5,07

Na 0,29 - 2,31 0,47 - 4,60

Verifica-se pela anlise da tabela, que poeiras oriundas de aciarias eltricas

produtoras de ao baixo carbono so mais ricas em Zn e Pb, ao passo que as

siderrgicas que produzem ao inoxidvel possuem maiores teores de elementos de

liga (Cr, Ni, Mn). Este fato est relacionado com a seleo das sucatas para os dois

processos (20).

ATabela 3 apresenta dados de caracterizao qumica da PAE realizada por vrios

autores.


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26

Tabela 3.Dados de composies qumicas da PAE realizadas por vrios autores.Elementos Composio qumica (% Massa)

Silva et al Mantonavi et al Yang et al Pelino et al Balk et alSi 1,3 - - - 1,84

SiO2 - 2,40 5,96 5,94 -

Al 0,3 - - - 1,12Al2O3 - 0,06 0,44 0,65 -

Cl 1,6 1,75 - - 6,14Cr 2,1 - 0,70 - 0,28

Cr2O3 - 0,49 - 1,12 -Fe2O3 - - 40,30 52,82 -

Fe total 42 48,75 - - 37,7Pb 1,3 0,94 0,16 - 1,85

PbO - - - 0,48 -Ca 4,3 - - - 0,73

CaO - 0,90 8,31 7,50 -S - 0,43 0,11 - 0,55

Mg 1,6 - - - 0,16MgO - 0,86 6,58 5,21 -

F - 0,34 - - -Mn 1,9 - - - 1,16

MnO - 4,57 - 5,33 -MnO2 - - 2,55 - -ZnO - - - 13,80 -Zn 13,4 10,85 21,50 - 15,9Cu 0,2 - - - 0,30

CuO - - - 0,18 -Na 0,7 0,54 - - 2,27

Na2O - - 0,42 0,91 -K2O - - 0,48 1,01 -K 1,6 0,73 - - 3,02Ni 0,2 - - - 0,03

NiO - - - 0,08 -Cd 0,1 - - - 0,02Mo - - 0,54 - -P 0,3 - - - 0,06

P2O5 - - 0,03 - -C 1,1 2,30 - - -

Perda aofogo

- 2,42 - - -

Pela anlise da tabela, nota-se que alguns autores apresentam os elementos na

forma de xidos mais estveis e outros na forma elementar. Observa-se tambm,

que as porcentagens de zinco variam de 10,85 - 21,5 % e ferro total entre

37,7 - 48,7%.

Entretanto, os xidos presentes neste resduo podem estar combinados com outros

elementos. Diferentes pesquisadores tm investigado a mineralogia presente na

PAE, principalmente para entender como o zinco encontra-se neste resduo.


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27

3.3.2 Caracterizao Mineralgica

Segundo Silva et al (21) o ferro pode estar presente na PAE como Fe2O3, Fe3O4,

FeO, ZnFe2O4e ferro metlico.

A Tabela 4 a seguir, apresenta uma breve viso das fases e principais elementos

presentes nas poeiras geradas em fornos eltricos a arco e em convertedores a

oxignio, segundo as observaes de estudos de caracterizao relatados por

Nyrenda (19).

Tabela 4. Fases mineralgicas dos principais elementos presentes em poerias de fornos eltricos aarco e convertedores a oxignio (19).

Elemento Fases que contm o elemento

FeFe3O4 a principal fase. Os ctions de ferro so substitudos em vrios grauspor ctions de Zn, Mg, Ca, Cr, Mn, etc.

ZnQuando a poeira possui acima de 15% de Zn, este comea a se apresentarsob a forma de ZnO. O restante est associado principalmente com ferro,formando ZnFe2O4. Pequenas quantidades de Zn tambm podem seapresentar como sulfetos, silicatos ou aluminatos.

CdDevido baixa concentrao, tem uma distribuio no muito bem

estabelecida, mas possivelmente semelhante de zinco.

Pb Principalmente presente como xido ou tambm como PbSO4e PbCl2.

Cr, Ni Geralmente substituem os ctions de ferro em Fe3O4.

Ca Apresenta-se como CaO, principalmente, e o restante pode estar presentecomo fluoretos, ferritas ou silicatos.

Em estudos de caracterizao minerolgica da PAE (21,26)foram encontrados fases,

como zincita (ZnO), franklinita (ZnFe2O4), hematita (Fe2O3), pirolusita (MnO), quartzo

(SiO2) e magnetita (Fe3O4). A anlise difratomtrica da PAE realizada por

Machado et al(27) expressa na Figura 6.

.


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28

Figura 6.Anlise difratomtrica da PAE (27).

Estes resultados encontrados por Machado et al (27), apresentados na Figura 6,

tambm foram encontrados em outras pesquisas(20,26)

.

Menad et al (28)tambm verificou que as fases de maior intensidade na PAE so a

zincita (ZnO), magnetita (Fe3O4) e frankilinita (ZnFe2O4). Foi verificado a presena

de outros xidos em menor quantidade como a lanarkite (Pb2SO4), xido de clcio e

ferro (Ca4Fe14O25) e silicatos.

Aproximadamente 50 - 80% do zinco contido na poeira est na forma de ZnO e o

restante pode estar combinado na forma de ferrita de zinco (ZnO.F2O3)(28)

.

De acordo com Takano et al (29) o aumento dos teores de zinco promovem o

crescimento da parcela de ZnO na poeira


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29

3.3.3 Caracterizao Fsica

importante conhecer a distribuio granulomtrica da PAE, para propor solues

de reciclagem deste resduo, uma vez que, com essas informaes possvel

propor a aglomerao deste resduo na forma de briquetes ou pelotas, visando

facilitar o transporte e adio desse material nas rotas de fabricao do ao.

Segundo as observaes dos estudos de caracterizao da PAE de diversos

autores relatados por Nyrenda (19), a maioria das partculas da poeira so menores

do que 1m, em que grande parte dessas partculas esto na forma de

aglomerados. Devido a esta granulometria invivel mtodos de separao fsica,

alm dos problemas de alimentao em processos de reciclagem. Outra

caracterstica apresentada a dificuldade de separao slido - lquido aps os

processos e lixiviao.

Telles et al(30)analisou o tamanho mdio das partculas atravs de um difratmetro

a laser (MALVEN). A amostra foi exposta a ultra-som durante cinco minutos, e o

meio de disperso utilizado foi lcool isoproplico. Os resultados obtidos esto

apresentados naFigura 7.

Figura 7. Distribuio granulomtrica da PAE (30).


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30

Os autores (23,30)observaram que a PAE um material muito fino, no qual cerca de

10% da amostra possui dimetro de partcula menor que 0,67 m, e 90,76% do

material apresenta granulometria inferior a 9,00 m.

Xia e Pickles (31) salientaram tambm, que as partculas tendem a existir como

agregados constitudos por partculas finas. Essas partculas em sua maioria so

inferiores a 1 m.

Mais recentemente Machado et al (27) realizaram estudos sobre a distribuio

granulomtrica da PAE e os resultados so apresentados naFigura 8.

Figura 8. Distribuio granulomtrica da poeira de aciaria, adaptado de Machado et al (27).

Os autores (27) verificaram que o dimetro mdio de partcula da poeira foi de 1,88

m. Foi observado tambm que a PAE possui uma distribuio heterognea do

tamanho das partculas, onde 60% tm tamanho entre 0,90 e 4,30m.

Mantovani (20)caracterizou 3 tipos de poeiras de aciaria eltrica geradas em 3 usinas

diferentes. Verificou que a densidade das amostras da PAE situou-se entre 3-4

g/cm3, e conclui que a razo para este aparente desvio esteja relacionada com a

composio heterognea das poeiras, bem como a presena de porosidade no

interior dessas patculas.


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31

Esta densidade da PAE ocasiona dificuldades relacionadas ao volume considervel

quando se visa o descarte ou armazenamento, alm das dificuldades de reintroduzir

no processo de produo do ao sem aglomerao prvia ou tcnicas de injeo (19).

3.3.4 Caracterizao Morfolgica

Muitos estudos esto sendo realizados com intuito de caracterizar a PAE

objetivando avaliar a sua morfologia.

De acordo com Silva et al(21), a morfologia predominante da poeira de forno eltrico

a arco so partculas esfricas como mostrado na Figura 9,o que confirma que o

principal mecanismo de formao o de ejeo de partculas do metal e escria. Foi

verificado a predominncia de uma morfologia na forma de aglomerados.

Figura 9.Amostra de PAE com morfologia esfricas (A) e partculas aglomeradas (B) (22).

Outros estudos tambm verificaram a existncia de partculas esfricas e a presena

de aglomerados (9,27).

3.4 PROCESSOS DE TRATAMENTOS DA POEIRA DE ACIARIA ELTRICA

Alguns processos esto sendo estudados visando recuperar os elementos

majoritrios presentes na poeira. Em princpio, existem dois meios pelos quais a

PAE pode ser tratada, objetivando a recuperao de alguns elementos de valor

comercial, so eles (20):


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32

- Processos Pirometalrgicos.

- Processos Hidrometalrgicos.

3.4.1 Processos Pirometalrgicos

A utilizao dos processos pirometalrgicos para tratamento da PAE so so viveis

tecnicamente e financeiramente para ps com teores de zinco em torno de 15%.

Geralmente os processos utilizam redutor slido base de carbono (32).

ATabela 5,apresenta um resumo dos principais processos metalrgicos existentes.

Alguns se encontram em desuso, outros possuem melhor eficincia ou para

recuperar o Zn ou para recuperar o Fe.

Tabela 5.Resumo dos processos pirometalrgicos para o tratamento da PAE (33).Estado Atual Nome do Processo Tipo de processo Produto rico em Zn Produto rico em Fe

Comercial

Waelz (1 e 2 estgio) Pirometalrgico ZnO NoFlame Reactor Pirometalrgico ZnO NoZTT Ferrolime Pirometalrgico ZnO Sim- Fe-CaLaclede Steel Pirometalrgico Zn metlico No

Emergente

Sirosmelt Pirometalrgico ZnO No

Enviroscience Pirometalrgico ZnO SimEnviroplas Pirometalrgico Zn metlico/ ZnO NoPro-Tech Pirometalrgico Zn metlico Sim- Fe/Fe3C

IBDR-ZIPP Piro/Hidro Zn metlico/ ZnO Sim

A maioria dos processos para tratar poeiras de aciaria refere-se a poeiras com um

maior teor de zinco (acima de 15%) gerada no processo de fabricao de aos

comuns e a aglomerao do material s vezes no necessria (34).

O processo Waelz o mtodo comercial mais utilizado para tratamento e

recuperao de metais no-ferrosos (especialmente zinco) das poeiras de aciaria

eltricas. considerado pela indstria como o melhor processo para a recuperao

e reciclagem das poeiras contendo zinco superior a 15%(28).

O processo Waelz possui mais de 40 unidades em operao no mundo. O mtodo

se distingue pela sua universalidade e simples manuteno do equipamento. O

processo Waelz tem sido usado por mais de 65 anos, e tem sido usado para reciclar


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33

diretamente poeira de aciaria, desde meados de 1970. A Figura 10 apresenta um

desenho do processo (4).

Figura 10. Desenho esquemtico do processo waelz (4).

No processo Waelz so misturadas a poeira de aciaria eltrica, carvo e fundentes.

Em seguida esta carga introduzida no forno Waelz, medida que o forno giraocorre a secagem da carga, os haletos e lcalis so volatizados, os xidos de ferro

so parcilamente reduzidos, os xidos de zinco so reduzidos e volatilizados. O

produto resultante contm at 68% Zn contaminado por chumbo e elementos

halognios e um outro produto com alto teor de ferro, que no txico (33).

O processo Flame Reactor, requer a alimentao de PAE e oxignio para reagir com

o coque ou carvo utilizado como redutores. Este processo envolve a fuso da

carga. Os produtos obtidos consistem em um xido de zinco impuro e uma escriarica em ferro que atende os requisitos para ser descartada ou utilizada em

pavimentao de rodovias (33).

O processo ZTT Ferrolime um processo em que a PAE pelotizado e tratado em

um forno rotativo, utilizando como redutor carvo ou coque. Resulta em um xido de

zinco que contm vrias impurezas, alm de um produto rico em ferro, parcialmente

reduzido, podendo este, retornar para o forno eltrico, contribuindo para o aumento

do rendimento metlico (33).


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34

O MF uma tecnologia utilizada em pequena escala no Japo. Este processo utiliza

uma retorta vertical para o tratamento de resduos de indstrias produtoras de

metais no-ferrosos. Devido aos altos custos de instalao no so amplamente

comercializados. O Japo possui uma unidade para tratar 40.000 toneladas de p

por ano (33).

O Laclede Steel um processo pirometalrgico que consiste em misturar a PAE

junto com o redutor, e injetar na regio que se forma o plasma. Os vapores de Zn,

Pb, Cd so condensados. Outro subproduto gerado uma escria rica em ferro que

apropriada para o descarte (33).

Outro processo pirometalrgico para tratamento da PAE oSirosmelt, que consistede uma tcnica de fuso e reduo em que oxignio, redutor e PAE so injetados

por meio de uma lana em direo a uma escria. Os vapores so coletados por

filtros de manga. A escria gerada levada at um segundo forno e em seguida

injetado novamente redutor, com o intuito de reduzir os xidos de zinco e chumbo

contidos nessa escria. Com isso este processo produz dois ps com teores de

zinco e chumbo diferentes, podendo ser vendido para a indstria de zinco (33).

O Enviroscience Met Wool (33) um processo em que a poeira e fundentes so

briquetados. Aps o processo de cura, os briquetes so levados at um forno de

cuba, e so carregados junto com redutor. Neste processo so produzidos ferro

gusa e xido de zinco contaminado com chumbo.

O Eviroplas um processo em que primeiramente ocorre a remoo dos halogeneos

(Cl e F), aps esta etapa o material misturado com redutor carbonceo e

carregado no forno, atravs de um eletrodo de grafite. Os gases produzidos so

direcionados ao condensador em banho de chumbo para produzir Zn metlico. Outro

produto gerado na fuso uma escria inerte que pode ser utilizada para outros

fins (33).

As empresas Midrex Technologies Inc. (EUA) e Kobe Steel Ltda (Japo),

desenvolveram uma tecnologia para reciclagem de p de aciaria que se baseia na

fuso em um forno de soleira rotativa. A tecnologia tem sido chamada FASTMET.

Aproximadamente 7% de toda a poeira reciclada no mundo por essa tecnologia,


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35

cerca de 10 unidades existem no mundo. A Figura 11 apresenta o esquema do

processo (4).

Figura 11. Esquema do processo Fastmet (4).

As pelotas produzidas so reduzidos, o zinco e outros elementos volteis, tambm

so reduzidos e so volatilizados com os gases de combusto. Este processo

produz um material que contem 30-70% de Ferro com um grau de metalizao de75-94%. Para evitar futuras oxidaes, este material briquetado ou resfriado em

uma unidade especial. Outro sub-produto do processo o xido de zinco que

contem entre 50-65% Zn. A desvantagem desse processo o alto consumo de gs

combustvel(4).

Basicamente, a reciclagem da poeira de aciaria acompanhada de aglomerao,

pelotas (35), ou briquetes (36), ou at mesmo injetando o material particulado

diretamente na interface metal-escria (37), para que o ferro retorne ao banho

metlico e por consequncia consiga uma poeira mais rica em zinco.

No Brasil, a reciclagem de sucata galvanizada ainda pouco difundida e se encontra

em fase de expanso. Alm disso, os ps contem ainda baixos teores de zinco, o

que inviabiliza os processos de reciclagem utilizados em nvel mundial(38).


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36

3.4.2 Processos Hidrometalrgicos

Como o estudo mais profundo desses processos no o objetivo deste trabalho.Este tpico apresenta uma anlise superficial sobre o assunto, indicando algumas

referncias que objetivaram estudar os processos hidrometrgicos mais

detalhadamente.

Os processos hidrometalrgicos possuem uma menor aplicao comercial, em

comparao com os processos pirometalrgicos. Mas existem processos comerciais

utilizados para o tratamento da PAE, como o processo Ezinex e o Zicex modificado.

O primeiro ocorre a lixiviao atravs de cido sulfrico para solubilizar os xidos,

aps a eletrlise obtido um produto rico em zinco metlico de alta pureza. No

segundo a PAE sofre o processo de lixiviao com cloreto de amnia, com o mesmo

intuito do processo Ezinex. O resduo da lixiviao pelotizado com carvo e

reciclado no forno eltrico a arco (39).

O Processo Ezinex foi desenvolvido pela empresa Engitec Technologies SpA

(Itlia). Atualmente, o unico mtodo hidrometalrgico usado em escala industrialpara reciclar poeira e obter zinco e chumbo. A tecnologia prev a lixiviao com uma

soluo de NH4Cl, aps este procedimento o material filtrado e submetida

eletrlise para obter zinco. O zinco produzido vendido como zinco metlico ou

para processos de galvanizao (4).

Estudo de processos hidrometalrgicos em meio alcalino da PAE foi relatado por

Zhao Youcai e Robert Stanforth (40). Neste estudo a poeira hidrolisada em gua e

depois misturada em soda custica a uma temperatura de 350 C durante 1 h,seguido de lixiviao em soluo alcalina, em que zinco e chumbo so efetivamente

extrados. O p de zinco ento produzido por eletrodeposio a partir da soluo

lixiviada, em seguida o chumbo removido por precipitao com sulfeto de sdio.

Apurou-se que 38% de zinco e 68% de chumbo podem ser extrados da poeira

quando lixiviado diretamente na soluo de soda custica. A lixiviao de zinco

aumentou para 80% quando a poeira foi diretamente misturada com soda custica

seguidos por lixiviao alcalina. No entanto, a lixiviao por 42 horas aumentouainda mais para 95% quando a poeira foi hidrolisada pela primeira vez com gua


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37

antes da adio em soda custica. Esta pesquisa apresenta restrines devido ao

alto tempo para realizar os processos de lixiviao.

Vrios outros estudos tm objetivado tratar a PAE atravs de processoshidrometalrgicos (39,41,42,43,44),com o intuito de recuperar os elementos majoritrios

presentes na poeira (principalmente o Zinco) ou obter produtos para a destinao

em aterros para resduos perigosos. Entretanto, estes processos hidrometalrgicos

ainda apresentam dificuldade de lixiviao da ferrita de zinco e na separao

slido/lquido.

3.4.3 Reciclagem da PAE no Forno Eltrico

Os processos de reciclagem da poeira nos fornos eltricos podem ser

acompanhados de pelotizao e briquetagem ou em processos mais avanados

como a injeo da PAE e um agente redutor carbonceo, diretamente na interface

metal-escria (20).

A injeo da poeira em fornos eltricos apresenta benefcios, visto que no

necessrio o processo de aglomerao e os ps so injetados diretamente na zona

de maior temperatura do forno o que possibilita a reao mais rpida (37).

Entretanto, o processo pode ser repetido para um numero limitado de ciclos, ou seja,

pode ocorrer o aumento da energia para a reduo e fuso dos componentes da

poeira, aumento de metais no-ferrosos na poeira o que afeta negativamente o

regresso de metal para o banho de ao, alm da escria formada durante areciclagem atacar o revestimento refratrio do forno. Apesar das dificuldas, ainda

possvel obter uma nova poeira com teores de zinco elevado, alm de recuperar o

ferro presente neste resduo (22).

O reaproveitamento da PAE foi estudado em uma parceria entre a Uddeholm

Tooling AB e o MiMeR (Minerals and Metals Recycling Research Centre) localizado

na Universidade de Lulea, na Sucia (23).

Inicialmente foram realizados testes em um forno de induo (escala laboratorial),

que possibilitaram o entendimento dos fenmenos e reaes envolvidas quando


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38

ocorre a adio da poeira carga. Para isso, foram produzidos pelotas com

tamanhos de 7-14 mm e adicionadas na mesma proporo da gerao da poeira, ou

seja, 1,72 a 1,75% por tonelada de ao. Para os estudos foram avaliados dois tipos

de redutores, carbono e ferro-silcio (Fe-Si). O aparato experimental utilizado para os

testes iniciais em laboratrio apresentado naFigura 12 (23).

Figura 12. Aparato experimental e distribuio dos materias no cadinho (23).

A potncia era ajustada de modo a manter a temperatura em 1650C. Permaneceu

nesta temperatura por cinco minutos, aps este tempo uma amostra de metal foi

recolhida e cerca de um minuto depois o forno de induo foi desligado (23).

Os resultados obtidos em laboratrio mostraram que tanto o carbono como o silcio

podem ser utilizados com eficincia no processo. A anlise da escria de dois

experimentos em que foi utilizado carbono e silcio mostrada na tabela 6 (23).

.


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39

Tabela 6.Composio qumica da escria aps os testes (23).Elementos

(% em massa)Carbono Fe-Si

S 0,02 1,32CaO 24,1 28,4

CaF2 7,5 2MgO 43,45 42,4

Al2O3 2,89 2,01SiO2 9,42 23,67FeO 9,42 1,6MnO 3,05 0,19Cr2O3 0,75 0,23P2O5 0,07 0,03V2O5 0,1 0,05TiO2 0,08 0,07PbO < 0,002 < 0,002ZnO 0,055 0,035

CaO/SiO2 2.46 1,20

Observa-se que para o teste com carbono a escria apresenta maior teor de FeO

em sua composio do que o teste com Fe-Si. Portanto, oportuno dizer que o

Fe-Si foi melhor redutor do que o carbono para o xido de ferro. Outra anlise

importante que quando utilizou Fe-Si como redutor a basicidade binrio da escria

(CaO/SiO2) apresentou valores de escria mais cida(23).

Posteriormente, foram feitos testes em Forno Eltrico a Arco da empresa Uddeholm

Tooling AB, onde foram realizadas cerca de 100 corridas a uma taxa de 925 kg de

PAE por corrida. Foi observado que a quantidade de gases gerada na reduo com

carbono cerca de cinco vezes maior do que na reduo com Fe-Si. Os gases

gerados, no caso da reduo com carbono, podem ser queimados e possibilita a

gerao de energia trmica para a fuso. Foi realizada a anlise qumica da poeira

que foi gerado com a reciclagem da PAE, os resultados esto naTabela 7(23).

Tabela 7.Anlise qumica da poeira carregada e obtida (23).

Verifica-se que a PAE obtida aps a reciclagem da poeira no forno eltrico

apresentou maiores teores de Zn e menores teores de Fe2O3(23)

.

PAE Elementos (% em massa)Al2O3 CaO SiO2 Fe2O3 MgO MnO2 Na2O K2O Zn

Carregado 0,39 7,83 5,36 33,02 4,59 2,43 0,35 0.35 21,33Obtido 0,40 7,13 5,81 22,69 4,4 1,9 0,88 1,0 32,49


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40

Foram realizados clculos e estimou-se que o consumo de energia aumentou 0,51%

e 3,51% no caso da reduo com Fe-Si e carbono, respectivamente (23).

Flix e Delgado

(45)

tambm realizaram a adio da poeira no prprio forno eltrico,na forma de briquete com coque necessrio para reduzir todos os xidos da poeira.

Segundo os autores, quando foram adicionados briquetes na proporo de 19 kg por

tonelada de sucata, ocorre um aumento de 3- 8% do tempo de corrida e no ocorreu

variao significativa no consumo de energia eltrica. Foi observado que o

rendimento da corrida aumenta entre 1-2%, obtendo aos semelhantes com os

fabricados quando no ocorre a injeo dos briquetes. Alm disso, a escria

formada apresentou uma excelente espumao, o que contribui para concentrar o

calor. A quantidade de poeira gerada aumentou em 4-5 kg por tonelada e

enriqueceu de zinco em aproximadamente 50%. Segundo os autores, o custo esta

dentro da faixa dos processos existentes na Espanha.

3.4.4 Estudos de reciclagem da poeira de aciaria eltrica em escala

laboratorial

Takano et al (46), realizaram estudos para avaliar a recuperao do Cr, Ni e Fe,

presente na poeira de aciaria eltrica proveniente da produo de ao inoxidvel.

Neste estudo foram produzidas pelotas com a PAE e redutores, (ferro-silcio e

carvo) e adicionadas em banhos de ferro carbono a uma temperatura de 1600C.

Segundo os autores (46), o melhor resultado de recuperao encontrado foi quando

utilizou Fe-Si (90% para Fe, Cr e Ni,) do que carvo (98%, 35% e 12% para Fe, Cr e

Ni, respectivamente).

Neste mesmo estudo, foi apresentada uma estimativa dos custos e benefcios da

reciclagem da poeira de ao inoxidvel. Foi verificado que a produo de pelotas

com Fe-Si pode ser economicamente vivel, levando em considerao o valor da

deposio em aterros e o valor da tonelada de Fe-Si.Como a quantidade reciclada

seria apenas de 2%, no afetaria o processo de fuso da carga (46).

Nolasco (34)tambm realizou estudos com o objetivo de avaliar a reduo dos xidos

de cromo e nquel contidos em resduos gerados na fabricao de ao inoxidvel por


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41

indstrias brasileiras. Neste estudo foram produzidos briquetes com dois tipos de

redutor (carbono ou silcio) e adicionados em ao lquido. Foi verificado que o

aumento do teor de redutor (FeSi) melhorou as condies para recuperao e

incorporao de cromo no ao.

Mantovani, Takano e Buchler (35) propuzeram o reaproveitamento da poeira de

aciaria eltrica atravs da adio na forma de pelotas em banho de ferro-gusa.

Foram produzidas pelotas com dimetro de 12 mm, com 5% de cimento portland

como aglomerante e finos de carvo como redutor. As pelotas foram curadas por 28

dias e secas at atingir 0,3% de umidade. Posteriormente, as pelotas foram

carregadas em banho de gusa lquido. O sistema para tratamento do p

apresentado na Figura 13.

Figura 13. Sistema de tratamento da poeira (35).

A anlise qumica da PAE utilizada e o p que foi coletado aps os ensaios pelo

sistema de despoeiramento so apresentados naTabela 8 (35).


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42

Tabela 8.Anlise qumica da PAE e do material coletado aps os ensaios (35).

ElementosComposio (%) em massa

PAE 1 Aps EnsaiosFe total 49,1 3,12

Zn 3,54 55,80

Pb 0,51 3,81K 1,08 3,65

Na 1,26 0,89C 2,90 1,33S 0,22 0,38Cl 1,55 4,40F 0,55 0,66

SiO2 3,80 0,32CaO 8,40 0,50

Al2O3 0,84 0,15MgO 1,18 0,35MnO 3,17 0,28Cr2O3 0,59


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43

Figura 14.Grau de metalizao (A) e porcetagem de remoo do zinco(B) (47).

A reduo pelo processo pode ser realizada em 15 minutos. Segundo os autores

(47)

isto vantajosa em comparao com outros processos como o Waelz.

Donald e Pickles (48) estudaram a cintica da reduo por meio de tcnicas

termogravimtrica do xido de zinco na ferrita de zinco utilizando ferro como agente

redutor. A reao geral que descreve a reduo da ferrita de zinco com ferro :

ZnOFe2O3(s)+ 2Fe = Zn(g)+ 4FeO(s) (equao 1)

Atravs dos resultados, verificou-se que a taxa de reduo da ferrita de zinco pelo

ferro aumenta com o aumento da temperatura, aumento da quantidade de ferro

adicionado e diminuio do tamanho da partcula da ferrita de zinco. Foi observado

tambm, que adies de cal e cloreto de sdio promovem um aumento na taxa de

reduo. A cal causa a formao de uma fase estvel (ferrita de clcio), que diminui

a atividade do xido de ferro formado, favorecendo a equao 1 (48).

Os autores (48)destacaram que a utilizao de ferro metlico como agente redutor

para a poeira de aciaria eltrica diminui o volume de gases gerados, o que contribui

para a condensao do zinco na forma metlica e concluem que o resduo final pode

ser reciclado como matria prima nos processos de fabricao de ao.

Jyh-Jen et al(49)estudaram a reduo carbortrmica da ferrita de zinco presente na

PAE, usando difratmetro de raios - X, anlise qumica, microscopia eletrnica de

varredura (MEV) e rea superficial. Os autores verificaram atravs da anlise

difrtomtrica, que a ferrita desaparece em um curto espao de tempo

(450 segundos) e com o passar do tempo os teores de ZnO e Fe2O3 aumentam,


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44

atinge um valor mximo e comeam a diminuir. Esta afirmao pode ser visualizada

naFigura 15,em que esboa a difrao de raios - X na temperatura de 1050C.

Figura 15. Variaes nas intensidades da difrao de raios - X do ZnFe2O4, ZnO, Fe2O3, FeO e Fe

em funo do tempo de reao na temperatura de 1050C (49).

Com bases nessas observaes, no primeiro estgio de reduo a ferrita de zinco

se decompe em ZnO e Fe2O3 de acordo com a seguinte reao(49):

ZnFe2O4(s)= ZnO(s)+ Fe2O3(s) (equao 2)

Aps o primeiro estgio, esses xidos so reduzidos pelo CO gerado pela reao de

Boudouard (49).

Durante a realizao dos ensaios foram realizadas anlises qumicas para avaliar o

comportamento dos xidos de ferro. Os resultados podem ser visualizados na

Figura 16 (49).


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45

Figura 16. Variaes nas percentagens em massa de Fe2O3, FeO e Fe em relao ao tempo nas

temperaturas de 1050C (49).

Analisando a Figura 16, observa-se que nos segundos iniciais ocorre um aumento

do teor de Fe2O3. Segundo os autores(49), isto comprova que nos instantes inicias a

ferrita de zinco se decompe de acordo com a equao 2.

Marroqun et al (50) tambm esturam a reduo da ferrita de zinco da poeira de

aciaria, mas por uma mistura gasosa CO - CO2. Neste estudo foi produzido ferrita de

zinco em laboratrio a partir da mistura Fe2O3/ZnO: 1/1, e em seguida este material

foi caracterizado. As amostras de ferrita de zinco em p foram aglomeradas na

forma de briquetes cilndricos. Os ensaios de reduo dos briquetes foram

realizados num forno eltrico tubular acoplado a uma linha de gases de CO, CO 2e

N2.Concluiu-se que o aumento da temperatura bem como a percentagem de CO na

mistura gasosa incrementou a reduo da amostra de ferrita de zinco.


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46

3.5 OUTROS ESTUDOS DA APLICABILIDADE DA POEIRA DE ACIARIA

ELTRICA

Vargas (51) estudou o comportamento da poeira de aciaria eltrica em pastas

Cimento Portland atravs da determinao dos tempos de pega e do calor de

hidratao, visando utilizar este produto na construo civil.

Verificou que a poeira de aciaria ocasionou um aumento de fim de pega do cimento.

Este retardo pode ter sido ocasionado pelo xido de zinco presente no resduo, ou

ainda, devido ao fato da poeira ser mais fina que o cimento, envolvendo seus gros,

e dificultando, desta forma, o trmino das reaes de hidratao, inviabilizando

ainda sua utilizao como adio ao cimento (51).

Diversos estudos analisaram a utilizao da PAE, com o intuito de estabilizar

quimicamente os metais para utiliza-ls em processos cermicos, processos de

vitrificao e na construo civil (7,17,52, 53).

3.6 ANLISES TERMODINMICAS

3.6.1 Reduo pelo carbono e silcio

Pickles (2002) (54) realizou um estudo sobre a reduo de poeira de aciaria eltrica

em banhos contendo carbono e silcio. Um modelo esquemtico das possveis

reaes que podem ocorrer, quando adiciona PAE em banhos contendo carbono e

silcio apresentado naFigura 17.Os xidos entre parentes representam elemento

na escria, os elementos sublinhados esto dissolvidos no banho.


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47

Figura 17. Modelo esquemtico das reaes de reduo quando ocorre adio de PAE emFerro-Gusa, contendo Carbono e Silcio, adaptado de Pickles (2002)(54).

Pickles (54)considerou que os xidos de ferro presentes na poeira esto na forma de

Fe2O3 ou combinado na forma de ferrita de zinco (ZnO.Fe2O3). Entre 20 e 50% do

zinco presente na poeira est combinado com o ferro na forma de frankilinita e o

restante do zinco esta na forma de xido (ZnO).

A ferrita de zinco (ZnO.Fe2O3) se decompe em ZnO e Fe2O3 em 1227C

rapidamente de acordo com a equao 2. Aps este processo o xido de ferro

(Fe2O3) reduzido rapidamente a (FeO) de acordo com a seguinte reao(54):

(Fe2O3) + Fe(l)= 3(FeO) (equao 3)

Em seguida ocorre a reduo do (FeO) pelo carbono e pelo silcio do banho de

acordo com as seguintes reaes (54):

(FeO) + C = Fe(l)+ CO(g) (equao 4)

Go = 21320 - 20,66 (55, 56, 57)T cal/mol (equao 5)

A variao de energia livre da reao mostrada pela equao 5 dada pela

expresso :


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48

G = G+RTlnC

PCO

haFeO

aFe

(equao 6)

onde:

PCO - presso parcial do CO, cujo valor 1;

hC - atividade henriana do carbono na liga;

aFe - atividade raoultiana do ferro na liga, e

aFeO - atividade raoultiana do FeO na escria.

A reao de reduo do FeO pelo silcio expressa de acordo com a seguinte

reao:

2(FeO) + Si = 2Fe(l)+ (SiO2) (equao 7)

Go = - 78570 + 26,56 T cal/mol (55, 56, 57) (equao 8)

A expresso de energia livre para a equao 8 dada pela expresso:

G = Go+ RT lnhSi

aSiOaFe

aFeO

2

2

2

, (equao 9)

onde:

aSiO2atividade raoutiana na escria

hSi - atividade heriana do silcio na liga,

aFeatividade raoultiana do ferro na liga, e

aFeO - atividade raoultiana do FeO na escria.

AFigura 18 apresenta o efeito da atividade do carbono e do silcio nas equaes de

Godas (equao 4) e (equao 7).


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49

Figura 18.Efeito da atividade do silcio (a) e carbono (b) nas equaes de reduo do FeO (54).

Observa-se que tanto para equao 4 quanto para a equao 7, ocorre a reduo

da energia livre padro medida que aumenta a atividade dos elementos.

A Figura 19 apresenta a energia livre padro das possveis reaes que podem

ocorrer quando se adiciona poeira de aciaria eltrica em ferro-gusa.

Figura 19.Energia livre padro das reaes de reduo do FeO (63).


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50

Pela anlise da figura, nota-se que a reao apresentada pela (equao 7) de

reduo do FeO pelo silcio, apresenta maior potencial termodinmico para ocorrer

do que a apresentada pela (equao 4).

O xido de zinco presente na poeira de aciaria reduzido pelo carbono de acordo

com as seguintes reaes (54):

(ZnO) + Fe(l) = (FeO) +Zn(g) (equao 10)

(ZnO) + C = Zn(g)+ CO(g) (equao 11)

(ZnO) + 2(FeO)= (Fe2O3) + Zn(g) (equao 12)

(ZnO) + CO = Zn(g)+ CO(g) (equao 13)

A Figura 20 apresenta a energia livre padro das possveis reaes de reduo do

ZnO que podem ocorrer quando se adiciona poeira de aciaria eltrica em banhos de

gusa lquido saturado em carbono (54).

Figura 20. Energia livre padro das reaes de reduo do ZnO (54).


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51

Rankin e Wright (58) realizaram uma investigao experimental para estudar o

mecanismo de reduo do zinco em escrias na presena de banho saturado de

carbono na temperatura de 1400 C. Observaram que quando foi adicionado Fe 2O3

na escria aps 12 minutos do incio do ensaio, a reduo do zinco na escria foi

mais acentuada em relao aos casos em que o Fe2O3no foi adicionado. Isto um

indicativo que a reduo do ZnO na escria ocorre de acordo com a equao 12.

Basicamente, as redues dos xidos presente na escria ocorrem nas seguintes

interfaces (59, 60,61).

Interface entre escria e banho metlico,

Interface entre escria e gotas de metal, e

Interface entre escria e material carbonceo em suspenso.

Segundo Fruehan (62) as gotas de metal que so formadas devido reduo que

ocorre dentro da camada de escria espumante so envolvidas por uma bolha de

CO, e isto indica que reao representada pela equao 14, se d via as seguintes

etapas:

(FeO) + CO = Fe + CO(2) (equao 14)

CO(2)+ C = 2CO (equao 15)

Pickles (2003) (63)realizou um estudo sobre a adio da poeira de aciaria eltrica na

forma de briquete em ferro-gusa. As concentraes dos xidos de ferro e zinco na

escria durante o processo de reduo so plotados em funo do tempo e

apresentados naFigura 21.


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Figura 21.Teores de ferro e zinco na escria em funo do tempo (63).

Nota-se na figura, que durante os estgios iniciais ocorre um aumento do teor de

FeO na escria, isto principalmente devido a alta taxa de reduo do xido de

zinco em comparao com o xido de ferro. O xido de zinco reduzido de acordo

com a seguinte reao (63):

(ZnO) + Fe(l) = (FeO) +Zn(g) (equao 10)

Esta reao aumenta os teores de (FeO) na escria, comportamento este verificado

naFigura 21.


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4 MATERIAIS E MTODOS

Para o desenvolvimento do presente estudo sobre reciclagem da poeira de aciaria

eltrica foram realizadas diversas etapas. Um resumo das atividades desenvolvidas

na pesquisa pode ser visualizado no fluxograma apresentado naFigura 22.

Figura 22.Fluxograma das atividades desenvolvidas na pesquisa.

4.1 AQUISIO DA POEIRA

A poeira de aciaria eltrica foi fornecida pela ARCELLOR MITTAL/CARIACICA, o

ferro-gusa fornecido pela SIDERRGICA IBIRAU localizada Joo Neiva e o

ferro-slicio fornecido pela Universidade de So Paulo (USP). AFigura 23 apresenta

a representao esquemtica do sistema de despoeiramento da empresafornecedora da PAE.

Caracterizao, Fsico-Qumica,

Mineralgica e Morfolgica da PAE

Preparao da massas eBriquetagem

Realizao da adio dosbriquetes em banho metlico

Avaliao daincorporao doferro ao banho

Aquisio dos materiais

Avaliao da Poeiracoletada durante os

ensaios

Clculostermodinmicos


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54

Figura 23. Fluxograma do sistema de despoeiramento.

O material coletado pelo sistema de despoeiramento adaptado na abboda do

forno e na parte acima do forno (Coifa); em seguida o material direcionado at o

defagulhador para a queima dos gases. Aps este procedimento, a PAE coletadapelos filtros de manga e direcionada aos silos, onde ser armazenada e

posteriormente encaminhada at aterros prprios para resduos perigosos. Os

pontos 1 e 2, apresentados na Figura 23, representam dois pontos de coleta. A

amostragem do material foi realizado no ponto 2, onde retirou-se uma amostra

representativa de aproximadamente 200 kg. Aps a coleta, o resduo foi quarteado

para posteriores procedimentos de caracterizao.

4.2 CARACTERIZAO FSICA, QUMICA E MORFOLGICA

A poeira de aciaria eltrica foi caracterizada qumica, fsica e morfologicamente,

mediante vrias tcnicas de caracterizao, so elas:

Anlise Granulomtrica

Anlise Qumica;

Anlise Difratomtrica;

Anlise Microscpica.


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55

Todas estas tcnicas foram realizadas no Departamento de Engenharia Metalrgica

(PMT) da Universidade de So Paulo (USP), empregadas para caracterizar a PAE

no estado como recebido.

4.2.1 Anlise Granulomtrica

A anlise granulomtrica da PAE necessria para avaliar a distribuio do

tamanho das partculas do resduo, assim como o dimetro mdio das partculas. O

equipamento empregado foi um analisador de partculas (MALVERN 2600-LC), que

se baseia no espalhamento de luz causado pelas partculas quando incide sobre asmesmas um feixe de raio laser.A amostra foi exposta a ultra-som durante cinco

minutos, e o meio de disperso utilizado foi lcool isoproplico. Com este

equipamento, obteve-se a faixa granulomtrica do resduo. Este equipamento est

localizado no Departamento de Engenharia Metalrgica e Materiais da Universidade

de So Paulo (USP).

4.2.2 Anlise Qumica

A anlise qumica faz-se necessria para se confirmar os teores dos vrios

elementos presentes nos resduos. A anlise qumica da PAE foi realizada no

Laboratrio do Departamento de Engenharia de Minas da USP(PMI) por meio de

uma anlise semiquantitativa sem padres com anlise de elementos qumicos de

flor a urnio. O ensaio foi realizado em um espectrmetro por fluorescncia de

raios-X Axios Advanced da marca Panalytical. A perda ao fogo (PF) foi efetuada a1050oC por 1h.

Os teores de Fe2+ e Fe3+ foram realizados de acordo com a NBR 8741 e a

porcentagem de Fe0 foi realizado no laboratrio de anlises qumicas do IFES, pelo

procedimento Mtodo Volumtrico com permanganato do potssio utilizado o

mtodo descrito nos estudos de Junca (64) .


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56

4.2.3 Anlise Difratomtrica

A difrao de raios-X foi utilizada para a determinao dos principais compostos

presentes nas amostras de PAE.

Para a anlise mineralgica do resduo foi utilizado um difratmetro XPERT da

marca PHILLIPS, com tubo de Cu. O ngulo inicial foi de 4 e o ngulo final de 70,

sendo o tamanho do passo 0,02. A difrao foi realizada no laboratrio de

caracterizao tecnolgica do PMI - USP.

4.2.4 Anlise Microscpica

Para este tipo de anlise foi utilizado o Microscpio Eletrnico de Varredura modelo

XL-30 Philips do laboratrio de microscopia eletrnica do PMT. Neste equipamento

possvel observar a morfologia das partculas e o aspecto topogrfico do resduo,

alm disso, a microssonda EDS fornece a composio qumica em um determinado

ponto da amostra. Nesta etapa o resduo foi caracterizado exatamente na forma em

que foi fornecido, o nico pr-tratamento feito foi a j citada homogeneizao e um

recobrimento com ouro (para conduo de corrente), exigido para anlise em MEV.

4.3 PREPARAO DA CARGA E CLCULO DE MASSA DOS EXPERIMENTOS

Para preparar o ferro-gusa com os teores de silcio de 1,5 e 1,0%, foi necessrio a

realizao de um balano de massa, em que utilizou FeSi75. Foi considerado um

rendimento de 95% de incorporao do silcio no gusa. A composio do FeSi75

utilizada neste trabalho apresentada naTabela 9.

Tabela 9. Composio qumica do Fe-Si utilizado neste estudoElementos C Si Ti S Ca Al P

% em massa 0,048 70, 560 0,033 0,007 0,930 0,420 0,032


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No clculo da massa de poeira, foi levado em conta a composio qumica do

ferro-gusa (% de silcio) e sua massa, alm da composio qumica da poeira,

considerando a reduo completa pelo silcio do gusa de todos os xidos contidos

no resduo, que teoricamente seriam reduzidos pelo silcio, com isso, as seguintes

reaes foram levadas em considerao:

2(Fe2O3)+ 3Si = 4Fe(l)+ 3(SiO2) (equao 16)

2(FeO) + Si = 2Fe(l)+ (SiO2) (equao 17)

2(ZnO) + Si = 2Zn(g)+ (SiO2) (equao 18)

2(K2O) + Si = 4K + (SiO2) (equao 19)

2(MnO) + Si = 2Mn + (SiO2) (equao 20)

2(Na2O)+ Si= 2Na + (SiO2) (equao 21)

2(PbO) + Si = 2Pb + (SiO2) (equao 22)

Calculado o contedo estequiomtrico de poeira, adicionava 20% acima do

estequiomtrico, ou retirava 20% do estequiomtrico.

4.4 ENSAIOS REALIZADOS

Foram realizados ensaios para estudar a influncia do teor de silcio, da massa de

poeira e influncia da cal e fluorita na reduo do FeO.

A Tabela 10 apresenta a srie de ensaios realizados para estudar a influncia do

teor de silcio no ferro-gusa sobre a reduo dos xidos de ferro e zinco presente na

poeira, alm disso, foi estudado o efeito da massa de poeira adicionada sobre a

composio qumica na poeira coletada.


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Tabela 10. Especificaes dos ensaios.

Com relao primeira coluna da tabela 10, a primeira letra seguida de um nmero

representam a sequncia em que os ensaios foram realizados. Os nmeros entre

parntese identificam a porcentagem de silcio no ferro-gusa. As letras e nmerosseguintes representam a massa de poeira adicionada, 20% em acima do

estequiomtrico (P+20), estequiomtrica (PE) e 20% abaixo do estequiomtrico

(P-20).

Em todos os ensaios foi possvel coletar o material particulado gerado durante os

experimentos, com excesso do ensaio E7(0,35)PE, devido principalmente a pouca

quantidade de poeira adicionada.

Por sua vez, os ensaios da Tabela 11 foram feitos com objetivo de investigar a

influncia da cal e da fluorita da reduo do FeO e ZnO presente na escria. Nesta

srie de ensaios, a massa de poeira adicionada sempre foi estequiomtrica.

Tabela 11. Ensaios realizados para avaliar a influncia da cal e Fluorita na reduo do FeO. Ensaios Massa de poeira (g) % Silcio Identificao dos ensaios

E9(1,0)Ca 51,5 1,0 Poeira estequiomtrica, 5% cal

E10(1,0)F 50,5 1,0 Poeira estequiomtrica, 5% FluoritaE11(1,0)Ca+F 51,2 1,0 Poeira estequiomtrica, 5% Fluorita e 5% cal

Com relao primeira coluna daTabela 11,a primeira letra seguida de um nmero

identificam o numero do ensaio. Os numeros entre parentese identificam a

recuperação do zn e fe da poeira de aciaria elétrica proveniente da produção de aço carbono

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