Estudo de materiais carbonosos alternativos para utilização em autorredução

Abstract

O presente trabalho teve como objetivo caracterizar química e cineticamente redutores alternativos para uso em autorredução. Os redutores avaliados foram: finos de carvão vegetal, coque de petróleo, carbono de pilhas (oriundo do eletrodo de pilhas consumidas) e couro atanado. A caracterização dos redutores foi realizada através de análises imediata e elementar, e espectroscopia de emissão atômica por plasma (ICP) para o carbono de pilhas e o couro atanado. As densidades reais e aparentes dos materiais foram avaliadas através de picnometria. Depois de obtida a composição química e densidade dos redutores, foram realizados ensaios de reatividade ao CO2(g) em termobalança em temperaturas entre 800 a 1000oC. Os resultados obtidos por termogravimetria forneceram dados para a obtenção da reatividade, constantes cinéticas e energia de ativação dos redutores. Por fim foram realizados ensaios de autorredução, utilizando carepa como fonte de óxidos de ferro. Os ensaios foram realizados para temperatura de isoterma de 1200ºC em forno resistivo de alta temperatura, para tempos de 5, 10 e 15 minutos. O couro atanado não apresentou propriedades satisfatórias para ser utilizado como redutor em autorredução. A ordem decrescente de reatividade para os redutores restantes foi: carvão vegetal, carbono de pilhas e coque de petróleo. Esses dados foram comprovados pelas constantes cinéticas obtidas e se refletiram nos resultados encontrados pelos ensaios de autorredução, onde o carvão vegetal obteve os maiores graus de metalização. As misturas ensaiadas alcançaram graus de metalização de até 80%. A partir dos resultados obtidos ao longo do trabalho os redutores – finos de carvão vegetal, carbono de pilhas e coque de petróleo – foi constatado que estes possuem diferentes características e que podem ser relacionadas a diferentes processos, de acordo com as propriedades desejadas.

This study aimed chemical and kinetic characterization of alternatives carbonaceous materials for use in self-reduction. The carbonaceous materials analised were: charcoal fines, petroleum coke, battery carbon (coming from electrodes of consumed batteries) and vegetable tanned leather. The chemical and kinetic characterization was performed by proximate and elemental analysis, and induced coupled plasma (ICP) was used for batteries carbon and vegetable tanned leather. The densities of the materials were evaluated using pycnometry. After obtaining the chemical composition and density of the carbonaceous materials, we performed tests of reactivity to CO2(g) in thermobalance at temperatures between 800 and 1000oC. The results obtained by thermogravimetric analysis provided data to obtain the reactivity, kinetic constants and activation energy of the carbonaceous materials. Finally self-reduction tests were performed using mill scale as source of iron oxides. The assays were performed at the temperature of 1200°C isotherm in a resistive furnace, for times of 5, 10 and 15 minutes. The vegetable tanned leather showed no satisfactory properties for use as a carbonaceous material for use in self-reduction. The decreasing order of reactivity for the remaining materials was: charcoal, carbon of batteries and petroleum coke. These data were confirmed by the kinetic constants obtained and were reflected in the results found by the self-reduction tests, where charcoal obtained the highest degrees of metallization. The tested mixtures reached levels of metallization of up to approximately 80%. From the results obtained throughout the work, the carbonaceous materials - fine charcoal, coal, batteries carbon and petroleum coke - was found they have different characteristics and can be related to different processes, according to the desired properties.