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Type: Tese de Doutorado
Title: Encapsulamento cerâmico de resíduos de materiais refratários
Authors: Alamar Kasan Duarte
First Advisor: Paulo Roberto Gomes Brandao
First Referee: Raul Zanoni Lopes Cancado
Second Referee: Rodrigo Lambert Oréfice
Third Referee: Edesia Martins Barros de Sousa
metadata.dc.contributor.referee4: Paulo Osório Ribeiro Caldeira Brant
Abstract: Estudou-se o encapsulamento cerâmico de resíduos de materiais refratários a partir da técnica das cerâmicas quimicamente ligadas, usando-se um novo sistema ligante baseado em um fosfato especial de potássio e magnésio. Comparações desta técnica com as técnicas convencionais de fusão e sinterização, assim como com as cerâmicasquimicamente ligadas à base de cimentos hidráulicos e fosfatos convencionais foram realizadas. Foram usados resíduos das classes mais importantes de refratários: sílico-aluminosos, aluminosos, concretos aluminosos, Al2O3-SiC-C, magnesianos, cromo-magnesianos e MgO-C. O ligante usado foi o fosfato de potássio monobásico (KH2PO4) e o óxido ativador da reação foi o óxido de magnésio. Os materiais foram moldados por vibração, usando-se um processamento semelhante ao dos concretos. As principais características analisadas foram o tempo de pega, a evolução da temperatura de reação, o desenvolvimento da resistência mecânica com o tempo de cura, e o desenvolvimento das fases mineralógicas e da microestrutura. Várias das propriedades comuns à tecnologia de materiais refratários foram também estudadas. Os resultados mostraram ser perfeitamente possível o tratamento de resíduos refratários, usando-se a técnica de encapsulamento cerâmico a partir da ligação de fosfato de potássio e magnésio. Este tipo de processamento apresenta como vantagens em relação ao da fusão e sinterização, um menor custo de processamento, um menor investimento em instalações e a possibilidade de se tratar o resíduo próximo ao local onde é gerado. Apresenta como vantagem em relação ao sistema à base de cimentos hidráulicos uma maior resistência mecânica e a obtenção de estruturas impermeáveis e insolúveis. O uso de aditivo retardador de pega foi importante no controle da reação exotérmica que ocorre entre o fosfato e o óxido de magnésio, o que viabiliza o tratamento de grandes massas. O tempo de pega pode, então, ser controlado ao nível de tempo desejado para manuseio da mistura durante a aplicação. A resistência mecânica desenvolvida por esta cerâmica, com resistência à compressão a frio acima de 40MPa após 24h de cura, permite o seu uso em uma grande variedade de aplicações. O desenvolvimento de altas resistências mecânicas com tempo curto de cura pode levar a usos que hoje possuem limitações com os ligantes convencionais. O sistema contendo cimentos hidráulicos também mostrou boas características físicas e mecânicas. Este sistema, por apresentar resultado pior em testes de solubilização e lixiviação, pode ser aplicado apenas no encapsulamento cerâmico de resíduos refratários não perigosos, inertes ou não. O sistema à base de fosfato de potássio e magnésio como ligante pode ser usado para encapsular resíduos refratários perigosos, embora testes adicionais de solubilização e lixiviação devam ser executados sempre que um novo tipo de resíduo seja estudado.
Abstract: Ceramic encapsulation for refractory material residues has been studied by a chemically bonded ceramic technique, using a new binder system based on special potassium and magnesium phosphate. Comparison among this technique and conventional fusing andsintering ones, as well, with the chemically bonded ceramics based on hydraulic cements and conventional phosphates has been made.Residues from the most important refractory classes have been used: fireclay and high alumina bricks, high alumina castable, magnesia, chrome-magnesia and MgO-C bricks. Potassium phosphate monobasic (KH2PO4) has been used as a binder and magnesium oxide as reaction activator. The various mixes have been molded by vibration, using asimilar process to concretes. The main characteristics tested have been setting time, reaction temperature evolution, mechanical strength development with curing time, and development of mineralogical phases and microstructure. Many of the common properties to the refractory technology have also been studied. Results have shown to be possible the treatment of refractory residues using this technique of ceramic encapsulation by a potassium and magnesium phosphate bindingsystem. This process shows as advantages to the fusing and sintering ones, a lower operational cost, a lower installation investment and the possibility of residue treatment close to the place where it is generated. In comparison to the hydraulic cement system it shows, as advantage, a higher mechanical strength and a less permeable and soluble structure.Setting retarder addition to the mixes has been important to control the exothermic reaction between potassium phosphate and magnesium oxide, becoming possible to treat large amount of materials by this process. Therefore, setting time is possible to be controlled to a desired level, necessary to handle the mix during its application. The mechanical strength developed by this ceramic, with cold crushing strength above40MPa after 24h of curing, allows its use in a great variety of applications. The development of high mechanical strength in a short period of curing becomes possible some uses where conventional binders have limitation. The hydraulic cement system also has shown good physical and mechanical properties. This system shows worse solubility and leaching test results and may be applied only to ceramic encapsulation for non dangerous refractory residues, inert or non inert. The system based on potassium and magnesium phosphate as a binder may be used to encapsulate dangerous refractory residues, although additional solubility and leaching tests need to be done always a new residue is studied.
Subject: Engenharia metalúrgica
Tecnologia mineral
Residuos de metal
Materiais refratarios
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8DMF6N
Issue Date: 28-Mar-2005
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