WO2015039198A1

WO2015039198A1 - Processo para obtenção de composição química para produção de adição ativa capaz de substituir clínquer portland, composição química e uso desta composição

Info

Publication number: WO2015039198A1
Application number: PCT/BR2014/000208
Authority: WO
Inventors: Clair CERON
Original assignee: Votorantim Cimentos S/A; Companhia Brasileira De Alumínio
Priority date: 2013-09-20
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2015-03-26
Also published as: BR102013024226B1; BR102013024226A2

Abstract

O pedido em questão trata de um processo para a obtenção de uma composição para substituição parcial de clínquer Portland. O resíduo do processamento da bauxita (lama vermelha) passa inicialmente por uma etapa de tratamento químico, em que são adicionados carbonatos (calcários) e derivados dè sílica (areia, argilas silicosas, etc) até a obtenção de teores de SiO₂ > 30%, CaO > 10% e Na₂O< 10%. Após a homogenização, o material é termicamente tratado (entre 1000°C e 1500°C), passando por fusão parcial e adquirindo, ao resfriar, coloração cinza escura e teor de CaO livre inferior a 1,0%. O produto final é então cominuído para granulometria entre 0,01 e 5 polegadas. Consta ainda no pedido a composição obtida pelo processo e seu uso, como substituinte de até 30% de clínquer Portland em cimentos do tipo pozolânicos.

Description

Processo para obtenção de composição química para produção de adição ativa capaz de substituir clínquer Portland, composição química e uso desta

composição

[001] A presente invenção se refere a um processo de tratamento de resíduos de bauxita, denominado de lama vermelha Ç red mud^r) para produção de adição ativa capaz de substituir clínquer Portand, preferencialmente clínquer Portland de 1,0 a 50,0 %. A lama vermelha é gerada a partir do Processo Bayer na produção de óxido de alumínio. Seu campo de aplicação é a fabricação de cimento concreto e argamassas.

Estado da Técnica

[002] O processo Bayer de produção de óxido de alumínio a partir da bauxita consiste em solubilizar a alumina presente na bauxita na forma de gibsita (AI(OH)3 ou AI2O3.3H2O), conhecida na indústria do alumínio como "Alumina Aproveitável", em solução de soda cáustica (NaOH) a uma temperatura de 150°C (digestão). Isto produz uma solução supersaturada de aluminato de sódio e os outros componentes da bauxita, chamados de resíduo de bauxita (RB), que ficam na forma de sólidos e são separados pelo processo de decantação e filtração. O RB gerado, que ainda contém alcalinidade mesmo depois de lavado, é geralmente depositado em lagos de armazenamento de resíduos que podem ser úmidos ou secos. O armazenamento desse material, em função de sua elevada alcalinidade e capacidade de troca catiônica pode causar sérios danos ambientais e requer uma grande área para a sua disposição.

[003] A quantidade de RB gerado no processo está diretamente relacionada com a qualidade do minério e seus componentes. Sua proporção pode variar de 0,5 á 2 toneladas de RB por tonelada de óxido de alumínio produzido.

[004] A título de conhecimento, a fábrica de cimento Rio Branco é grande consumidora de pozolana oriunda de cinzas volantes proveniente de usinas geradoras de energia elétrica a base de carvão mineral. Um exemplo passível de ser citado é o material de capeamento da mina de calcário do cimento Rio Branco, que possui argila caulinítica suficiente para a produção de pozolana de boa qualidade, no entanto, esta possui cerca de 14% de Fe203 na sua composição química, fazendo com que a cor da pozolana após calcinação seja vermelha cor de tijolo, tornando sua aplicação na fabricação de cimento impossível devido ao efeito na coloração final (amarronzado) do produto, o qual o mercado rejeita.

[005] As tabelas 1 e 2 abaixo mostram as composições químicas típicas da bauxita e do Resíduo de Bauxita produzido na cidade de Alumínio - SP.

[006] Uma alternativa para os problemas causados pela enorme produção de Resíduo de Bauxita é o desenvolvimento de tecnologias que visem a sua reutilização.

[007] A origem da tecnologia a que se refere este pedido de patente foi a solução do problema da cor avermelhada das pozolanas, procurando, desta forma, alternativas para alterar a cor da pozolana de vermelha para cinza escura ou preta, de tal forma que a cor final do cimento não fosse alterada.

[008] Foi encontrado na literatura alguns documentos que tratam deste assunto, conforme descrito abaixo:

[009] O documento CN101439938 trata de um método rápido para o tratamento de endurecimento de aluminato ferroso feito de lama vermelha. O método compreende a) processar a lama vermelha, ou seja, secar, moer e filtrar através de uma peneira de malha 100, b) calcular os ingredientes em uma composição de matéria-prima por meio da formulação de minerais agregados de clínquer que incluem G2S, G4A3S e OAF; c) pesar as matérias-primas por porcentagem em peso: 40 a 55% de lama vermelha, 20 a 30% de calcário, 1,5 a 3% de pó de ferro, 20 a 30% de minérios de alumínio e l a 5% de gibsita; d) misturar e calcinar, misturando e triturando uniformemente os ingredientes, em que a temperatura de calcinagem seja entre 1250°C a 1350°C; e e) preparar tipos diferentes de endurecimento rápido de cimento de aluminato ferroso. O endurecimento rápido de cimento de aluminato ferroso possui as vantagens de que o rápido endurecimento do cimento de aluminato ferroso tem alta resistência inicial, boa resistência ao frio, resistência à corrosão e alta impermeabilidade. O cimento de aluminato ferroso é adequado para o tempo frio, recuperação, preparação de concreto projetado, a produção dos membros pré-fabricados, e assim por diante. Além disso, o cimento de endurecimento rápido com utilização de lama vermelha cria maior benefício social e benefício económico. [0010] O documento C 102500592 trata de um processamento do conteúdo alcalino em lama vermelha de alumina que compreende: i) reduzir a lama vermelha de alumina e transportá-la para um tanque de reação de desalquilação, ii) realizar a desalquilação, transmitir a lama para um filtro à vácuo após lavagem, realizar uma separação sólido- líquido e transmitir o sólido em um forno rotativo, iii) realizar a redução de calcinação e adição de cálcio no material alcalino, iv) transportar a lama vermelha em um separador, separando em parte magnética e não-magnética, transportar a parte magnética em um moinho, realizar filtração por pressão da parte não-magnética, e secar utilizando uma argamassa seca.

[0011] O documento PI9602657-0 trata de um resíduo de bauxita de lama vermelha produzido pelo Processo Bayer, tratado em várias centrífugas e tanques de re-trituração para lavar sucessivamente e retirar a água da lama vermelha. Um licor concentrado final é obtido em uma primeiro estágio de centrífuga a montante que é rico em valores de alumina e cáusticos para respectiva recuperação e re-utilização. O bolo de lama vermelha concentrado produzido na etapa de centrífuga/lavagem a jusante final é inferior em concentração de cáustico e alumina permitindo descarte ambientalmente aceitável. O bolo de lama vermelha concentrado é re-lameado e misturado com areia de bauxita para descarte em uma área de represamento de empilhado a seco.

[0012] A patente PI9602530-1 trata de um processo em que a lama vermelha, resíduo na produção da alumina pelo Processo Bayer, é lixiviada com os ácidos sulfúricos e clorídricos sob agitação e aquecimento. O resíduo sólido é separado da solução, que contém os íons metálicos extraídos, através de uma filtração. O resíduo sólido que contem silicatos, teores reduzidos de alumínio e titânio, baixos teores de cálcio, magnésio, sódio, potássio e ferro, constitui-se numa matéria-prima de baixo custo para a indústria vitro-cerâmica. Para a fabricação de materiais vitro-cerâmicos, esse resíduo é fundido, sendo a massa vítrea cristalizada através de um tratamento térmico. O ferro II presente na solução filtrada é oxidado a ferro III pela ação oxidante do peróxido de hidrogénio e é precipitado como hidróxido férrico através da adição de uma solução cáustica. Após sua separação por filtração o alumínio é recuperado da solução por precipitação como hidróxido de alumínio, através da adição da mesma solução cáustica usada anteriormente.

[0013] Os documentos apresentados no estado da técnica tratam da correção da coloração avermelhada da argila calcinada para a cor cinza, a partir da mistura de carvão com argila durante a queima em ambiente redutor, o que requer equipamento especial para tal, elevando os custos de maneira não atrativa.

[0014] Em contrapartida, a tecnologia que se trata o presente pedido de patente utiliza no mínimo 70% de lama vermelha, corrigindo-se a composição química com calcário para um mínimo de 10% de CaO, e com material silicoso para uma porcentagem mínima de 30% de SiO2. Queima-se a dita lama vermelha a temperaturas na ordem de 1250°C, resultando em um produto que não possui nenhuma propriedade hidráulica por si só. Desta maneira, trata-se de uma adição ativa que só adquire propriedades cimentantes quando em combinação com clínquer de cimento Portland, e para complementar a mineralogia do material produzido é principalmente material amorfo.

Objetivos:

[0015] O presente pedido de patente tem como intenção tornar viável a utilização de matérias primas existentes em áreas de mineração já abertas, evitando assim a abertura de novas jazidas a distâncias maiores das fábricas onerando seus custos e aumentando as emissões de CO2 por conta do transporte a longas distâncias.

[0016] Ainda no âmbito ambiental, o presente pedido evita que novos lagos de represamento sejam abertos. Isto significa evitar que uma área de cerca de 50-70 acres seja contaminada, pois o solo destes lagos de represamento não é recuperável e são úteis por apenas 5 anos, fora o fato destes lagos apresentarem pH muito alto (suas águas são muito cáusticas) e de apresentarem seus ecossistemas totalmente danificado. No mundo há casos de rompimento de barreiras de lagos com depósito de "red mud" ou iesíduos de bauxita, com consequências desastrosas para a população e para o meio ambiente. Enfim, tanto o monitoramento de um lago para este tipo de depósito como a criação de novos lagos custam muito caro para a indústria e ainda representam danos à natureza e perigos para o ser humano.

[0017] Além disso, a coloração da pozolana era um fator limitante a sua utilização. Com isso, o presente pedido tem por objetivo solucionar o problema das muitas jazidas de matérias primas para a fabricação de pozolanas que possuem coloração vermelha, ou se tornam vermelhas após a calcinação, impossibilitando sua utilização na fabricação de cimento. O presente pedido descreve uma alternativa para alterar a cor dos resíduos de bauxita ÇVed mud") de vermelha para cinza escura ou preta, de tal forma que a cor final do cimento não seja alterada.

[0018] Tendo em vista os documentos apresentados no Estado da Técnica, a principal vantagem da utilização desta tecnologia é poder transformar um resíduo tóxico ao meio ambiente em um produto de valor comercial e social importante como cimento Portland, diminuindo assim, a pressão sobre o meio ambiente em várias áreas, mineração da cimenteira, aterros para a planta de alumínio, trazendo fortes benefícios para a sociedade como um todo, e criando uma importante sinergia entre as indústrias de cimento e alumínio.

Descrição das Figuras

[0019] O invento será mais bem compreendido à luz das figuras em anexo, dadas a título meramente exemplificativo, mas não limitativo, nas quais:

- Fig 1: Fluxograma da reutilização de resíduos de bauxita. - Fig 2: Avaliação termogravi métrica da redução do consumo térmico para a produção da adição ativa de lama vermelha f red-mucf) quando comparada com uma farinha típica para fabricação de clínquer.

- Fig 3: Teste de queima da lama vermelha em laboratório:

1 - amostra de lama vermelha;

2 - teste da etapa de queima em laboratório;

3 - lama vermelha à temperatura de 1250°C após a queima.

- Fig 4: Fotos do forno piloto especialmente projetado e construído para o desenvolvimento do presente pedido, equipamento único no Brasil.

4 - é uma vista frontal do forno piloto;

5 - é uma vista lateral do forno piloto;

6 - amostra de adição ativa coletada no interior do forno piloto;

7 - final de batelada - descarga do material produzido.

- Fig 5: Lama vermelha e seus estágios de processamento até corpos de prova, em que se pode verificar a alteração de cor da referida lama vermelha após seu processamento, para avaliação do desempenho da mistura com cimento.

8 - lama vermelha úmida

9 - lama vermelha seca

10 - lama vermelha calcinada

11 - lama vermelha com cal

12 - lama vermelha com cimento

- Fig. 6: Gráfico dos testes de qualificação da adição ativa fabricada com lama vermelha. IAP- com cal = índice de atividade pozolânica com cal. IAP-CAL = índice de atividade pozolânica com cal. IAP CIM = índice de atividade pozolânica com cimento. MPA = mega Pascal. - Hg. 7: Gráfico do desempenho da adição ativa no cimento e no concreto. MPA = mega Pascal.

- Fig 8: Gráfico dos resultados dos primeiros testes efetuados em bancada para avaliar desempenho da adição ativa produzida com RED-MUD frente as normas Brasileiras referente ao produto Pozolana (adição ativa). Os primeiros testes não foram satisfatórios até que a composição química e a temperatura de queima fossem adequadamente ajustadas. O teste efetuado no forno piloto (Figura 4) já contemplava os ajustes das composições químicas e de temperatura, e por este motivo os requisitos mínimos de norma foram atendidos. Em função disso, foi avaliada a eficiência do desempenho da adição ativa assim produzida em cimentos e concretos, cujos resultados foram satisfatórios, e equivalentes aos obtidos quando da utilização de pozolanas típicas tais como flyash. IAP = índice de Atividade pozolanica.

- Fig. 9: Gráfico dos resultados da avaliação do desempenho da adição ativa com cimento e com concreto, onde é possível constatar que o desempenho mecânico atende as necessidades da fabricação de cimento e concreto e atende aos requisitos das Normas Brasileiras de cimento. Mpa= Mega Pascal

Descrição Resumida da Invenção

[0020] Processo para obtenção de composição química para produção de adição ativa capaz de substituir clínquer Portland compreendendo as seguintes etapas:

(a) tratamento químico: ao resíduo do processamento de bauxita adiciona-se calcário ou derivados de carbonatos de cálcio e areia ou derivados de sílica ou argilas silicosas até obter-se um teor de S1O2 > 30%, de CaO > 10% % e a2O < 10,0%; preferencialmente S1O2 entre 30 a 40%, CaO entre 10 a 15% %, e a2O entre 4 e 6,0%;

(b) etapa de homogeinização: a mistura obtida no item anterior sofre o processo de homogenização; (c) tratamento térmico: em seguida a massa da mistura obtida no processo (b) é aquecida à temperatura entre 1000°C a 1500°C com fusão parcial e alteração de cor;

(d) resfriamento: o processo de resfriamento ocorre em resfriador que pode ser de satélite ou grelha;

(e) produto final: o produto final é obtido quando a cor da adição ativa estiver cinza escura, com desempenho similar as cinzas ⁿfly ash"e. a presença de CaO livre for inferior a 1,0%;

(f) moagem: o produto final é então submetido ao processo de moagem em conjunto com clínquer de cimento Portland para a produção de cimentos contendo a adição ativa segundo a norma brasileira NBR 12653, e granulometria na faixa de 0,01 a 5 polegadas de tamanho.

Descrição Detalhada da Invenção

[0021] O resíduo de bauxita denominado ⁿred-mud' possui na sua composição química altos teores de ferro, o que torna o material vermelho intenso.

[0022] Sabe-se que nem todos os resíduos de bauxita podem ser transformados em pozolanas ou em adição ativa, apenas pelo efeito de calcinação, pois as composições químicas dos resíduos são muito variadas.

[0023] Desta forma, a tecnologia proposta na presente invenção se diferencia das demais porque obrigatoriamente é feito um ajuste da composição química do resíduo, e após sua calcinação a alta temperatura em uma faixa preferencial de 1150°C a 1300°C, temos como resultado uma adição ativa de cor cinza escura de alto desempenho capaz de substituir parcialmente o clínquer sem perdas de desempenho mecânico no cimento e concreto resultante de sua aplicação. Desta forma, o processo de obtenção da composição química para emprego de adição ativa substituinte de clínquer Portland se torna altamente ecológico, pelo fato de haver redução da emissão de carbono do cimento produzido com a substituição parcial do clínquer Portland.

[0024] A tecnologia do presente pedido consiste em um processo para obtenção de composição química para produção de adição ativa compreendendo as seguintes etapas:

(a) tratamento químico: ao resíduo do processamento de bauxita adiciona-se calcário ou derivados de carbonatos de cálcio e areia ou derivados de sílica ou argilas silicosas até obter-se um teor de Si0₂ > 30%, de CaO > 10% % e Na₂0 < 10,0%; preferencialmente Si0₂ entre 30 a 40%, CaO entre 10 a 15% %, e Na₂O entre 4 e 6,0%;

(b) etapa de homogeinização: a mistura obtida no item anterior sofre o processo de homogenização;

(c) tratamento térmico: em seguida a massa da mistura obtida no processo (b) é aquecida à temperatura entre 1000°C a 1500°C com fusão parcial e alteração de cor;

(e) produto final: o produto final é obtido quando a cor da adição ativa estiver cinza escura, com desempenho similar as cinzas "fly ash"e a presença de CaO livre for inferior a 1,0%;

[0025] A composição compreendendo o resíduo de processamento da bauxita apresenta um teor de SiO₂ > 30% e de CaO > 10%, ou seja, a proporção de SiO2:CaO é de 3:1, e coloração cinza, similar ao cimento. [0026] O resultado final é obtido através de uma mistura entre argila vermelha + calcário + argila silicosa + queima a uma faixa de temperatura preferencial de 1150°C a 1300°C, ainda mais preferencialmente 1250°C. Esta combinação produz uma adição ativa com características adequadas em relação às Normas Brasileiras (NBR 12653).

[0027] A correção da composição química, a temperatura de queima elevada acima de 1150°C com fusão parcial do material e alteração de cor, são as principais inovações deste processo em relação às tecnologias existentes. O estado da técnica não faz menção à alteração de cor e temperaturas de queima acima de 1000°C, pois as tecnologias existentes recomendam queimas do material a temperaturas de 500°C a 900°C.

[0028] O novo produto é uma adição ativa de alto desempenho, que permite a substituição de até 30% de cimento com desempenho satisfatório deste, contribuindo de maneira significativa para redução da emissão de carbono do cimento e concreto.

1. Tratamento químico do resíduo de bauxita:

[0029] O processo segundo a invenção parte de resíduos do processamento da bauxita ou alumina que em geral apresentam a coloração avermelhada devido ao excesso de ferro (Fe203) na composição fazendo com que após a queima, o material adquira a cor vermelha. Esta coloração é um grande entrave para o seu emprego na fabricação de cimento, pois este mercado é muito conservador e rejeita fortemente qualquer alteração na coloração do cimento.

[0030] A composição habitual deste resíduo também é conhecida pelo nome de lama vermelha ÇVe mucf) e em geral é descartado na forma de lama em aterros. A composição química de base deste resíduo é principalmente os componentes AI2O3, Fe203, S1O2, GaO e a20. Sua coloração é devida a presença de íons ferro, que neste caso é cerca de 20% da composição da lama vermelha. [0031] Descobriu-se agora que para se eliminar a coloração vermelha e ainda melhorar as propriedades mineralógicas deste resíduo seus teores de S1O2 deve ser > 30% e de CaO > 10%. Para isso, ao resíduo de alumina deve-se adicionar calcário + argila de composição química adequada de tal maneira a atender a condição acima mencionada numa proporção molar ou de massa que varie de 10:30 para CaO e de 30:50 de S1O2 ou silicatos ou areia em relação à massa de resíduo a ser tratada.

[0032] Preferencialmente reduz-se a porcentagem de a2O do resíduo de alumina por processamento químico e filtragem para valores menores que 6,0% em massa.

2. Etapa de homogeneização:

[0033] A mistura obtida no item anterior sofre o processo de homogeneização.

3. Tratamento térmico:

[0034] A massa obtida no processo de homogeneização é introduzida em forno rotativo e aquecida a uma temperatura maior do que 1000°C ou temperatura de fusão parcial, preferencialmente entre cerca de 1150°C até 1500°C, ainda mais preferencialmente 1250°C, por intervalo de tempo maior do que 30 minutos ou até que a coloração saia de vermelho para cinza escura ou preta.

[0035] O processo de fusão parcial é fundamental para garantir a propriedade pozolânica do material calcinado e também para a correção da cor da adição ativa de vermelho para cinza escuro e/ou preto, bem como para otimizar o processo de resfriamento nos resfriadores de satélite e/ou grelhas. A presença de 10 a 50% de líquido no material calcinado é fundamental para garantir as propriedades acima mencionadas.

4. Resfriamento:

[0036] O processo de resfriamento ocorre em resfriador que pode ser de satélite (tipo de resfriador de forno de cimento), ou grelha (também tipo de resfriador de forno de cimento). Após a etapa de resfriamento do produto, este é recolhido em silos e/ou depósitos cobertos.

5. Produto final:

[0037] O produto final é obtido quando a cor da adição ativa estiver cinza escura, com desempenho similar as cinzas ⁿfly as "e a presença de CaO livre for inferior a 1,0% bem como boa parte da sua estrutura mineralógica estiver amorfa ou não cristalina.

[0038] A coloração da adição ativa é medida de acordo com o modelo colori métrico CIE L*a*b* (CIELAB). Este modelo descreve todas as cores visíveis para o olho humano, no qual uma cor é localizada por três valores: L (luminância, expressa em porcentagem), em que L = 0,0 se refere ao preto absoluto (ausência de cor) e L = 100,0 se refere ao branco absoluto (reflete todas as cores); a e b são duas gamas de cor que vão respectivamente do verde ao vermelho e do azul ao amarelo com valores que vão de -120 a +120.

6. Moagem:

[0039] O produto final é então submetido ao processo de moagem em conjunto com clínquer de cimento Portland para a produção de cimentos contendo a adição ativa segundo a norma brasileira NBR 12653, e granulometria na faixa de 0,01 a 5 polegadas de tamanho.

[0040] De modo preferencial, a composição da adição ativa através da utilização da lama vermelha é o que segue na tabela 3 abaixo:

[0041] Além do calcário como fornecedor de CaO para que a porcentagem mínima de CaO seja superior a 10%, pode-se adicionar qualquer fonte contendo CaO, tais como escória básica de alto forno, outros resíduos industriais, como lama de cal oriunda da lavagem de gases e/ou outras fontes de cálcio.

[0042] Desta forma, a composição da adição ativa da presente invenção compreende resíduo de processamento da bauxita apresentando um teor de S1O2 > 30%, de CaO > 10%, porcentagem de Na2O < 6,0% e coloração máxima de L = 10 a 50, preferencialmente L=< 40.

[0043] Assim, a correção da cor utilizando a adição de calcário + alta temperatura de calcinação, veio corrigir o problema, tornando viável a utilização de matérias primas existentes em áreas de mineração já abertas, evitando, assim, a abertura de novas jazidas a distâncias maiores das fábricas onerando seus custos e aumento das emissões de CO2 por conta do transporte a longas distâncias, além de evitar que uma vasta área seja contaminada, uma vez que o solo dos lagos de represamento não é recuperável e é útil por apenas 5 anos.

Exemplo 1:

[0044] Abaixo se encontra a tabela comparativa entre a composição química da matéria prima da fabricação de clínquer denominada de farinha crua comum e a adição ativa da presente invenção. A farinha a que se refere esta tabela é a matéria prima crua antes da calcinação para fabricação de clínquer de cimento Portland.

Tabela 4: Comparação da composição química da farinha comum e da adição ativa da presente invenção.

[0045] Foram efetuados inúmeros testes de bancada conforme as figuras 3 a 7. Os testes foram efetuados para definição da composição química e temperaturas ideais para obtenção das propriedades desejadas para o material (adição ativa). Desta maneira, partiu-se da calcinação da lama vermelha pura a temperaturas de 500°C, e após cada teste foram avaliadas as composições mineralógicas do produto formado, e seus desempenhos como adição ativa. Identificada a composição química mínima necessária para obtenção das propriedades desejadas e a temperatura adequada para obtenção da cor cinza, foi efetuado um teste em forno piloto (Figura 5), para obtenção do material em maior escala a fim de avaliar o desempenho da adição ativa produzida em misturas com cimento nas porcentagens de 15% e 30% de substituição do cimento Portland, avaliando o desempenho da adição ativa no cimento e no concreto em testes preconizados pelas normas brasileiras (figura 7).

[0046] Partiu-se de 100% de lama vermelha com a seguinte composição abaixo, até a composição química final (figura 5, subitem 12).

Tabela 5: Composição da lama vermelha e composição da adição ativa da presente invenção.

Exemplo 3:

[0047] Testes de qualificação para as normas brasileiras NBR 12653 da adição ativa fabricada com lama vermelha (Tabela 6).

Teste 1 - lama vermelha aquecida à temperatura > 1150°C. Quando avaliada segundo a NBR 12653, o teste de medição da atividade pozolânica com cal foi zero, quando o limite mínimo da norma NBR 12653 é de 6,0 Mpa, indicando com isso, que o material assim produzido não é uma pozolana. Em teste com cimento, o valor obtido foi de 74% do valor de referência sendo que o valor mínimo de norma é de 75,0% -Desta forma, foi confirmado no teste anterior em que o material não é uma pozolana capaz de atender aos requisitos da norma Brasileira.

Teste 2 - No segundo teste foi acrescentado 20% de material silicoso para corrigir a porcentagem de S1O2 da lama vermelha (red mud). Após calcinação nas mesmas condições do teste 1, foi efetuado a avaliação do índice de atividade pozolânica com cal e foi obtido valor de 2,2 Mpa, quando o índice de atividade pozolânica mínimo é de 6,0 Mpa. No entanto, na avaliação com cimento, o valor obtido foi de 84%, quando o limite mínimo é de 75%; portanto, o produto está aprovado apenas parcialmente.

Teste 3 - Em função dos resultados insatisfatórios dos testes 1 e 2, foi acrescentado 10% de calcário na composição do teste 2, afim de obter uma mistura com o valor mínimo de 30% de S1O2 e 10% de CaO. Com esta nova composição e calcinação nas mesmas condições dos testes anteriores, foi obtido material cuja avaliação do índice de atividade pozolânica com cal foi de 3,5 Mpa, e o índice de atividade pozolânica com cimento foi de 94,4%, quando o valor mínimo exigido por norma é de 75,0%. Teste 4 - Para o teste n°4 foi mantida a composição química do teste n°3, porém, foi reduzida a porcentagem de a20 de 12,0% para menos de 6,0%, sendo esta a alteração da composição que estava faltando para que os resultados a serem obtidos com a adição ativa permitissem o atendimento das normas Brasileiras. Desta forma, podemos observar que o IAP (índice de Atividade Pozoiânica) com cal obtido no teste n°4 foi de 6,2 Mpa, sendo que o valor mínimo de norma é de 6,0 Mpa. O teste de IAP (índice de Atividade Pozoiânica) com cimento obtido no teste n°4 foi de 94% quando o mínimo da norma Brasileira é de 75,0%. Assim, estes resultados confirmam que a adição ativa assim produzida atende integralmente aos requisitos das normas Brasileiras para que este produto esteja habilitado a substituir parcialmente o clínquer Portland na fabricação de cimento Portland.

[0048] O teste n°4 foi efetuado em forno piloto, com o objetivo de produzir um volume maior de material suficiente para serem efetuados os testes de avaliação de desempenho em cimento e concreto. A Figura 6 mostra a evolução dos resultados em função das alterações nas composições químicas.

[0049] Podemos avaliar o desempenho da adição ativa NBR 12653 no cimento e no concreto através dos resultados obtidos nos testes finais de aplicação da adição ativa de resíduos de bauxita na fabricação de cimentos e concreto através da Figura 7. Foram efetuados dois testes de avaliação do desempenho da adição ativa de resíduo de bauxita em substituição parcial ao clínquer Portland, substituindo-se em 15% e 30%. Os resultados mínimos exigidos pelas normas Brasileiras para ambas as misturas são de resistência mecânica obtida em argamassa padrão aos 3 dias, mínimo de 10 Mpa (valores obtidos nos testes 15% = 27,7 MPa e 30%= 22,2 Mpa), as resistências mecânicas aos 7 dias, mínimo de 20,0 Mpa (valores obtidos nos testes 15%=31,4 Mpa e 30% = 25,7 Mpa), as resistências mecânicas aos 28 dias, mínimo de 32,0 Mpa (valores obtidos nos testes 15% = 37,8 Mpa e 30% 34,2 Mpa). Os desempenhos em concreto não necessitam atender a norma especifica, porém, foram comparados com os resultados obtidos de cimentos similares produzidos com pozolanas tradicionais tais como fly ash (fíy ash = cinza volante, ou cinza produzida em caldeira de usina termoelétrica), e os resultados obtidos são equivalentes. Portanto, é possível concluir que a adição ativa produzida com a lama vermelha de composição química corrigida através do processo mencionado, atende a todos os requisitos das normas Brasileiras de pozolana e de cimento, e permite a produção de concretos com desempenho similares as pozolanas tradicionais utilizadas.

Claims

Reivindicações

1. Processo de obtenção de composição química para produção de adição ativa capaz de substituir clínquer Portland caracterizado pelo fato de compreender as etapas:

(a) tratamento químico: ao resíduo do processamento de bauxita adiciona-se calcário ou derivados de carbonatos de cálcio e areia ou derivados de sílica ou argilas silicosas até obter-se um teor de S1O2 > 30%, de CaO > 10% % e a20 < 10,0%; preferencialmente S1O2 entre 30 a 40%, CaO entre 10 a 15% %, e a20 entre 4 e 6,0%;

(e) produto final: o produto final é obtido quando a cor da adição ativa estiver cinza escura, com desempenho similar as cinzas ⁿffy ash"e a presença de CaO livre for inferior a 1,0%;

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de se adicionar ao resíduo de alumina, CaO e S1O2 em uma relação molar CaO:Si02 que pode variar de 10 a 30:30 a 50 em relação à massa total a ser tratada.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a proporção de Si02:CaO é de 3:1, e Na20 < 10,0%.

4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da presença de CaO livre ser inferior a 2,0%, preferencialmente entre 0,5 e 1,0%, bem como boa parte da sua estrutura mineralógica estiver amorfa ou não cristalina.

5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da porcentagem de a20 do resíduo de alumina ser reduzida por processamento químico e filtragem para valores menores que 10,0% em massa, preferencialmente entre 2 e 6,0% em massa.

6. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da temperatura de fusão ser preferencialmente de 1150°C a 1300°C, por um intervalo de tempo maior do que 30 minutos ou até que a coloração saia de vermelho para cinza escura ou preta.

7. Composição química de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de ser uma composição química de resíduo de processamento de bauxita para emprego em adição ativa com teor de Si02 > 30% e de CaO > 10% e Na₂0 < 10,0% com alteração de sua coloração de vermelho para cinza.

10. Composição química de acordo com as reivindicações 7, a 9, caracterizado pelo fato da composição da adição ativa consistir preferencialmente de: 9 a 12% de CaO; 30 a 38% de Si0₂; 0,0 a 6,0% de Na₂0, em relação a massa total da composição.

11. Composição química de acordo com as reivindicações 7, a 11, caracterizado pelo fato da composição da adição ativa consistir ainda mais preferencialmente de: 11% de CaO; 36% de S1O2; < 6% de a20.

12. Uso da composição química, de acordo com as reivindicações 7 a 11, caracterizado pelo fato da dita composição poder substituir até 30% de clínquer Portland em cimentos do tipo pozolânicos.