Aula cimento iem

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Aula cimento iem

  1. 1. FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND E CO-PROCESSAMENTO DE RESÍDUOS INDUSTRIAIS NOS FORNOS DE PRODUÇÃO DE CIMENTOVista Geral da Jazida - Holcim (Brasil) S.A. - Unidade Fabril de Cantagalo-RJ Reservas estimadas: 35,33 M de ton de calcário (45 anos de lavra) 1
  2. 2. Composição característica do minério 2
  3. 3. Desenho esquemático em perspectiva da unidade fabril 3
  4. 4. O Processo de Produção do Cimento Portland Composição usual das matérias-primas e da farinha para o cimento Constituinte Calcário Argila Farinha Percentagem em pesoSiO2 0,5 – 3 37 – 78 12 – 16Al2O3 + TiO2 0,1 – 1 7 – 30 2–5Fe2O3 + Mn2O3 0,1 – 0,5 2 – 15 Mais de 2CaO 52 – 55 0,5 – 25 40 – 45MgO 0,5 – 5 Mais de 5 0,3 – 3SO3 Mais de 0,1 Mais de 3 Mais de 1,2K2O Mais de 0,3 0,5 – 5 0,2 – 0,4Na2O Mais de 0,1 0,1 – 0,3 Mais de 0,3 4
  5. 5. Fluxograma simplificado do processo de produção do cimento Depósito de Carvão Britador Carvão/Coque Calcário Depósito Pré-aquecedor Moinho de Carvão Argila Moinho de Cru Óleo Homogeneização Resíduos Silos de Cimento (Total 7 silos) Moinha Resíduos Gesso/Calcário Separador Clínquer Depósito de Clínquer Moagem de Cimento ... Escória Ensacamento CPII E 32 RODOVIÁRIO Classe G Carregamento 5
  6. 6. O Processo de Produção do Cimento Portland 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. 6
  7. 7. O Processo de Produção do Cimento Portland gás farinha Equipamentos do Pré-aquecedor sistema forno torres de pré-aquecimento de 4 estágios, co-correnteResfriador de clínquer (tipo grelha) Forno rotativo mínima perda de calor através D = 4m, L= 60m da carcaça do equipamento α = 3º 7
  8. 8. O Processo de Produção do Cimento Portland As matérias-primas: calcário argila e óxido de ferro são alimentadas após uniformização 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 cimentoTemperatura de 1.450 oC 8 Temperatura de 2.000 oC
  9. 9. O Processo de Produção do Cimento Portland Unidade fabril: em operação desde 1970 Produção atual: 650.000 ton/ano de cimento Capacidade nominal: 1.200.000 ton/ano 9
  10. 10. O Processo de Produção do Cimento Portland Forno rotativo: D = 4m, L = 60m e α = 3º Torres de pré-aquecimento de 4 estágios 10
  11. 11. O Processo de Produção do Cimento Portland Resfriador de clínquer do tipo grelha 11
  12. 12. O Processo de Produção do Cimento Portland Maçarico atual em operação no forno rotativo 12
  13. 13. O Processo de Produção do Cimento Portland T< 700oC 700oC a 900oC desidroxilação dos calcinação do carbonato de cálcio argilominerais C +A = C2(A,F) e C12A7transformação do quartzo α em quartzo β C + S = C2S (parcial) conversão de quartzo β em cristobalita 900oC a 1200oC 1250oC a 1350oC C + S = C2S (final) fusão de C3A e C4AF C2(A,F) e C12A7 = C3A e C4AF C2S + C = C3S T > 1350oC Recristalização e desenvolvimento dos cristais de alita (C3S) e belita (C2S) na presença de fase líquida 13
  14. 14. O Processo de Produção do Cimento PortlandTransformações de fases ao longo do forno rotativo 14
  15. 15. O Processo de Produção do Cimento Portland Composição típica de um clínquer de cimento portland67% CaO (C), 22% SiO2 (S), 5% Al2O3 (A), 3% Fe2O3 (F) e 3% de outrosóxidos fases cristalinas anidras metaestáveis na temperatura ambiente e estáveis ao serem hidratadosalita (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 fósforoelementos traços: Cr, Pb, Zn, V, Ni e outros, (provenientes das MP ecombustíveis (estes normalmente portando os resíduos) 15
  16. 16. Propriedades conferidas ao cimentoAlita: principal mineral que contribui para a resistência mecânica/fase que reage mais rapidamente com a águaBelita: reage mais lentamente com a água porém, após períodosmaiores (aproximadamente um ano), atinge a mesma resistênciamecânica que a alitaC3A: reage muito rapidamente com a água, porém sem apresentarfortes propriedades hidráulicas. Em combinação com os silicatos, omesmo 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 ⇔ contribuipouco para a resistência mecânica 16
  17. 17. Composição típica da mistura de aditivos para obtenção do cimento CP II E 32 17
  18. 18. Caracterização do CimentoDifração de Raios –XA técnica de difração de raios-X é utilizada para aidentificação das fases constituintes do clínquer.Microscopia Ótica e Eletrônica de VarreduraObservação morfológica das amostras.Ensaio de LixiviaçãoO ensaio de lixiviação visa simular as condições deexposição do cimento ao meio ambiente.Ensaio de SolubilizaçãoO ensaio de solubilização visa complementar o ensaio delixiviação (resíduo é inerte (Classe III) ou não).Ensaio de Resistência Mecânica à CompressãoA resistência à compressão é o controle de qualidadefundamental do produto. Limites mínimos de resistência àcompressão exigidos para 3, 7 e 28 dias 18
  19. 19. Espectro de difração de Raios-X para uma amostra de clínquer 19
  20. 20. Fotomicrografia de uma amostra de clínquer (Microscopia Ótica ) (200X) 20
  21. 21. Fotomicrografia de uma amostra de clínquer (Microscopia Eletrônica de Varredura) (500X) (5000X)1 Detalhe partícula 1 21 EDS da região fotografada
  22. 22. Ensaio de Lixiviação Metal NBR 10004 Corrida 1 Corrida 2 (mg/L) (mg/L) (mg/L)Arsênio 5 nd ndBário 100 1,086 1,156Cádmio 0,5 nd ndChumbo 5 0,147 0,179Cromo total 5 0,199 0,236Mercúrio 0,1 nd ndPrata 5 nd ndSelênio 1 nd nd 22
  23. 23. Ensaio de Solubilização Metal NBR 10004 Corrida 1 Corrida 2 (mg/L) (mg/L) (mg/L)Arsênio 0,05 nd ndBário 1,0 0,391 0,825Cádmio 0,005 nd ndChumbo 0,05 0,001 0,043Cromo total 0,05 nd ndMercúrio 0,001 nd ndPrata 0,05 nd ndSelênio 0,01 nd nd 23
  24. 24. Ensaio de Resistência Mecânica à Compressão NBR 7215/ NBR 11578 1992 - Branco 1 DIA 3 DIAS 7 DIAS 28 DIAS 45,0 Resistência Mecância (MPa) 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 AGOSTO MAIO JANEIRO MARÇO ABRIL NOVEMBRO DEZEMBRO JULHO SETEMBRO OUTUBRO FEVEREIRO JUNHO 24
  25. 25. Ensaio de Resistência Mecânica à Compressão NBR 7215/ NBR 11578 2001 - Co-processado 1 DIA 3 DIAS 7 DIAS 28 DIAS 45,0 Resistência Mecância (MPa) 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 JANEIRO JUNHO ABRIL MARÇO JULHO FEVEREIRO MAIO OUTUBRO AGOSTO NOVEMBRO DEZEMBRO SETEMBRO 25
  26. 26. Tipos de cimento Portland Disponíveis no Mercado Brasileiro e Suas AplicaçõesCimento Portland Comum (CP I)Um tipo de cimento portland sem quaisquer adições além do gesso (utilizadocomo retardador da pega). Com pequenas adições - CP I-SAplicações: É usado em serviços de construção em geral, quando não sãoexigidas propriedades especiais do cimento.Cimento Portland Composto (CP II)O Cimento Portland Composto é modificado (com adições - CP II-Z, CP II-E eCP 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 degrandes dimensões, fundações de máquinas, pilares, obras em ambientesagressivos, tubos e canaletas para condução de líquidos agressivos, esgotos eefluentes industriais, concretos com agregados reativos, pilares de pontes ouobras submersas, pavimentação de estradas e pistas de aeroportos. 26
  27. 27. Tipos de Cimento Portland Disponíveis no Mercado Brasileiro e Suas AplicaçõesCimento Portland Pozolânico (CP IV)Um tipo de cimento portland com ad pozolânico.Aplicações: É especialmente indicado em obras expostas à ação de águacorrente 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 deidade e de 53 MPa aos 28 dias. Alterações nas proporções das fases doclínquer.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, comoestações de tratamento de água e esgotos, obras em regiões litorâneas,subterrâneas e marítimas. 27
  28. 28. Tipos de Cimento Portland Disponíveis no Mercado Brasileiro e Suas AplicaçõesCimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC)É o cimento Portland de Alto-Forno com baixo calor de hidratação, determinadopela sua composição – fases do clínquer.Aplicações: Este tipo de cimento tem a propriedade de retardar o desprendimentode calor em peças de grande massa de concreto, evitando o aparecimento defissuras de origem térmica, devido ao calor desenvolvido durante a hidratação docimento.Cimento Portland Branco (CPB).A cor branca é obtida a partir de matérias-primas com baixos teores de óxido deferro e manganês, em condições especiais durante a fabricação, tais comoresfriamento e moagem do produto e, principalmente, utilizando o caulim no lugarda argila.Aplicações:Estrutural: Em concretos brancos para fins arquitetônicos.Não estrutural: Em rejuntamento de azulejos e em aplicações não estruturais. 28
  29. 29. O Co-Processamento de Resíduos em Fornos Rotativos de ClínquerBrasil: produção de 2,7 M ton/ano de resíduos Incineração 1% 4% 17% Utilizado como combustível Aterros Sanitários78% Sem destino conhecido 29
  30. 30. O que é resíduo industrial ?Resíduo industrial é todo material resultante de um processoprodutivo, cujo gerador rejeita, pretende rejeitar ou é solicitado arejeitar. Segundo a ABNT, são classificados em três categorias : Classe I - Resíduos perigosos Classe II - Residuos não perigosos e não inertes Classe III - Residuos inertes 30
  31. 31. A destinação dos resíduos Fim de reciclagem vida aterroinsumos processo produto Bio-tratamento resíduo incineração qualidade Co-processamento 31
  32. 32. ReciclagemQuando viável, é a melhor destinação.Vários resíduos industriais dispõem de tecnologia e custo quepermitam sua reciclagem, como as latas de alumínio, caixas depapelão, garrafas de vidro, produtos plásticos e outros.Cumpre notar que a reciclagem nunca será de 100%, pois fatoreseconômicos e sociais impedem que isso aconteça.Muitos resíduos não são economicamente recicláveis e portantoprecisam de uma outra destinação final. 32
  33. 33. AterroAterro é um local para disposição de resíduos sem caracterizardisposição final.Em alguns casos não oferece garantias necessárias para resíduosclasse 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 ) 33
  34. 34. BiotratamentoTrata-se do uso de microrganismos para recuperar áreasdegradadas com produtos químicos orgânicos.São aplicáveis somente quando o grau de contaminação épequeno, caso contrário o tempo necessário torna-se muito longo.Tratamento no local.Restrito a contaminantes orgânicos. 34
  35. 35. 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. Incinerador Gases TratadosAlimentação de Resíduos Cinzas ‘Água’ da Lavagem 35
  36. 36. Co-processamentoO co-processamento é a técnica de destruição térmica a altastemperaturas em fornos de clínquer devidamente licenciados paraeste fim, com aproveitamento de conteúdo energético e/ouaproveitamento da fração mineral como matéria-prima, sem ageração de novos resíduos. 36
  37. 37. 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 37
  38. 38. 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 38
  39. 39. 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) 39
  40. 40. As vantagens do co-processamentoElimina vários resíduos de forma segura e definitiva.Não gera passivos ambientaisPermite controle ‘on line’ das emissõesAumenta recolhimento de ISS no municípioInduz as fábricas de cimento a uma produção maissegura, devido aos investimentos para o licenciamentoPoupa recursos naturais não-renováveis Óleo combustível, coque de petróleo Matérias-primas minerais 40
  41. 41. Estação de Tratamento de Resíduos AFR ou Matéria-Prima e Combustível Alternativo com especificação conhecida de poder calorífico emáximo 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 41
  42. 42. Pontos de entrada de resíduos na planta Depósito de Mix Combustíveis Carvão/CoqueMatéria - Prima Moinho de Carvão Pré-Aquecedor Óleo Combustível Moinho de Cru Homogeneização Dep. Lodo Dep. Trapo líquidos viscosos lodos 50 ton/mês matéria prima alternativa 800 ton/mês líquidos baixa 1200 ton/mês resíduos sólidos viscosidade trapos 700 ton/mês 650 ton/mês 200 ton/mês 42

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