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Na produção de cimento, as matérias-primas influenciam diretamente as emissões de dióxido de carbono para a atmosfera. O CO2 é um dos gases que mais impacto tem no efeito de estufa e a sua concentração na atmosfera está a aumentar. A União Europeia e os outros signatários do acordo de Paris colocaram, como meta, evitar que o aumento da temperatura média do planeta ultrapasse os 2ºC, face aos valores da pré-revolução industrial. O objetivo desta dissertação consiste na realização de um estudo que exponha a correlação entre a química da farinha de alimentação aos fornos 8 e 9, do complexo fabril Secil-Outão, e as emissões do processo de fabrico de cimento. O objetivo é obter uma alimentação com menores emissões de CO2 sem diminuir a qualidade do clínquer produzido. Clínquer este que será utilizado para produzir cimento. Na sequência do estudo efetuado, foi desenvolvida uma relação entre a composição da farinha com maior potencial de emissão e o clínquer produzido no período correspondente, e uma relação entre a composição da farinha com menor potencial de emissão e o clínquer produzido no período correspondente. A utilização de equipamentos de termogravimetria como base para cálculos de perda ao fogo em mufla, torna-se bastante promissor, pela sua precisão nos resultados. Durante a realização do estudo, os resultados apresentam valores incompatíveis. As diferenças obtidas nas análises de perda ao fogo em mufla não corresponderam ao esperado. Seria esperado que amostras com valores menores de perda ao fogo em mufla apresentassem menores valores de LSF, o que não foi verificado. Sendo assim, não foi possível retirar conclusões concretas. In cement production, raw materials directly influence carbon dioxide emissions into the atmosphere. CO2 is one of the gases that has the greatest impact on the greenhouse effect and its concentration in the atmosphere is increasing. The European Union and the other signatories to the Paris agreement set the goal of preventing the increase in the average temperature of the planet from exceeding 2ºC, compared to pre-industrial revolution values. The aim of this dissertation is to carry out a study that exposes the correlation between the chemistry of the flour used in kilns 8 and 9, at the Secil-Outão manufacturing complex, and emissions from the cement manufacturing process. The objective is to obtain a feed with lower CO2 emissions without reducing the quality of the clinker produced. This clinker will be used to produce cement. Following the study, a relationship was developed between the composition of the flour with the highest emission potential and the clinker produced in the corresponding period, and a relationship between the composition of the flour with the lowest emission potential and the clinker produced in the corresponding period. The use of thermogravimetry equipment as a basis for calculations of loss on fire in muffles is very promising, due to its precision in the results. During the study, the results showed incompatible values. The differences obtained in the analysis of loss on ignition in muffle did not correspond to what was expected. It would be expected that samples with lower values of loss on ignition in muffle would have lower LSF values, which was not verified. Therefore, it was not possible to draw concrete conclusions.

Esse estudo pretende dar prosseguimento a um trabalho de referência desenvolvido no Departamento de Engenharia Química da UFMG e avaliar, através de uma análise termodinâmica de exergia, exergia avançada e custo aplicado, o impacto real da utilização de combustíveis alternativos e o ponto de equilíbrio entre a eficiência exergética e baixo custo de produção. Para tal, o algoritmo desenvolvido no trabalho já mencionado foi adaptado para uma nova unidade de piroprocessamento. Dados reais de processo foram coletados em uma planta ao longo de 48 horas de operação estável e esse cenário foi utilizado para a análise. A eficiência exergética da condição operacional avaliada foi de 31,9% e o custo aplicado dos combustíveis utilizados foi de 81,1% do custo equivalente. Já a análise exergética avançada resultou em uma eficiência exergética da operação ideal de 38,8%. A exergia destruída evitável para o processo em questão correspondeu a 29,0% da exergia destruída total do processo, sendo que a temperatura das reações de combustão, o excesso de ar e a eficiência de separação entre as correntes sólida e gasosa na torre de ciclones e a eficiência da troca de calor entre clínquer e ar frio foram comprovados como sendo importantes pontos de destruição de exergia que podem ser otimizados com ajustes de processo e melhorias tecnológicas. A otimização permitiu identificar a operação com 65% da carga térmica direcionada ao calcinador, 60% de substituição térmica por combustíveis alternativos, sendo este composto totalmente por blend, e o uso exclusivo de coque como combustível convencional como o ponto ótimo para a eficiência exergética. O ponto ótimo para o custo aplicado resulta no mesmo cenário para a divisão da carga térmica e utilização de combustíveis alternativos, mas prioriza o uso exclusivo do carvão mineral como combustível convencional. Embora os ganhos de eficiência exergética sejam menores comparados à otimização desse parâmetro, a otimização do custo aplicado ainda resulta em uma operação de maior eficiência exergética em comparação à operação avaliada. Due to the high energy demand related to its production, and the global importance of this material, the study of the optimization of the cement production process is greatly relevant. The clinker production process has undergone important evolutions over the years to allow greater operational efficiency and the use of alternative fuel. This study intends to continue the work of reference developed in the same department and evaluate, through a thermodynamic analysis of exergy, advanced exergy and cost, the real impact of the use of these materials and the balance point between an efficient process and low production cost. To this end, the algorithm developed in the previous study was adapted to a new pyroprocessing unit. Real process data was collected in a plant during a 48h interval of stable operation and used for the analysis. The exergy efficiency of the analyzed operation was found to be 38,8%. The avoidable exergy destruction corresponded to 29,0% of the process destroyed exergy and it was possible to verify that the combustion temperature, excess air, gas and solid streams separation efficiency at the cyclones and the efficiency of the heat exchange in the cooler were important sources of exergy destruction that van be improved by means of process adjustments and technology improvements. The optimization allowed the identification of the operation with 65% thermal split to the calciner, 60% thermal substitution by alternative fuels, which consists fully of blended residue, and the exclusive use of petcoke as a conventional fuel as the optimal point regarding exergy efficiency. Cost optimization results in the same conditions for thermal split and alternative fuel usage but prioritizes the exclusive use of coal as conventional fuel. While the gain on exergy efficiency is lower compared to the optimization of this parameter, the cost optimization still resulted in an operation with higher exergy efficiency compared to the actual operation conditions.

In recent decades, the growth of Portland cement production has intensified, given the growth of civil construction. However, the activities of the cement industries are extremely polluting and contribute a large share of CO2 emissions. Having adopted the global focus of increasing additions in Portland cements with a view to developing a more sustainable product, the objective of this work was to identify the potential for replacing part of the clinker in CPI and CPV ARI RS cements. Two types of limestone with a high content of calcium carbonate were used, one with a coarser grain size and the other with a finer grain size, producing different mortars in the laboratory. The influence of additions on chemical characteristics was verified through standardized tests (sulfur trioxide, insoluble residue, loss on fire, magnesium oxide) and physical tests on residue in the 75 micron sieve, hot expandability, paste consistency, onset and end of catch. The results obtained allowed us to verify that, with regard to the chemical aspect, there was a significant and expected increase in the loss to fire for the group of samples containing limestone filler. As for the physical aspects, it was found that there is a strong relationship between the higher compressive strengths and the physical effects provided by the presence of ultrafine particles. The additions resulted in cements with high compressive strengths for all ages, considering a 50% reduction in clinker in the composition of CPI and CPV ARI RS cements. En las últimas décadas, el crecimiento de la producción de cemento Portland se ha intensificado, dado el crecimiento de la construcción civil. Sin embargo, las actividades de las industrias cementeras son extremadamente contaminantes y contribuyen en gran medida a las emisiones de CO2. Habiendo adoptado el enfoque global de incrementar las adiciones en cementos Portland con miras a desarrollar un producto más sustentable, el objetivo de este trabajo fue identificar el potencial para reemplazar parte del clinker en los cementos CPI y CPV ARI RS. Se utilizaron dos tipos de calizas con alto contenido en carbonato cálcico, una con granulometría más gruesa y otra con granulometría más fina, produciendo diferentes morteros en laboratorio. La influencia de las adiciones en las características químicas se verificó mediante pruebas estandarizadas (trióxido de azufre, residuo insoluble, pérdida al fuego, óxido de magnesio) y pruebas físicas sobre el residuo en el tamiz de 75 micrones, capacidad de expansión en caliente, consistencia de la pasta, inicio y fin de la captura. Los resultados obtenidos permitieron constatar que, en lo que respecta al aspecto químico, hubo un aumento significativo y esperado de las pérdidas por incendio para el grupo de muestras que contenían filler calizo. En cuanto a los aspectos físicos, se encontró que existe una fuerte relación entre las mayores resistencias a la compresión y los efectos físicos proporcionados por la presencia de partículas ultrafinas, especialmente para el grupo CFB. Las adiciones dieron como resultado cementos con altas resistencias a la compresión para todas las edades, considerando una reducción del 50% del clinker en la composición de los cementos CPI y CPV ARI RS. Nas últimas décadas, o crescimento da produção de cimento Portland tem se intensificado, dado o crescimento da construção civil. No entanto, as atividades das indústrias cimenteiras são extremamente poluentes e contribuem com uma grande parcela nas emissões de CO2. Tendo o foco mundialmente adotado de aumento das adições nos cimentos Portland com a visão de desenvolvimento de um produto mais sustentável, o objetivo deste trabalho foi identificar o potencial de substituição de parte do clínquer nos cimentos CPI e CPV ARI RS. Foram utilizados dois tipos de calcário com elevado teor de carbonato de cálcio, um com granulometria mais grossa e o outro com granulometria mais fina produzindo, em laboratório, diferentes argamassas. Verificou-se a influência das adições nas características químicas através dos ensaios normatizados (trióxido de enxofre, resíduo insolúvel, perda ao fogo, óxido de magnésio) e nos ensaios físicos resíduo na peneira 75 microns, expansibilidade a quente, consistência da pasta, início e fim de pega. Os resultados obtidos permitiram verificar que, no que diz respeito ao aspecto químico houve um aumento significativo e esperado na perda ao fogo para o grupo de amostras contendo fíler de calcário. Já para os aspectos físicos, constatou-se que existe uma forte relação entre as maiores resistências à compressão e os efeitos físicos proporcionados pela presença de partículas ultrafinas. Das adições, resultaram cimentos com elevadas resistências à compressão para todas as idades tendo em vista a redução de 50% de clínquer na composição dos cimentos CPI e CPV ARI RS.

Submitted by José Augusto Junior (j.augusto@unesp.br) on 2021-01-25T14:07:25Z No. of bitstreams: 1 Dissetacao_Jose_Augusto_Junior.pdf: 5826361 bytes, checksum: 41dcc1a2edfb11d817c8d432349ce91f (MD5) Approved for entry into archive by Lucilene Cordeiro da Silva Messias null (lubiblio@bauru.unesp.br) on 2021-01-25T22:44:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 augustojunior_j_me_bauru.pdf: 5826361 bytes, checksum: 41dcc1a2edfb11d817c8d432349ce91f (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-25T22:44:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 augustojunior_j_me_bauru.pdf: 5826361 bytes, checksum: 41dcc1a2edfb11d817c8d432349ce91f (MD5) Previous issue date: 2020-12-14 Diante das demandas ambientais ligadas ao setor da construção civil tanto no que diz respeito à geração e descarte incorreto de resíduos quanto no que tange o grande consumo de recursos naturais e emissão de poluentes ligados à produção do cimento, o presente trabalho consistiu no estudo do potencial incremento de Resíduos de Cerâmica Vermelha (RCV) provindos de blocos de alvenaria utilizados no setor da construção civil de maneira simultânea como adição pozolânica a cimento Portland e também como matéria prima a compor clínqueres em substituição total à argila natural, em virtude da similaridade das demandas químicas exigidas pelas duas aplicações. Os RCV foram coletados e beneficiados através de moinhos e foram submetidos a testes de Fluorescência de Raios X (FRX), Difratometria de Raios X (DRX) e Massa Específica de modo a caracterizá-los. Posteriormente foi definido o potencial pozolânico do material a partir do índice de desempenho com cimento Portland aos 28 dias, da atividade com cal aos 7 dias e verificação da composição química, sendo todos os resultados comparados aos requisitos determinados pelas normas NBR12653/2015 a ASTM C618/2019. Para a aplicação como componente de clínquer foi realizada a formulação da farinha a partir dos parâmetros químicos: Fator de Saturação de Cal (FSC), Módulo de Sílica (MS) e Módulo de Alumina (MA). A farinha foi submetida a tratamentos térmicos em três diferentes temperaturas, sendo essas 1300°C, 1380°C e 1420°C. Os produtos das sinterizações foram avaliados por meio de FRX e DRX, sendo também realizado o refinamento da estrutura cristalina através do método de Rietveld, de modo a acompanhar a influência das temperaturas na formação das fases. A composição química do RCV se mostrou rica em sílica, alumina e óxido de ferro, o que é vantajoso para adições minerais ativas em cimento e compatível com os ideais para argilas que compõem clínqueres. Com a análise de atividade pozolânica, concluiu-se, a partir de uma perspectiva panorâmica de suas características físicas e químicas, que o material apresenta reatividade na maneira como foi beneficiado, compreendendo, inclusive, em um acréscimo de 4% de resistência à compressão na argamassa em que foi incorporado. No que diz respeito aos produtos das sinterizações, constatou-se a obtenção de clínqueres belíticos a partir dos tratamentos térmicos feitos a 1300°C e 1380°C e clínquer Portland a 1420°C, sendo tais conclusões embasadas através da verificação de alterações proporcionais entre a formação de cristais de Alita e Belita nas amostras. Além disso, todos os clínqueres apresentaram desenvolvimento satisfatório das fases intersticiais e baixa detecção de cristais de Cal Livre, indicando a formulação adequada da farinha, condições de queima e resfriamento apropriadas e a dedução de que as proporções de Periclásio verificadas podem não serem prejudiciais aos cimentos compostos pelos clínqueres obtidos. Diante de tais verificações, estima-se que os clínqueres desenvolvidos nesta pesquisa, a partir de material amplamente descartado e disponível, podem compôr cimentos belíticos, possibilitando aplicação em obras de grande vulto que exijam baixo calor de hidratação e também cimentos Portland, cuja cura é mais rápida e o uso é amplamente difundido. In reason of the environmental demands linked to the civil construction sector, both with regard to the generation and incorrect disposal of waste and with regard to the large consumption of natural resources and the emission of pollutants linked to the production of cement, the present work consisted of studying the potential increment of the Red Ceramic Waste (RCW) from masonry blocks used in the civil construction sector simultaneously as a pozzolanic addition to Portland cement and also as a raw material to compose clinkers in total substitution to natural clay, due to the similarity of demands chemicals required by the two applications. The RCWs were collected and processed through mills and underwent X-Ray Fluorescence (XRF), X-Ray Diffractometry (XRD) and Specific Mass tests in order to characterize them. Subsequently, the pozzolanic potential of the material was defined from the performance index with Portland cement at 28 days, from the activity with lime at 7 days and verification of the chemical composition, all the results being compared to the requirements determined by the standards NBR 12653/2015 to ASTM C618/2019. For application as a clinker component, the flour was formulated based on the chemical parameters: Lime Saturation Factor (LSF), Silica Ratio (SR) and Alumina Ratio (AR). The flour was subjected to heat treatment at three different temperatures, that went 1300°C, 1380°C and 1420°C. The sintering products were evaluated by means of fluorescence and X-ray diffraction, and the crystalline structure was refined using the Rietveld method, in order to monitor the influence of temperatures on the formation of the phases. The chemical composition of RCW proved to be rich in silica, alumina and iron oxide, which is advantageous for active mineral additions in cement and compatible with ideals for clays that compose clinkers. With the analysis of pozzolanic activity, it was concluded, from a panoramic perspective of its physical and chemical characteristics, that the material showed reactivity in the way it was benefited, and resulted, even, in an increase of 4% of compressive strength in the mortar in which it was incorporated. With regard to sintering products, it was found that belitic clinkers were obtained from heat treatments carried out at 1300°C and 1380°C and Portland clinker at 1420°C, with such conclusions based on the verification of proportional changes between the formation of Alita and Belita crystals in the samples. In addition, all clinkers showed satisfactory development of the interstitial phases and low detection of Free Lime crystals, indicating the proper formulation of the flour, appropriate burning and cooling conditions and the deduction that the proportions of Periclase verified may not be harmful to the cements composed by the clinkers obtained. In the face of such verifications, it is estimated that the clinkers developed in this research, based on widely discarded and available material, may form belitic cements, enabling application in large-scale constructions that require low hydration heat and also Portland cements, whose cure is faster and use is widespread.

Submitted by Pós graduação Engenharia Civil (ppec@ufba.br) on 2021-03-09T20:24:38Z No. of bitstreams: 1 Tese_Fernanda_Nepomuceno_Costa_Clinquer_RCC_02-10-2020_FINAL (1) (1) (1).pdf: 6949545 bytes, checksum: 8e74364e92b07f09fd3c6a60b420c546 (MD5) Approved for entry into archive by Escola Politécnica Biblioteca (biengproc@ufba.br) on 2021-03-11T20:20:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese_Fernanda_Nepomuceno_Costa_Clinquer_RCC_02-10-2020_FINAL (1) (1) (1).pdf: 6949545 bytes, checksum: 8e74364e92b07f09fd3c6a60b420c546 (MD5) Made available in DSpace on 2021-03-11T20:20:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_Fernanda_Nepomuceno_Costa_Clinquer_RCC_02-10-2020_FINAL (1) (1) (1).pdf: 6949545 bytes, checksum: 8e74364e92b07f09fd3c6a60b420c546 (MD5) FAPESB A geração de resíduos e subprodutos industriais e o aumento das emissões de gases do efeito estufa estão relacionados às atividades humanas e ao crescimento populacional, trazendo graves consequências se não forem controlados e mitigados. Essas questões têm sido alvo de preocupação em todo mundo e vêm ganhando o interesse de pesquisadores e da indústria na busca de soluções com viabilidade técnica e econômica, além de alternativas inovadoras para uso na construção civil. Sendo o cimento o principal constituinte do material de construção mais utilizado no mundo, que é o concreto, seu processo de produção demanda uma grande quantidade de recursos naturais, além de elevado consumo de energia e emissão de CO2. Assim, a indústria cimenteira vem buscando soluções e procedimentos que efetivamente reduzam a utilização desses recursos bem como as emissões de gases do efeito estufa. Por outro lado, a construção civil, grande consumidora de recursos naturais e do próprio cimento, é responsável pela geração de parcela significativa dos resíduos sólidos urbanos (RSU), com cerca de 60% destes, em massa, correspondendo aos resíduos de construção civil (RCC). Neste cenário, com a busca por ações voltadas à mitigação dos impactos causados pelo setor cimenteiro e visando uma destinação adequada ao RCC, a presente pesquisa teve como objetivo mostrar a viabilidade técnica da incorporação de RCC em substituição parcial do sistema argila-calcário na produção de clínquer Portland. Para isto, foi realizada a caracterização físico-química das matérias-primas utilizadas, seguida de dosagem, com a substituição total da argila no clínquer por RCC, incorporando à mistura de 9,1 a 14,3% de sua fração fina. As farinhas foram produzidas e calcinadas à 1340, 1400 e 1450ºC. Os clínqueres foram caracterizados mineralogicamente, por meio de ensaios de Difração de raios X (DRX), para verificar a formação das principais fases cristalinas. Posteriormente, os clínqueres foram moídos, resultando nos cimentos Portland, que tiveram suas propriedades físico-mecânicas avaliadas, além do mecanismo de hidratação. Os resultados mostraram que a substituição parcial da mistura calcário-argila proporciona uma redução de até 8,1% na emissão de CO2, proveniente das matérias-primas, na produção do clínquer, uma vez que o RCC atua como fonte alternativa de cálcio na formulação da farinha, substituindo parcialmente o calcário, sem prejuízo quanto à formação das fases mineralógicas do cimento, principalmente a alita (C3S). As análises evidenciaram a potencialidade de utilização do RCC, uma vez que os cimentos experimentais apresentaram desempenho similar aos cimentos industriais, usados como referência.

Não recebi financiamento Cement factories, have rotary kilns that use fuels, either fossil, coprocessed or renewable (biomass) and are capable of absorbing all the ash produced during the process, as well as allowing the raw material to be adapted to new fuels. Currently, cement companies already coprocess tires, liquid or paste fuels and signal and increasing demand for biomasses. The objective was to study the of this research is to study the viability of burning eucalyptus bark in cement kilns. Approximately 10 tonnes of eucalyptus bark (waste from a panel industry) were used. Eucalyptus bark was characterized by immediate analysis (ash content – ASTM D1102-84, volatile content – ASTM E872-82 and fixed carbon by difference), bulk density (DIN 14778), moisture (ASTM E871-2013.30), PCS by calorimetric pump (IK C200), thermogravimetric analysis (TGA/Perkin Elmer), scanning electron microscopy (SEM/HITACHI TM 3000) coupled to X-Ray spectroscopy by energy dispersion (EDS). The results by immediate analysis showed an ash content of 4.89%, volatiles of 78,46% and a fixed carbon of 16.65. The SEM/EDS analyzes indicated aluminum and silica with more than 30% suggesting material contamination. The moisture varied between 20 to 45% and density from 33 to 52 kg/m3 indicating a very heterogeneous material. The PCS of the eucalyptus bark was 4206 kcal/kg, a value considered attractive for the cement industries. The TGA showed a final decomposition temperature of 600 º C favoring a rapid burning in cement kilns, where the control temperature is close to 880 º C. As a result, the burning of the eucalyptus bark became viable in the cement kiln at 2.5t / h, allowing for 7% thermal replacement, preserving quality and the environment. The results also indicate the possibility of increasing the dosage of the eucalyptus bark, requiring a longer period of tests to ensure the required limit for the quality of the clinker. Fábricas de cimento, possuem fornos rotativos que utilizam combustíveis, tanto fósseis, coprocessados ou renováveis (biomassas), aos quais são capazes de absorver todas as cinzas produzidas durante o processo, bem como permitem adequar a matéria-prima aos novos combustíveis. Atualmente, as cimenteiras já coprocessam pneus, combustíveis líquidos ou pastosos e sinalizam uma crescente demanda por biomassas. O objetivo foi estudar a viabilidade de queima das cascas de eucaliptos em fornos de cimento. Foram utilizadas aproximadamente 10 toneladas de cascas de eucalipto (resíduo de uma indústria de painéis). Foi realizada a caracterização da casca de eucalipto por meio de análise imediata (teor cinzas – ASTM D1102-84, teor voláteis – ASTM E872-82 e carbono fixo pela diferença), densidade a granel (DIN 14778), umidade (ASTM E871-2013.30), PCS por bomba calorimétrica (IKA C200), análise termogravimétrica (TGA / Perkin Elmer), microscopia eletrônica de varredura (MEV / HITACHI TM 3000) acoplado a espectroscopia de Raio X por dispersão de energia (EDS). Os resultados da análise imediata mostraram um teor de cinzas de 4,89%, voláteis de 78,46% e carbono fixo de 16,65%. As análises de MEV/EDS indicaram alumínio e sílica com mais de 30% sugerindo contaminação do material. A umidade variou entre 20 a 45%, e densidade de 33 a 52 kg/m³ indicando um material bem heterogêneo. O PCS do eucalipto foi de 4206 kcal/kg, valor considerado atrativo para as indústrias cimenteiras. O TGA mostrou uma temperatura final de decomposição em 600ºC favorecendo uma queima rápida nos fornos de cimento, onde a temperatura de controle é próxima a 880ºC. Com isso, a queima da casca de eucalipto tornou-se viável no forno de cimento com 2,5t/h, possibilitando 7% de substituição térmica, preservando a qualidade e o meio ambiente. Os resultados também indicam a possibilidade de aumentar a dosagem da casca de eucalipto, sendo necessário um período maior de testes para assegurar o limite exigido para a qualidade do clínquer.

En los últimos años la producción de cemento ha ido en aumento fundamentalmente en los países en vías de desarrollo, incrementando las emisiones de CO2 a la atmosfera. Por otra parte, la norma Europea EN 197-1 para la producción de cemento permite incorporar materiales alternativos para disminuir este efecto y a la vez hacer un mejor aprovechamiento de los recursos, así como disminuir el consumo energético durante la producción del clínquer. En este trabajo se evalúa el efecto de la adición de caliza, en distintas proporciones, en la resistencia a la compresión de morteros. Los resultados indican que es posible preparar mezclas en cuya composición se alcance hasta un 20 % de caliza sin que por ello se viole la normativa angolana de control de la calidad del cemento producido. Se presentan los modelos matemáticos que describen el comportamiento o efecto que se produce al adicionar caliza y su influencia en la resistencia a la compresión medida en morteros. Se comprobó a nivel industrial en una planta de cementos angolana que para un 12 % de caliza intermolida con clínquer es posible preparar cemento con valores de resistencia a la compresión dentro de los parámetros establecidos

The production of Portland cement by increasing milling additions is an important sustainability challenge aimed at reducing the CO2 emissions impacts from the chain of cement production. The mineralogical and polymorphic characteristics of the C3S on the clinker contribute to its reactivity and the implementation of the additions on the cement composition. Thus, this study aimed to evaluate the effects of the industrial process parameters on the morphology and dimensions of alite crystals and characterize their influence on the cement reactivity and mechanical strength. The experimente analyzed industrial clinker by optical microscopy, XRF and DXR tests for micro structural and mineralogical characterization. The results showed the isolate and interacted effects from the process variables on the C3S generation in relation to their dimension and polymorphous. As a result, there were obtained models defined by the main identified variables that can be used to quantitatively estimate the polymorphsand dimensions of the alite crystals generated in the production process. It was also verified that cements with predominance of M1 show higher mechanical strengths. Nenhuma O aumento de adições de moagem na produção do cimento Portland é um dos desafios de sustentabilidade que visa a redução dos impactos de emissões de CO2 na cadeia produtiva do cimento. As características mineralógicas e de polimorfismo do C3S do clínquer contribuem para sua reatividade favorecendo implementação destas ações. Este trabalho se propõe em avaliar como os parâmetros de processo industrial interferem na morfologia e dimensões dos cristais de alita e caracterizar sua influência na reatividade e resistências mecânicas do cimento. Foram utilizados clínquer industrial e conduzido os ensaios de microscopia ótica, FRX e DRX para caracterização microestrutural e mineralógica do clínquer. Os resultados obtidos demonstraram os efeitos isolados e de interações de variáveis do processo sobre a geração de C3S em relação a dimensões e seus polimorfos. Sendo obtido modelos, definidos a partir das principais variáveis identificadas, que podem ser utilizadas para estimar quantitativamente os polimorfos e as dimensões da alita geradas no processo produtivo. Foram verificados que cimentos com predominância de M1 apresentam maiores resistências mecânicas.

Devido ao expressivo percentual de clínquer no cimento, a qualidade do clínquer produzido tem impacto direto na qualidade do cimento e deve ser monitorada continuamente. Entretanto, a análise do clínquer nas fábricas de cimento não é feita em tempo real, sendo seu período de amostragem e análise usualmente superior a duas horas. O teor de cal livre é considerado um indicador chave para avaliar a qualidade do clínquer. Desta forma, a predição do valor de cal livre através de sensores virtuais baseados em dados de processo online disponíveis na indústria cimenteira apresenta-se como uma alternativa interessante e de baixo custo para estimar a qualidade do clínquer. O objetivo deste trabalho é propor um sensor virtual baseado em um modelo empírico para predição do conteúdo de cal livre no clínquer, a partir de dados operacionais de uma fábrica de cimento. A modelagem dos dados operacionais, a partir de somente dados de processo online, foi desenvolvida com enfoque de sensor virtual, utilizando as técnicas de regressão linear múltipla e de redes neurais artificiais do tipo Perceptron de Múltiplas Camadas (MLP) e do tipo Função de Base Radial (RBF). O modelo empírico baseado em regressão linear múltipla apresentou melhor desempenho em relação aos modelos baseados em redes neurais artificiais. Isto foi verificado na análise dos resultados do coeficiente de determinação e de erro quadrático médio, bem como análise dos resíduos, dos modelos obtidos por regressão linear múltipla e por redes neurais artificiais. Considerando a base de dados utilizada neste estudo, composta de dados industriais, e os resultados disponíveis na literatura, pode-se concluir que o modelo obtido por regressão linear múltipla, considerando 93 variáveis de regressão, foi o melhor modelo obtido, explicando 73,09% e 71,92% da variação na variável de saída cal livre no clínquer (na etapa de ajuste e na etapa de validação, respectivamente). Due to the significant percentage of clinker in cement, the quality of clinker produced has a direct impact on cement quality and should be monitored continuously. However, clinker analysis in cement plants is not done in real time, with sampling and analysis usually exceeding two hours. The free lime content is considered a key indicator to evaluate clinker quality. Thus, the prediction of free lime value through virtual sensors based on online process data available in the cement industry presents itself as an interesting and low cost alternative to estimate clinker quality. The objective of this work is to propose a virtual sensor based on an empirical model to predict the free lime content in the clinker, from the cement plant operational data. The operational data modeling, using only online process data, was developed with a virtual sensor approach using multiple linear regression techniques and artificial neural networks - MLP and RBF type. The empirical model based on multiple linear regression presented better performance in relation to models based on artificial neural networks. It was verified in the results analysis of the determination coefficient and mean square error, as well as the residuals analysis, for the models obtained by multiple linear regression and by artificial neural networks. Considering the data base used in this study, composed of industrial data, and the results available in the literature, it can be concluded that the model obtained by multiple linear regression, considering 93 regression variables, was the best model obtained, explaining 73.09 % and 71.92% of the variation in free lime in the clinker (adjust and validation steps, respectively).

Em função das melhorias das propriedades de pastas e argamassas produzidas com nanotubos de carbono (NTC) sintetizados diretamente sobre o clínquer, este trabalho apresenta o estudo do efeito dos NTC em concretos. Foram avaliados a trabalhabilidade, as resistências mecânicas à compressão, à tração por compressão diamentral, o módulo de elasticidade e a absorção de água por capilaridade e por imersão de concretos preparados com clínquer nanoestruturado. Como comparação, foram produzidos dois tipos de concretos, sendo um convencional e outro autoadensável, com 0,15 e 0,30 % de massa de NTC em relação à massa de cimento CP-V ARI, bem como concretos de referência, sem NTC. O concreto convencional foi produzido com relação água/cimento de 0,60. Já o concreto autoadensável foi confeccionado com relação água/cimento de 0,45. Os resultados mostram que a incorporação de NTC no clínquer nanoestruturado não afetou a trabalhabilidade de ambos os concretos. Por outro lado, reduziu a absorção de água por capilaridade e promoveu aumento da resistência à tração por compressão diametral e do módulo de elasticidade no concreto autoadensável. Based on the improved behavior of Portland cement pastes and mortars produced with carbon nanotubes (CNT) grown directly on the clinker, this work presents a study of the effect of the CNTs in concretes. The investigated properties were the workability, compressive and splitting tensile strength, modulus of elasticity and water absorption of concretes produced with nanostructured clinker. For comparison, a conventional and a self-compacting concrete were investigated with 0.15 and 0.30 % of CNTs with respect to cement content. Reference concretes without CNTs were also produced with Brazilian CP-V type cement. The conventional concrete had a water/cement ratio of 0.60 while for the self-compacting concrete this ratio was set to 0.45. The results showed that the incorporation of the CNTs in both contents did not affect concrete workability. On the other hand, the presence of CNTs reduced water absorption and increased splitting tensile strength and the modulus of elasticity of the self-compacting concrete.

Resumo As principais fases contidas no cimento Portland são 3CaO.SiO2 (C3S), 2CaO.SiO2 (C2S), 3CaO.Al2O3 (C3A) e 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF). No processo industrial estas apresentam incorporações de outros elementos que dependem das matérias-primas e dos combustíveis utilizados na queima. O uso das fases puras auxilia na compreensão dos fenômenos envolvidos no estado fresco e endurecido, porém sua produção isolada exige condições específicas. O objetivo foi realizar a síntese das fases com o intuito de obter a menor quantidade de polimorfos e CaO. Na caracterização das fases químicas foram utilizadas as análises de granulometria a laser, fluorescência de raios X e difração de raios X com a quantificação das fases pelo método de Rietveld. Foi obtida elevada pureza para o C4AF e o C3A. O C3S e o C2S apresentaram apenas um polimorfo, porém elevados teores de CaO, 4,9 e 5,1%, respectivamente. Abstract The main phases contained in the Portland cement are 3CaO.SiO2 (C3S), 2CaO.SiO2 (C2S), 3CaO.Al2O3 (C3A), and 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF). In the industrial process, these phases present incorporations of other elements that depend on the raw materials and the fuels used in the firing. The use of the pure phase helps in understanding the phenomena involved in the fresh and hardened state, however their isolated production requires specific conditions. The objective of this research was to perform the synthesis of the phases in order to obtain the minimum of polymorphs and CaO. In the characterization of the chemical phases obtained, the laser particle-size analysis, X-ray fluorescence and X-ray diffraction with the quantification by Rietveld method were used. High purity could be obtained for C4AF and C3A. The C3S and C2S phases had at most one polymorph, but high levels of CaO, 4.9 and 5.1%, respectively.

Na produção de cimento as matérias primas, os combustíveis, adições menores e condições de queima influenciam a concentração de crómio no produto final. Este metal pesado dá entrada no processo sob a forma trivalente, oxida e a forma oxidada hexavalente representa uma preocupação para a industria. A diretiva 2003/53/EC10 veio regular a concentração de crómio (VI) solúvel em água, limitando a concentração máxima de crómio hexavalente a 2 ppm no cimento e em todos os derivados. O objetivo desta dissertação consiste no estudo das variáveis que influenciam a libertação de crómio (VI) na hidratação do cimento, incluindo a verificação e validação parcial do método de determinação, desenvolvido na fábrica de cimento Secil no Outão. Na sequência do estudo efetuado foi desenvolvido um método expedito para determinar a concentração de crómio no cimento. A aplicação do método de digestão alcalina para determinação de crómio hexavalente em matérias-primas e aditivos não se mostrou adequado. Já os estudos feitos a CDR através de ICP mostram a presença de crómio total nestes combustíveis, embora a existência de crómio total possa não levar ao aparecimento de crómio (VI). O estudo das misturas laboratoriais de gesso com clínquer comprovaram parcialmente o aumento do teor em crómio (VI) com o aumento do teor de sulfato. Por outro lado, o estudo da influência da fase mineralógica C3A do clinquer na libertação do Cr (VI) durante a hidratação do cimento indicia que os restantes constituintes também contribuem para esta reação. O efeito de diluição nos estudos de adição de filler ao cimento revelou a diminuição da concentração Cr (VI) solúvel. Os estudos das variáveis que influenciam a libertação de Cr(VI) mostraram que não existe relação direta entre a presença de crómio total e a concentração de Cr (VI) libertada. Os estudos de adição de redutor mostraram que este é eficiente.

A hidratação do cimento Portland é considerada uma reação complexa em virtude do número de processos concomitantes e variáveis envolvidas no decorrer da hidratação. Alguns questionamentos sobre os mecanismos que controlam o fenômeno da hidratação de cimento em especial nas primeiras idades - são discutíveis e as respostas baseadas em procedimentos experimentais e modelos teóricos permanecem inconclusivas. A fim de se analisar a formulação matemática do modelo BNG (Boundary Nucleation and Growth), foram realizadas a implementação e simulações com parâmetros significativos de entrada baseados em dados recentes da literatura para diferentes valores da relação água e cimento (fator a/c), taxas de nucleação, hipóteses de surgimento de núcleos e anisotropia de crescimento. O software HydraC desenvolvido neste trabalho foi utilizado nas simulações computacionais para obtenção de valores de fração de volume hidratado e retração química. Os resultados obtidos foram analisados sob os pontos de vista numérico e cinético em função das iterações dos parâmetros de entrada convenientemente utilizados. A análise destes resultados indicou que as respostas numéricas de hidratação e retração apresentam coerência em relação às variações de parâmetros utilizadas. Sobretudo pelos comportamentos diretamente relacionados entre a taxa de nucleação, o número de núcleos, o fator a/c e os valores de fração de volume hidratado e variação volumétrica. Por outro lado, os resultados das simulações com variação de parâmetros de anisotropia indicam baixa sensibilidade do modelo para a faixa de valores simulados. The hydration of Portland cement is considered a complex reaction due to the number of variables involved and processes for complete hydration. Some questions about the mechanisms that control the cement hydration phenomenon - especially at early ages - are questionable and responses based on experimental procedures and theoretical models remain unclear. In order to analyze the mathematical formulation of the BNG model (Boundary Nucleation and Growth), were performed implementation and simulations with meaningful parameters based input on recent data of literature for different stoichiometric values of water and cement (factor w/c), nucleation rates, rise of hypothesis nuclei and growth anisotropy. The HYDAC software developed in this work was used in computer simulations to obtain hydrated volume fraction values and chemical shrinkage. The results for the output variables have been analyzed from the numeric perspective and kinetic according to the used iterations of input parameters. Analysis of these results indicates that numeric responses hydration and retraction are consistent with the use of parameter variations, and are directly related to each nucleation rate, the number of nuclei, the factor w/c and the values of transformed volume fraction and volumetric variation. Furthermore, the simulation results with a variation of anisotropy parameters indicate low sensitivity model for the proposed range of simulated values.

Nesse estudo, é verifi cada a possível existência de correlação entre as impurezas presentes nos componentes cristalinos dos clínqueres coprocessados com sua resistência à quebra (determinada em Drop Weigth Tester - DWT). Esse ensaio é usado para prever a moabilidade desses materiais, fornecendo o parâmetro de impacto (A.b). Quanto maior o valor do parâmetro de impacto, menor é a resistência à quebra do clínquer. Para os clínqueres testados, foi, também, determinado o conteúdo médio (% em massa) de impurezas nas fases cristalinas, incluindo álcalis, bário, estrôncio, manganês e titânio. Para isto, foi usada microanálise com sistema de EDX (Energia dispersiva de Raios X) acoplado ao MEV (Microscópio Eletrônico de Varredura). A análise estatística dos resultados químicos sugere forte correlação entre as impurezas e o parâmetro de impacto A.b. In this study, the possible correlation between impurities presented in the crystalline compounds of the coprocessed clinkers and their breakage strength (determined by Drop Weigth Tester-DWT) is verifi ed. This latter is used to predict the grindability of these materials by providing the impact parameter (A.b). The higher the impact parameter is, the lower the breakage strength is. For the tested clinkers, the average content (wt. %) of impurities in the crystallized phases, including alkalies, barium, strontium, manganese and titanium was determined. For this, microanalysis with an EDX (Energy Dispersive X-Ray) system coupled to the SEM (Scanning Electron Microscopy) was used. The statiscal analysis of the chemical results suggests a strong correlation between the impurities and impact parameter.

The decomposition of constituents of slates under non-oxidizing atmosphere leads to the manufacturing of foams. Thus die pressing at 80MPa of slates powders (particle size La descomposición de los componentes de la Pizarra durante su calentamiento en condiciones no oxidantes conduce a la obtención de espumas. Así, mediante la compactación en matriz a 80MPa de polvos de Pizarra de menos de 80 μm de tamaño de partícula y con adición de un aglomerante, se obtiene una densidad en verde próxima a 1,8 g/cm3. El calentamiento de estos compactos en atmósfera de N2-5% H2 permite alcanzar densidades de 2,2 g/cm3 a 1100ºC , mientras que a 1150ºC la espumación del compacto conduce a densidades inferiores a 0,4 g/cm3. La adición de Clínquer de cemento Portland (5% y 10% en peso) modifica la densidad de la espuma a 1150ºC , teniendo que elevarse la temperatura de sinterización a 1175 ºC para alcanzarse espumas con densidades próximas a 0,4 g/cm3 con un 10% de Clínquer. Estas espumas con Clínquer presentan un elevado tamaño de poro, así como una resistencia a compresión en el intervalo de resistencias de los vidrios espumados: 0,4-1,5MPa.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra

This paper presents results on the composition of Portland clinkers produced with non-conventional raw-materials and fuels, focusing on the distribution of selected trace elements. Clinkers produced with three different fuel compositions were sampled in an industrial plant, where all other parameters were kept unchanged. The fuels have chemical fingerprints, which are sulfur for petroleum coke and zinc for TDF (tire-derived fuel). Presence of carbonatite in the raw materials is indicated by high amounts of strontium and phosphorous. Electron microprobe data was used to determine occupation of structural site of both C3S and C2S, and the distribution of trace elements among clinker phases. Phosphorous occurs in similar proportions in C3S and C2S; while considering its modal abundance, C3S is its main reservoir in the clinker. Sulfur is preferentially partitioned toward C2S compared to C3S. Strontium substitutes for Ca2+ mainly in C2S and in non-silicatic phases, compared to C3S. Este artigo apresenta dados composicionais de amostras de clínquer Portland produzido com matérias-primas e combustíveis não convencionais, em especial no que diz respeito à distribuição de elementos menores e traços. Foram amostrados clínqueres produzidos com três misturas diferentes de combustíveis, enquanto os demais parâmetros foram mantidos constantes. Os combustíveis apresentam características químicas típicas, como o teor elevado de enxofre no coque de petróleo e o alto teor de zinco no combustível derivado de pneus. O uso de carbonatito como matéria-prima se reflete nos teores elevados de estrôncio e fósforo. Dados de microssonda eletrônica foram usados para determinar a ocupação de sítios estruturais de C3S e C2S, e para modelar a distribuição de elementos traços entre as fases do clínquer. O fósforo ocorre em proporções similares em C3S e C2S; se considerarmos sua abundância modal, o C3S é o principal reservatório de fósforo no clínquer. O enxofre é preferencialmente concentrado em C2S em comparação com C3S. O estrôncio substitui Ca2+ principalmente em C2S e em fases não-silicáticas, em comparação com C3S.

Mestrado em Engenharia de Materiais O destino final dos resíduos gerados no fabrico da pasta de papel em Portugal é uma das preocupações crescentes deste setor, já que as normativas europeias são cada vez mais restritas no que respeita à sua deposição em aterro. Impulsionados por este facto o grupo Portucel/Soporcel (gPS) procura soluções mais sustentáveis, como a valorização dos resíduos gerados no seu processo de fabrico em outros setores industriais. O fabrico da pasta de papel pelo método Kraft utilizado pelo gPS, origina diversos resíduos como as lamas geradas na recuperação de químicos e no tratamento de efluentes, assim como as cinzas volantes resultantes da cogeração de energia. O presente trabalho pretende encontrar uma aplicaçãomais sustentável dos resíduos descritos anteriormente. Nomeadamente a sua utilização como matérias-primas secundárias no fabrico de clínquer/cimento e posterior aplicação em argamassas. Na primeira etapa do trabalho realizou-se a caracterização detalhada dos resíduos, em colaboração com o laboratório Raiz (pertencente ao gPS), e efetuou-se o levantamento das quantidades geradas. Com base nestas análises e de acordo com os produtos-alvo para reciclagem, foram previstos estudos de tratamento e adaptação dos componentes ou das misturas, que garantam melhores condições de transporte e incorporação. Em seguida foram elaboradas diferentes misturas em cru e foram testados distintos ciclos de tratamento térmico por forma a obter diferentes tipos de clínquer (belítico e Portland). Posteriormente formularam-se argamassas e testou-se sua adequabilidade como argamassas de reboco. A partir dos resíduos em estudo obteve-se clínquer belítico e clínquer Portland completamente ecológicos (obtidos a partir apenas de resíduos). No caso do clínquer Portland consegui-se uma redução da temperatura de processamento a qual acarreta benefícios processuais e económicos e resulta da presença de impurezas mineralizadoras em alguns dos resíduos. As argamassas produzidas neste trabalho têm potencial para ser utilizadas em rebocos exteriores ou interiores. Neste estudo também foram detetadas limitações, as quais perspetivam algumas dificuldades na transposição para o fabrico industrial de clínquer/cimento. Estas são a possibilidade de ocorrência de reações expansivas do tipo álcalis-agregados o que implica a adoção de correções composicionais para minimizar/evitar problemas de durabilidade e o facto de os resultados experimentais corresponderem só a um lote de resíduos, pelo que será necessário recolher periodicamente amostras nas instalações do gPs, efetuar a sua caracterização e, se necessário, prever medidas de loteamento e homogeneização das misturas. The final destination of wastes generated in the production of paper pulp in Portugal is an important concern in this setor, since European regulations are becoming ever stricter regarding their landfill. Driven by this fact, the Portucel/Soporcel group (gPS) is looking for more sustainable solutions, such as the use of the generated wastes in the production processes of other industrial sectors. The production of paper pulp by the Kraft method used by the gPS generates various wastes, such as sludge from the recovery circuit of chemical reagents and from the wastewater treatment, as well as fly ash from the cogeneration of energy. This work tries to provide a more sustainable use for the wastes previously described, using them as secondary raw materials in the manufature of clinker/cement, and subsequent application in mortars. The first step involved the detailed characterization of the residues, in collaboration with the RAIZ laboratory (belonging to gPS), and a survey of the amounts generated. Based on these analyses, and in accordance with the target products for recycling, were provided treatment studies and adaptation of the components or mixtures, ensuring better transport and incorporation conditions. Then, different blends were prepared and tested with different heat treatment cycles, in order to obtain different types of clinker (belitic and Portland). Subsequently, mortars were formulated, and their suitability as plastering mortars was tested. From the wastes under study environmentally friendly belitic and Portland clinker were manufactured. In the case of Portland clinker, a reduction of the processing temperature was achieved, resulting from the presence of mineralizing impurities in some of the wastes, with procedural and economic benefits. The mortars produced in this work have potential for use in exterior or interior plasters. From this study, were also detected some limitations, which do provide some difficulties in the industrial scale up of the clinker production. These are the possibility of expansive reactions of alkali-aggregate type, which implies the adoption of compositional corrections to minimize/avoid durability problems, and the fact that the experimental results obtained correspond to a single lot of waste, so it will be necessary to periodically collect samples in the plants of the gPS, perform a full characterization and, if necessary, introduce measures of blending and homogenization.

O setor cimenteiro é associado a importantes impactes ambientais, sendo grande consumidor de matérias-primas e energia. Numa fase de verdadeira competividade pelos mercados internos e externos, a exigência das empresas em serem energéticamente eficientes é cada vez maior. No presente documento procura-se caracterizar as medidas de racionalização de energia promovidas numa fábrica de cimento em particular, e avaliar os seus resultados. Com esse objetivo, foi dada especial atenção ao Plano de Racionalização de Consumos Energéticos (PRCE) elaborado no ano de 2006 após uma auditoria, e que foi implementado de 2006 a 2010, na fábrica de cimento de Maceira-Liz. Foi efetuada uma análise à evolução dos consumos energéticos térmicos e elétricos, mas também às medidas que levaram a empresa a aumentar as suas performances de eficiência energética, respeitando as cada vez mais rigorosas limitações em termos de emissões de dióxido de carbono para a atmosfera. É neste âmbito que o aumento do consumo de combustíveis alternativos tem cada vez maior evidência, em deterimento dos combustíveis de origem fóssil. Elaborado o estudo da evolução energética da empresa e das medidas implementadas foi efetuada a análise comparativa com os principais produtores mundiais, e apresentadas as oportunidades de melhoria e racionalização de energia a implementar futuramente. Concluiu-se que a empresa estando no bom caminho, ainda tem muita margem de evolução, podendo melhorar significativamente os seus índices energéticos.

Durante a fabricação do clínquer Portland, a avaliação das relações entre as diversas variáveis de qualidade e operação e seu efeito sobre o produto é uma tarefa complexa devido ao grande número de fenômenos físico-químicos envolvidos e ao ambiente de grande variabilidade e tempos amostrais muito distintos destas variáveis. Buscou-se neste trabalho, através do uso de algumas ferramentas estatísticas, filtro tendência-ciclo-sazonalidade e da aplicação de um modelo de rede neural avaliar o impacto causado por estas variáveis sobre a incorporação do enxofre no clínquer em um forno rotativo. Quando as condições físico-químicas favorecem que o enxofre presente no clínquer se volatilize, os gases ricos em enxofre se deslocam para as partes mais frias do forno onde encontram condições para se precipitar na forma de aglomerados sólidos, o que reduz a área de passagem de gases e de material chegando ao ponto de obstruir estas passagens e interromper a produção do forno. O uso do filtro para extrair a tendência das variáveis é uma alternativa em um ambiente com uma variabilidade muito alta e, em particular, no caso em que se deseja identificar zonas de operação do forno. O modelo de rede neural, cuja correlação r entre os dados de validação e os dados simulados superou 0,94, permitiu identificar dois grupos de variáveis com comportamentos distintos: as variáveis de qualidade apresentando uma correlação linear elevada com o enxofre no clínquer e as variáveis de processo, que apresentaram relações não lineares evidenciando a dificuldade de se correlacionar as mesmas e o enxofre usando regressão linear. Além disso, o modelo de rede neural mostrou-se efetivo para se avaliar o efeito de pequenas alterações simultaneamente em diversas variáveis sobre a resposta. Para variáveis de qualidade, o CaO, cuja variação de 1,2%, altera a tendência do SO3 no clínquer em valor correspondente a 50% da faixa de variação total desta variável, mostrou-se mais significativo. Para variáveis de processo, a mudança do O2 2º estágio em 2,1% altera a tendência do SO3 em 23% da sua faixa de variação. Combinações de pequenos incrementos em variáveis dos dois grupos foram testadas como aumento no teor de flúor (+0,04) e O2 2º estágio (+1,3%) alterando o SO3 do clínquer em 17% da sua faixa total de variação. Do ponto de vista qualitativo, o trabalho indica que a quantidade de queima secundária no forno rotativo estudado deve ser reavaliada, pois favorece a volatilização do enxofre e que a correlação entre o enxofre no clínquer e os elementos químicos individualmente é mais adequada que a correlação com os módulos químicos usualmente utilizados na indústria do cimento. During the clínquer Portland manufacturing, the relationships evaluation among the variety of quality and operation variables and their effect on the product is a complex task due to the great number of physicochemical phenomenon and the environmental of great variability and different variables sampling collect times. It was sought at this work, through statistical tools, trend-cycle-seasonal filter and the application of a neural network model, to evaluate the impact of these mentioned variables on the rotary kiln clinker sulphur incorporation. When the physicochemical conditions are favoring to the sulphur in the clinker structure volatilize, gases that are rich in sulphur displace to the kiln colder parts where there are conditions to precipitate in solid agglomeration form which reduces the material and gases duct area and sometimes stops the flow of them causing a kiln shutdown. The use of a filter to extract the trend of the variables is an alternative to this environment of great variability and, particularly, when the target is to identify kiln operation zones. The neural network model, which has presented a correlation r among evaluation data and simulation data above 0,94, it has allowed identifying two variables groups with different behaviors: the quality variables presenting a high linear correlation with the sulphur in the clinker and the processes variables that present non-linear relations that show the difficulty to correlate these variables and the clinker sulphur using linear regression. Furthermore, the neural network model was effective to evaluate the effect of small changes in several variables simultaneously on the response. For quality variables, the CaO, with a variation range of 1.2%, changes the tendency of SO3 in the clinker by 50% of its total variation range, showing to be the most meaningful. For the process variables, the change of 2.1% in the O2 2o stage changes the tendency of SO3 by 23% of its total variation range. Combination of small changes in the variables of both groups has been tested as the increase of fluorine (+0.04) and O2 2º stage (+1.3%) the tendency of SO3 by 23% of its total variation range. In a qualitative point of view, this work has shown that the amount of secondary firing in the rotary kiln should be reevaluated because it has been favoring the sulphur volatizing and that the correlation between the sulphur in the clinker and the individual chemical elements is more appropriate than the correlation with the chemical modules commonly used by the cement industry.

Temperatures in excess of 110 ºC result in phase transformations of cement, significantly decreasing its compressive strength. This effect is referred to as strength retrogression. It is frequently observed in cement sheaths of heavy oil wells submitted to steam injection. The present study evaluated the mechanical behavior of Special Class Portland Oilwell Cement (SCPOC) slurries containing silica flour to prevent retrogression. A factorial statistical planning was used to assess the effect of the main variables on the mechanical behavior of cement slurries, i.e., mechanical testing temperature (30, 100, 120, 180 and 230 ºC); contents of silica flour replacing cement (0-18 and 36%) and curing time for rupture (12 h and 7 days). The results revealed that slurries containing 18% of silica flour tested at 230 ºC depicted an increase in compressive strength up to 30% after curing for 12 h and 10% after curing for 7 days, indicating retrogression. On the other hand, testing slurries containing silica flour at temperatures up to 180 ºC revealed strength increase of just 10%, suggesting the mechanical stability of the SCPOC, which prevents retrogression. Such behavior was probably related to the relatively low content of C3A and low specific area of the material. Therefore, strength retrogression at typical bottom hole temperatures of up to 180 ºC can be controlled by small additions of silica flour, economically contributing to the use of SCPOC cementing. Temperaturas superiores a 110 ºC provocam mudanças de fase nos cimentos, reduzindo de forma significativa sua resistência à compressão. Isto é observado com frequência em bainhas de cimento em poços de petróleo pesado, que são submetidos a injeção de vapor. O presente estudo avaliou o comportamento mecânico de pastas para cimentação preparadas com um cimento portland Classe especial contendo silica flour para prevenção da regressão de resistência. Um planejamento fatorial foi usado para verificar o efeito das principais variáveis referentes ao comportamento mecânico de pastas de cimento, ou seja, variação da temperatura do ensaio mecânico (30, 100, 120, 180 e 230 ºC); concentração de silica flour (0%, 18% e 36%) e tempo de cura até a ruptura (12 h e 7 dias). Os resultados revelaram que as pastas contendo 18% de silica flour a 230 ºC provocaram uma redução na resistência à compressão de 30% após cura de 12 h e 10% após cura de 7 dias, indicando, portanto, regressão de resistência. Por outro lado, pastas contendo silica flour submetidas a temperaturas superiores a 180 ºC revelaram redução de resistência de apenas 10%, sugerindo que o SCPOC apresenta estabilidade diante de temperaturas elevadas, o que é um indício de prevenção à regressão de resistência. Este comportamento provavelmente deve estar relacionado ao baixo teor de C3A do SCPOC e à sua baixa superfície específica. Entretanto, a regressão de resistência de anulares de poços submetidos à temperaturas superiores a 180 ºC geralmente é combatida, com adições de silica flour, o que significa dizer que o SCPOC é um material interessante para combater a regressão de resistência em temperaturas abaixo de 180 ºC sem a necessidade da inclusão de silica flour.

Nesse estudo, é verificada a possível existência de correlação entre as impurezas presentes nos componentes cristalinos dos clínqueres coprocessados com sua resistência à quebra (determinada em Drop Weigth Tester - DWT). Esse ensaio é usado para prever a moabilidade desses materiais, fornecendo o parâmetro de impacto (A.b). Quanto maior o valor do parâmetro de impacto, menor é a resistência à quebra do clínquer. Para os clínqueres testados, foi, também, determinado o conteúdo médio (% em massa) de impurezas nas fases cristalinas, incluindo álcalis, bário, estrôncio, manganês e titânio. Para isto, foi usada microanálise com sistema de EDX (Energia dispersiva de Raios X) acoplado ao MEV (Microscópio Eletrônico de Varredura). A análise estatística dos resultados químicos sugere forte correlação entre as impurezas e o parâmetro de impacto A.b. In this study, the possible correlation between impurities presented in the crystalline compounds of the coprocessed clinkers and their breakage strength (determined by Drop Weigth Tester-DWT) is verified. This latter is used to predict the grindability of these materials by providing the impact parameter (A.b). The higher the impact parameter is, the lower the breakage strength is. For the tested clinkers, the average content (wt. %) of impurities in the crystallized phases, including alkalies, barium, strontium, manganese and titanium was determined. For this, microanalysis with an EDX (Energy Dispersive X-Ray) system coupled to the SEM (Scanning Electron Microscopy) was used. The statiscal analysis of the chemical results suggests a strong correlation between the impurities and impact parameter.

Esse trabalho determina o valor médio de microdureza Vickers dos componentes cristalinos do clínquer e estima o efeito dos elementos estranhos (menores) e da composição mineralógica sobre os resultados de microdureza. Para isto, foi coletado um número signifi cativo de amostras sobre a correia de alimentação de moinhos de clínqueres em onze fornos co-processadores no Brasil. Os resultados mostram que a microdureza varia de acordo com o tipo de impurezas e sua distribuição. Também, o conteúdo mineralógico e a razão alumina/ferro desempenham um papel importante. This study determines the average value of Vickers micro-hardness of the clinker crystalline compounds and evaluates the effect of foreign ions and mineralogical composition on the micro-hardness results. A signifi cant number of samples were collected from the feed-conveyor belt of the clinker ball mill at eleven co-processing kilns in Brazil. The results show that the micro-hardness varies according to the type of impurities and their distribution. Also, the mineralogical content and alumina/iron ratio play an important role.

Mestrado em Economia e Política da Energia e do Ambiente. A indústria cimenteira é um dos sectores mais intensivos em energia da economia Portuguesa. E também um sector intensivo em capital, dados os custos elevados com a energia e o facto de exigir grandes investimentos na construção das instalações e na aquisição e manutenção do equipamento básico. Actualmente, os principais impactes ambientais associados à produção de cimento são a exploração das pedreiras e as emissões de poluentes atmosféricos e de gases com efeito de estufa. O presente trabalho analisa a indústria cimenteira nacional, inserindo-a num contexto global, no que respeita à produção, consumo de energia e impactes ambientais. São caracterizadas as melhores tecnologias disponíveis actualmente para a produção de cimento e identificadas as áreas de actual investigação e desenvolvimento (I&D). Seleccionou-se a cimenteira da Secil no Outão como caso-estudo, para a qual se caracteriza a situação actual e se estuda a implementação de novas tecnologias e medidas para melhorar a eficiência energética. Para cada tecnologia e medida energeticamente eficientes são calculados os custos de investimento e de operação, as poupanças energéticas e o efeito nas emissões de dióxido de carbono (CO2). Como medidas e tecnologias principais a implementar com vista ao aumento da eficiência energética foram seleccionadas a introdução de pré-calcinador e arrefecedor de grades no sistema de queima, e a utilização de prensas de rolos para a moagem de clínquer. Para diminuir os impactes ambientais resultantes das emissões de CO2 e de óxidos de azoto (NOx) sugere-se o aumento da produção de cimentos compostos e a implementação da redução não-catalítica selectiva, respectivamente. The cement industry is one of the most energy-intensive sectors in the Portuguese economy. It is also a capital-intensive sector, given the energy high costs and the fact of demanding big investments in the plant construction and basic equipment acquisition and maintenance. Currently, the main environmental impacts associated with cement production are the quarry exploration and the emissions of atmospheric pollutants and greenhouse gases. The present study analyses the national cement industry, inserting it in a global context, in what concerns production, energy consumption and environmental impacts. The best available technologies for cement production are characterized and the main areas of research and development (R&D) are identified. The SeciPs cement plant at Outão was selected as case study. The plant current situation is characterized and the implementation of new technologies and measures to increase energy efficiency are studied. The investment and operation costs, the energy savings and the effects on carbon dioxide (CO2) emissions are calculated for each energy-efficient technology and measure. As main measures and technologies to implement for obtaining increased energy efficiency, the introduction of a pre-calcinator and grate cooler were selected for the buming system, and the roller presses were selected for cement grinding. To decrease the environmental impacts of releasing CO2 and nitrogen oxides (NOx), it is suggested the increase of blended cements production and the implementation of selective non-catalytic reduction, respectively. info:eu-repo/semantics/publishedVersion

Tem sido largamente estudada a influência das características mineralógicas e microestruturais do clínquer sobre a sua moabilidade, devido ao alto custo dessa etapa na fabricação de cimento e às exigências de qualidade do mercado. Nesse trabalho, usaram-se o microscópio óptico e a lupa para descrever e analisar as amostras de partículas de diversos tamanhos de clínquer, provenientes de uma fábrica situada no sul do Brasil. Através desse estudo, foi constatada, nas amostras coletadas, a ocorrência de um alto grau de corrosão dos minerais de alita e belita. Foi igualmente observado que o tamanho das partículas não influencia na quantidade de microfissuras, por serem essas de origem físico-química e não mecânica. Portanto pôde ser concluído que a corrosão originou uma extensa rede porosa, facilitando a formação de microfissuras, o que aumentará, por sua vez, a moabilidade do clínquer, mas às custas de uma redução considerável na qualidade do cimento. Have been widely studied influence clinker's micro structural and mineralogical characteristics on its grinding behaviour, due to high cost of this stage at the end of the fabrication process and the requirements of market quality. In this work, one used the optical microscope and the magnifying glass to describe and analyze the samples of particles of various sizes of clinker, deriving from a factory at south of Brazil. Through this study, it was evidenced, in the samples collected, the occurrence of a high degree of corrosion the minerals of alite and belite. It was even observed that the size of particles do not influence the quantity of microcracks, because that is of physical-chemical origin and it do not mechanical. Therefore, it was concluded that corrosion lead to formation of a large quantity of pores and many channels, make easy the formation of microcracks, that increase, in turn, the grinding behaviour of cement clinker, but at expenses of a considerable reduction in the cement quality.

Como continuação de um estudo anteriormente realizado com microscopio óptico (MO) e lupa, sobre amostras de clínquer coletadas em uma fábrica de cimento no sul do Brasil, foram realizadas análises em microscópio eletrônico de varredura (MEV). O objetivo foi buscar mais informações que pudessem ou não corroborar o resultado de alto grau de corrosão dos cristais, apontado pelos primeiros instrumentos, devido à presença de um alto conteúdo de metais. As análises em MEV mostraram a existência de um padrão de microfissuras e de corrosão dos cristais, tanto de alita quanto de belita. O uso do EDS ou EDX (energy dispersive X-ray) ajudou a fortalecer a hipótese de uma situação de alto conteúdo de Fe2O3 e fase líquida e de metais, inclusive titânio. As continuation of a study previously realized with optical microscope and magnifying glass, on samples of clinker collected from a factory at south of Brazil, it was realized analysis on electron microscopic. The objective was search more information that could or not corroborate the high degree of corrosion of the crystals result, pointing by first instruments, due the presence of a high content of metals. The analysis on electron microscope have show the existence of a model of microcracks and of corrosion of the crystals, as much alite as belite. The use of the energy dispersive X-ray help to fortify the hypothesis of a situation with high content of Fe2O3, liquid phase and metals, included titanium.

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Resumo O cimento é um dos materiais de construção mais utilizados no mundo, sendo o tipo mais comum conhecido como cimento Portland. O processo de fabricação do cimento envolve numerosas e complexas reações endotérmicas e exotérmicas que ocorrem a diferentes temperaturas, o que o torna não trivial. Dessa forma, há um grande interesse na otimização do processo de produção de cimento. A clinquerização é uma das principais etapas da fabricação de cimento e ocorre dentro de forno rotativo. Neste estudo, o processo de produção de clínquer é analisado em um forno rotativo de via seca que atua em contracorrente. Os principais fenômenos envolvidos na obtenção do clínquer são: evaporação da água livre residual da matéria-prima; decomposição do carbonato de magnésio; descarbonatação; formação da fase líquida composta por C3A e C4AF; formação do silicato dicálcico e silicato tricálcico. O principal objetivo deste estudo é a proposta de um modelo matemático que descreve de forma realística o perfil de temperatura e de concentração dos componentes do clínquer ao longo do forno rotativo, desenvolvido a partir de mudanças propostas a um trabalho da literatura. O modelo, composto por equações diferenciais parciais, foi adaptado e implementado em linguagem computacional no programa Mathcad. O modelo proposto foi satisfatório para a descrição do perfil de temperatura e concentração dos componentes do clínquer ao longo de um forno rotativo. Abstract Cement is one of the most widely used building materials in the world. The best known type of cement is called Portland. The process of cement production involves numerous and complex endothermic and exothermic reactions. This process is non-trivial and occurs under different temperatures. Thus, the optimization of the cement manufacturing is interesting to the industry. Clinkerization is one of the main steps of cement production and it occurs inside the rotary kiln. In this article, the dry process of clinker production is analyzed in a rotary kiln that works in counter flow. The main phenomena involved in the clinker production are: free residual water evaporation of raw material; decomposition of magnesium carbonate; decarbonation; formation of C3A and C4AF; formation of dicalcium silicate and tricalcium silicate. The main objective of this study is to propose a mathematical model that realistically describes the temperature profile and the concentration of clinker components in a rotary kiln. For this, a mathematical model composed of partial differential equations available in the literature has been adapted. The model was solved using the software Mathcad. The proposed model is satisfactory to describe the temperature profile and the concentration profile of the clinker components inside the rotary kiln.

Industrial wastes from pulp and paper mills are potentially useful materials to use as alternative materials in clinker production. In this study, eco-friendly clinkers were obtained using only waste as feedstock. Eco-friendly clinker with different C3S and C2S contents were produced and hydrated for 7 days at 40 °C, or for 28 and 90 days at room temperature. The potentialities of these waste and the products obtained were revealed through chemical (XRF), thermal (DTA/TG) and surface area (BET) analysis. For comparison, a common ordinary Portland cement (OPC) was tested. As expected, the hydration rate of formulations presenting higher C3S content was higher, generating higher amounts of Ca(OH)2. Furthermore, the amount of Portlandite formed was lower when compared to OPC. Resumo Os resíduos do setor de papel e celulose são potenciais para serem usados como materiais alternativos na produção de clínqueres. Neste estudo, ecoclínqueres foram obtidos utilizando apenas resíduos como matéria-prima. Ecoclínqueres com diferentes teores de C3S e C2S foram produzidos e hidratados por 7 dias a 40 °C, ou por 28 e 90 dias em temperatura ambiente. As potencialidades destes resíduos e dos produtos obtidos foram reveladas através de análise química (FRX), térmica (ATD/TG) e de área superficial (BET). Para comparação, um cimento Portland comercial (OPC) foi testado. Como esperado, a taxa de hidratação das formulações apresentando maior teor de C3S foi maior, gerando maiores quantidades de Ca(OH)2. Além disso, a quantidade de portlandita formada foi menor quando comparada ao OPC.

Cada vez mais há uma preocupação acrescida no que diz respeito à diminuição da poluição e consequentemente com a proteção do meio ambiente, desta forma a presente dissertação dirige-se à necessidade de reduzir as emissões de CO2 no planeta. Neste sentido dá enfase os estudos relativos a ligantes cimentícios com menor teor de clínquer portland tornam-se mais pertinentes, dado que a produção deste componente do cimento faz-se com libertação significativa daquele gás. A possibilidade de produzir atualmente pastas com elevada fluidez por uso de adjuvantes fortes redutores de água permite introduzir partículas muito finas, não reativas que densificam a estrutura e aumentam a eficiência das partículas reativas, com ganhos na eficiência ambiental. O estudo consiste na avaliação da capacidade de reduzir a dosagem de cimento sem perda significativa de resistência, por introdução de pequenas partículas de calcário e sílica otimizando a granulometria dos finos; Abstract: Study of a cement with a low clinker content In general, there is an increased concern about pollution, its reduction and consequently the protection of the environment; in this context, this thesis addresses the need to reduce CO2 emissions on the planet. In this regard, studies on portland cement binders with lower clínquer content becomes more relevant, as production of clinker is made with significant release of this gas. Currently, the possibility of producing cement pastes with high fluidity by using superplasticizers allows to introduce nonreactive very fine particles that densify the structure and increase the efficiency of reactive particles with gains for the environmental protection. This study evaluates the capacity of reducing the quantity of cement without strength loss by introducing small limestone and silica particles optimizing the size of the fine particles.