Aplicação da modelagem termodinâmica da clinquerização para dosagem e coprocessamento de matérias-primas na produção de cimentos

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Costa, Ana Rita Damasceno
• Orientador(a): Gonçalves, Jardel Pereira
• Banca de defesa: Albuquerque, Elaine Christine de Magalhães Cabral , Martínez, Erich David Rodríguez , Pontes, Karen Valverde , Fiuza Junior, Raildo Alves , Bielefeldt, Wagner Viana
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal da Bahia
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil (PPEC)
• Departamento: Escola Politécnica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Modelagem termodinâmica; Clínquer; Coprocessamento; Método de dosagem; Cimento; Impurezas; Gestão de resíduos
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::CONSTRUCAO CIVIL::MATERIAIS E COMPONENTES DE CONSTRUCAO
• Link de acesso: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/38759

A valorização de resíduos ou subprodutos industriais na produção do clínquer Portland é uma alternativa promissora para o desenvolvimento de cimentos sustentáveis. A complexidade das transformações e reações químicas durante a clinquerização exige um método de dosagem de insumos adequado que considere o efeito das impurezas para maximizar a potencial substituição de recursos naturais por resíduos ou subprodutos, garantindo os requisitos de reatividade do clínquer. Este estudo investigou o efeito de impurezas de matérias-primas alternativas coprocessadas na produção do clínquer Portland convencional e alternativos aplicando modelagem termodinâmica. Na primeira etapa foi desenvolvido um método de dosagem e otimização da farinha crua por modelagem termodinâmica visando o coprocessamento de resíduos ricos em alumina e a maximização da reatividade do clínquer Portland. Em seguida, o método foi aplicado para coprocessar o resíduo de catalisador de craqueamento catalítico (SFCC), avaliando-se experimentalmente o efeito das suas impurezas no clínquer. Na terceira etapa, a modelagem foi utilizada para investigar o efeito de algumas das principais impurezas do SFCC (lantanídeos) na produção do clínquer. A etapa seguinte avaliou o efeito de metais alcalinos na fabricação do clínquer belítico utilizando a modelagem termodinâmica validada com dados experimentais da literatura. A última etapa investigou a influência do SFCC coprocessado no clínquer Portland rico em ferrita (HFPC). O método de dosagem proposto otimizou a composição das farinhas, promovendo clínqueres com mais silicato tricálcico (potencialmente mais reativos) e limitando o teor de aluminato tricálcico. As amostras dosadas produziram clínqueres com mais de 50% de Ca5SiO3, mesmo quando 15% de SFCC foi coprocessado na farinha crua. A otimização da combinação química das impurezas do resíduo, a maximização da reatividade do cimento, a redução do consumo de calcário e argila naturais e a destinação adequada do SFCC são implicações positivas do método proposto para a dosagem do clínquer. A modelagem termodinâmica demonstrou que o coprocessamento de lantanídeos promoveu a formação de novos compostos, principalmente a perovskita cúbica contendo Al e O. No entanto, o Ce2O3 permaneceu em suas formas cristalinas puras. O aumento do teor de lantanídeos geralmente estabilizou cálcio aluminoferrita, sugerindo que esses elementos podem ser aplicáveis para produzir cimentos com alto teor de ferrita (8~20%) e resistentes ao ataque por sulfatos. Os cálculos termodinâmicos permitiram simular as reações de formação do clínquer belítico e corroboraram os resultados experimentais prévios. O Ca3(Al,Fe)O6 foi desestabilizado no clínquer dopado com Na, resultando em aluminato tricálcico ortorrômbico e fases minoritárias. Para amostras dopadas com K, observou-se o aumento do Ca2(Al,Fe)O5 e silicatos de potássio como fases minoritárias. A modelagem do coprocessamento do SFCC no HFPC diferiu dos resultados experimentais para as fases CaO-Al2O3-Fe2O3, principalmente devido à simulação de novos compostos contendo dopantes não quantificados pelo método experimental. A modelagem termodinâmica ampliou o entendimento sobre a evolução das fases, a estabilização das soluções de cálcio aluminoferrita, mudanças na viscosidade da fase fundida e no volume das fases ao longo das simulações. A técnica demonstrou ser uma ferramenta importante para otimizar processos industriais e a produção ambientalmente segura de clínqueres contendo matérias-primas residuais.