Caracterização e avaliação da reatividade de misturas de carvão gaúcho e carvão vegetal para injeção em altos-fornos

Abstract

O carvão vegetal é um combustível mais limpo comparado ao carvão mineral, pois a sua combustão emite menos compostos de enxofre e nitrogênio, além de ser considerado neutro nas emissões de CO2. Ele também possui alta reatividade e baixo teor de cinzas. O carvão gaúcho das Minas do Leão possui um alto teor de cinzas, mas a utilização em misturas com materiais de menor teor de cinzas pode viabilizar a sua participação na siderurgia. O objetivo deste trabalho foi caracterizar e avaliar a reatividade ao CO2 em termobalança de misturas de carvão vegetal e carvão gaúcho da Mina do Leão nas proporções de 25%-75%, 50%-50% e 75%-25%. Os ensaios de reatividade ao CO2 foram realizados em duas etapas. Na primeira etapa (pirólise) as amostras foram aquecidas sob uma taxa de aquecimento de 30ºC/min até 1050ºC em atmosfera de N2 à vazão de 50 mL/min. Após a estabilização da perda dos voláteis, iniciou-se o teste de reatividade através da troca de atmosfera para o gás reagente (CO2). Calculou-se a taxa de reação e a conversão da matéria carbonosa, que avaliam a reatividade das amostras. A caracterização química das amostras apresentou teores de cinza, enxofre, álcalis e fósforo adequados para utilização em altos-fornos. As misturas se mostraram menos reativas que as matérias-primas individuais. No entanto, a utilização de misturas de carvão vegetal e carvão Leão pode ser positiva no alto-forno. Diante das características químicas adequadas para alto-forno, a diminuição da reatividade das misturas pode ter menor significância, pois ambos combustíveis individuais apresentaram alta reatividade. A razão da diminuição da reatividade das misturas em relação aos carvões individuais necessita, no entanto, ser investigada com mais profundidade.

Charcoal is a cleaner fuel compared with mineral coal. Its combustion release less sulfur and nitrogen oxides and it is considered neutral in CO2 emissions. Charcoal also shows high reactivity and low ash content. South brasilian coal from Minas do Leão shows high ash content, but in blends with lower ash content materials would be used in ironmaking. The aim of this study was to characterize and evaluate the CO2 reactivity of charcoal and south brasilian coal blends by thermogravimetric analysis in ratios of 25%- 75%, 50%-50% e 75%-25%. The reactivity evaluation was based on monitoring the mass loss of the samples in carbon dioxide atmosphere (50 mL/min – 1050°C) in a thermogravimetric analyzer. The maximum rate of fixed carbon loss and the carbon material conversion were calculated. The samples characterization showed ash, sulfur, alkali and phosforous contents appropriate to their utilization in blast furnace. Blends showed less reactivity compared with individual coals. However, the utilization of charcoal-Leão blends can be positive in blast furnace. In front of appropriate chemical characteristics for blast furnace, the reactivity reduction of the blends can have minor significance, because both individual fuels had presented high reactivity. The reason of the blends reactivity reduction in relation to the individual coals needs, however, to be better investigated.