Deseja-se produzir sinter de minério de ferro de basicidade binária (\mathrm{CaO} / \mathrm{SiO} 2)=1,8. O sinter feed tem composição: Fe total =65,64 \% ; \mathrm{SiO} 2=3,30 \% ; \mathrm{Al} 2 \mathrm{O} 3=\mathrm{O,91} \% ; \mathrm{MnO}=0,13 \% ; perda ao fogo =1,88 \%. O combustível é moinha de coque, com 12 \% de cinzas e 1% de matéria volátil. Usa-se 4,5 % de moinha de coque na mistura a sinterizar. As cinzas do coque contém 55 \% de silica, 3 \% de \mathrm{CaO}, 2 \% de MgO e 40 \% de Alumina. Dispõe-se de calcáreo contendo 90% CaCO3; 8% de MgCO3 e 2% de silica. Pede-se:
a) A composição da mistura seca a sinterizar.
b) O peso de sinter por tonelada de mistura seca, e a composição do mesmo. Relate as hipóteses feitas para a resolução do problema.

Passo 1

Resumindo, queremos preparar uma mistura seca para sinterizar com “basicidade binária”
\frac{\text{CaO}}{\text{SiO}_2} = 1{,}8
usando três componentes em 1 t de mistura seca:
– sinter feed (composição: Fe 65,64 %; Si O_{2} 3,30 %; A l_{2} O_{3} 0,91 %; MnO 0,13 %; LOI 1,88 %),
– moinha de coque (4,5 % na mistura, contendo 12 % cinzas, 1 % voláteis),
– calcário (composição: 90 % CaC O_{3}, 8 % MgC O_{3}, 2 % Si O_{2}).
Para resolver, vamos:
  1. fazer balanço de massa de CaO e de Si O_{2} para achar a fração de calcário,
  2. calcular a composição em óxidos da mistura seca,
  3. determinar o rendimento do sinter (1 t mistura → quanto de sinter) e
  4. a composição do sinter em óxidos.

Passo 2

Definimos massas (em t por t de mistura seca):
M_c = 0{,}045,\quad M_f = 1 - M_c - M_l,\quad M_l = \text{massa de calcário}á
Contribuições de CaO (após calcinação) e Si O_{2}:
CaO_{coke} = M_c\times0{,}12\times0{,}03
CaO_{cal} = M_l\times0{,}90\times\frac{56{,}08}{100{,}09}
– Si O_{2}{feed} = M_f\times0{,}033
– Si O_{2}
{coke} = M_c\times0{,}12\times0{,}55
– Si O_{2}_{cal} = M_l\times0{,}02
Impondo basicidade 1,8:
\frac{0{,}045\cdot0{,}12\cdot0{,}03 + M_l\cdot0{,}90\cdot\frac{56{,}08}{100{,}09}} {M_f\cdot0{,}033 + 0{,}045\cdot0{,}12\cdot0{,}55 + M_l\cdot0{,}02} =1{,}8, \quad M_f=0{,}955 - M_l.
Resolvendo, obtém-se
M_l = 0{,}11733,\quad M_f = 0{,}955 - 0{,}11733 = 0{,}83767.

Passo 3

Com estas frações, em 1 t de mistura seca calculamos cada componente em óxidos (t):
Fe = 0{,}83767\times0{,}6564 = 0{,}54979
Si O_{2} = 0{,}83767\times0{,}033 + 0{,}045\times0{,}12\times0{,}55 +0{,}11733\times0{,}02 =0{,}03296
A l_{2} O_{3} = 0{,}83767\times0{,}0091 + 0{,}045\times0{,}12\times0{,}40 =0{,}00978
MnO = 0{,}83767\times0{,}0013 =0{,}00109
CaO = 0{,}045\cdot0{,}12\cdot0{,}03 + 0{,}11733\cdot0{,}90\cdot\frac{56{,}08}{100{,}09} =0{,}05938
MgO = 0{,}045\cdot0{,}12\cdot0{,}02 + 0{,}11733\cdot0{,}08\cdot\frac{40{,}30}{84{,}31} =0{,}00460
LOI = feed LOI + voláteis coke + C O_{2} de CaC O_{3}, MgC O_{3}
=0{,}83767\cdot0{,}0188 +0{,}045\cdot0{,}01 +0{,}11733\bigl(0{,}90\cdot\frac{44{,}01}{100{,}09}+0{,}08\cdot\frac{44{,}01}{84{,}31}\bigr) =0{,}06756.
Logo, em % (tabelamos só os listados):
(a) Mistura seca =
Fe 54,98 %; Si O_{2} 3,30 %; A l_{2} O_{3} 0,98 %; MnO 0,11 %; CaO 5,94 %; MgO 0,46 %; LOI 6,76 %; além de carbono fixo do coke e outros não listados.

Passo 4

Para cada 1 t de mistura seca, perdem-se no sinter:
– toda LOI (0,06756 t),
– carbono fixo do coque =0{,}045\times0{,}87=0{,}03915 t.
Rendimento do sinter:
1 - (0{,}06756+0{,}03915) = 0{,}89329\quad\text{(t de sinter por t de mistura)}.

Passo 5

As massas de óxidos que restam no sinter são as mesmas calculadas no passo 3 (pois só saem C O_{2} e C). Dividindo-as pelo peso do sinter 0{,}89329 t, obtemos a composição final em %:
Fe = \tfrac{0{,}54979}{0{,}89329}=61{,}57\%
Si O_{2} = \tfrac{0{,}03296}{0{,}89329}=3{,}69\%
A l_{2} O_{3} = \tfrac{0{,}00978}{0{,}89329}=1{,}10\%
MnO = \tfrac{0{,}00109}{0{,}89329}=0{,}12\%
CaO = \tfrac{0{,}05938}{0{,}89329}=6{,}65\%
MgO = \tfrac{0{,}00460}{0{,}89329}=0{,}52\%

Resposta

(a) Mistura seca (frações em massa):
– sinter feed 83,77 %
– moinha de coque 4,50 %
– calcário 11,73 %
Composição em óxidos da mistura seca:
Fe 54,98 %; Si O_{2} 3,30 %; A l_{2} O_{3} 0,98 %; MnO 0,11 %; CaO 5,94 %; MgO 0,46 %; LOI 6,76 %.
(b) Rendimento de sinter =0,8933 t por t de mistura seca.
Composição do sinter:
Fe 61,57 %; Si O_{2} 3,69 %; A l_{2} O_{3} 1,10 %; MnO 0,12 %; CaO 6,65 %; MgO 0,52 %.
Hipóteses: completa decomposição de carbonatos, completa combustão de carbono e voláteis, sem volatilização de óxidos metálicos e sem incorporação de susbstâncias não listadas.

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