CICLO DOS VOLÁTEIS

VOLUME 2 – CAPITULO 1

1. CICLO DOS VOLÁTEIS

1.1 INTRODUÇÃO

A influência do K2O, Na2O, SO3 e Cl- que são introduzidos em pequenas quantidades com a farinha e os combustíveis alimentados na torre de ciclones e forno, foram completamente ignorados durante o desenvolvimento do processo de clinquerização em via seca dos anos 60.

Entretanto, não tardou a ser levado em consideração como conseqüência dos problemas encontrados nas novas linhas de produção instaladas.

Passaram-se vários anos para que este fenômeno pudesse ser estudado, quantificado em profundidade e que, as soluções adotadas  fossem introduzidas no cotidiano das fábricas.

1.2 Fenômeno da concentração e conseqüências práticas

A presença de compostos alcalinos, clorados ou sulfurados na farinha incentivou numerosos trabalhos nos últimos 40 anos. As diferentes influências são descritas especialmente nos trabalhos de MUSSGUNG, GOES e WEBER.

Estes compostos presentes na farinha e nos combustíveis utilizados são voláteis a temperaturas inferiores a temperatura de clinquerização. A temperaturas inferiores a 800 – 900 oC se condensam novamente e são absorvidos, em parte pela farinha, especialmente na torre de ciclones e retornam a zona de queima do forno.

Se estabelece assim um circuito de materiais voláteis de concentração crescente. A partir de uma certa concentração, passam a produzir depósitos importantes nos ciclones e dutos de gases da torre.  Estes depósitos podem prejudicar consideravelmente a exaustão e tornar muito difícil a condução do forno.

O K2O, Na2O, SO3 e Cl-  se portam nos fornos da seguinte maneira:

Ao entrarem nas zonas quentes do forno, de acordo com as condições físicas deste, principalmente devido ao maior ou menor excesso de ar, se repartem.  Uma parte é incorporada ao clinquer ( componente residual) e sai do forno.  Outra parte se evapora ( índice de evaporação ) e volta com os gases em direção a câmara de fumaça alcançando os dutos e ciclones do pré-aquecedor onde, a maior parte dos álcalis, SO3  e cloretos se combinam quimicamente com componentes da farinha de alimentação e voltam para o forno ( índice de circulação ).  Uma pequena parte dos álcalis, SO3  e cloretos que não se combinaram no pré-aquecedor continuam, juntamente com os gases, em direção ao filtro eletrostático ( Vp ).  No filtro também há uma divisão do material.  Uma parte precipita, é recolhida, e volta para a alimentação do forno, se reincorporando a circulação.  Outra parte passa e vai para a chaminé saindo do sistema ( Vf ).

Esse sistema entra em equilíbrio entre a porcentagem de álcalis e enxofre da farinha mais o enxofre do combustível, a porcentagem de recirculação no sistema forno / pré-aquecedor, o escape pelo clinquer e chaminé e a formação de colagens.

Se o conteúdo é pequeno, este equilíbrio resulta satisfatório, as colagens são pequenas e se estabilizam. Se o conteúdo é excessivo, acontece uma ruptura desse equilíbrio, as colagens podem crescer em proporções incompatíveis com o funcionamento do forno e, se o excesso for de álcalis, por exemplo, o teor no clinquer pode alcançar valores que inviabilizam o produto.

Os álcalis podem influenciar a pega do cimento quando se transformam, pelo gás carbônico do ar, em carbonatos alcalinos.

Segundo MUSSGUNG, se os álcalis no clinquer se apresentam sob a forma de sulfatos, a influência na pega do cimento é quase nula.

Seguindo essa proposta, WEBER efetuou ensaios em duas fabricas de cimento, adicionando gesso na farinha crua até que todos os álcalis contidos no clinquer estavam sob a forma de sulfatos.  Não constatou influência na pega do cimento e as resistências iniciais aumentaram em 25%.

Em ensaios de laboratório, C. GOES escreveu os seguintes resultados:

• A volatilidade dos álcalis aumenta com a subida de temperatura e o tempo de permanência na mesma.
• A volatilidade dos álcalis depende da composição mineralógica das matérias-primas e diminui em ordem dos portadores de álcalis: mica, feldspato.
• A volatilidade dos álcalis diminui com uma quantidade crescente de SO3 .
• A volatilidade dos álcalis aumenta com vapor de água e cloro.
• A volatilidade dos álcalis diminui com uma farinha de baixo MA.( temperatura de clinquerização mais baixa )
• O K2O se volatiliza mais facilmente que o  Na2O.

Destes ensaios podemos deduzir que a volatilidade aumenta quando:

• Aumentamos o tempo de permanência do material na zona de queima, por diminuição da velocidade do forno, ou estreitamento na saída do forno por colagens, ou forno quente em demasia, ou ainda clinquer com muito pó ( granulação deficiente ).
• Utilização de combustível pobre em enxofre ou matérias-primas pobres em enxofre.
• Adição de vapor de água na chama ou utilização de combustíveis que produzem vapor de água, como o gás natural.

1.3 Cálculo dos índices do ciclo dos voláteis

Existem fórmulas bastante objetivas para calcular os diversos índices.  Para os cálculos, serão usados as letras convencionais.

• E = Índice de Evaporação.
• K = Índice de Circulação.
• R = Componente residual no clinquer.
• Vp = Válvula do pré-aquecedor ( Ciclones ).
• Vf = Válvula do filtro eletrostático.

São chamados de válvulas, os cálculos das quantidades de material que se desviam nas diversas partes assessoriais do sistema.

Os materiais que entram e saem do sistema serão chamados de:

• Fr = Farinha de alimentação do forno
• M = Material que sai do ciclone inferior e entra no forno.
• A = Material que se incorpora ao clinquer e sai de circulação.
• B = Material coletado no filtro e que volta para o pré-aquecedor.
• Fb = SO3 que entra com o combustível.
• F = Fr + Fb

Ilustração: