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Tesis Doctoral
DOI
10.11606/T.44.1983.tde-25092013-150634
Documento
Autor
Nombre completo
Yushiro Kihara
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 1983
Director
Tribunal
Coutinho, Jose Moacyr Vianna (Presidente)
Oliveira, Marcos Aurelio Farias de
Qualifik, Paul
Ribeiro Filho, Evaristo
Valarelli, Jose Vicente
Título en portugués
O estudo mineralógico das cinzas volantes brasileiras: origem, caracteristicas e qualidade
Palabras clave en portugués
Brasil
Mineralogia
Resumen en portugués
As cinzas volantes são resíduos fundamentalmente sílico-aluminosos, finamente divididos, provenientes da combustão do carvão mineral pulverizado, utilizado em usinas termelétricas. São considerados materiais pozolânicos, à semelhança das cinzas vulcânicas ácidas, por apresentarem capacidade de reação com a cal, em presença de água, originando a formação de compostos novos com propriedades aglomerantes. Estudaram-se 31 amostras de cinzas volantes das cinco principais termelétricas brasileiras movidas a carvão mineral, envolvendo o emprego de diversas técnicas analíticas como análises químicas por gravimetria, complexometria e fotometria de chamas, difratometria de raios X, análise termodiferencial, análise termogravimétrica, microscopia de luz transmitida e refletida, microssonda eletrônica e microscopia eletrônica de varredura e transmissão. As cinzas brasileiras apresentaram composição sílico-aluminosa com constituição secundária de ferro, cálcio, magnésio e álcalis. Componentes como Ti'O IND. 2', 'P IND. 2' 'O IND. 5', 'Mn IND. 2' 'O IND. 3', Sr'O IND. 2', 'V IND. 2' 'O IND. 5', 'Li IND. 2'O, terras raras e outros estão presentes na forma de traços. O padrão de distribuição dos elementos químicos mais comuns (Si, Al, Fe, Ca, K e Ti), observados por microssonda eletrônica nas cinzas das três principais termelétricas: Jorge Lacerda (SC), Charqueadas (RS) e Presidente Médici (RS), apresentam semelhanças entre si, com alguns grãos podendo apresentar concentrações maiores de um ou mais elementos. As cinzas volantes das diferentes termelétricas brasileiras são constituídas mineralogicamente por uma fase vítrea principal, de natureza sílico-aluminosa, e secundariamente, por mulita, quartzo, hematita e magnetita. Associada aos grãos de cinzas é comum a ocorrência de carbono amorfo. Apresentam composições mineralógicas e feições morfológicas semelhantes, diferindo na proporção de seus constituintes e na frequência das distintas feições morfológicas e microestruturais. A formação fase vítrea sílico-aluminosa está relacionada à frequência de argilominerais presentes e às condições de combustão das partículas de carvão. A fase vítrea é o componente principal dos grãos não opacos de formas arredondadas de aspecto esponjoso e esféricas. As cinzas da Termelétrica de Jorge Lacerda são as que apresentam o maior conteúdo de fase vítrea e a maior frequência de esferólitos vítreos. A mulita origina-se, principalmente, da caulinita por reações de mulitização durante a combustão do carvão e encontra-se sob a forma de inclusões na fase vítrea. Ocorre com frequência nas cinzas das Termelétricas de Jorge Lacerda (SC), São Jerônimo (RS), Charqueadas (RS) e Presidente Médici (RS). Nas cinzas da termelétrica de Figueiras (PR) foi detectada em baixas proporções, com teores menores que 5%. O quartzo tem sua frequência diminuída na cinza, em função da temperatura de calcinação e finura do carvão, participando na formação da fase vítrea e transformando-se parcialmente em cristobalita, em condições particulares de alta temperatura. Ocorre como grãos irregulares individualizados associados a partículas carbonosas e como inclusões na fase vítrea. Os teores mais altos de quartzo foram determinados nas cinzas das Termelétricas de Presidente Médici (RS) e Charqueada (RS). A hematita e magnetita ocorrem com baixa frequência em todas as cinzas estudadas e provêm da composição e oxidação de pirita, marcassita e pirrotita dos carvões. Os teores mais altos foram observados nas cinzas das Termelétricas de Figueiras (PR) e São Jerônimo (RS). A composição química, conteúdo de carbono, finura, mineralogia e características microestruturais e morfológicas dos grãos de cinzas volantes são condicionados pelas características do carvão mineral utilizado, pelas condições de combustão e pelo sistema de coleta, constituindo parâmetros que influem no comportamento das cinzas volantes como materiais pozolânicos. A avaliação potencial da qualidade das cinzas, fundamentada nesses parâmetros, mostra que as cinzas volantes da Termelétrica Jorge Lacerda são as que apresentam as melhores características para o desenvolvimentos das propriedades pozolânicas. Despontam, a seguir, as cinzas das Termelétricas de Presidente Médici e Charqueadas. Por outro lado, as cinzas das Termelétricas de Figueiras e São Jerônimo apresentam-se potencialmente desfavoráveis, com características inadequadas para uso como pozolanas. A aplicação dos conhecimentos e procedimentos de investigação da Mineralogia, no estudo das cinzas volantes brasileiras, concomitante ao estudo de modificações mineralógicas das fases presentes no material de partida (carvão mineral), constituem condições necessárias e primordiais a uma melhor compreensão dos processos de formação, caracterização e avaliação da qualidade das cinzas como material pozolânico.
Palabras clave en inglés
Not available.
Resumen en inglés
FIy ashes are fine-grained silica-aluminous residues produced by the burning of pulverized mineral coal in thermoelectric plants. Like acid volcanic ashes , fly ashes are regarded as pozzolanic materials as they react with lime in the presence of water to give rise to new binder compounds. Thirty-one fly ash samples from the five main Brazillian coal-powered thermoelectric plants were subjected to gravimetric chemical analysis, complexometry, flame photometry, X-ray diffractometry, thermodifferentiaI and thermogravimetric anaIysis, transmitted and reflected light microscopy, electron microprobe analysis and transmited and scanning electron microscopy. Brazilian fIy ashes are essentially silica - aluminous in composition with lesser amounts of Fe, Ca, Mg and alkalies. Furthermore, they contain Ti, P, Mn, Sr, V, Li as trace elements. Similar distribution patterns of common elements (Si, AI, Fe, Ca, K and Ti) were observed by microprobe analysis in ashes from the three main power plants: Jorge Lacerda (SC), Charqueadas (RS) and Presidente Médici (RS); however some grains show higher concentrations of one or more of these elements. Mineralogically, the analysed ashes are made up principally, of a vitreous silica-aluminous phase accompanied by Iesser mullite, quartz hematite, magnetite and amorphous carbon. They exhibit homogeneous morphologic and mineralogic features, differing only in the proportion of their constituents and in the frequency of distinct features. The development of Si-Al glass is conditioned by the amount of clay minerals in the coal particles as well as by the attendant burning conditions. This vitreous phase is the main component of the rounded, "spongy, and spherical, non-opaque granules. The ashes at the Jorge Lacerda plant show the highest content of both the vitreous phase and glass spherulites. Mullite occurs as inclusions in the glasses and is produced mainly from kaolinite by way of "muIlitization" reactions which take place during the coal burning. It is a commonly occurring phase in the Jorge Lacerda, São Jerônimo, Charqueadas and Presidente Medice plants; it has been detected only in minor quantities (less than 5%) in ashes from the Figueiras plant. The amount of quartz in the ashes diminishes with higher calcination temperatures and with coal fineness. Quartz takes part in the formation of the vitreous phase and at higher temperatures partially recrystallizes as cristobalite, it occurs as irregular grains included in glass or associated with carbon particles. The largest amounts of quartz were detected in ashes from the Presidente Medice and Charqueadas plants. Hematite and magnetite were found in small amounts in all studied ashes. They are obtained from the decomposition and oxidation of pyrite, marcassite and pyrrhotite. Chemical and mineralogical composition, carbon content, and granularity as well as microstructuraI and morphological features of fly ash particles depend on the qualities of the mineral coal, burning conditions and the system used for their collection. Together, these constitute parameters which affect the behaviour of fly ashes as pozzolanic materials. An evaluation of the potential qualities of these ashes using these parameters indicates that the best ashes are those from Jorge Lacerda plant followed by those from the Presidente Medice and Charqueades ashes. On the other hand, the Figueiras and São Jeronimo ashes are poorly suited for use as pozzolanic material. Application of mineralogical knowledge and investigation procedures in the study of Brazilian fly ashes, together with the study of the mineral phases obtained from the starting substance (mineral coal), is essential for a better understanding of the origen of ashes as well as for their technological appraisal as a pozolanic materiaI.
 
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Fecha de Publicación
2013-09-27
 
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