61 Temperatura no Leito de Pelotas - Teste com recipiente de aço 0 250 500 750 1000 1250 1500 10 9 0 1 70 25 0 33 0 41 0 49 0 5 70 6 50 73 0 81 0 89 0 97 0 10 5 0 1 13 0 1 21 0 12 9 0 13 7 0 14 5 0 15 3 0 1 61 0 1 69 0 1770 18 5 0 Tempo (segundos) Temperatura (ºC) Camada Superior Camada Intermediária (Cadinho com Escória) Camada Inferior 7. Resultados 7.1. Pote grate e forno de mufla A fim de submeter às escórias sintéticas às mesmas condições térmicas a que ficam submetidas as pelotas RD comerciais durante seu processo de fabricação, o ciclo térmico ilustrado na (Figura 16), foi programado para os testes no pot grate. Figura 16 - Perfil térmico no pot grate para o tratamento das escórias sintéticas De acordo com a (Figura 16), as escórias sintéticas ficaram cerca de 6,1 min submetidas à etapa de queima (camada intermediária), o que garantiu a reprodução do intervalo correspondente ao do processo industrial (6 a 7 min). Em seguida, as misturas correspondentes às escórias sintéticas produziram, para cada tempo de teste (40 e 120 min), na temperatura de 1330 ° C, três amostras, cada uma correspondente às seguintes condições de resfriamento: dentro do forno (20 horas); fora do forno (20 min) e fora do forno, sob ventilação forçada (6 min).
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
61
Temperatura no Leito de Pelotas - Teste com recipiente de aço
0
250
500
750
1000
1250
1500
10 90 170
250 330 410 490 570
650
730 810 890 970105
011
3012
10129
0137
0145
0153
016
1016
90177
0185
0
Tempo (segundos)
Tem
pera
tura
(ºC
)
Camada Superior Camada Intermediária(Cadinho com Escória)
Camada Inferior
7. Resultados 7.1. Pote grate e forno de mufla
A fim de submeter às escórias sintéticas às mesmas condições térmicas a
que ficam submetidas as pelotas RD comerciais durante seu processo de
fabricação, o ciclo térmico ilustrado na (Figura 16), foi programado para os testes
no pot grate.
Figura 16 - Perfil térmico no pot grate para o tratamento das escórias sintéticas
De acordo com a (Figura 16), as escórias sintéticas ficaram cerca de 6,1 min
submetidas à etapa de queima (camada intermediária), o que garantiu a
reprodução do intervalo correspondente ao do processo industrial (6 a 7 min). Em
seguida, as misturas correspondentes às escórias sintéticas produziram, para cada
tempo de teste (40 e 120 min), na temperatura de 1330°C, três amostras, cada uma
correspondente às seguintes condições de resfriamento: dentro do forno
(20 horas); fora do forno (20 min) e fora do forno, sob ventilação forçada (6 min).
DBD
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0921880/CA
62
Quartzo, SiO2
Portlandite, Ca(OH)2
Cal, CaO
Alumina, Al2O3 Monetita, CaPO3(OH)
Carpholite magnesiano, Mg2Al2Si2O6(OH)4
00-035-0489 (*) - Magnesiocarpholite, syn - MgAl2Si2O6(OH)4 - Y: 6.25 % - d x by: 1. - WL: 1.54000-009-0080 (I) - Monetite, syn - CaPO3(OH) - Y: 2.08 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - 0 -
00-043-1484 (C) - Corundum, syn - Al2O3 - Y: 2.08 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - 0 - I/Ic PDF 1. - 00-037-1497 (*) - Lime, syn - CaO - Y: 6.25 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - 0 - 00-004-0733 (I) - Portlandite, syn - Ca(OH)2 - Y: 14.58 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - 0 - I/Ic PDF 1.00-046-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 50.00 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - 0 - I/Ic PDF 3.4 - D:\Difratogramas (2008)\2 - Empresas\Samarco\pdr.RAW - File: pdr.RAW - Type: 2Th/Th locked -
Lin
(Cou
nts)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
2-Theta - Scale
10 20 30 40 50 60 70
Ln
Con
tage
ns
2Θ
7.2. Difração de raios X
Após o ensaio a amostra foi cominuida e os materiais gerados submetidos à
Difração de R-X. Os difratogramas a seguir mostram, primeiramente (Figura 17) a
confirmação das estruturas cristalinas dos constituintes puros usados para a
elaboração das misturas, posteriormente (Figuras 18 a 24), a constatação de que
apenas na condição de resfriamento lento (dentro do forno), as escórias sintéticas
mostraram-se cristalinas, (Figuras 21 e 24). Nas outras duas condições de
resfriamento, fora do forno sem e com ventilação forçada, as escórias sintéticas
apresentaram-se amorfas, (Figuras 19, 20, 22 e 23), ocorrendo o mesmo quando
ensaiadas no pot grate, (Figura 18).
Figura 17 - Difratograma da mistura para produção da escória sintética
DBD
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0921880/CA
63
Quartzo, SiO2
Alumina, Al2O3
00-043-1484 (C) - Corundum, syn - Al2O3 - Y: 2.08 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - 0 - I/Ic PDF 1. - S-Q 53.7 % - 00-046-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 6.25 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - 0 - I/Ic PDF 3.4 - S-Q 46.3 % - D:\Difratogramas (2008)\2 - Empresas\Samarco\ESCORIA.RAW - File: ESCORIA.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 75.000 ° - Step: 0.050 ° - Step time: 3. s - Temp.: 25 °C (Room) - Ti
Lin
(Cou
nts)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
2-Theta - Scale
10 20 30 40 50 60 70
Ln
Con
tage
ns
2Θ
File: Am1.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.025 ° - End: 89.975 ° - Step: 0.050 ° - Step time: 2. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 0 s - 2-Theta:
Lin
(Cou
nts)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
2-Theta - Scale
11 20 30 40 50 60 70 80 90
Ln
Con
tage
ns
2Θ
Figura 18 - Difratograma da escória sintética formada no pot grate
Figura 19 - Difratograma da escória sintética formada no forno de mufla (40min); resfriamento fora do forno, sem ventilação (20 min)
DBD
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0921880/CA
64
File: AM7.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.025 ° - End: 89.975 ° - Step: 0.050 ° - Step time: 2. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 0 s - 2-Theta:
Lin
(Cou
nts)
0
1000
2000
3000
4000
2-Theta - Scale
11 20 30 40 50 60 70 80
Ln
Con
tage
ns
2Θ
00-046-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 17.79 % - d x by: 1. - WL: 1.54056 - 0 - I/Ic PDF 3.4 - S-Q 2.3 % - 00-041-1486 (*) - Anorthite, ordered - CaAl2Si2O8 - Y: 91.09 % - d x by: 1. - WL: 1.54056 - 0 - I/Ic PDF 0.4 - S-Q 97.7 % - File: Am2.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.025 ° - End: 89.975 ° - Step: 0.050 ° - Step time: 2. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 0 s - 2-Theta:
Lin
(Cou
nts)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
2-Theta - Scale
11 20 30 40 50 60 70 80 90
Anortita, CaAl2Si2O8 Quartzo, SiO2
2Θ
Ln
Con
tage
ns
Figura 20 - Difratograma da escória sintética formada no forno de mufla (40min), resfriamento fora do forno, com ventilação forçada (6 min)
Figura 21 - Difratograma da escória sintética formada no forno de mufla (40min) resfriamento dentro do forno (20 h)
DBD
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0921880/CA
65
File: Am5.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.025 ° - End: 89.975 ° - Step: 0.050 ° - Step time: 2. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 0 s - 2-Theta:
Lin
(Cou
nts)
0
1000
2000
3000
4000
2-Theta - Scale
11 20 30 40 50 60 70 80
2Θ
Ln
Con
tage
ns
Figura 22 - Difratograma da escória sintética formada no forno de mufla (120min), resfriamento fora do forno, sem ventilação (20 min)
Figura 23 - Difratograma da escória sintética formada no forno de mufla (120min), resfriamento fora do forno, com ventilação forçada (6 min)
File: Am9.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.025 ° - End: 89.975 ° - Step: 0.050 ° - Step time: 2. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 0 s - 2-Theta:
Lin
(Cou
nts)
0
1000
2000
3000
4000
2-Theta - Scale
11 20 30 40 50 60 70 80
Ln
Con
tage
ns
2Θ
DBD
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0921880/CA
66
Anortita, CaAl2Si2O8 Quartzo, SiO2
00-046-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 17.79 % - d x by: 1. - WL: 1.54056 - 0 - I/Ic PDF 3.4 - S-Q 2.2 % - 00-041-1486 (*) - Anorthite, ordered - CaAl2Si2O8 - Y: 93.60 % - d x by: 1. - WL: 1.54056 - 0 - I/Ic PDF 0.4 - S-Q 97.8 % - File: AM6.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.025 ° - End: 89.975 ° - Step: 0.050 ° - Step time: 2. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 0 s - 2-Theta:
Lin
(Cou
nts)
0
1000
2000
3000
4000
2-Theta - Scale
11 20 30 40 50 60 70 80
Ln
Con
tage
ns
2Θ
Figura 24 - Difratograma da escória sintética formada no forno de mufla (120min); resfriamento dentro do forno (20 h)
Considerando que na etapa de resfriamento das pelotas no processo
industrial o tempo médio é 11 min, pode-se concluir que as escórias das pelotas
RD comerciais também deverão apresentar estruturas amorfas. Portanto, os
estudos dos comportamentos dos elementos contaminantes, como o fósforo, nas
fases escorificadas das pelotas, deverão ser feitos sem considerá-los inseridos em
estruturas cristalinas.
7.3. Seletividade do método qualitativo
Finalmente, para verificar a eficiência da seletividade do método de análise
química do fósforo, em função da natureza estrutural (amorfas ou cristalinas) das
escórias, a (Tabela 13) abaixo apresenta os resultados obtidos, considerando cada
situação de resfriamento a que as escórias sintéticas foram submetidas.
DBD
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0921880/CA
67
Tabela 13 - Análises do fósforo nas escórias sintéticas
FÓSFORO %
# amostra
IDENTIFICAÇÃO DAS AMOSTRAS Escória (%P) Resíduo (%P) Eficiência (%)
1 40min, resfriamento fora do Forno. 1,270 0,153 96,314
2 40min, resfriamento fora do Forno com ventilação forçada.
1,290 0,101 98,418
3 40min, resfriamento dentro do Forno. 1,280 0,302 85,749
4 120min, resfriamento fora do Forno. 1,270 0,070 99,228
5 120min, resfriamento fora do Forno com ventilação forçada.
1,300 0,010 99,985
6 120min, resfriamento dentro do Forno.
1,310 0,376 78,416
Com base nos resultados acima, ficou evidente uma maior eficiência do
método analítico quando aplicado às escórias amorfas. Assim, foi possivel
concluir estar o mesmo adequado para ser utilizado nas pelotas RD comerciais, e
preciso o suficiente para monitorar o fósforo presente em fases oxídicas e
escorificadas, objetivo das próximas etapas deste projeto investigativo.
7.4. Fósforo liberado nas escórias
Estas velocidades iniciais de liberação do fósforo presente nas escórias
formadas depois do aquecimento do pellet feed, obtidas da equação (6) estão
graficadas na (Figura 25), que mostra a dependência e ajuste desta velocidade à
temperatura.
Obtiveram-se os valores das constantes de equilibrio que apresentaram uma
boa correlação, assim mesmo, os gráficos da curva de Arrhenius obtidos
apresentaram uma correlação superior a 95%, que garantem que a escolha da
ordem da reação foi acertiva, elas também permitiram obter os valores das
energias de ativação, 47,44 kJ/mol para o caso da basicidade 0,1; 41,17 kJ/mol
para 0,6 e 42,54 kJ/mol para 0,9; para os testes feitos nas temperaturas de 900,
DBD
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0921880/CA
68
0
10
20
30
40
50
500 1000 1500 2000
-d [%P ] / dt | t=0
= , mol/min
T, K
( para todas as basicidades, i.é: 0,1→ 0,9 )
-
d(%
P)/
dt
t=0
= k
, m
ol/
min
Figura 25 - Velocidades iniciais de liberação do fósforo
1150 e 1350 ºC, que mostraram que estão em função da temperatura, como se
esperava, mas também da para notar que tem uma influencia da Basicidade,
observa-se que aumentando a basicidade binária a energia de ativação diminui;
isso tem um limite porque depois a curva se forma assintótica, significando que
não adianta aumentar mais a basicidade (Figura 32).
Da equação (1,1) de fluxo da liberação de fósforo que se apresenta na
escória, pode-se dizer que em um tempo muito grande chegase a um valor
máximo de liberação de fósforo, onde não se tera mais liberação por mais que seja
aumentado o tempo de residência. Isto ocorre também para os outros testes feitos,
mas cabe mencionar que a liberação de fósforo e diretamente proporcional à
temperatura de trabalho.
Com os valores de k e A empregados para a aproximação das velocidades
de liberação do fósforo das escórias equação dois extrapolamos ditos valores para
uma faixa mais ampla de basicidade desde 0,1 ate 0,9, para assim gerar uma
DBD
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0921880/CA
69
superfície resposta. Essas mostram os efeitos que tem as variveis temperatura de
queima e basicidade na liberação do fósforo nas escórias formadas, depois do
aquecimento do pellet feed.
DBD
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0921880/CA
70
Tabela 14 - Análise Química (%) da Liberação de fósforo das escórias depois do aquecimento dos pellet feed (B=0,1)
AMOSTRAS Análise química do pellet feed (ICP) Análise química do residuo (ICP) Eficiência de liberação (%)
SiO2 Al2O3 CaO MgO P SiO2 Al2O3 CaO MgO P SiO2 Al2O3 CaO MgO P