Aplicação de resíduo de palma como fonte de carbono em briquetes autorredutores de minério de ferro.

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Manfredi, Gabriel Valerio Pereira
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Briquette; Iron ore; Kinetics; Metalurgia ferrosa; Palm residue; Reducibility; Self-reduction; Sustentabilidade
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-26082022-074633/

O efeito estufa é um dos maiores desafios enfrentados pela sociedade contemporânea. Havendo indústrias que contribuem de forma significativa com esse fenômeno. Destacando-se a siderurgia, que gera 1,85t CO2/t de aço produzido. Paralelamente, existe outro problema em relação ao descarte inadequado e queima ao ar livre de resíduos agroindustriais, como o resíduo de palma, pode gerar gases poluentes. O carvão produzido a partir dos resíduos da agroindústria pode ser utilizado como fonte de carbono na siderurgia, constituindo briquetes autorredutores. Pelo fato de a biomassa ser uma fonte neutra de CO2, essa rota de redução do minério de ferro contribui para a redução de emissão de dióxido de carbono. Além de realizar a valorização de resíduos agroindustriais. Assim, o objetivo dessa pesquisa foi avaliar a redutibilidade e a resistência dos briquetes, estudar a cinética e determinar os mecanismos controladores das reações que ocorrem durante a redução do minério de ferro. Para isso, as matérias-primas foram caracterizadas por fluorescência de Raios X, análise elementar de carbono e enxofre, microscopia eletrônica de varredura, difratometria de Raios X, perda ao fogo e análise granulométrica por difração a laser. Para o resíduo de palma, foram determinados os teores de umidade, voláteis, cinzas e o carbono fixo. Além disso, foram utilizados briquetes com 3 relações de C/O (carbono disponível para a redução/óxidos a ser removido dos óxidos de ferro), sendo de 0,8, 1,2 e 1,6. Esses briquetes foram caracterizados por difração de Raios X, análise de carbono e enxofre, determinação de densidade e porosidade. Posteriormente, os briquetes passaram por testes de resistência mecânica, por meio de teste de queda, compressão e tamboramento. Para o estudo cinético, o briquete foi reduzido em termobalança a 10, 20 e 30°C/min da temperatura ambiente até 1100°C. Por fim, para a determinação da redutibilidade, foram feitos ensaios em forno de redução em patamares de 30min em temperatura de 600, 800 e 1000°C. Os produtos desses ensaios foram caracterizados por difratometria de Raios X, microscopia eletrônica de varredura e titulação de ferro metálico. O briquete com C/O de 0,8 suportou a maior força de compressão (617N). Enquanto o briquete de relação C/O de 1,6 foi o que gerou menos finos (partículas menores que 500m) no teste de tamboramento (8%) e no teste de queda (4,4%). O estudo cinético mostrou que, para a primeira etapa, entre 217 a 347°C, o mecanismo controlador foi D3, sendo a difusão de gás H2O produzida pela decomposição da goethita, tendo Ea no intervalo de 17 a 31kJ/mol. Quanto a segunda etapa, 447-853°C, a reação passou a ser controlada por difusão unidimensional (D1) e Ea variou entre 33 e 37kj/mol. A terceira etapa, 845-945°C, manteve-se com mecanismo D1 e Ea entre 49 a 61kJ/mol. Por fim, a quinta etapa, 927-1097°C, apresentou mecanismo D1 e Ea na faixa de 75 até 82kJ/mol. O gás que sofre a difusão nessas 3 últimas etapas foi o CO2, conforme demonstrado por análises de QMS. Quanto a redutibilidade do briquete, este apresentou, a 1000ºC, graus de metalização de 50, 94 e 98% para relações C/O de 0,8, 1,2 e 1,6, respectivamente.