Análise cinética de briquetes autorredutores de minério com carvões de diferentes granulometrias

Abstract

A utilização de carvão vegetal em briquetes autorredutores de minério de ferro pode ser uma alternativa para reduzir o consumo de combustível fóssil e reduzir a emissão de carbono na indústria, entretanto, a granulometria e tipo destes carvões pode influenciar no processo de redução do minério de ferro. Desta forma, este estudo visa analisar a influência de dois carvões minerais e um vegetal, em três faixas granulométricas, na cinética de redução de aglomerados autorredutores de minério de ferro. Para isso, os carvões foram moídos e separados em três faixas: finos (partículas abaixo de 74 µm), médios (partículas entre 105 e 74 µm) e altos (partículas entre 149 e 105 µm). Em seguida foram caracterizados os teores de carbono fixo, cinzas e voláteis, análise de enxofre no carvão, determinação do tamanho de partícula, análise química elementar das cinzas de carvão. Os briquetes foram reduzidos em uma balança termogravimétrica até 1100 °C com taxas de aquecimento entre 10 e 40 °C/min. Por fim, foi realizado um estudo cinético pelo método de Ozawa Flynn-Wall e Coats–Redfern. Os resultados mostraram que os principais componentes das cinzas dos carvões minerais são o silício e alumínio, enquanto no carvão vegetal foi cálcio, silício e magnésio. O carvão vegetal apresentou carbono fixo de 67,7% e 4,2% de cinzas, enquanto os carvões minerais apresentaram entre 41,6 e 63,8% de carbono fixo, e entre 25,8 e 43,3% de cinzas, o teor de enxofre variou de 0,81 a 2,39, enquanto o carvão vegetal não apresentou quantidades significativas. O estudo cinético indicou que o mecanismo controlador das misturas, em todas as etapas foi a difusão. As energias de ativação variaram da seguinte forma: carvão mineral A, Estágio 1: 54-135,7 kJ/mol. Estágio 2: 119,1-361,4 kJ/mol. Carvão mineral B, Estágio 1: 26,6-52,7 kJ/mol. Estágio 2: 183,9-217,7 kJ/mol. Estágio 3: 51-75,1 kJ/mol. Carvão vegetal: Estágio 1: 31,9-89,4 kJ/mol. Estágio 2: 107,8-153,5 kJ/mol. Na difração de raios-X dos três carvões, foi possível identificar fases de hematita e magnetita a 800 °C, já em 900 °C foram identificadas fases de wustita e faialita e ferro metálico.