Impregnação e desmineralização do carvão vegetal : alternativas para diminuição de reatividade visando sua utilização na produção de coque

Abstract

A utilização de finos de carvão vegetal na produção de coque em substituição a outros materiais de origem fóssil é uma das alternativas com grande potencial para a diminuição na emissão de CO2/t gusa. Contudo, a inserção de carvão vegetal na coqueificação apresenta fortes limitações. Propriedades do carvão vegetal como sua elevada área superficial e por vezes a presença de elementos catalíticos em suas cinzas resultam em elevada reatividade ao CO2. Desta maneira, quando adicionada ao coque, a partícula de carvão vegetal acaba por atuar como fragilizante mecânico pelo fato de ser consumida preferencialmente. O presente trabalho buscou avaliar os efeitos da impregnação com alcatrão e da desmineralização do carvão vegetal sobre sua reatividade ao CO2, visando a fabricação de coques com propriedades encetáveis ao alto-forno. Para isto, utilizou-se amostras de finos de carvão vegetal que passaram por ajuste granulométrico atingindo tamanho entre 0,5 e 1 mm. Três amostras de carvão vegetal impregnadas por alcatrão foram produzidas, visando a diminuição de área superficial, com a diferença entre elas na proporção de alcatrão utilizada. Outra amostra de carvão vegetal foi preparada através do processe de desmineralização, visando a retirada da sua matéria mineral e, por consequência, de possíveis minerais catalíticos. Logo após, todas as amostras passaram por ensaio de pirólise a 1000 °C. A averiguação da reatividade ao CO2 das amostras de carvão vegetal impregnado e carvão vegetal desmineralizado foi realizada através de análise morfológica e de reatividade ao CO2 em termobalança. Além disto, coques em escala laboratorial foram produzidos a partir da inserção de carvão vegetal e carvão vegetal impregnado, os quais foram caracterizados através de ensaios de tambor I, CRI e SCR. Os resultados obtidos revelaram que a realização da impregnação do carvão vegetal por alcatrão foi eficiente, sendo possível observar sua deposição sobre a matriz carbonosa de forma a cobrir totalmente parte dos poros. Isto se torna mais evidente para maiores quantidades de alcatrão. Através da impregnação do carvão vegetal foi possível observar uma diminuição de área superficial e de reatividade ao CO2. Os resultados referentes a desmineralização mostraram ser possível a retirada de grande parte da matéria mineral do carvão vegetal através da metodologia utilizada. Isto ocasionou uma redução de reatividade ao CO2. Os coques produzidos neste estudo mostraram que a adição de carvão vegetal gera um aumento de reatividade e diminuição de resistência mecânica, enquanto que a utilização carvão vegetal impregnado por alcatrão resulta em uma manutenção da qualidade do coque, apresentando uma diminuição significativa de reatividade ao CO2 e aumento de resistência mecânica. Isto está relacionado ao efeito protetor contra o gás CO2 causado pela impregnação do alcatrão sobre as partículas de carvão vegetal.

The use of charcoal fines in the production of coke to replace other materials of fossil origin is one of the alternatives with great potential for decreasing the emission of CO2/ton of pig iron. However, the insertion of charcoal in cokemaking has strong limitations. Properties of charcoal such as its high surface area and sometimes the presence of catalytic elements in its ashes result in high reactivity to CO2. In this way, when added to coke the charcoal particle ends up acting as a mechanical fragilizer because it is preferentially consumed. The present work sought to evaluate the effects of tar impregnation and charcoal demineralization on its reactivity to CO2 aiming at the manufacture of coke with good properties for the blast furnace. For this, samples of fine charcoal were used, which underwent granulometric adjustment reaching a size between 0.5 and 1 mm. Three samples of charcoal impregnated with tar were produced, aiming to reduce the surface area with the difference between them in the proportion of tar used. Another sample of charcoal was prepared through the demineralization process aiming at the removal of its mineral material and consequently of possible catalytic minerals. Soon after, all samples underwent a pyrolysis test at 1000 °C. The investigation of the CO2 reactivity of the samples of impregnated charcoal and demineralized charcoal was carried out through morphological analysis and reactivity to CO2 in thermobalance. In addition, coke on a laboratory scale were produced from the insertion of charcoal and impregnated charcoal, which were characterized by drum tests I, CRI and SCR. The results obtained revealed that the impregnation of the charcoal by tar was efficient being possible to observe its deposition on the carbonaceous matrix in order to completely cover part of the pores. This becomes more evident for larger amounts of tar. Through the impregnation of charcoal, it was possible to observe a decrease in surface area and reactivity to CO2. The results regarding demineralization showed that it is possible to remove a large part of the mineral matter from charcoal through the methodology used. This caused a reduction in reactivity to CO2. The coke produced in this study showed that the addition of charcoal generates an increase in reactivity and a decrease in mechanical resistance, while the use of charcoal impregnated with tar results in maintaining the quality of the coke, with a significant decrease in reactivity to CO2 and increased mechanical strength. This is related to the protective effect against CO2 gas caused by the impregnation of tar on the charcoal particles.