POZOLA A COM ANDRADITA FORMADA IN-SITU

CAMPO DA INVENÇÃO

[001 ] A presente invenção refere-se a uma pozoiana compreendendo andradita em sua composição, resultante de formação in-situ durante a calcinação, A presente invenção também revela processo de formação de andradita in-situ para entregar uma pozoiana de argila vermelha aceitável para misturação ao cimento.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] O processo de fabricação de pozoiana a partir de argilas vermelhas é conhecido, mas pouco utilizado, em função da cor da pozoiana produzida. Neste processo, a argila é calcinada pura, a temperatura de calcinação do material não ultrapassa 900°C, gerando uma pozoiana calcinada de cor vermelha que, quando adicionada ao cimento, altera a cor do mesmo para marrom, provocando a rejeição de uso por parte do consumidor e até mesmo desconfiança da qualidade do produto.

[003] A argila vermelha apresenta boa atividade pozolânica quando calcinada, contudo, é rejeitada para a produção de pozoiana. A presente invenção tem como objetivo viabilizar o uso da argila vermelha para a produção de pozoiana, pela modificação de sua coloração na calcinação.

[004] O PI 1002450 de Empresa de Cimento Liz S/A. , revela uma forma de calcinação de argilas com a adição de combustível, como o coque de petróleo moído. A calcinação se dá em temperaturas dentre 600 a 900°C com tempo de residência do material no forno de 40 a 70 minutos, temperatura inferior à faixa da invenção, de 900°C e 13Q0°C, em sentido contrário ao da presente invenção, o documento não revela a formação in-situ de andradita, tampouco revela a utilização de argila vermelha para a produção de uma pozoiana de coloração cinza.

[005] O W012142547, de Green Binder Technologies LTD, revela uma composição de cimento que utiliza um ligante (binder) compreendendo de 60-94% de um material pozolânico. No Exemplo 3, revela que o binder compreende andradita. Assim, o documento revela a inclusão/adição de andradita no cimento pozolânico, contudo, não revela a formação de andradita in-situ na calcinação.

[006] Portanto, existe uma necessidade por pozolanas e métodos que busquem sua produção utilizando materiais de fácil acesso e que são subutilizados, como a argila vermelha, resultando em aceitação pelo mercado consumidor pela promoção de coloração compatível com o cimento.

[007] A presente invenção viabiliza a utilização de argilas vermelhas, até então uma reserva abundante e de fácil acesso, subtilizada para o fabrico de pozolana, já que uma boa parte dos capeamentos das jazidas de calcário é constituída de argilas vermelhas.

[008] Neste aspecto, os inventores verificaram, de modo surpreendente e inesperado, que a composição é capaz de promover tais benefícios; e em especial produzindo uma pozolana de coloração adequada para a utilização em cimentos.

FIGURAS

[009] A Fig. 1 apresenta a comparação entre a argila vermelha, in natura sem calcário, antes da calcinação, à esquerda; e a argila vermelha, sem calcário, após a calcinação, à direita.

[01 0] A Fig. 2 apresenta a comparação entre a argila vermelha, com 18% de calcário, antes da calcinação, à esquerda; e mesma argila vermelha após a calcinação, à direita, já apresentando cor cinza escuro.

[01 1 ] A Fig. 3 apresenta a argila vermelha com calcário, na saída do processo de fabricação já apresentando cor cinza escuro.

[01 2] A Fig. 4 apresenta Difratograma da argila vermelha sem a adição de calcário, calcinada em laboratório a 950°C.

[01 3] A Fig. 5 apresenta Difratograma da argila vermelha com a adição de calcário, calcinada em laboratório a 950°C.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [01 4] A presente invenção tem como objetivo viabilizar o uso da argila vermelha para a produção de pozolana, pela modificação de sua coloração na calcinação. Tal feito foi, surpreendentemente, alcançado pela combinação de 18% de calcário e 82% de argila vermelha, calcinada errí forno de pozolana a uma temperatura de 950°C.

[01 5] A presente invenção apresenta uma composição de Pozolana, compreendendo pelo menos 2,0% de andradita, preferivelmente de [2,0] a [8,0%] de andradita. A Pozolana, preferivelmente, compreender ainda de 2,0% a 10,0% de Mulita, de 0,1 % a 5,0% de Hematita, de 2,0% a 10,0% de Anortita, até 5,0% de Cristobalita e de 20,0% a 50,0% de Quartzo, sendo que a andradita é uma andradita resultante de formação in-situ durante a calcinação.

[01 6] A presente invenção compreende ainda um processo de produção de Pozolana, compreendendo uma etapa de calcinação que promove a formação, in- situ, de andradita, sendo preferível a realização da calcinação entre 900 °C e 1 .300 °C. O processo preferivelmente compreende ainda:

[01 7] a) Misturação de argila vermelha e calcário na proporção de 50% a 97% de argila e 3% a 50% de calcário, produzindo uma mistura,

[01 8] b) Alimentação no forno com a mistura de argila e calcário,

[01 9] c) Calcinação da mistura a uma temperatura entre 900 °C e 1 .300 °C.

[020] d) Formação in-situ de andradita.

[021 ] Podendo ainda compreender uma etapa de resfriamento, posterior à etapa c) de calcinação da mistura. Preferivelmente, o processo de produção de Pozolana é realizado à uma temperatura de 950 °C, com um tempo de residência da mistura dentro do forno de aproximadamente 90 minutos. Alimenta-se a mistura de argila e calcário no forno em contra fluxo aos gases de exaustão, produzidos pela queima de combustível, arrastados pelo interior do forno através de exaustor.

[022] A pozolana alcançada pela presente composição e processo apresenta qualidade adequada, além da coloração cinza escura, muito próxima à cor do cimento, sendo uma óti ma coloração para a aceitação no mercado. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[023] A argila de coloração vermelha é geralmente utilizada parcialmente como corretivo na farinha, que é produto da moagem do argical, que é o calcário com argila, e aditivos específicos, em moinhos de bolas e moinhos verticais, para que a granulometria do material fique por volta de 0,050 mm (50 pm).

[024] Esse material quando calcinado no forno de pozolana, em condição normal de operação, gera uma pozolana de boa qualidade. Porém, a sua coloração vermelha afeta significativamente a cor do cimento quando se usa esse material como adição.

[025] Os inventores descobriram, surpreendentemente, que para solucionar o problema de coloração vermelha, a calcinação da argila vermelha em mistura com 1 8% de calcário a 950°C obtém -se uma pozolana de cor cinza, que não altera a cor do cimento.

[026] Em geral, a jazida de argila comumente utilizada nas pozolanas é transportada por longas distâncias para sua produção, com a calcinação de argila. Tal argila comum possui boa reatividade e coloração adequada para adição ao cimento. Porém, o transporte contribui significativamente para que seu custo variável seja superior ao custo variável do clínquer.

[027] Uma das alternativas para reduzir o custo da pozolana seria utilizar o capeamento de argila vermelha , já disponível nas jazidas de calcário, pois também possui boa reatividade após calcinação. No entanto, quando calcinada, a argila vermelha resulta em uma pozolana vermelha, que afeta negativamente a cor do cimento ao qual ela é adicionada.

[028] Um primeiro objetivo da presente invenção é prover uma composição de pozolana compreendendo andradita, preferivelmente uma andradita resultante de formação in-situ durante a calcinação. Um segundo objetivo é prover um processo para a fabricação de pozolana compreendendo andradita, que permite a formação in-situ de andradita. A pozolana da presente invenção e processo é uma pozolana de coloração cinza, que permite seu uso em cimentos, livre de desvios substanciais de coloração. [029] Para atingir este objetivo, a presente invenção refere-se a uma pozolana compreendendo pelo menos 2,0% de andradita em sua composição, preferivelmente, de 2,0% a 8,0% de andradita e no máximo 5,0% de hematita, em sua composição. Preferivelmente, a Pozolana, de acordo com a presente invenção, compreende adicionalmente de 2,0% a 10,0% de Mulita, de 0, 1 % a 5,0% de Hematita, de 2,0% a 10,0% de Anortita, de 0,0% a 5,0% de Cristobalita e de 20,0% a 50,0% de Quartzo. A andradita é uma andradita resultante de formação in-situ durante a calcinação.

[030] A presente invenção compreende ainda um processo de produção de Pozolana compreendendo uma etapa de calcinação que promove a formação, in- situ, de andradita, preferivelmente, a calcinação é realizada entre 900 °C e 1 .300 °C, preferivelmente 950 °C. O processo de produção de Pozolana compreende ainda:

[031 ] a) Mistu ração de argila vermelha e calcário na proporção de 50% a 97% de argila e 3% a 50% de calcário, produzindo uma mistura,

[032] b) Alimentação no forno com a mistura de argila e calcário,

[033] c) Calcinação da mistura a uma temperatura entre 900 °C e 1 .300 °G

[034] d) Formação in-situ de andradita.

[035] O processo de produção de Pozolana, objeto da presente invenção, apresenta um tempo de residência da mistura dentro do forno de aproximadamente 90 minutos, com a alimentação, no forno, da mistura de argila e calcário ser em contra fluxo aos gases de exaustão, produzidos pela queima de combustível, arrastados pelo interior do forno através de exaustor.

[036] Especificamente, o processo contempla o processo já conhecido na técnica, ou seja, a argila vermelha proveniente da jazida alimenta uma moega com destorroador, que abastece um silo intermediário dotado de balança, que dosa a argila em uma correia transportadora que transporta o material até a rampa de entrada do forno onde o material é alimentado ao forno para ser calcinado e resfriado, onde um transportador recebe o material e transporta até o silo de estocagem estando pronto para consumo. Um maçarico acoplado à saída do forno queima combustível gerando gases que são arrastados do interior do forno, passam por um ciclone onde parte do material particulado é retido e retorna ao forno por gravidade. Os gases contendo partículas finas passam por um filtro de mangas onde ficam retidos os finos de particulado que também retorna ao forno através de transporte mecânico, sendo que os gases limpos passam pelo ventilador de tiragem e são lançados na atmosfera através de uma chaminé. No processo da presente invenção, o tempo de residência do material dentro do forno é de aproximadamente 90 minutos e a temperatura de calcinação é de 900°C a 1 .3Q0°C, para formação in- sítu de andradita, conferindo coloração cinza-escuro à pozolana calcinada.

[037] Os exemplos não limitadores a seguir ilustram com mais detalhes a invenção.

Testes

[038] Foi realizado um teste industrial de fabricação da pozolana, objeto da presente invenção, com a produção de 300 1 de pozolana durante 6 horas. O forno de pozolana trabalhou de forma estável, não ocorrendo nenhum distúrbio operacional durante a realização do teste. A pozolana produzida, Figura 2 e Figura 3, apresentou boa granulação e coloração cinza escura, adequada para utilização como adição ao cimento.

Resultados

[039] Caracterização dos materiais

[040] A argila vermelha foi calcinada in natura, sem calcário. A comparação entre sua cor antes e depois de calcinada é apresentada na Figura 1 .

[041 ] A Figura 2 exibe a comparação da argila vermelha com 18% de calcário e após calcinação, e evidencia a mudança significativa de cor, que passa de vermelho (Figura 1 ) para cinza escuro.

[042] A Tabela 1 apresenta a caracterização da argila vermelha in natura e da mistura de 82% de argila vermelha e 18% de calcário, após a calcinação a 950°C:

Tabe a 1 - Caracterização da argila n natura e da mistura 82% de argila e 18% calcário calcinada

[043] A análise mineralógica por difração de raios X (DRX) da argila vermelha calcinada em laboratório, sem a adição de calcário, é apresentada na Figura 4.

[044] Observa -se que quando a argila é calcinada sem o calcário, há a permanência do ferro na forma de hematita, que é o mineral responsável pela coloração vermelha. [045] A análise mineralógica por difração de raios X (DRX) da argila vermelha calcinada em laboratório, com a adição de calcário, é apresentada na Figura 5.

[046] Quando a argila é calcinada com o calcário, observa -se o desaparecimento da hematite e a formação de andradita, que é um silicato de ferro e cálcio. Este mineral tem cor esverdeada, contribuindo, assim, para a modificação da cor da pozolana resultante.

[047] Na Tabela 2, são detalhadas as nomenclaturas dos minerais, suas fórmulas químicas e coloração.

[048] Tabela 2

[049] Tabela 2 - Lista dos minerais identificados na DRX, com fórmula química e possíveis cores.

[050] O teste industrial realizado no forno de pozolana mostrou ser possível produzir pozolana de boa qualidade tanto do ponto de vista da reatividade quanto da cor, a partir de argila vermelha em mistura com calcário. Sem prender-se à teoria, acredita-se que a mudança de coloração final da pozolana, de vermelha para cinza, ocorreu devido à formação de andradita, no lugar de hematite, em função da presença de cálcio proveniente do calcário e do silício proveniente da própria argila vermelha.

[051 ] Esta nova condição de calcinação permitirá a plantas de fabricação da pozolana, onde existem fornos antigos ociosos, produzirem pozolanas de coloração cinza a partir do uso de argilas vermelhas abundantes nos capeamentos das jazidas de calcário.

[052] Tal iniciativa reduzirá substancialmente os custos de fabricação e o fator clínquer.