MODIFICAÇÃO DE ESCÓRIA DE ACIARIA FUNDIDA PARA APLICAÇÃO EM CIMENTO*

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MODIFICAÇÃO DE ESCÓRIA DE ACIARIA FUNDIDA PARA APLICAÇÃO EM CIMENTO*

João Batista Ferreira Neto1

Catia Fredericci2 João Oswaldo Macedo Garcia de Faria3

Fabiano Ferreira Chotoli4 Tiago Ramos Ribeiro5 Valdecir Angelo Quarcioni6

Resumo

A escória de aciaria pode ser uma alternativa como mistura para o cimento portland, substituindo parcialmente a escória de alto-forno. Um processo pirometalúrgico tem sido desenvolvido para promover a modificação química da escória de aciaria LD. Os experimentos foram realizados através da refusão de 300 kg de escória de aciaria LD, seguido de sua modificação no estado líquido. Essas escórias foram resfriadas com o uso de esferas metálicas. Análises de fluorescência de raios–X (FRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) das escórias revelaram uma relação entre composição química, condição de resfriamento e a formação de fases cristalina ou vítrea. As amostras de cimento foram obtidas através da mistura de 25% de escória modificada e 75% de cimento Portland, resultando em mais de 280 J/g de calor de hidratação acumulado em 72h, expansão abaixo de 0,1% em ensaio em autoclave e resistências à compressão acima de 42 MPa com 28 dias. O processo mostra potencial para ser aplicado no tratamento de escória de aciaria LD. Palavras-chave: Escória; Cimento; Modificação; Rejeitos.

TREATMENT OF MOLTEN STEEL SLAG FOR CEMENT APPLICATION

Abstract

Steel slag can be an alternative in cement mineral admixture, partially as a substitute for blast furnace slag. A pyrometallugical process has been investigated to promote the chemical composition modification of molten steelmaking slag in a metallurgical reactor. Experiments were conducted by remelting 300 kg of steel slag followed by chemical modification of liquid slag. The modified slags were naturally cooled in the metallurgical reactor or cooled by steel balls. XRD and SEM analysis of slag samples revealed the relationship among chemical composition, cooling conditions and amorphous and crystalline phases. Cement samples were produced by mixing 25% of treated steelmaking slag with 75% of Portland cement, resulting in more than 280 J/g of accumulated hydration heat in 72 h, expansion lower than 0,1% in the autoclave tests and compressive strength higher than 42 MPa after 28 days. The process indicates potential to be applied as a steelmaking slag treatment.

Keywords: Slag; Cement; Modification; Waste.

1        Engenheiro Metalurgista, Doutor, Pesquisador, Laboratório de Processos Metalúrgicos, Instituto de Pesquisas Tecnológicas, São Paulo, São Paulo, Brasil.

2                Química, Doutora, pesquisadora, Laboratório de Materiais de Construção Civil, Instituto de Pesquisas Tecnológicas, São Paulo, São Paulo, Brasil.

3        Engenheiro Metalurgista, Bacharel, pesquisador, Laboratório de Processos Metalúrgicos, Instituto de Pesquisas Tecnológicas, São Paulo, São Paulo, Brasil.

4        Químico, Mestre, pesquisador, Laboratório de Materiais de Construção Civil, Instituto de Pesquisas Tecnológicas, São Paulo, São Paulo, Brasil.

5        Engenheiro Metalurgista, Mestre, pesquisador, Laboratório de Processos Metalúrgicos, Instituto de Pesquisas Tecnológicas, São Paulo, São Paulo, Brasil.

6        Químico, Doutor, pesquisador, Laboratório de Materiais de Construção Civil, Instituto de Pesquisas Tecnológicas, São Paulo, São Paulo, Brasil.

1. INTRODUÇÃO

A indústria da construção no Brasil tem crescido mais de 5% ao ano, enquanto a produção anual bruta de aço está estagnada em aproximadamente 32 milhões de toneladas nos últimos 10 anos, sem nenhuma expectativa de crescimento. Portanto, a expectativa é que falte escória de alto-forno num futuro breve. A escória de aciaria poderia ser uma alternativa como adição mineral no cimento, como substituição à escória de alto-forno [1-4]. Porém, o uso direto da escória de aciaria no cimento não é recomendado devido à sua expansibilidade durante a hidratação, causada pelo CaO e MgO livres e pela fase RO rica em Mg [5,6]. A atividade hidráulica das escórias é afetada pela composição química, teor de fase vítrea e pela combinação de ambos [7]. Escórias com basicidade elevada geralmente são cristalinas, enquanto estruturas vítreas são observadas em escórias acidas com teores suficientes de Al2O3. Além disso, a formação de fase vítrea ou cristalina depende das condições de resfriamento [8]. Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um processo pirometalúrgico com modificação da composição da escória líquida, com rejeitos ricos em SiO2 e Al2O3, na tentativa de obtenção de fase vítrea no resfriamento da escória para adequá-la como mistura ao cimento.

1. MATERIAIS E MÉTODOS

As escórias foram modificadas em um reator pirometalúrgico, através da adição de agentes modificadores em 300 kg de escória de aciaria LD líquida. Para a modificação foram utilizados dois subprodutos industriais, um rico em alumina e outro rico em sílica.

Depois de modificadas, as escórias foram resfriadas com esferas de aço, utilizando o processo desenvolvido e patenteado pela Paul Wurth, que autorizou o Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), com base em um acordo de cooperação, a realizar os testes usando tais condições de resfriamento. O principio do resfriamento com esferas está descrito em patente [11] e na literatura [12]. Houve um aumento da relação massa de esfera/massa de escória (Mesf/Mesc) de aproximadamente 17% no teste SS-M7 e 60% no teste SS-M8 em relação ao teste da escória SS-M4. A escória SS foi analisada como recebida, ou seja, resfriada na indústria siderúrgica. Depois do resfriamento, as esferas de aço foram separadas da escória por separação magnética. As escórias foram moídas e homogeneizadas para obter amostras representativas para a caracterização química e mineralógica. Simulações termodinâmicas, realizadas no FactSageTM 6.4, foram utilizadas para prever as fases formadas durante a solidificação das escórias.