Modelagem morfocinética da interface de calcinação de calcários brasileiros.

Abstract

O pleno entendimento do comportamento termodinâmico e cinético na calcinação de partículas de calcário de diferentes tipologias e morfologias, que servem de insumo as mais diversas operações industriais, é ainda uma lacuna de conhecimento científico/tecnológico. Em consequência disso é muito comum ocorrerem efeitos negativos causados por sub e supercalcinação das partículas de calcário no processo de calcinação trazendo prejuízos operacionais. A partir disso, esta tese buscou aperfeiçoar este entendimento cinético do processo de calcinação através de sua modelagem matemática em função da evolução da geometria da frente de reação, a qual é função do formato da partícula. Desta forma, o conhecimento científico gerado poderá contribuir como uma melhora nos projetos de dimensionamento e operação de fornos de calcinação, na minimização dos efeitos de sub e super-calcinação de partículas, e consequentemente promover uma economia dos custos operacionais nos mais diversos setores industriais onde o calcário é aplicado. Primeiramente, amostras de três tipologias de calcário foram preparadas e caracterizadas físico, químico e termoquimicamente. Em seguida foram realizados ensaios exploratórios de calcinação em condições quase isotérmicas e sem controle atmosférico da câmara do reator. Estes ensaios indicaram que a calcinação a temperaturas acima de 1.000 ºC, por um longo período de tempo e sem controle da atmosfera do reator, tende a sinterizar a camada de cal formada. Diferentemente de outros estudos, a estimação dos parâmetros termocinéticos pelos ensaios quase isotérmicos demonstrou ser inadequada para estas amostras de calcário investigadas. Já as curvas termogravimétricas apresentaram ser uma boa alternativa para a obtenção de parâmetros termocinéticos mais confiáveis. Ensaios de calcinação parcial de corpos de prova das amostras de calcário com geometria de paralelepípedo com fluxo de ar natural comprimido indicaram a conveniência de haver um controle da atmosfera do reator para consequente diminuição do tempo necessário para a totalização da calcinação. O modelo morfocinético apresentou 95% de aderência à maioria dos dados experimentais dos ensaios com os paralelepípedos de calcário. A amostra de calcário calcítico é predominantemente compacta, necessitou de um maior tempo de calcinação total em relação a amostra dolomítica. Através da descrição da cinética da evolução da frente interfacial de calcinação por curvas de Lamé, o modelo morfocinético contribui com informações características do material e condições operacionais para um dimensionamento mais assertivo do processo de calcinação.