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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Balanço ambiental de elementos-traço na sinterização
Authors: Lucas Ladeira Lau
First Advisor: Luiz Fernando Andrade de Castro
First Referee: Valdirene Gonzaga de Resende
Second Referee: Flavio de Castro Dutra
Abstract: Introdução: A legislação ambiental vem tornando-se cada vez mais restritiva em diversos setores industriais, especialmente para a indústria siderúrgica que é notadamente conhecida pelo seu grande potencial poluidor. Dentro desse novo cenário de legislações ambientais mais rígidas, novos estudos têm sido realizados e controles mais precisos das emissões implantados. Destaca-se em relação a evolução dessas legislações a inclusão de alguns limites de emissão de elementos-traço, visto que o interesse pelo impacto que tais elementos causam ao ambiente e à saúde tem crescido nos últimos anos. Assim, este estudo tem por objetivo formular uma proposta de partição dos elementos-traço entre os produtos e as emissões da planta, visando conhecer o comportamento desses elementos no processo de sinterização e subsidiar intervenções capazes de modificar tais partições. Materiais e métodos: Trata-se de um estudo experimental, no qual, inicialmente, foi realizada a caracterização química de diversos insumos da sinterização. A partir do conhecimento das concentrações de elementos-traço nos insumos foi analisado o aporte de elementos-traço em uma sinterização piloto, quando utilizada uma mistura de sinterização padrão. Em seguida, considerou-se o balanço de massa para determinar a partição teórica dos elementos-traço nos produtos e nas emissões. Após o balanço de massa foi realizado um estudo de volatilização. Nesse estudo selecionou-se seis amostras de sinter feed de diferentes origens e simulou-se a curva de aquecimento da sinterização em um forno irradiante. Com base nas caracterizações químicas das amostras antes e após serem submetidas ao aquecimento foi possível verificar a tendência de cada elemento volatilizar ou não durante o processo de sinterização. Resultados e Discussão: Em relação à caracterização química dos insumos da sinterização, destacam-se como grandes concentradores de elementos-traço os resíduos siderúrgicos e observa-se baixa concentração de elementos-traço nos fundentes. No que se refere ao balanço de massa, os elementos que se mostraram com maior tendência de concentração nas emissões são: cádmio, níquel, chumbo, mercúrio e cobre. Observou-se também que, apesar de não serem, de maneira geral, grandes concentradores de elementos-traço, os insumos ferrosos (sinter feed, pellet feed e outros) apresentam grande relevância no aporte de elementos-traço no processo. Isso porque são responsáveis por grande parte da massa de insumos utilizados na mistura de sinterização. Por sua vez, o teste de volatilização apontou a tendência, ou não, de volatilização dos elementos. Para alguns elementos o resultado obtido foi inconclusivo. Conclusão: Os insumos ferrosos, em especial o sinter feed, são os principais responsáveis pela entrada de elementos-traço no sistema da sinterização, sendo que esses mesmos insumos, quando de origem brasileira ou sul africana, apresentam pequenas concentrações destes elementos frente aos de origem chinesa, indiana e australiana. O estudo do comportamento dos elementos-traço na sinterização é bastante complexo, pois um mesmo elemento pode comportar-se de três maneiras distintas dependendo da fase em que o mesmo se encontra. Os elementos e compostos com menor temperatura de vaporização devem volatilizar e se concentrar nas emissões. Por outro lado, os elementos que não volatilizarem durante o processo podem se manter na mistura e compor o sínter ou podem ser levados a fazerem parte das emissões através do arraste das partículas. Portanto, conhecer o comportamento dos elementos-traço no processo de sinterização é de fundamental importância para a prevenção de emissões e otimização do processo de trabalho nas indústrias siderúrgicas.
Abstract: Introduction: Environmental legislation is becoming more restrictive in several industrial sectors, especially in the steel industry, which is well known for its large pollution potential. With the recent growth of interest in the effects of trace elements on the environment and health, the inclusion of emission limits for these elements in this legislation has become increasingly popular. This article aims to describe the partitioning of trace elements between the products (sinter) and plant emissions in an iron ore sinter plant, aiming to better understand the behavior of these elements in the sintering process to eventually support interventions to modify these partitions. Methods: This was an experimental study in which, initially, the chemical characterization of several sintering inputs was initially performed. Based on the trace elements concentrations, we analyzed the injection of them in a sintering pilot using a sintering mixture. Mass balance was then used to determine the theoretical partitioning of trace elements in the sinter and emissions. After the mass balance, a volatilization study was carried out. In this study six sinter feed samples of different origins were selected and then a simulation of the sintering heating curve was performed in a radiant oven. With the chemical characterization of the samples before and after being subjected to heating, the tendency of each element to volatilize during the sintering process was determined. Results and Discussion: Regarding the chemical characterization of sintering inputs, it reveals that the steel-making residues contained large concentrations of trace elements, whereas low concentrations were observed in the flux. As to the mass balance, cadmium, nickel, lead, mercury, and copper exhibited greater tendencies to concentrate in atmospheric emissions. It was also observed that, although they are not, in general, major hubs of trace elements, ferrous inputs (sinter feed, pellet feed and others) have great relevance in the contribution of trace elements to the process, as they represent a great part of the mass of inputs used in the sintering mix. Meanwhile, the volatilization test showed which of the elements have the tendency to volatilize. For some elements the result was inconclusive. Conclusion: The ferrous raw materials, especially the sinter feed, are mainly responsible for the inputs of trace elements in the sintering system, and these same inputs, when original from Brazil or South Africa, have lower concentrations of these elements when compared to the ones with Chinese, Indian and Australian origins. The study of the behavior of trace elements in sintering is very complex since the same element may behave in three different ways depending on the phase it is located. The elements and compounds that have lower vaporization temperatures should volatilize and concentrate on the emissions. Moreover, elements that do not volatilize during the process can remain in the mixture and form the sinter, or they can become a part of emissions through the drag of the particles. Therefore, knowing the behavior of trace elements in the sintering process is of fundamental importance for the prevention of emissions and optimization of the processes in the steel industry.
Subject: Engenharia metalúrgica
Metalurgia extrativa
Elementos traços
Sinterização
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-A9DJB2
Issue Date: 18-Dec-2015
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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