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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.44.2001.tde-16022006-132935
Document
Author
Full name
Vagner Maríngolo
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2001
Supervisor
Committee
Kihara, Yushiro (President)
Andrade, Fabio Ramos Dias de
Sbrighi Neto, Claudio
Zakon, Abraham
Zampieri, Valdir Aparecido
Title in Portuguese
Clínquer Coprocessado: Produto de Tecnologia Integrada para Sustentabilidade e Competitividade da Indústria de Cimento
Keywords in Portuguese
Cimento
Clínquer
Co-processamento
Indústria de Cimento
Metais Pesados
Mineralogia Aplicada
Resíduos Industriais
Resíduos Perigosos
Abstract in Portuguese
Em agosto de 2001 havia, no Brasil, sete fábricas de cimento com licença para o co-processamento de resíduos industriais em seus fornos, em substituição à matriz energética, e 14 outras em vias de adquiri-la. Há mais de cinco anos, a Companhia de Cimento Ribeirão Grande conta com efetiva participação de uma mistura (blend) de resíduos industriais de diferentes correntes no processo. O clínquer co-processado é hoje o componente principal do cimento portland da fábrica, o qual manteve resistências mecânicas à compressão às idades de 1, 3, 7 e 28 dias sempre acima dos limites normativos mínimos exigidos. Para atestar a imobilidade dos componentes inorgânicos incorporados ao clínquer, utilizaram-se ensaios microscópicos e análises químicas por espectrometria de absorção atômica e de raios X em clínqueres industriais não co-processados e co-processados; testes de lixiviação em cimentos de laboratório; química mineral por microssonda eletrônica e microscopia eletrônica de varredura em clínqueres dopados com Zn, V e Pb. Os resultados levaram, em linhas gerais, às seguintes considerações: - A microestrutura dos clínqueres co-processados manteve-se preservada com a introdução do blend no sistema. - As matérias-primas e o combustível fóssil respondem por boa parte dos elementos traços presentes no sistema. O blend introduz aporte extra dos elementos traços presentes na composição, enriquecendo seletivamente o clínquer co-processado. - Há, de maneira geral, compatibilidade grande dos elementos traços com o clínquer, mesmo de elementos voláteis como cádmio e mercúrio. Já cobalto e, principalmente, chumbo, são os que se mostraram menos compatíveis. - Nos clínqueres experimentais, alita incorporou preferencialmente zinco e chumbo, e belita, vanádio. - Não houve solubilização significativa de nenhum elemento de relevância ambiental dos cimentos, atestando sua retenção nos retículos cristalinos dos minerais formadores do clínquer portland. A qualidade ambiental do clínquer portland co-processado deve abranger sua propriedade de reter elementos traços em solução sólida, a manutenção da integridade das relações texturais, e a garantia da imobilidade de componentes tóxicos no produto final, através de um controle sistemático dos clínqueres e também dos cimentos.
Title in English
Co-processed Clinker: Integrated Technology Product for the Cement Industry Sustainability and Competitiveness
Keywords in English
Applied Mineralogy
Cement
Cement Industry
Clinker
Co-processing
Hazardous Wastes
Heavy Metals
Industrial Wastes
Abstract in English
In August 2001, in Brazil, there were seven cement plants with and an increasing number of others on the way to get the permit to co-processing, i.e. burning industrial wastes in their kilns as substitutes for fossil fuels. For over five years now the Companhia de Cimento Ribeirão Grande has counted on partial substitution of a blend of different waste streams for fossil fuels in the burning process. Co-processed clinker makes up today the main component of their Portland cement, which has shown mechanical strengths at 1, 3, 7 and 28 days permanently above standardized minimal limits. In order to assess the immobility of trace elements incorporated to the clinkers, a methodology was used which comprised carrying out microscopy and chemical analysis by atomic absorption and X-ray spectrometry of both conventional and co-processed clinkers, leaching tests on laboratory cements prepared with co-processed clinkers, mineral chemistry by electronic microprobe and scanning electronic microscopy on experimental clinkers doped with Zn, V and Pb. The results led to the following general statements: - Co-processed clinkers showed sound microstructure just like conventional clinkers. - Raw materials – limestone, clay and iron ore – and fossil fuels account a great deal for the amounts of trace elements involved in the burning process. According to its composition, the blend enriches selectively co-processed clinkers. - A general compatibility of trace elements – even highly volatile ones such as Cd and Hg – in clinker was observed. Co and especially Pb, however, were comparatively incompatible. - Alite of experimental clinkers incorporated preferentially Zn and Pb while belite incorporated V. - No elements showed any significant solubility from laboratory cements, thus attesting retention of environmentally relevant trace elements in the crystal lattice of clinker mineral phases. Co-processed Portland clinker must present environmental quality by retaining trace elements in solid solution, while being able to keep sound textural relationships, and guarantee immobility of toxic components on the final product. This should be attested through a systematic control of clinkers and also of cements.
 
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Publishing Date
2006-02-23
 
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