CARACTERIZAÇÃO DE LAMA FINA DE ACIARIA

1 CARACTERIZAÇÃO DE LAMA FINA DE ACIARIA P. M. Andrade 1,*, C. M. F. Vieira 1, S. N. Monteiro 1, F. Vernilli Jr 2 Av. Alberto Lamego, 2000, Campos dos Goytacazes, RJ, 28013-602. *pandrade@uenf.br 1 Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro - UENF Laboratório de Materiais Avançados - LAMAV 2 Faculdade de Engenharia Química de Lorena- Faenquil Departamento de Engenharia de Materiais - Demar RESUMO Este trabalho tem por objetivo caracterizar um resíduo siderúrgico, a lama fina de aciaria, proveniente de uma Usina Siderúrgica Integrada, para posterior incorporação em cerâmica vermelha. O resíduo foi submetido a ensaios para determinação de sua composição química, constituição mineralógica, distribuição de tamanho de partícula, morfologia das partículas e comportamento de queima. Os resultados mostraram que o resíduo é composto predominantemente de óxidos de ferro, ferro metálico e carbonato de cálcio. A granulometria fina do resíduo e seu comportamento térmico são características favoráveis para sua reciclagem em cerâmica vermelha Palavras-chave: Caracterização, lama fina de aciaria, resíduo siderúrgico. INTRODUÇÃO A incorporação de resíduos em material argiloso para confecção de cerâmica vermelha se apresenta como uma das principais soluções tecnológicas para a disposição final de resíduos sólidos industriais. Dentre estes materiais, destaca-se uma grande quantidade de resíduos das mais diversas fontes de geração (1-4). A etapa de queima, fundamental para a consolidação das cerâmicas, pode possibilitar: a) a volatilização dos constituintes problemáticos dos resíduos, b) modificação das

2 características químicas dos resíduos e ainda c) inertização química pela formação de uma fase vítrea. Além disso, tem se constatado que a utilização de alguns tipos de resíduos podem ainda influenciar na qualidade do produto cerâmico, contribuindo para melhoria das propriedades da cerâmica bem como facilitando o seu processamento (3,4). O setor siderúrgico gera uma diversidade de resíduos sólidos, efluentes líquidos e emissões gasosas nas suas diversas etapas de processamento (5-9). Com relação aos resíduos sólidos são gerados cerca de 650 kg por tonelada de aço produzido (10). Dentre estes resíduos, pode-se destacar as escórias, pós, lamas e carepas. Cerca de 10% deste montante correspondem a pós e lamas (11). No refino do aço, as partículas de ferro são desprendidas e ejetadas do banho metálico em altas temperaturas, num ambiente fortemente oxidante. Durante este processo, particulados são carreados para o sistema de exaustão de gases. Os pós e lamas de aciaria LD (Linz-Donawitz) são provenientes dos sistemas de despoeiramento das panelas de conversão. A necessidade de pesquisar uma alternativa ambientalmente correta para a reciclagem deste tipo de resíduo siderúrgico, que apresenta o atrativo de ser composto predominantemente por óxidos, foi o que motivou a realização deste trabalho. Desta forma, este trabalho tem como objetivo a caracterização química, mineralógica, física, morfológica e térmica do pó da lama fina de aciaria para reciclagem em cerâmica vermelha. MATERIAIS E MÉTODOS O resíduo investigado neste trabalho é proveniente do sistema de despoeiramento de uma Usina Siderúrgica Integrada, apresentado-se em forma de lama. Inicialmente a lama foi seca a 110 o C e submetidas à caracterização mineralógica e química. A composição química foi determinada através de espectrometria por fluorescência de raios-x em equipamento Philips, modelo PW 2400. A identificação qualitativa das fases presentes no resíduo siderúrgico foi realizada através de difração de raios-x - DRX. Nas medidas de DRX utilizou-se um difratômetro marca Sheifert, modelo URD 65 operando com radiação Cu Kα e varredura de 2θ variando entre 5º e 50º.

3 A distribuição do tamanho de partícula foi determinada pela combinação das técnicas de peneiramento e sedimentação de acordo com norma técnica da ABNT (12). A observação da morfologia das partículas de pó da lama fina de aciaria foi realizada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) utilizando um microscópio Zeiss, modelo DSM 962. A caracterização térmica foi realizada através de Análise Térmica Diferencial, ATD, e Análise Termogravimétrica, TG, em um termoanalisador STA 409C com aquecimento da temperatura ambiente até 1400 ºC a uma taxa de aquecimento de 10 ºC.min -1. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 1 mostra o difratograma de raios-x da lama fina de aciaria. Observase que a lama é composta predominantemente por ferro metálico, óxidos de ferro wustita e magnetita - e carbonato de cálcio - calcita. O carbonato de cálcio é utilizado no processo de transformação do ferro gusa em aço para aumentar a basicidade da escória e facilitar a remoção de enxofre e fósforo do metal líquido e também é utilizado como carga no agente dessulfurante que é composto basicamente de carbeto de cálcio (CaC 2 ) e óxido de magnésio (MgO). Fe Intensidade (a.u.) Ca Mt W W Mt Ca 20 25 30 35 40 45 50 2θ (Graus) Figura 1. Difratograma de raios-x da lama fina de aciaria. Ca = carbonato de cálcio; Fe = ferro; Mt = magnetita; W = wustita.

4 A Tabela I apresenta a composição química da lama fina. Observa-se que a lama fina de aciaria é composta predominantemente por ferro, 74,03%. Deste percentual, 60,37% é relativo aos óxidos de ferro nas fases com estruturas cristalinas de - wustita e magnetita. O restante está associado ao ferro metálico. Conforme já mencionado, a calcita presente no resíduo é introduzida nas panelas de conversão do ferro gusa em aço. O pequeno teor de MgO está associado ao material refratário e agente dessulfurante também utilizado no processo siderúrgico, o qual também contribui com CaO. Já o teor de SiO 2 pode ser proveniente da oxidação do silício presente no ferro gusa ou da escória composta basicamente de silicatos de cálcio. Já o teor de ZnO, bem como o óxido de Alumínio, está associado à utilização de sucata galvanizada nas cargas das panelas de conversão. Tabela I. Composição química da lama fina de aciaria (% em peso). SiO 2 Al 2 O 3 Fe total TiO 2 CaO MgO K 2 O Na 2 O ZnO 1,86 0,12 74,03 0,90 16,50 3,42 0,16 0,33 2,78 A curva granulométrica da lama fina de aciaria é mostrada na Figura 2. O resíduo apresenta uma distribuição de tamanho de partícula variando de 1 µm a 840 µm. Verifica-se que a lama possui uma granulometria realmente fina, sendo que 80% das partículas são menores que 74 µm (200 mesh) e tamanho médio de 35,6 µm. A densidade real medida dos grãos, determinada por picnometria, é de 4,96 g.cm -3.

5 100 Massa passannte (%) 80 60 40 20 0 1 10 100 1000 Diâmetro das partículas (µm) Figura 2. Curva de distribuição de tamanho de partícula da lama fina de aciaria. Para possibilitar a observação da morfologia das partículas do pó do resíduo siderúrgico foram feitas micrografias por microscopia eletrônica de varredura, mostradas na Figura 3. Observa-se uma microestrutura com tamanho de partículas bastante variável e dentro da faixa de tamanho apresentada na Fig. 2. As partículas maiores se apresentam porosas e possivelmente podem ser atribuídas aos óxidos de ferro aglomerados aos óxidos dos demais elementos. As partículas menores devem ser compostas predominantemente de ferro metálico. Figura 3. Micrografia obtida por MEV das partículas da lama fina de aciaria.

6 A Figura 4 apresenta as curvas de ATD/TG da lama fina de aciaria. A curva de ATD apresenta um pico exotérmico associado ao ganho de massa de 9,2% em torno de 420 ºC, o qual é atribuído à oxidação tanto do ferro metálico quanto dos óxidos de ferro na forma de FeO - wustita e Fe 3 O 4 magnetita. A 760 ºC ocorre um pico endotérmico com perda de massa de 5,5%, o qual pode ser associado à decomposição de carbonato de cálcio presente na lama. Por volta de 1200 ºC a 1270 ºC ocorre o processo de redução dos óxidos de ferro formados, com pico endotérmico a 1250ºC e perda de massa de 2%. Figura 4. Curvas de ATD/TG da lama fina de aciaria. CONCLUSÕES Neste trabalho de caracterização de lama fina de aciaria para uma futura incorporação em cerâmica vermelha, pode-se concluir que: A lama fina de aciaria é um resíduo composto predominantemente por óxidos de ferro, ferro metálico e carbonato de cálcio; A distribuição do tamanho de partícula mostra que este resíduo siderúrgico possui granulometria fina, com 80% das partículas com tamanho inferior a 74 µm e tamanho médio de 35,6 µm. As micrografias evidenciaram que as partículas do resíduo estudado são de granulometria fina, porém mostram tendência a se manterem aglomeradas.

7 O comportamento térmico do resíduo é bem estável com perda de massa desprezível até 1000 o C. As características avaliadas da lama fina de aciaria são favoráveis para sua incorporação em cerâmica vermelha. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a FENORTE / TECNORTE e FAPERJ. REFERÊNCIAS 1. A. M. Segadães, C. Kniess, W. Acchar, N. C. Kuhnen, D. Hotza, Proceedings 2004 Global Symposium on Recycling, Waste Treatment and Clean Technology, Madrid, Spain (2004), 503. 2. A. Andrés, M. Carmen Días, A. Coz, J. R. Viguri, A. Irabien, Proceedings 2004 Global Symposium on Recycling, Waste Treatment and Clean Technology, Madrid, Spain (2004), 171. 3. M. Dondi, M. Masigli, B. Fabbri, Tile & Brick Int. 13, 3 (1997) 218. 4. M. Dondi, M. Masigli, B. Fabbri, Tile & Brick Int. 13, 3 (1997) 302. 5. P. J. N. Sobrinho, J. A. S. Tenório, Anais do 55 o Congresso Anual da ABM, Rio de Janeiro, RJ (2000) 2607. 6. R. C. Nascimento, G. Lenz, D. M. dos Santos, J. D. T. Capocchi, C. Takano, M. B.Mourão, Anais do 55 o Congresso Anual da ABM, Rio de Janeiro, RJ (2000) 2647. 7. I. N. Gonçalves, S. Araújo, O. Machado, Anais do 55 o Congresso Anual da ABM, Rio de Janeiro, RJ (2000) 2819. 8. A. R. Correa, E. A. Villegas, Anais do 59 o Congresso Anual da ABM, São Paulo, SP (2000) 2267. 9. H. T. Makkonen, J. Heino, L. Laitila, A. Hiltunen, E. Pöyliö, J. Häkki, Resources, Conservation and Recycling 35, (2002) 77. 10. M. J. Silva, Metalurgia e Materiais (1999) 144. 11. M. B. Mourão, Siderurgia para não Siderurgistas, Programa de Educação Continuada, ABM, (2000), 259. 12. ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas, Solo Análise Granulométrica. NBR 7181 (1984), p. 13.

8 CARACTERIZATION OF FINE STEEL SLUDGE ABSTRACT This work has for objective to characterize a siderurgic waste, the fine steel sludge, from Integrated Siderurgic Plant, with a view to its incorporation into red ceramic. The waste was submitted to tests to determine its chemical composition, mineralogical constitution, particle size distribution, morphology of the particles and firing behaviour. The results showed that the waste is predominantly formed by iron oxide, metallic iron and calcium carbonate. The fine particle size of the waste and its firing behaviour are favorable characteristics for its recycling into red ceramic. Key-words: Characterization, fine steel sludge, siderurgic waste.