Caracterização da Poeira da Aciaria Elétrica e Estudo da sua Viabilidade Como Catalisador em Reações de Craqueamento

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Química Inorgânica

Autores

Almeida Lopes, M.J. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ) ; Santos Monteiro, M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ) ; Trindade dos Santos, T. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ) ; Costa Silva, E. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ) ; Silva Santanna, J. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ) ; Pereira da Mota, S.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ)

Resumo

No presente trabalho foi utilizado como matéria prima a Poeira da Aciaria Elétrica (PAE), doado pela empresa SINOBRAS - Siderúrgica Norte Brasil S. A. O objetivo desse trabalho e estudar a viabilidade com que a (PAE), possui em ser utilizado como catalisador. O material foi submetido a um tratamento térmico em 120 ºC e por caracterização com as seguintes técnicas: Difração de Raios X, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e análise de microrregiões por EDS. Observou-se a presença de grandes quantidades de metais, tais com; Fe e Zn, o que implica na presença de sítios ativos de Lewis e favorece no processo da catalise nas reações de craqueamento.

Palavras chaves

Resíduos; Reaproveitamento; Catalisadores

Introdução

A produção de aço através dos fornos elétricos gera em torno de 20% de Poeira da Aciaria Elétrica (PAE), (TELLES, ESPINOSA, TENÓRIO, 2013). Um resíduo siderúrgico perigoso devido a elevada concentração de metais pesados que estão presentes em sua composição química e que acabam interferindo de forma negativa ao meio ambiente (COGO, 2011). O reaproveitamento da PAE é interessante nos processos siderúrgicos, pois grande é sua aplicabilidade do resíduo, tais com: na fabricação de cerâmicas (STATHOPOULOS, 2013), e na adição da poeira ao cimento asfáltico a ser utilizado na construção de estradas (ALSHEYAB E KHEDAYWI 2013). O processo de reaproveitamento do PAE torna-se também bastante viável por apresentar um elevado teor de ferro, sendo utilizado como catalisador e aplicado na catalise heterogênea ácida, dos quais a utilização desta espécie está aumentando em decorrência das leis ambientais que tem sido aplicada aos processos industriais (TELLES, ESPINOSA, TENÓRIO, 2013). Estes catalisadores ajudam a transformar importantes reações químicas em processos ambientalmente recomendáveis (GHESTI, 2009). A utilização de catalisadores obtido de material residual pode ser aplicado na produção de biocombustíveis por meio do craqueamento, uma técnica com grande importância no cenário econômico mundial, gerando, cada vez mais esforços com o objetivo de aperfeiçoar o processo de reciclagem de resíduos e que contribui diminuindo os danos causados ao meio ambiente (OLIVEIRA, 2014). O estudo tem o objetivo de caracterizar uma amostra de PAE de uma empresa siderúrgica do Estado do Pará, visando avaliar através de sua microestrutura e composição a potencialidade da mesma como catalisador para as reações de craqueamento térmico catalítico de biomassas, visando a produção de biocombustíve

Material e métodos

No presente trabalho foi utilizado como matéria prima a Poeira da Aciaria Elétrica (PAE), doado pela empresa SINOBRAS - Siderúrgica Norte Brasil S.A, localizada no Município de Marabá no Estado do Pará, ao qual foi levado a uma mufla onde passou por um processo de secagem para retirada da umidade, numa temperatura de 120 ºC por um período de duas horas. A amostra passou por um processo de classificação granulométrica em um jogo de peneiras, sendo a mesma majoritariamente passante em 325 mesh. O material foi submetido ao processo de análise ao qual foi realizada a caracterização de sua microestrutura por meio de análise de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), para a verificação das características microestruturais presente na poeira. A composição do material foi verificada a partir das técnicas de Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) e Espectrometria de Fluorescência de raios X (FRX), onde a técnica foi estabelecida para análise elementar, e monitoramento de processos e caracterização química quantitativa e qualitativa dos materiais metálicos presente na matéria prima. Por fim foram realizadas medidas de Difratometria de raios X (DRX), a fim de caracterizar as fases cristalinas presentes no material, as fases encontradas foram analisadas com o auxílio do software High Score.

Resultado e discussão

A Figura 1 mostra os resultados da análise realizada por MEV, sendo: a) 1000X, b) 1000X, c) 3000X e d)5000X. Nela podemos destacar a presença de esferas bem definidas que de acordo com Telles (2010), relacionam-se ao mecanismo de produção do aço. Além do mais podemos observar que a superfície destas partículas apresenta micrósporos, o que torna este material bastante interessante no que tange a seu uso como catalisador, uma vez que as moléculas podem adentrar em seu interior. Outro ponto importante a ser destacado é a presença de partículas finas que se sobrepõe as esferas, estas partículas aumentam a área superficial do material potencializando seu poder catalítico (WANG, CAO, LI, 2018). Quanto a sua composição a PAE apresentou majoritariamente o elemento Fe (40,941%), seguido pelo Zn (26.199%) e o Oxigênio (18.424 %), além de traços de outros materiais, como Cl, Ca, K, Si, Mg e Al. Interessante destacar o alto teor de Fe e Zn que são metais muito utilizados na catálise ácida (JIE et al., 2018; ZHAO et al., 2015). Esta análise foi corroborada pela análise realizada via FRX que apontou a presença 51,67 % de Fe2O3 seguida de 26,06 % de Zn. O padrão de DRX do PAE é mostrado na Figura 2. A análise indica que o resíduo possui duas fases cristalinas predominantes: Franklinita (ZnFe2O4) e a Zincita (ZnO), este resultado está de acordo com a literatura (KHATTAB et al., 2017). De acordo com o PDF 01-077-0011, os parâmetros cristalinos da PAE são: Grupo espacial:Fd-3m, sistema cristalino: cubico e volume de célula: 596,10. Alguns picos não foram identificados, isto deve-se a composição química complexa da amostra. Com o intuito de melhor caracterizar este material serão realizados estudos posteriores analisando sua estabilidade térmica, bem como área superficial.

Análise de Microscopia Eletrônica de Varredura


Padrão de DRX da Poeira de Aciaria Elétrica.

Conclusões

Conclui-se que o estudo da utilização do PAE como catalisador torna-se viável, pois sua morfologia apresenta microporos e sua composição apresenta grande potencial no que diz respeito a catálise ácida, pois possui alta concentração de sítios ácidos de Lewis, Além do mais, há uma quantidade significativa de oxigênio que indica a presença de óxidos .

Agradecimentos

Ao Laboratório de Processos e Transformações de Materiais (LPTM) da Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará (UNIFESSPA)

Referências

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2. COGO, C. MARINA, estudo de caracterização e disposição dos resíduos de uma indústria têxtil do estado do Rio Grande do Sul. Dissertação (trabalho de diplomação em engenharia química) Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Porto Alegre 2011.
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