WO2014176656A1 - Processo para produção de agregado fino para cimento a partir da lama vermelha resultante do processo de beneficiamento de bauxita (processo bayer) - Google Patents

Processo para produção de agregado fino para cimento a partir da lama vermelha resultante do processo de beneficiamento de bauxita (processo bayer) Download PDF

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red
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Michael Peterson
Oscar Rubem Klegues MONTEDO
Flávia Dagostim MINATTO
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Fundação Educacional De Criciuma
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    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the present invention relates to the industrial scale production of fine aggregate from the tailings from the bauxite beneficiation process, the "Bayer process", known in this industry as red mud.
  • the process basically consists of subjecting the red sludge in association or not with other mineral components, to drying, disaggregating, mixing and subsequent heat treatment steps to form the phases of interest, for development of service performance and to decrease the leaching of undesirable compounds.
  • the water constituting some mineral phases present is also removed by heat treatment, changing its mineralogical structure and developing the pozzolanic character.
  • the most significant record is related to the incorporation of a certain amount of red mud for the production of bricks for civil construction.
  • Pozzolanic materials substituting or complementary to Portland cement have become an important part of the new technical and marketing requirements of building construction.
  • their use in concrete and mortar increases the mechanical properties and durability of cement-based products.
  • the sources of these materials may be naturally occurring, industrial waste, by-products or industrialized raw materials for this purpose.
  • the most common materials used today are fly ash, microsilica, blast furnace slag, rice husk ash and metakaolin. The latter is indicated as a reference in terms of industrialized pozzolanic material as it is obtained from the calcination of high purity kaolin over a temperature range of 650 to 800 ° C.
  • fly ash which is obtained as a by-product of coal burning at temperatures above 1000 ° C in power plants.
  • Portland is related to the hydration reaction of the final product, which results depends on the processing conditions and the quality of the raw materials employed.
  • the level of reactivity that characterizes the pozzolanic activity of a product can be measured by the Chapelle test, which associates Ca (OH) 2 calcium hydroxide consumption per gram of reacted pozzolan.
  • the amount of Ca (OH) 2 reacted can be determined by differential thermogravimetric analysis (ATD - TG).
  • a commercial metakaolin has a pozzolanic activity value between 700 and 1000 mgCa (OH) 2 / g.
  • NBR 5751/92 Another standardized test to measure the level of pozzolanic activity is to mix 1 (one) part of hydrated lime, 9 (nine) of normal sand (NBR 7214/82) and the pozzolanic material to be tested. Specimens of 50 mm in diameter and 100 mm in height are made. Curing occurs for 6 days in sealed molds at 55 ° C. For the material to be approved, the specimen must have a mechanical strength, in compression test, greater than 6 MPa on the seventh day.
  • a third method, also standardized (NBR 5752/92) used to determine the level of pozzolanic activity is basically to prepare mortar specimens (50 mm in diameter and 100 mm in height) with 1: 3 ratio, cement: normal sand, where 30% (by volume) of the cement fraction is replaced by the pozzolanic material. After 28 days of cure, sealed, in an oven at 38 ° C, the mechanical resistance to compression is measured, compared to standard specimens (core) that do not lead to pozzolan in its composition. For the material to be considered a quality pozzolan, it must have a resistance greater than 70% in relation to the reference. In practice this essay turns out to be the most employed since it already takes into account the direct reaction with Portland cement. On the other hand, it does not directly measure the reaction of pozzolan with calcium hydroxide.
  • Heat treatment (calcination) is the most widely adopted process due to its operational and economic advantages. As for the parameters of this process, there are two important variables that should be evaluated: temperature and residence time.
  • Residency times or heat treatment times may vary from seconds (flash calcination) to hours. Flash calcination has as its difference the low tendency of recrystallization of the materials whereas longer residence times can cause crystallizations that eventually interfere with pozzolanic activity.
  • kaolin is the most commonly used clay mineral, other materials may develop pozzolanic activity that meets the requirements of the standards, provided that they undergo adequate processing.
  • Commercial metacaulins come from the mining of high purity kaolin (> 90% kaolinite). In most cases this purity is only obtained after processing, which causes increased production costs and environmental impacts.
  • temperature and residence time are important variables. Therefore, when selecting the raw materials for pozzolan production, one should evaluate very well the temperature ranges that occur the dehydroxylation / amophilization reactions as well as the temperature range that occurs recrystallization of some compounds.
  • Portland cement is still the predominant cement material worldwide, its production is made from minerals that carry calcium carbonate (CaC0 3 ), silica, alumina and iron oxide. The raw materials react with each other at a high temperature, 1450 ° C, which when cold give rise to the clinker. Despite excellent technical results and ease of application, the manufacture of this product requires a large amount of energy and promotes large-scale greenhouse gas emissions. Updated data indicate that cement manufacturing accounts for 7.5% of all C0 2 emissions on the planet. In view of this, there is a growing need for new Portland cement substitute products as a way to reduce their participation in concrete composition, replacing it partially in conventional concrete or totally in geopolymer cement.
  • the present invention provides a production process of fine cement additive, which can be employed in both concrete and mortar from red mud, a residue from the Bayer bauxite beneficiation process.
  • Bauxite is the main source of alumina, which in turn is the raw material for the production of metallic aluminum. Brazil occupies a prominent place in the production of alumina. It is estimated that 50% of the mass of all the bauxite is mined red mud, whose destination is containment basins without any use, and providing ongoing risk to contamination of bodies of water in case s and overflow or tearing.
  • the Bayer process consists of bauxite digestion by caustic soda in a pressure vessel. At this stage of the process most of the alumina contained in bauxite is solubilized, giving rise to a liquor. A large amount of impurities are not intentionally solubilized and are separated from liquor by decantation and / or filtration. The clarified liquor goes on to further steps until the alumina is obtained. The sludge or cake resulting from filtration constitutes the Red Mud.
  • the chemical composition of red mud varies according to the characteristics of the bauxite deposit, but in general it is composed of iron oxide, which represents the largest fraction, silicon oxide, aluminum oxide, sodium oxide and titanium oxide as main constituents.
  • the main mineralogical phases present are: hematite, sodalite, gibbsite. It can also be identified: sodium silica aluminates, quartz, rutile, anastasis. Another common feature of red sludge is the presence of free residual soda. It is also common for red mud to solubilize some substandard metals and sulphates, which requires depositing them in waterproof containment basins.
  • the present invention provides a process for producing fine cement additives from Red Mud beneficiation and processing. .
  • the present invention aims to provide a process for the production of fine cement additive from Bayer Red Mud by heat treatment at appropriate temperature.
  • FIGURE 1 shows a schematic flowchart of the pozzolan production process of the present invention.
  • the process of producing pozzolans from the red sludge by-products of bauxite processing by the Bayer process of the present invention has as main unitary operations the following steps:
  • Dosing and mixing step - This first step of the process includes the dosing and mixing of any raw materials or by-products. which may be incorporated into the red mud in a fraction of up to 30%, such as clay minerals and / or fly ash.
  • the composition of the final pozzolan can be adjusted to improve the performance of the final product and maximize the consumption of byproducts in the same proportion as they are generated.
  • Various displacement and dosing mechanisms can be used to effect mixing activity between by-products such as loaders, feeder coffins and belts.
  • the homogenization may be done in a horizontal mixer, in order to guarantee the greatest control over the stability of the final product.
  • the use of this step is optional as pure red mud can also be processed.
  • 2- Drying step - In this step the final product formulation is already determined and has the objective of preparing compost for the comminution process, since these wet materials make the operation difficult.
  • the drying process can be performed in rotary, cyclonic, movable grid, fixed or fluidized bed dryers.
  • the hot air source may be of its own or from thermal recovery air. It can also be directly coupled to step 4.
  • 3- Comminution step 1 Properly dosed and homogenized materials undergo a comminution step to grind and / or disaggregate the coarser granulation material.
  • This comminution can occur by compression, shock, friction and / or shear.
  • jaw crushers, horizontal rollers or hammers can be used.
  • the resulting granulometry of the different types of mills can range from 0.045 mm mesh passing powder to 25 mm mesh passing grain. This parameter will be crucial to determine the residence time in the subsequent heat treatment process.
  • this comminution step may be unnecessary depending on the type of technology and equipment to be selected for dosing and mixing step.
  • Heat treatment stage - This stage is the main stage of the whole process, as it determines the quality and pozzolanic characteristics of the final product.
  • the combined compounds in powder form are heat treated in the temperature range from 1100 to 1250 ° C. Residence time at maximum temperature may range from 5 seconds to 240 minutes.
  • the composition of atmospheric gases inside the chamber will depend on the type of furnace technology selected for this step, as well as the type of fuel adopted.
  • furnace options that can be used in this process are: continuous or batch furnace, with movable grill, trolley, rotary, fixed bed, fluidized bed or cyclonic flash type.
  • type of energy matrix one can choose: electric, natural gas, biomass, carbonated biomass, coal, carbonated coal, coke or fuel oil.
  • oxygen in the chamber will range from 3 to 20% oxygen.
  • the material may be subjected to a new dry milling or disaggregation process to achieve the necessary particle size for the good technical performance of the commercial product, estimated at approximately> 95% mesh pass of approximately ⁇ 100 ⁇ .
  • the steps described above may assume different configurations as to whether or not dosing, drying or comminution exist. Effectively, such definitions are dependent on the type of technology employed in the heat treatment step. However, regardless of the choice of heat treatment type, there is a need for at least one communication step, either before or after heat treatment. As for drying, it will always exist since the red mud It is always a product of aqueous filtration. However, this process can occur in the oven itself where the heat treatment will be conducted.
  • the final product obtained in the process detailed by the aforementioned steps can also be obtained by processing similar to that employed in the production of cement clinker. In this case, the temperatures of both the precalciner and the rotary kiln must be properly adjusted to the above values.
  • the raw materials before the process have a reddish color, tending to the light. After processing the coloring of the final product maintains the reddish tint, tending to be darker.
  • Lama Vermelha was collected directly from the containment basin of a Brazilian refinery, oven dried at 110 ° C, ground in an intermittent ball mill for 30 minutes and sieved through a 0.063 mm mesh.
  • the powder was calcined at a temperature of 1000 ° C in an electric oven with a residence time at a maximum temperature of 60 min.
  • the material performance produced was measured according to NBR 5752/92, which determines the level of pozzolanic activity as described above.
  • the result of mechanical resistance to relative compression was 81 ⁇ 4%, higher than the 70% required by norm; sum of silicon, aluminum and iron oxides of 79.6%, higher than 70%; loss to fire of 0,0%, less than 10%; kneading water consumption of 110%, less than 115%; specific surface area (BET) of 16 m 2 / g.
  • BET specific surface area
  • the properly dried and ground powder mixture prepared as described in Example 1 was calcined in an electric oven at 800 ° C for a period of 60 min.
  • the result of mechanical resistance to relative compression was 81 ⁇ 4%, higher than the 70% required by norm; sum of silicon, aluminum and iron oxides of 79.6%, higher than 70%; fire loss of 0.0%; less than 10%; kneading water consumption of 110%, less than 115%; and specific surface area (BET) of 26 m 2 / g.
  • BET specific surface area
  • the resistance obtained was 3.0 MPa, less than 6 MPa.
  • the properly dried and ground powder mixture prepared as described in Example 1 was calcined in an electric oven at 600 ° C for a period of 60 min.
  • the result of mechanical resistance to relative compression was 65 ⁇ 4%, lower than the 70% required by norm; sum of silicon, aluminum and iron oxides of 78.7%, higher than 70%; loss to fire of 1.0%, less than 10%; kneading water consumption of 110%, less than 115%; and specific surface area of 22 m 2 / g.
  • the resistance obtained was 2.9 MPa, less than 6 MPa.
  • the properly dried and ground powder mixture prepared as described in Example 1 was calcined in a rotary kiln at 1200 ° C for a period of 15 min.
  • the result of mechanical resistance to relative compression was 80 ⁇ 4%, higher than the 70% required by norm; aluminum and iron 79.6%, higher than 70%; loss to fire of 0,0%, less than 10%; kneading water consumption of 110%, less than 115%; specific surface area (BET) of 12 m 2 / g.
  • BET specific surface area
  • the resistance obtained was 3.5 MPa, less than 6 MPa.
  • the mixture containing 80% red mud and 20% typical plastic clay was properly dosed, dried and ground, prepared as described in example 1 was calcined in a rotary electric oven at 1200 ° C for a period of 15 min.
  • the result of mechanical resistance to relative compression was 90 ⁇ 4%, higher than the 70% required by norm; sum of silicon, aluminum and iron oxides of 78%, higher than 70%; loss to fire of 0,0%, less than 10%; kneading water consumption of 105%, less than 115%;
  • the resistance obtained was 4.0 MPa, less than 6 MPa.
  • Figure 1 Qualitative gram flow of the pozzolan production process from red mud.

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Abstract

O pedido em questão define um processo para a produção de agregado fino para cimento a partir de lama vermelha do processamento de bauxita (processo Bayer), ele compreende etapas de dosagem e mistura (1), em que até 30% de outros materiais (tais como: argilo-minerais, caulins, cinzas pesadas ou volantes provenientes da queima de carvão mineral, ou escórias de autoforno) podem ser adicionados; de secagem (2); de cominuição (3) (opcional), desagregando o material grosseiro, de modo a obter desde pó passante em malha 0,045mm até grãos passantes em malhas de 25mm; tratamento térmico (4), conduzido em temperatura entre 1100 a 1250°C com tempo de residência entre 5 segundos e 240 minutos; e de cominuição (5), a seco; para obtenção do produto final, tendo porção >95% passante em malha de aproximadamente <100μm.

Description

PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE AGREGADO FINO PARA CIMENTO A PARTIR DA LAMA VERMELHA RESULTANTE DO PROCESSO DE BENEFICIAMENTO DE BAUXITA (PROCESSO BAYER)
Campo da invenção
A presente invenção refere-se à produção em escala industrial de agregado fino a partir do rejeito proveniente do processo de beneficiamento de bauxita, "processo Bayer", conhecido neste setor industrial como lama vermelha. O processo consiste basicamente em submeter a lama vermelha em associação ou não a outros componentes minerais, a etapas de secagem, desagregação, mistura e posterior tratamento térmico de modo a formar as fases de interesse, para desenvolvimento de desempenho em serviço e diminuir a lixiviação de compostos indesejáveis. A água de constituição de algumas fases minerais presentes também é removida por meio do tratamento térmico, alterando sua estrutura mineralógica e desenvolvendo o caráter pozolânico. Na atualidade não se tem registros que produtos comerciais sejam efetivamente produzidos com este resíduo, muito embora a literatura científica aponte determinadas potencialidades de aplicação. O registro mais significativo está relacionado a incorporação de determinada quantidade de lama vermelha para a produção de tijolos para a construção civil. A literatura científica também sugere que determinadas lamas vermelhas de alguma região específica, apresente, por si só, sem qualquer tipo de tratamento, exceto secagem, alguma atividade pozolânica de baixa intensidade. Outros autores efetuaram tratamentos térmicos em faixas de temperatura diferentes das empregadas no presente processo e em alguns casos específicos concluíram que poderiam dosar certa quantidade de lama vermelha como pozolana. Na prática os resíduos continuam sendo depositados em bacias de contenção. As principais limitações de todas as referências encontradas estão relacionadas com a pequena quantidade de lama vermelha que efetivamente substitui a fração cimentícia e em seu desempenho quanto à resistência mecânica dos corpos-de-prova. Outros estudos apontam o uso da lama vermelha na composição do clinquer, em percentuais inferiores a 5%, com resultados compatíveis, ou em alguns casos melhorados, em relação ao material de referência. No caso da presente invenção o aditivo desenvolvido não faz parte da composição do clinquer, mas pode substituir frações de até 40% em substituição ao cimento Portland sem que a resistência mecânica caia abaixo dos patamares estabelecidos por normas técnicas.
Estado da técnica
Materiais pozolânicos substitutos ou complementares ao cimento tipo Portland tornaram-se parte importante para as novas exigências técnicas e mercadológicas da construção civil. Geralmente, o seu emprego em concretos e argamassas aumentam as propriedades mecânicas e a durabilidade dos produtos a base de cimento. As fontes destes materiais podem ser de ocorrência natural, resíduos industriais, subprodutos ou matérias-primas industrializadas para este fim. Os materiais mais comuns empregados atualmente são: cinzas volantes, microsílica, escória de alto forno, cinza de casca de arroz e metacaulim. Este último é indicado como uma referência em termos de material pozolânico industrializado, pois é obtido a partir da calcinação de caulins, de alta pureza, em um intervalo de temperatura entre 650 e 800°C. Outro exemplo são as cinzas volantes que são obtidas como um subproduto da combustão de carvão mineral em temperaturas superiores a 1000°C em usinas de geração de eletricidade.
A eficiência dos materiais pozolânicos, assim como o cimento tipo
Portland está relacionada com a reação de hidratação do produto final, a qual o resultado depende das condições de processamento e da qualidade das matérias-primas empregadas. O nível de reatividade que caracteriza a atividade pozolânica de um produto pode ser medido por meio do ensaio de Chapelle, no qual associa o consumo de hidróxido de cálcio Ca(OH)2 por grama de pozolana reagida. A quantidade de Ca(OH)2 reagido pode ser determinado por uma análise termogravimétrica diferencial (ATD - TG). Um metacaulim comercial possui valor de atividade pozolânica entre 700 e 1000 mgCa(OH)2/g. Este valor é superior aos normalmente encontrados em pozolanas a partir de escória de alto-forno (427 mgCa(OH)2/g), mas compatíveis com os obtidos de cinza volante (875 mgCa(OH)2 g). Os produtos com valores abaixo de 330 mgCa(OH)2 g são considerados de baixa atividade e não são considerados pozolânicos.
Outro ensaio normatizado (NBR 5751/92) para medir o nível de atividade pozolânica constitui em misturar 1 (uma) parte de cal hidratada, 9 (nove) de areia normal (NBR 7214/82) e o material pozolânico a se testar. Confecciona-se corpos de prova de 50 mm de diâmetro e 100 mm de altura. Cura ocorre durante 6 dias em moldes lacrados à 55°C. Para que o material seja aprovado o corpo-de-prova deverá apresentar resistência mecânica, em ensaio compressão, superior a 6 MPa no sétimo dia.
Um terceiro método, também normatizado (NBR 5752/92) empregado para determinar o nível de atividade pozolânica consiste basicamente em preparar corpos-de-prova de argamassa (50 mm de diâmetro e 100 mm de altura) com proporção 1:3, cimento: areia normal, sendo que 30% (em volume) da fração do cimento é substituída pelo material pozolânico. Após 28 dias de cura, lacrada, em estufa a 38°C mede-se a resistência mecânica a compressão, comparando-se com corpos-de-prova padrão (testemunho) que não levam a pozolana em sua composição. Para o material ser considerado uma pozolana de qualidade, deve possuir resistência superior a 70% em relação à referência. Na prática este ensaio acaba sendo o mais empregado, uma vez que já leva em consideração a reação direta com o cimento Portland. Por outro lado não mede diretamente a reação da pozolana com o hidróxido de cálcio.
O tratamento térmico (calcinação) é o processo mais adotado industrialmente devido a suas vantagens operacionais e económicas. Quanto aos parâmetros deste processo, há duas variáveis importantes e que devem ser avaliadas: a temperatura e o tempo de residência.
Quanto aos tempos de residência ou tempo de tratamento térmico, estes podem variar de segundos (calcinação flash) até horas. A calcinação flash apresenta como diferença a baixa tendência de recristalização dos materiais ao passo que tempos de residência mais elevados podem provocar cristalizações que eventualmente interferem a atividade pozolânica.
Apesar do caulim ser o argilomineral mais utilizado, outros materiais podem desenvolver atividade pozolânica, que atenda os requisitos das normas, desde que submetidos a processamento adequado. Os metacaulins comerciais são provenientes da mineração de caulim de elevada pureza (>90% em caulinita). Na maioria dos casos este teor de pureza só é obtido após processo de beneficiamento, o que provocam aumento dos custos de produção e dos impactos ambientais.
Como indicado, a temperatura e o tempo de residência são variáveis importantes. Portanto, ao se selecionar as matérias primas para produção de pozolanas deve-se avaliar muito bem as faixas de temperatura que ocorrem as reações de dehidroxilação/amofização bem como a faixa de temperatura que ocorre recristalização de alguns compostos.
O cimento tipo Portland ainda é o material cimentício predominante mundialmente, a sua produção é realizada a partir de minerais que aportam carbonato de cálcio (CaC03), sílica, alumina e óxido de ferro. As matérias- primas reagem entre si à elevada temperatura, 1450°C, as quais ao serem resfriada dão origem ao clinquer. Apesar dos excelentes resultados técnicos e a facilidade de aplicação, a fabricação deste produto exige uma grande quantidade de energia e promove a emissão de gases do efeito estufa em larga escala. Dados atualizados indicam que a fabricação de cimento é responsável por 7,5% de toda emissão de C02 do planeta. Diante disso, há uma necessidade crescente de novos produtos substitutos do cimento Portland como forma de reduzir sua participação na composição do concreto, substituindo-o parcialmente em concretos convencionais ou totalmente em cimentos geopoliméricos.
Desta forma, a presente invenção fornece um processo de produção de aditivo fino cimento, e este podendo ser empregado tanto em concreto como em argamassas, a partir de lama vermelha, resíduo do processo Bayer de beneficiamento de bauxita. A bauxita é a principal fonte de alumina, que por sua vez é a matéria-prima para a produção do Alumínio metálico. O Brasil ocupa lugar de destaque na produção de alumina. Estima-se que 50% da massa de toda a bauxita minerada seja de Lama Vermelha, cujo destino são bacias de contenção, sem qualquer tipo de utilização, e oferecendo risco permanente à contaminação de corpos dsagua em caso e transbordo ou rompimento.
Em síntese, o processo Bayer consiste na digestão da bauxita por soda cáustica em vaso de pressão. Nessa etapa do processo a maior parte da alumina contida na bauxita é solubilizada, dando origem a um licor. Uma grande quantidade de impurezas não são solubilizadas, propositalmente, sendo separadas do licor por decantação e/ou filtração. O licor clarificado segue para etapas posteriores até a obtenção da alumina. A borra ou torta resultante da filtração constituem a Lama Vermelha. A composição química da Lama vermelha varia de acordo com as características da jazida de bauxita, mas em geral são constituídas por óxido de ferro, que representa a maior fração, óxido de silício, óxido de alumínio, óxido de sódio e óxido de titânio como principais constituintes. As principais fases mineralógicas presentes são: hematita, sodalita, gibsita. Podendo ainda ser identificado: silico aluminatos de sódio, quartzo, rutilo, anastásio. Outra característica comum das lamas vermelhas é a presença de soda residual livre. Também é comum que a lama vermelha solubilize alguns metais e sulfatos acima dos padrões, o que obriga o seu depósito em bacias de contenção impermeável.
Portanto, de forma a proporcionar uma aplicação comercial para a Lama Vermelha e contribuir para amenizar ou solucionar parte dos problemas ambientais causados pelo processo Bayer, a presente invenção provê um processo para produção de aditivos finos para cimento a partir do beneficiamento e processamento da Lama Vermelha.
Objetivos da Invenção
A presente invenção tem como objetivo prover um processo para a produção de aditivo fino para cimento a partir de Lama Vermelha do processo Bayer mediante tratamento térmico em temperatura apropriada.
Descrição dos desenhos
Para melhor compreensão da presente invenção é feita em seguida uma descrição detalhada da mesma, fazendo-se referências aos desenhos anexos, onde a:
FIGURA 1 mostra um fluxograma esquemático do processo de produção de pozolanas da presente invenção.
Descrição detalhada da invenção
O processo de produção de pozolanas a partir da lama vermelha subprodutos do beneficiamento da bauxita pelo processo Bayer da presente invenção tem como operações unitárias principais as seguintes etapas:
1- Etapa de dosagem e mistura - esta primeira etapa do processo contempla a dosagem e mistura de eventuais matérias-primas ou subprodutos que venham ser incorporados à lama vermelha, numa fração de até 30%, como por exemplo: argilominerais e/ou cinza volante. Nesta fase a composição da pozolana final pode ser ajustada de forma a melhorar o desempenho do produto final e maximizar o consumo dos subprodutos na mesma proporção em que são gerados. Vários mecanismos de deslocamento e dosagens podem ser utilizados para efetuar a atividade de mistura entre os subprodutos, como pás carregadeiras, caixões alimentadores e correias. Por outro lado, a homogeneização poderá ser feita em misturador horizontal, de forma a garantir o maior controle sobre a estabilidade do produto final. O emprego desta etapa é facultativo, uma vez que a lama vermelha pura também pode ser processada.
2- Etapa de secagem- nesta etapa a formulação do produto final já está determinada e tem o objetivo de preparar composto para o processo de cominuição, haja vista que estes materiais úmidos dificultam a operação. O processo de secagem pode ser realizado em secadores rotativos, ciclônicos, grelha móvel, leito fixo ou fluidizado. A fonte de ar quente pode ser própria ou proveniente de ar de recuperação térmica. Ela pode ainda ser acoplada diretamente a etapa 4.
3- Etapa de cominuição 1 - os materiais devidamente dosados e homogeneizados passam por uma etapa de cominuição para moer e/ou desagregar o material de granulação mais grosseira. Esta cominuição pode ocorrer por compressão, choque, atrito e/ou cizalhamento. Para isto pode ser empregado britadores de mandíbulas, de cilindros horizontais ou de martelos. A granulometria resultante dos diferentes tipos de moinhos poderá variar desde pó passante em malha de 0,045 mm, até grãos passante em malhas de 25 mm. Este parâmetro será fundamental para determinar o tempo de residência no processo de tratamento térmico posterior.
Vale destacar que esta etapa de cominuição pode ser desnecessária dependendo do tipo de tecnologia e equipamento a ser selecionado para a etapa dosagem e mistura.
7- Etapa de tratamento térmico - esta etapa é a principal de todo o processo, pois determina a qualidade e as característica pozolânicas do produto final. Os compostos combinados na forma de pó são submetidos a um tratamento térmico na faixa de temperatura de 1100 a 1250°C. O tempo de residência, na temperatura máxima pode variar entre 5 segundos até 240 minutos.
A composição dos gases da atmosfera no interior da câmara irá depender do tipo de tecnologia de forno selecionada para esta etapa, bem como do tipo de combustível adotado. Entre as opções de fornos avaliadas e possíveis de serem utilizadas neste processo estão: forno contínuo ou batelada, com grelha móvel, com vagonetas, rotativo, leito fixo, leito fluidizado ou ciclônico do tipo flash. Quanto ao tipo de matriz energética pode-se optar por: elétrica, gás natural, biomassa, biomassa gaseificada, carvão mineral, carvão mineral gaseificado, coque ou óleo combustível. Como isso a presença de oxigénio na câmara irá variar de 3 a 20 % de oxigénio.
8- Etapa de cominuição 2 - após o tratamento térmico o material poderá ser submetido a um novo processo de moagem ou desagregação, a seco, para alcançar a granulometria necessária ao bom desempenho técnico do produto comercial, estimado em aproximadamente > 95% passante em malha de aproximadamente < 100 μπι.
As etapas descritas anteriormente podem assumir diferentes configurações quanto a existência ou não de dosagem, secagem ou cominuição. Efetivamente, tais definições e dependente do tipo de tecnologia empregada na etapa de tratamento térmico. Entretanto, independente da escolha do tipo de tratamento térmico, existe a necessidade de, pelo menos, uma etapa de comunição, seja ela anterior ou posterior ao tratamento térmico. Quanto à secagem, ela sempre vai existir, uma vez que a lama vermelha sempre é um produto de uma filtração em meio aquoso. Entretanto, este processo pode ocorrer no próprio forno onde será conduzido o tratamento térmico.
O produto final obtido no processo detalhado pelas etapas anteriormente citadas, pode também ser obtido mediante um processamento semelhante àquele empregado na produção de clínquer de cimento. Neste caso as temperaturas, tanto dos pré calcinadores quanto do forno rotativo, devem ser adequadamente reguladas para os valores supra citados.
Quanto ao seu aspecto visual, as matérias-primas antes do processo apresentam coloração avermelhada, tendendo ao claro. Após o processamento a coloração do produto final mantém o tom avermelhado, tendendo a ser mais escuro.
Um melhor entendimento do processo proposto é melhor detalhado a seguir por meio de exemplos:
Exemplo 1
Uma amostra de Lama Vermelha foi coletada diretamente da bacia de contenção de uma refinaria brasileira, secas em estufa a 110°C, moídas em moinho de bolas intermitente por 30 minutos e peneiradas em malha com abertura 0,063 mm. O pó foi calcinado em temperatura de 1000°C em forno elétrico com tempo de permanência na temperatura máxima de 60 min. O desempenho material produzido foi medido de acordo a norma NBR 5752/92, que determina o nível de atividade pozolânica conforme descrito anteriormente. O resultado de resistência mecânica a compressão relativa foi de 81±4%, superior aos 70% exigidos por norma; somatório dos óxidos de silício, alumínio e ferro de 79,6%, superior aos 70%; perda ao fogo de 0,0%,inferior a 10%; consumo de água de amassamento de 110%, inferior a 115%; área de superfície especifica (B.E.T) de 16 m2/g. No ensaio de com a cal, NBR 5751/92, a resistência obtida foi de 3,1 MPa, inferior a 6 MPa. Dessa forma o desempenho do material produzido em associação ao cimento Portland é superior ao necessário para uma pozolana.
Exemplo 2
A mistura de pós devidamente seca e moída, preparada conforme descrito no exemplo 1 foi calcinada em forno elétrico à 800°C por um período de 60 min. O resultado de resistência mecânica a compressão relativa foi de 81 ±4%, superior aos 70% exigidos por norma; somatório dos óxidos de silício, alumínio e ferro de 79,6%, superior aos 70%; perda ao fogo de 0,0%; inferior a 10%; consumo de água de amassamento de 110%, inferior a 115% ; e área de superfície específica (B.E.T) de 26 m2/g. No ensaio de com a cal, NBR 5751/92, a resistência obtida foi de 3,0 MPa, inferior a 6 MPa. Dessa forma o desempenho do material produzido em associação ao cimento Portland é superior ao necessário para uma pozolana.
Exemplo 3
A mistura de pós devidamente seca e moída, preparada conforme descrito no exemplo 1 foi calcinada em forno elétrico à 600°C por um período de 60 min. O resultado de resistência mecânica a compressão relativa foi de 65±4%, inferior aos 70% exigidos por norma; somatório de óxidos de silicio, alumínio e ferro de 78,7%, superior aos 70%; perda ao fogo de l,0%,inferior a 10%; consumo de água de amassamento de 110%, inferior a 115% ; e área de superfície específica de 22 m2/g. No ensaio de com a cal, NBR 5751/92, a resistência obtida foi de 2,9 MPa, inferior a 6 MPa. Dessa forma o desempenho do material produzido em associação ao cimento Portland é superior ao necessário para uma pozolana.
Exemplo 4
A mistura de pós devidamente seca e moída, preparada conforme descrito no exemplo 1 foi calcinada em forno rotativo à 1200°C por um período de 15 min. O resultado de resistência mecânica a compressão relativa foi de 80±4%, superior aos 70% exigidos por norma; alumínio e ferro de 79,6%, superior aos 70%; perda ao fogo de 0,0%,inferior a 10%; consumo de água de amassamento de 110%, inferior a 115%; área de superfície especifica (B.E.T) de 12 m2/g. No ensaio de com a cal, NBR 5751/92, a resistência obtida foi de 3,5 MPa, inferior a 6 MPa. Dessa forma o desempenho do material produzido em associação ao cimento Portland é superior ao necessário para uma pozolana.
Exemplo 5
A mistura contento 80% de lama vermelha e 20% de uma argila plástica típica foi devidamente dosada, seca e moída, preparada conforme descrito no exemplo 1 foi calcinada em forno elétrico rotativo à 1200°C por um período de 15 min. O resultado de resistência mecânica a compressão relativa foi de 90±4%, superior aos 70% exigidos por norma; somatório dos óxidos de silício, alumínio e ferro de 78%, superior aos 70%; perda ao fogo de 0,0%, inferior a 10%; consumo de água de amassamento de 105%, inferior a 115%; No ensaio de com a cal, NBR 5751/92, a resistência obtida foi de 4,0 MPa, inferior a 6 MPa. Dessa forma o desempenho do material produzido em associação ao cimento Portland é superior ao necessário para uma pozolana.
Legenda das Figuras
Figura 1: Fluxo-grama qualitativo do processo de produção de pozolana a partir de lama vermelha.
1 - Entrada de lama vermelha;
2 - Entrada de outros materiais ou mistura dos mesmos (argilominerais, caulins, cinzas pesas ou volantes, proveniente da queima de carvão mineral, ou escorias de alto forno);
3 - Pozolana.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1) PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE AGREGADO FINO PARA CIMENTO A PARTIR DA LAMA VERMELHA RESULTANTE DO PROCESSO DE BENEFICIAMENTO DE BAUXITA (PROCESSO BAYER), é caracterizado por obter como produto um aditivo fino para cimento com composição e desempenho mecânico, quando em associação ao cimento Portland, superiores aos valores mínimos exigidos por norma técnica de pozolana.
2) PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE AGREGADO FINO PARA CIMENTO A PARTIR DA LAMA VERMELHA RESULTANTE DO
PROCESSO DE BENEFICIAMENTO DE BAUXITA (PROCESSO BAYER), de acordo com a reivindicação 1, é caracterizado pelo fato de que o Produto é constituído de mistura de lama vermelha numa fração mássica mínima de 70%, sendo que, a fração complementar pode ser constituída de outros materiais como: argilominerais, caulins, cinzas pesas ou volantes, proveniente da queima de carvão mineral, ou escorias de alto forno.
3) PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE AGREGADO FINO PARA CIMENTO A PARTIR DA LAMA VERMELHA RESULTANTE DO PROCESSO DE BENEFICIAMENTO DE BAUXITA (PROCESSO BAYER), de acordo com a reivindicação 1, é caracterizado pelo fato de que o processo compreende tratamento térmico realizado em faixa de temperatura de 1100 e 1250°C
4) PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE AGREGADO FINO PARA CIMENTO A PARTIR DA LAMA VERMELHA RESULTANTE DO PROCESSO DE BENEFICIAMENTO DE BAUXITA (PROCESSO BAYER), de acordo com a reivindicação 3, é caracterizado pelo fato de que o tempo de permanência, na temperatura máxima é entre 5 segundos até 240 minutos. 5) PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE AGREGADO FINO PARA CIMENTO A PARTIR DA LAMA VERMELHA RESULTANTE DO PROCESSO DE BENEFICIAMENTO DE BAUXITA (PROCESSO BAYER), de acordo com a reivindicação 3, é caracterizado por ser realizado em fornos, os quais são selecionados do grupo consistindo de: forno contínuo ou batelada, com grelha móvel, com vagonetas, rotativo, leito fixo, leito fluidizado ou ciclônico do tipo flash; o teor de oxigénio na zona de máxima temperatura varia de 3 a 20.
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