Simulação termodinâmica da adição de Cr2O3 em escória para o aproveitamento do cromo do resíduo da incineração de couro

Abstract

No Rio Grande do Sul opera uma planta piloto que incinera resíduos do setor coureirocalçadista; o processo de gaseificação e combustão gera uma cinza contendo alto teor de cromo (~55% Cr2O3). O objetivo do presente trabalho foi avaliar a possibilidade de aproveitamento do cromo da “cinza de couro” na produção de aço inoxidável (no reator Forno Elétrico a Arco), utilizando-se como ferramenta a Termodinâmica Computacional. Inicialmente fez-se um estudo sobre os fundamentos termodinâmicos dos sistemas envolvidos. Partiu-se de sistemas simples, com grau crescente de complexidade, avaliando-se a possibilidade de redução do Cr2O3(s) presente na cinza. Após esse estudo, foram realizadas simulações. Nas proporções analisadas, os resultados mostram que não acontece incorporação de cromo ao banho com a adição da cinza, na temperatura de 1600 ºC, pois a escória é saturada em cromo. Na temperatura de 1700 ºC é possível a adição de certa quantidade de cinza, mas, no entanto, sob condições muito especiais, e com baixo rendimento (no melhor resultado obtido, apenas 6% do cromo adicionado através da cinza de couro é incorporado à fase banho). Verificou-se ainda que variar a basicidade da escória causa efeito bastante significativo no retorno de cromo ao banho. Se a cinza de couro for adicionada a um sistema escória-banho que inicialmente contém pouco cromo (é o caso de aços baixa liga), a maior parte do cromo adicionado é incorporada ao banho. Ou seja, adicionar Cr2O3(s) em escória de aços que tem como especificação baixos teores de cromo resulta em melhor aproveitamento do cromo da cinza. Quanto ao sistema CaO-SiO2-CrOx-MgO , verificou-se que a existência de magnésio leva à formação de picrocromita (MgO.Cr2O3), fase de difícil redução pelo silício. Adicionando-se ainda alumina a esse sistema, não se observaram mudanças significativas.

In Rio Grande do Sul State (Brazil) has been working a pilot plant that burns footwear leather waste. The gasification/combustion process generates an ash with high chromium content (~55% Cr2O3). The aim of this work was to evaluate the possibility of using the “leather ash” in the stainless steel production (in the Eletric Arc Furnace), with the aid of computational thermodynamics. The thermodynamic fundamentals of the involved systems were investigated. The possibility of reduction of the Cr2O3(s) present in the ash was evaluated starting at simpler systems, with increasing degree of complexity. After this preliminary study was done, the simulations were carried through. The results showed that incorporation of chromium to the bath by ash addition does not happen in the temperature of 1600ºC, since the slag is saturated in chromium. In the temperature of 1700ºC, it is possible the addition of certain amount of ash, however with low income (in the best result, only 6% of chromium added through the leather ash was incorporated to the bath). It was showed that slag basicity causes a significant effect in the return of chromium to the bath. If the leather ash is added to a slag-metal system which does not contain chromium, or which contains only a low quantity of chromium, the majority of the added chromium will be incorporated to the bath. Thus, Cr2O3(s) addition can be carried out for the production of another kinds of steel (with lower chromium content). It has been verified that magnesium leads to the picrochromite (MgO.Cr2O3) formation; for this phase, the reduction by silicon is not possible. Adding aluminium to the slags results in no significant changes observed.