UTILIZAÇÃO DA LAMA DE ALTO-FORNO EM CERÂMICA VERMELHA ALICE VASCONCELLOS MOTHÉ UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE DARCY RIBEIRO – UENF CAMPOS DOS GOYTACAZES – RJ JUNHO/2008 UTILIZAÇÃO DA LAMA DE ALTO- FORNO EM CERÂMICA VERMELHA ALICE VASCONCELLOS MOTHÉ Dissertação de mestrado apresentado ao Centro de Ciência e Tecnologia da Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, como parte das exigências para obtenção do título de Mestre em Engenharia e Ciência dos Materiais. Orientador: Prof. Carlos Maurício Fontes Vieira Co-orientador: Prof. Sérgio Neves Monteiro CAMPOS DOS GOYTACAZES – RJ JUNHO/2008 UTILIZACAO DE LAMA DE ALTO FORNO EM CERÂMICA VERMELHA ALICE VASCONCELLOS MOTHÉ Dissertação de mestrado apresentada ao Centro de Ciência e Tecnologia CCT, da Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, como parte das exigências para obtenção do título de Mestre em Engenharia e Ciência dos Materiais. Aprovada em 24 de junho de 2008. Comissão Examinadora: Prof. Sérgio Neves Monteiro (Ph.D., Engenharia e Ciência dos Materiais) UENF Prof. Carlos Maurício Fontes Vieira (D.Sc., Engenharia e Ciência dos Materiais) UENF Prof. Gustavo de Castro Xavier (D.Sc. Engenharia Civil) UENF Sr. Jamil Duailibi Filho (D.Sc., Engenharia e Ciência dos Materiais) INT/RJ FICHA CATALOGRÁFICA Preparada pela Biblioteca do CCT / UENF 52/2008 Mothé, Alice Vasconcellos Utilização de lama de alto-forno em cerâmica vermelha / Alice Vasconcellos Mothé. – Campos dos Goytacazes, 2008. viii, 100f. : il. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência dos Materiais) --Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro. Centro de Ciência e Tecnologia. Laboratório de Materiais Avançados. Campos dos Goytacazes, 2008. Orientador: Carlos Maurício Fontes Vieira. Co-orientador: Sérgio Neves Monteiro. Área de concentração: Meio ambiente. Bibliografia: f. 89-100 1. Resíduo siderúrgico 2. Cerâmica vermelha 3. Reciclagem l. Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro. Centro de Ciência e Tecnologia. Laboratório de Materiais Avançados II. Título CDD 620.14 DEDICATÓRIA A Eliza, aos professores e as escolhas, que o tornaram possível, e a Hans, Emir, que aprovaram esse momento. “... Se de tudo fica um pouco, mas por que não ficaria um pouco de mim? no trem que leva ao norte, no barco, nos anúncios de jornal, um pouco de mim em Londres, um pouco de mim algures? na consoante? no poço?” Resíduo – Carlos Drummond de Andrade,1945. SUMÁRIO ÍNDICE DE TABELAS III ÍNDICE DE FIGURAS IV RESUMO VII ABSTRACT VIII CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO 1 CAPÍTULO 2: OBJETIVOS 2 CAPÍTULO 3: JUSTIFICATIVAS 3 CAPÍTULO 4: REVISAO DA LITERATURA 4 4.1 Desenvolvimento sustentável 4 4.2 A Indústria Siderúrgica 6 4.2.1 Desempenho econômico e produtivo da Indústria Siderúrgica 6 4.2.2 Processo Siderúrgico 7 4.2.3 O alto-forno e a produção de ferro gusa 10 4.2.4 Controle ambiental na indústria siderúrgica 13 4.3 Resíduos 14 4.3.1 Definição e classificação de resíduos 14 4.3.2 Geração de resíduos siderúrgicos 17 4.3.3 Lama de alto-forno 19 4.3.4 Destinação dos resíduos 25 4.4 Reciclagem de resíduos siderúrgicos 29 4.4.1 O reuso e a reciclagem da lama de alto-forno 31 4.5 Reciclagem de resíduos em cerâmica vermelha 34 4.6 Reciclagem de resíduos siderúrgicos em cerâmica vermelha 36 CAPÍTULO 5: MATERIAIS E MÉTODOS 50 5.1 Matérias-primas utilizadas 51 5.1.1 Massa argilosa 51 5.1.2 Lama de alto-forno 51 5.2 Caracterização das matérias primas 51 5.2.1 Caracterização mineralógica 51 5.2.2 Caracterização química 52 5.2.3 Caracterização física 52 5.2.4 Caracterização morfológica 53 5.3 Preparação dos corpos de prova 53 5.4 Propriedades físicas mecânicas 54 5.4.1 Plasticidade 54 5.4.2 Retração linear 54 5.4.3 Absorção de água 55 5.4.4 Tensão de ruptura à flexão 55 5.5 Análise microestrutural 56 5.6 Avaliação ambiental 56 CAPITULO 6: RESULTADOS E DISCUSSÃO 57 6.1 Características das Matérias-primas 57 6.2 Plasticidade das formulações 69 6.3 Propriedades Físicas e Mecânicas das Cerâmicas 70 6.4 Microestrutura 71 6.5 Avaliação Ambiental 79 6.6 Custo de Incorporação da lama de alto-forno na Queima – Balanço 80 Econômico CAPÍTULO 7: CONCLUSÕES 87 CAPÍTULO 8: SUGESTÕES 88 REFERÊNCIAS 89 ÍNDICE DE TABELAS Tabela 4.1. Composição química da lama de alto-forno gerada na ArcellorMittal 20 Tabela 4.2. Granulometria da lama de alto- forno gerada na ArcellorMittal 20 Tabela 4.3. Composição química da lama de alto-forno da COSIPA 20 Tabela 4.4. Composição química da lama de alto-forno proveniente da Ensidesa 21 Tabela 4.5. Análise química da lama de alto-forno (%em massa) 22 Tabela 4.6. Resultado do lixiviado e do solubilizado para inorgânicos 23 Tabela 4.7. Resultado do lixiviado e do solubilizado para pesticidas 24 Tabela 4.8. Resultado do lixiviado e do solubilizado para outros orgânicos 24 Tabela 4.9. Dados do ensaio de lixiviação e solubilização da lama de alto-forno 25 Tabela 4.10. Propriedades químicas e mineralógicas de 22 amostras de lama de 29 alto-forno em depósitos abandonados na Alemanha Tabela 4.11. Análise do resíduo Charcok 39 Tabela 4.12. Composição química aproximada do resíduo Charcok 39 Tabela 4.13. Metais potencialmente tóxicos nos extratos de lixiviação e 42 solubilização da massa cerâmica com 5% de lama de aciaria Tabela 4.14. Caracterização lama de alto-forno: Lixiviado 46 Tabela 4.15. Solubilizado de 2 amostras lama alto-forno 46 Tabela 4.16 Resultado de analise para amostras de lama de alto-forno 47 Tabela 5.1 Composições elaboradas (% em massa). 53 Tabela 6.1. Composição química da massa argilosa e do resíduo lama de alto forno 63 Tabela 6.2. Granulometria da lama de alto forno de acordo com a ArcellorMittal 65 79 Tabela 6.3. Metais potencialmente tóxicos nos extratos de solubilização da massa cerâmica com 10% de lama de alto forno incorporada. 85 Tabela 6.4. Redução do custo energético, por tonelada de produto cerâmico, na etapa de queima que pode ser alcançada com a incorporação em peso de lama de alto forno para o forno tipo garrafão (forno intermitente) queimado com lenha a 900oC ÍNDICE DE FIGURAS Figura 4.1. Produção mundial aço 6 Figura 4.2. Produção de aço em 2007 7 Figura 4.3. Esquema de uma usina integrada 9 Figura 4.4. Parte do complexo siderúrgico onde localiza-se o Alto-forno 10 Figura 4.5. Secção transversal de uma instalação de alto-forno 11 Figura 4.6. Parte inferior do alto-forno onde o ferro-gusa é despejado 12 Figura 4.7. Caracterização e classificação de resíduos 16 Figura 4.8. Valores (aproximados) de resíduos siderúrgicos 17 Figura 4.9 Geração de lama de alto-forno no setor siderúrgico brasileiro 18 Figura 4.10. Comparação entre as gerações específicas e pó e lama 19 Figura 4.11. Micrografias das LAFFF (A) e LAFFG (B) oriundas da COSIPA 22 Figura 4.12. Resultados da gestão de resíduos na ArcelorMittal 26 Figura 4.13. Valores de lamas, pós e escórias gerados em plantas de aço 27 Figura 4.14. Quantidades de lamas, pós e escórias não aproveitados em plantas de aço 27 Figura 4.15. Esquema geral para a seleção de alternativas para reciclagem 30 Figura 4.16. Comparativo entre a Retração linear do taguá e das composições Figura 4.17. Absorção de água e densidade aparente a seco do taguá e das composições 37 Figura 4.18. Resistência à compressão das composições elaboradas 37 Figura 4.19. Esquema do coletor de pó de balão para limpeza do gás de topo 38 Figura 4.20. Espectro de DRX da argila queimada a 900ºC 38 Figura 4.21. Espectro de DRX da argila com 20% de lama de aciaria incorporada queimada a 900ºC 41 Figura 4.22. Micrografia obtida por MEV da argila com 5% de lama de aciaria queimada 41 Figura 4.23. Curvas de gresificação 0% a 30% de Escória de Alto-Forno 41 Figura 4.24. Valores de resistência a fratura em função do (a) teor de Escória para material sinterizado a 900 e 1100 ºC 43