Estudo da produção de óxido de cálcio por calcinação do calcário : caracterização dos sólidos, decomposição térmica e otimização paramétrica

AUTOR(ES)

Bruno Daniel Soares

DATA DE PUBLICAÇÃO

2007

RESUMO

O presente trabalho apresenta um estudo referente ao processo produtivo da cal virgem (óxido de cálcio) a partir da decomposição térmica do calcário calcítico (carbonato de cálcio). Neste contexto, o estudo tem por objetivo o emprego de técnicas analíticas e instrumentais que permitam avaliar a reação de calcinação do calcário, bem como efeitos cinéticos e termodinâmicos, de transferência de calor e massa associados às variáveis de operação. Por outro lado, com o intuito de se verificar a qualidade da cal produzida, além das características microestruturais dos sólidos, foram realizados experimentos de caracterização morfológica, estrutural e textural das amostras. A partir deles foi possível se correlacionar características microestruturais, tais como a área superficial específica, com a qualidade final da cal. Finalmente, com o auxílio de técnicas de otimização paramétrica e por meio de planejamento de experimentos, foi possível se identificar as variáveis mais significativas na qualidade do óxido, além de se determinar regiões ótimas de produção. Os ensaios termodinâmicos revelaram que a presença de dióxido de carbono (CO2) apresenta efeito inibidor na taxa da reação de decomposição térmica do calcário, e que a água (H2O) catalisa a reação. Pequenos acréscimos nas concentrações de CO2 provocaram aumentos significativos no tempo de calcinação para uma conversão mínima desejável. Por outro lado, a presença de CO2 e de H2O favorecem a sinterização do óxido, resultando em uma cal menos reativa. Nas condições experimentais assumidas, a reação de decomposição térmica é limitada por questões de transferência de massa, como foi observado nos ensaios com diferentes massas e faixas granulométricas das amostras de calcário. Neste caso, uma redução no diâmetro médio das partículas de calcário reduz enormemente o tempo de calcinação ou na temperatura para a decomposição. Foi observado que com o aumento da concentração de CO2 os efeitos termodinâmicos sobrepõem aos de transferência de massa. No que se diz respeito à caracterização do calcário, observou-se grande variabilidade em termos de composição e cristalinidade, em contrapartida as amostras apresentaram características de sólidos duros e compactos. Foi verificado que a decomposição térmica do calcário promove um aumento de porosidade nos sólidos. Finalmente, pôde-se estabelecer uma correlação entre a reatividade da cal com sua área específica, de modo que cales reativas apresentaram áreas maiores. A otimização paramétrica revelou que a elevação de tempo e temperatura de calcinação oferecem um aumento de qualidade da cal em termos de óxido de cálcio disponível, contudo essa operação torna-se inviabilizada devido ao processo de sinterização, revelado pelos resultados de área BET. Deste modo, as melhores regiões de operação foram em temperaturas em torno de 900oC e 45 minutos de operação.

ASSUNTO(S)

cal virgem técnicas de caracterização engenharia quimica thermal decomposition characterization techniques planejamento de experimentos limestone parametric optimization calcário otimização paramétrica quicklime cal - indústria design of experiments decomposição térmica

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