A mineralogical study of industrial Portland clinker produced with non-traditional raw-materials (carbonatite) and fuels (coal, pet coke, waste tires) Estudo mineralógico de clínquer Portland industrial produzido com matéria-prima (carbonatito) e combustíveis (carvão, coque, pneus) não tradicionais Fábio Ramos Dias de Andrade, Inst. Geociências, USP Marcelo Pecchio, ABCP Yushiro Kihara, ABCP Juliana Maia C. dos Santos, Inst. Geociências, USP
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A mineralogical study of industrial Portland clinker ... et al FICEM 2011 Fina… · A mineralogical study of industrial Portland clinker produced with non-traditional raw-materials
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A mineralogical study of industrial Portland clinker produced
with non-traditional raw-materials (carbonatite) and fuels
(coal, pet coke, waste tires)
Estudo mineralógico de clínquer Portland industrial produzido com matéria-prima
(carbonatito) e combustíveis (carvão, coque, pneus) não tradicionais
Fábio Ramos Dias de Andrade, Inst. Geociências, USP
Marcelo Pecchio, ABCP
Yushiro Kihara, ABCP
Juliana Maia C. dos Santos, Inst. Geociências, USP
Objetivos
• Estudar a influência da queima de pneus sobre a composição mineralógica do clínquer,
comparando clínqueres produzidos em um mesmo forno e com as mesmas matérias-
primas
• Definir quais elementos químicos são os melhores indicadores do uso de matérias-primas
e combustíveis alternativos
• Definir os teores dos elementos menores nos silicáticos cálcicos do clínquer
• Definir quais os sítios cristalográficos ocupados pelos elementos menores nos silicatos
• Definir quais são os principais “reservatórios” dos elementos químicos menores no
clínquer, pela ponderação entre teor do elemento nos silicatos e o teor dos silicatos no
clínquer
• Os resultados apresentados são parte de um estudo em andamento
Descrição geral do caso Localização: Cajati, SP Matéria-prima carbonática rejeito da mineração de fosfato (carbonatito de Jacupiranga) = rocha ígnea, não-calcária Combustíveis coque de petróleo + carvão (80% calor) + pneus inteiros e picados (20% calor)
Amostragem
Diretamente na fábrica, em três etapas com composições distintas de combustíveis
A – (pneus inteiros e picados) + (coque + carvão) B – (pneus picados) + (coque + carvão) C – (coque + carvão)
Materiais coletados:
matérias-primas farinha combustíveis clínqueres pó de eletrofiltro
Em cada etapa (A, B, C) foi coletada uma parcela por hora
cada amostra foi composta por 5 parcelas
a amostragem foi iniciada duas horas após a mudança de combustível (estabilização do forno)
neste trabalho serão abordados apenas os clínqueres
Métodos analíticos
FRX – espectrometria de fluorescência de raios X para elementos maiores
AA – espectrometria de absorção atômica (AA) para elementos traços
MO – microscopia óptica de luz refletida
DRX – difratometria de raios X e método de Rietveld (análise quantitativa de fases)
ME – microssonda eletrônica (análises químicas pontuais das fases cristalinas)
Métodos complementares
produção dos cimentos experimentais
ensaios físico-mecânicos nos cimentos
ensaios de solubilização
Microscopia óptica de luz refletida
Os três clínqueres (A, B e C) apresentam microtextura similar
Dimensão média do C3S elevada (65µm)
Zonas irregulares e amplas de C2S
50 µm 200 µm
clínquer A (pneus inteiros e picados) clínquer C (sem pneus)
Difratometria de Raios X (DRX)
Similaridade mineralógica entre os três clínqueres
10 20 30 40 50 60 70
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
in
ten
sid
ad
e (
cp
s)
2-teta (o)
clinquer
A - pneus picados + inteiros
B - pneus picados
C - sem pneus
Fluorescencia de raios X e
Absorção Atômica
Composição química
A – (pneus inteiros e picados) + (coque + carvão) B – (pneus picados) + (coque + carvão) C – (coque + carvão)
Indicadores químicos Pneus Fe, Zn, Sn Coque de petróleo S Carbonatito P, Sr
clinker A clinker B clinker C
CaO (wt%) 60.66 60.03 60.51
SiO2 19.76 19.54 19.70
Al2O3 3.40 3.61 3.77
Fe2O3 4.14 4.11 3.68
SO3 1.24 1.93 1.77
MgO 6.74 6.73 6.71
K2O 0.24 0.28 0.24
TiO2 0.38 0.38 0.40
SrO 0.79 0.77 0.79
P2O5 0.68 0.73 0.72
MnO 0.20 0.20 0.19
PF 0.80 0.80 0.61
total 99.02 99.11 99.07
LSF 97.68 97.27 97.49
SM 2.62 2.53 2.64
AM 0.82 0.88 1.02
Be (ppm) 1.09 0.75 1.10
Cr 90.3 94.5 88.8
Co 32.2 33.2 27.5
Ni 67.4 61.3 66.2
Cu 64.1 57.8 41.4
Zn 517 571 74.9
Cd 0.21 0.33 0.27
Sn 5.49 9.51 2.39
Te 5.22 6.47 4.40
Pb 4.29 7.38 6.63
As 1.41 1.69 1.41
Composição mineralógica (DRX-Rietveld)
A – (pneus inteiros e picados) + (coque + carvão) B – (pneus picados) + (coque + carvão) C – (coque + carvão)
clinker A clinker B clinker C
C3S mcl 50.55 41.23 44.41
C3S tcl 2.38 4.31 4.10
C3S total 52.93 45.54 48.51
C2S mcl 29.37 31.33 31.16
C2S ort 1.52 1.26 3.26
C2S total 30.89 32.59 34.42
C3A isso 1.39 0.60 0.88
C3A ort 1.18 0.77 2.79
C3A total 2.57 1.37 3.67
C4AF 8.31 13.56 7.55
MgO 5.30 6.94 5.85
CaO 0.00 0.00 0.00
sum 100 100 100
Composição mineralógica (DRX-Rietveld)
0
10
20
30
40
50
60Q
uan
tid
ade
de
fas
e (
em
%)
Co-processamento depneus inteiros e picados
Co-processamento depneus picados
Sem co-processamento
Caracterização físico-mecânica de cimentos experimentais
cimento
clínquer A
cimento
clínquer B
cimento
clínquer C
125 125 125
9,29 9,35 10,16
3 dias 24,8 23,2 24,6
7 dias 32,2 31,8 32,5
28 dias 48,3 50,9 49,7
3,18 3,19 3,18
3610 3680 3630Superfície Específica (cm²/g)
Resistência (MPa)
Etapa
Tempo total de moagem (min)
Retido Peneira 45µm (%)
Densidade (g/cm³)
A – (pneus inteiros e picados) + (coque + carvão) B – (pneus picados) + (coque + carvão) C – (coque + carvão) Similaridade de desempenho entre os três cimentos
Composição química dos silicatos de cálcio (microssonda eletrônica)
A – (pneus inteiros e picados) + (coque + carvão) B – (pneus picados) + (coque + carvão) C – (coque + carvão)
% em peso C3S C2S
A B C A B C
wt %
CaO 71.0 71.7 71.2 63.1 62.2 62.8
SiO2 23.5 23.0 22.7 27.4 26.2 28.3
MgO 1.53 1.12 1.49 0.25 0.61 0.22
Al2O3 1.17 1.45 1.72 2.12 2.50 1.97
Fe2O3 0.71 0.74 0.66 1.70 2.13 1.17
SO3 0.30 0.26 0.34 2.75 2.22 1.89
ZnO 0.04 0.04 0.02 0.02 0.02 0.02
SrO 0.49 0.48 0.55 1.07 1.18 1.09
P2O5 0.87 0.94 0.90 1.38 1.60 1.29
TiO2 0.24 0.22 0.23 0.36 0.56 0.32
MnO 0.08 0.06 0.09 0.03 0.11 0.04
K2O 0.01 0.01 0.01 0.10 0.16 0.09
total 100.0 100.1 99.9 100.3 99.4 99.2
Microssonda eletrônica (química mineral)
Estrutura cristalina e proporção catiônica Dicalcium Silicate - Gamma