Post on 05-Jul-2015
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FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND E CO-PROCESSAMENTO DE RESÍDUOS INDUSTRIAIS NOS FORNOS DE PRODUÇÃO DE CIMENTO
Vista Geral da Jazida - Holcim (Brasil) S.A. - Unidade Fabril de Cantagalo-RJReservas estimadas: 35,33 M de ton de calcário (45 anos de lavra)
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Composição característica do minério
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Desenho esquemático em perspectiva da unidade fabril
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Composição usual das matérias-primase da farinha para o cimento
Constituinte Calcário Argila Farinha
Percentagem em peso
SiO2 0,5 – 3 37 – 78 12 – 16
Al2O3 + TiO2 0,1 – 1 7 – 30 2 – 5
Fe2O3 + Mn2O3 0,1 – 0,5 2 – 15 Mais de 2
CaO 52 – 55 0,5 – 25 40 – 45
MgO 0,5 – 5 Mais de 5 0,3 – 3
SO3 Mais de 0,1 Mais de 3 Mais de 1,2
K2O Mais de 0,3 0,5 – 5 0,2 – 0,4
Na2O Mais de 0,1 0,1 – 0,3 Mais de 0,3
O Processo de Produção do Cimento Portland
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Fluxograma simplificado do processo de produção do cimento
Calcário
Britador
Moinho de Cru
Argila
Depósito Pré-aquecedor
Depósito deCarvão
Homogeneização
Depósito de Clínquer
RODOVIÁRIO
Gesso/Calcário
Clínquer
EscóriaMoagem de Cimento
Separador
Silos de Cimento (Total 7 silos)
Ensacamento
Carregamento
Óleo
Carvão/Coque
CPII E 32Classe G
MoinhaResíduos
Resíduos
...
Moinho de Carvão
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Geração de material particulado ou pó
•Direcionado para as chaminés e retido por coletores (ciclones, filtros manga ou precipitadores eletrostáticos).
•Representa de 20 a 30% da produção ⇔ retorna ao forno como matéria-prima.
Energia no processo de fabricação do cimento•90%: energia térmica gerada pelo combustível (secagem, aquecimento e calcinação das matérias-primas).� 20 e 25% dos custos de produção do cimento.
•10%: energia elétrica (moagem das matérias-primas: 25% e do clínquer: 40%, e operações do forno e resfriador: 20%).� 50% dos custos.
O Processo de Produção do Cimento Portland
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Resfriador de clínquer (tipo grelha) mínima perda de calor através
da carcaça do equipamento
Forno rotativo D = 4m, L= 60m
α = 3º
Pré-aquecedortorres de pré-aquecimento de
4 estágios, co-corrente
farinhagás
Equipamentos do
sistema forno
O Processo de Produção do Cimento Portland
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Temperatura de 1.450 oC
Os materiais são submetidos a altas
temperaturas para favorecer reações
químicas necessárias para a formação
do clínquer.O clínquer é resfriado abruptamente para depois ser
misturado com gesso e outros materiais para ser moído, formando o cimento
As matérias-primas: calcário
argila e óxido de ferro são
alimentadas após uniformização
Temperatura de 2.000 oC
O Processo de Produção do Cimento Portland
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Unidade fabril: em operação desde 1970Produção atual: 650.000 ton/ano de cimento
Capacidade nominal: 1.200.000 ton/ano
O Processo de Produção do Cimento Portland
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Forno rotativo: D = 4m, L = 60m e αααα = 3º
Torres de pré-aquecimento de 4 estágios
O Processo de Produção do Cimento Portland
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Resfriador de clínquer do tipo grelha
O Processo de Produção do Cimento Portland
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Maçarico atual em operação no forno rotativo
O Processo de Produção do Cimento Portland
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T > 1350oC
Recristalização e desenvolvimento dos cristais de
alita (C3S) e belita (C2S) na presença de fase líquida
700oC a 900oC
calcinação do carbonato de cálcio
C +A = C2(A,F) e C12A7
C + S = C2S (parcial)
conversão de quartzo ββββ em cristobalita
T< 700oC
desidroxilação dos argilominerais
transformação do quartzo αααα em quartzo ββββ
900oC a 1200oC
C + S = C2S (final)
C2(A,F) e C12A7 = C3A e C4AF
1250oC a 1350oC
fusão de C3A e C4AF
C2S + C = C3S
O Processo de Produção do Cimento Portland
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O Processo de Produção do Cimento Portland
Transformações de fases ao longo do forno rotativo
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Composição típica de um clínquer de cimento portland67% CaO (C), 22% SiO2 (S), 5% Al2O3 (A), 3% Fe2O3 (F) e 3% de outros óxidos
fases cristalinas anidras metaestáveis na temperatura ambientee estáveis ao serem hidratados
alita (C3S): 50 – 70%belita (C2S): 15 – 30%aluminato tricálcico (C3A): 5-10%ferroaluminato tetracálcico (C4AF): 5- 15%
outros compostos em menor quantidadeNa2O, MnO e K2O, magnésio, enxofre e fósforo elementos traços: Cr, Pb, Zn, V, Ni e outros, (provenientes das MP e combustíveis (estes normalmente portando os resíduos)
O Processo de Produção do Cimento Portland
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Propriedades conferidas ao cimento
Alita: principal mineral que contribui para a resistência mecânica/ fase que reage mais rapidamente com a água
Belita: reage mais lentamente com a água porém, após períodos maiores (aproximadamente um ano), atinge a mesma resistência mecânica que a alita
C3A: reage muito rapidamente com a água, porém sem apresentar fortes propriedades hidráulicas. Em combinação com os silicatos, o mesmo eleva a resistência inicial do cimento.
C4AF: apresenta taxas inicialmente altas de reatividade com a água. Em idades mais avançadas: taxas baixas ou muito baixas ⇔⇔⇔⇔ contribui pouco para a resistência mecânica
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Composição típica da mistura de aditivospara obtenção do cimento CP II E 32
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Caracterização do Cimento
� Difração de Raios –XA técnica de difração de raios-X é utilizada para a identificação das fases constituintes do clínquer.
� Microscopia Ótica e Eletrônica de VarreduraObservação morfológica das amostras.
� Ensaio de LixiviaçãoO ensaio de lixiviação visa simular as condições de exposição do cimento ao meio ambiente.
� Ensaio de SolubilizaçãoO ensaio de solubilização visa complementar o ensaio de lixiviação (resíduo é inerte (Classe III) ou não).
� Ensaio de Resistência Mecânica à CompressãoA resistência à compressão é o controle de qualidade fundamental do produto. Limites mínimos de resistência à compressão exigidos para 3, 7 e 28 dias
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Espectro de difração de Raios-X para uma amostra de clínquer
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Fotomicrografia de uma amostra de clínquer(Microscopia Ótica )
(200X)
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�1
Fotomicrografia de uma amostra de clínquer(Microscopia Eletrônica de Varredura)
Detalhe partícula 1
(500X) (5000X)
EDS da região fotografada
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Metal NBR 10004(mg/L)
Corrida 1(mg/L)
Corrida 2(mg/L)
Arsênio 5 nd nd
Bário 100 1,086 1,156
Cádmio 0,5 nd nd
Chumbo 5 0,147 0,179
Cromo total 5 0,199 0,236
Mercúrio 0,1 nd nd
Prata 5 nd nd
Selênio 1 nd nd
Ensaio de Lixiviação
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Metal NBR 10004(mg/L)
Corrida 1(mg/L)
Corrida 2(mg/L)
Arsênio 0,05 nd nd
Bário 1,0 0,391 0,825
Cádmio 0,005 nd nd
Chumbo 0,05 0,001 0,043
Cromo total 0,05 nd nd
Mercúrio 0,001 nd nd
Prata 0,05 nd nd
Selênio 0,01 nd nd
Ensaio de Solubilização
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1992 - Branco
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5,0
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15,0
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25,0
30,0
35,0
40,0
45,0
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(MP
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1 DIA 3 DIAS 7 DIAS 28 DIAS
Ensaio de Resistência Mecânica à CompressãoNBR 7215/ NBR 11578
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40,0
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Pa)
1 DIA 3 DIAS 7 DIAS 28 DIAS
Ensaio de Resistência Mecânica à CompressãoNBR 7215/ NBR 11578
2001 - Co-processado
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Tipos de cimento Portland Disponíveis no Mercado Brasileiro e Suas Aplicações
�Cimento Portland Comum (CP I)Um tipo de cimento portland sem quaisquer adições além do gesso (utilizado como retardador da pega). Com pequenas adições - CP I-S Aplicações: É usado em serviços de construção em geral, quando não são exigidas propriedades especiais do cimento.
�Cimento Portland Composto (CP II)O Cimento Portland Composto é modificado (com adições - CP II-Z, CP II-E e CP II-F ).Aplicações: Recomendado para obras correntes de engenharia civil sob a formade argamassa, concreto simples, armado e protendido, elementos pré-moldados e artefatos de cimento.
�Cimento Portland de Alto-Forno (CP III)Cimento com adições de escória de Alto-Forno. Aplicações: Em obras de concreto-massa, tais como barragens, peças de
grandes dimensões, fundações de máquinas, pilares, obras em ambientes agressivos, tubos e canaletas para condução de líquidos agressivos, esgotos e efluentes industriais, concretos com agregados reativos, pilares de pontes ou obras submersas, pavimentação de estradas e pistas de aeroportos.
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�Cimento Portland Pozolânico (CP IV) Um tipo de cimento portland com ad pozolânico. Aplicações: É especialmente indicado em obras expostas à ação de água corrente e ambientes agressivos.
�Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI)Com valores aproximados de resistência à compressão de 26 MPa a 1 dia de idade e de 53 MPa aos 28 dias. Alterações nas proporções das fases do clínquer.Aplicações: Em blocos para alvenaria, blocos para pavimentação, tubos, lajes, meio-fio, mourões, postes, elementos arquitetônicos pré-moldados e pré-fabricados.
�Cimento Portland Resistente a Sulfatos (RS)Alterações nas proporções das fases do clínquer.Aplicações: Em ambientes submetidos ao ataque de meios agressivos, como estações de tratamento de água e esgotos, obras em regiões litorâneas, subterrâneas e marítimas.
Tipos de Cimento Portland Disponíveis no Mercado Brasileiro e Suas Aplicações
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Tipos de Cimento Portland Disponíveis no Mercado Brasileiro e Suas Aplicações
�Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC)É o cimento Portland de Alto-Forno com baixo calor de hidratação, determinado pela sua composição – fases do clínquer.Aplicações: Este tipo de cimento tem a propriedade de retardar o desprendimento de calor em peças de grande massa de concreto, evitando o aparecimento de fissuras de origem térmica, devido ao calor desenvolvido durante a hidratação do cimento.
�Cimento Portland Branco (CPB).A cor branca é obtida a partir de matérias-primas com baixos teores de óxido de ferro e manganês, em condições especiais durante a fabricação, tais como resfriamento e moagem do produto e, principalmente, utilizando o caulim no lugar da argila.Aplicações:Estrutural: Em concretos brancos para fins arquitetônicos.Não estrutural: Em rejuntamento de azulejos e em aplicações não estruturais.
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O Co-Processamento de Resíduos em Fornos Rotativos de Clínquer
Brasil: produção de 2,7 M ton/ano de resíduos
17%
78%
4%1%
Incineração
Utilizado como combustível
Aterros Sanitários
Sem destino conhecido
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O que é resíduo industrial ?
� Resíduo industrial é todo material resultante de um processo produtivo, cujo gerador rejeita, pretende rejeitar ou é solicitado a rejeitar. Segundo a ABNT, são classificados em três categorias :
� Classe I - Resíduos perigosos� Classe II - Residuos não perigosos e não inertes� Classe III - Residuos inertes
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A destinação dos resíduos
insumos processo produto
Fim de
vida
resíduo
qualidade Co-processamento
incineração
aterro
reciclagem
Bio-tratamento
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Reciclagem
� Quando viável, é a melhor destinação.
� Vários resíduos industriais dispõem de tecnologia e custo que permitam sua reciclagem, como as latas de alumínio, caixas de papelão, garrafas de vidro, produtos plásticos e outros.
� Cumpre notar que a reciclagem nunca será de 100%, pois fatores econômicos e sociais impedem que isso aconteça.
� Muitos resíduos não são economicamente recicláveis e portanto precisam de uma outra destinação final.
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Aterro
� Aterro é um local para disposição de resíduos sem caracterizar disposição final.
� Em alguns casos não oferece garantias necessárias para resíduos classe I e alguns resíduos classe II.
� Podem oferecer soluções muito baratas.
� Exemplos de boas práticas:
� VIVENDI (SASA)� Essencis (Caieras, CAVO)
� Exemplos de más práticas:
� Formiga ( MG )� CENTRES ( RJ )� Mantovani (SP )
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Biotratamento
� Trata-se do uso de microrganismos para recuperar áreas degradadas com produtos químicos orgânicos.
� São aplicáveis somente quando o grau de contaminação é pequeno, caso contrário o tempo necessário torna-se muito longo.
� Tratamento no local.
� Restrito a contaminantes orgânicos.
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Incineração
� O processo de incineração promove a queima dos resíduos num ambiente fechado, onde os fumos da queima passam por um sistema de lavagem de gases, que garante que nenhum subproduto da queima seja liberado para a atmosfera.
� As cinzas e os produtos usados na lavagem precisam ser destinados, uma vez que são resíduos deste processo.
Cinzas
Gases TratadosIncinerador
‘Água’ da
Lavagem
Alimentação de
Resíduos
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Co-processamento
� O co-processamento é a técnica de destruição térmica a altas temperaturas em fornos de clínquer devidamente licenciados para este fim, com aproveitamento de conteúdo energético e/ou aproveitamento da fração mineral como matéria-prima, sem a geração de novos resíduos.
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O que pode ser co-processado ?
Exemplos:
� Substâncias oleosas� Catalisadores usados� Resinas, colas e látex� Pneus e emborrachados� Madeiras contaminadas� Solventes� Borrachas� Lodos de ETE� Terras contaminadas� Papel e outros
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O que não pode ser co-processado ?
Exemplos:
� Resíduos hospitalares não-tratados� Lixo doméstico não-classificado� Explosivos� Elementos radioativos� Pesticidas� Fossas orgânicas� Materiais com alto teor de metais pesados� Materiais com alto teor de Cloro � Materiais com baixo poder calorífico ou sem
contribuição na substituição de matérias-primas
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Como se prepara o material a ser co-processado ?
� Caracterização
� Análise prévia
� Contrato com o gerador do resíduo
� Licenciamento com o órgão ambiental
� Coleta e transporte licenciados
� Preparação prévia ( ‘blending’ )
� Co-processamento
� Emissão de Certificado de Destruição térmica (CDT)
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As vantagens do co-processamento
� Elimina vários resíduos de forma segura e definitiva.
� Não gera passivos ambientais
� Permite controle ‘on line’ das emissões
� Poupa recursos naturais não-renováveis
� Óleo combustível, coque de petróleo� Matérias-primas minerais
� Induz as fábricas de cimento a uma produção mais segura, devido aos investimentos para o licenciamento
� Aumenta recolhimento de ISS no município
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Estação de Tratamento de Resíduos
AFR ou Matéria-Prima e Combustível Alternativo
com especificação conhecida de poder calorífico e
máximo de contaminantes, garantida por análise de laboratório
Análises de laboratório de cada resíduo para
assegurar que nada possa afetar o cimento ou
aumentar as emissões
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Pontos de entrada de resíduos na planta
Moinho de Cru
Pré-Aquecedor
Depósito deMix
Combustíveis
Homogeneização
Carvão/Coque
Dep. Lodo
Moinho de Carvão
Dep. Trapo
matériamatéria prima primaalternativaalternativa
12001200 ton/mêston/mêsresíduosresíduos sólidossólidos
650 ton/mês
líquidoslíquidos baixa baixaviscosidadeviscosidade700 700 ton/mêston/mês
lodoslodos
800 ton/mês800 ton/mês
trapostrapos
200 ton/mês200 ton/mês
Óleo Combustível
líquidoslíquidosviscososviscosos
50 ton/mês50 ton/mês
Matéria - Prima