Cal by Sergio Pereira

CAL: PROCESSO, PRODUÇÃO E APLICAÇÃO

INTRODUÇÃO

CAL produto estratégico, básico e vital para o desenvolvimento – Volume utilizado – Multiplicidade de seus usos – Valores sociais envolvidos

CONCEITO DE CAL VIRGEM

Principal produto de calcinação de rochas calcárias NORMA NBR 6453/03 : produto composto predominante por óxido de cálcio ou por óxido de cálcio e magnésio, resultante da calcinação à T de 900 a 1.200ºC de calcários calcíticos, calcários magnesianos e dolomitos

HISTÓRIA DA CAL

Uso da cal pelo homem primitivo remonta aos primórdios da Idade da Pedra (Período Paleolítico Superior: 10 a 25 mil anos). Evidências: Gruta de Lascaux (Fr)

Gruta de Lascaux

HISTÓRIA DA CAL

Pintura de cavernas

Cor branca: cal Cor vermelha: argila ferruginosa Cor preta: óxido de manganês Líquidos misturados: gordura, sangue e urina

HISTÓRIA DA CAL

Pirâmides do Egito

1350 a.C Vedação das câmaras e juntas dos blocos

HISTÓRIA DA CAL

800 a.C.: etruscos foram os primeiros a utilizarem argamassa na construção de túmulos 600 a.C.: romanos começam a usar cal

HISTÓRIA DA CAL

Via Ápia (312 a.C): 4 camadas – Básica: pedras chatas, 20 – 60 cm – De cascalho: misturado com cal: 22,5 cm – Central: 30 cm, cascalho de pequena granulometria e areia grossa, misturados com cal (concreto romano) – Capa de r. vulcânicas: sobre a argamassa, ainda fresca: 15 cm

MURALHA DA CHINA (228 a.C) • mistura bem compactada de argila e cal, com eventuais adições de clara de ovo • 3 partes de cal

com 2 partes de argila e compactação com discos de ferro

HISTÓRIA DA CAL

75 A.C.: uso médico de soluções de água de cal material arenoso vulcânico da região de Pozzuoli misturado com cal, cascalho e água = cimento pozolânico. 1.217: cal (virgem e moída) utilizada em guerra 11

Coliseo de Roma (80 d.C)

HISTÓRIA DA CAL NO BRASIL

1.549: Thomé de Souza ordena a criação da 1a. mineração no Brasil: depósitos de calcário da Baía de Todos os Santos Até 1930: uso na construção, açúcar, cortume de couro e tratamento de água Década de 50: surto da construção, açúcar, celulose e siderurgia

ORIGEM DOS CALCÁRIOS/DOLOMITOS

MATร RIAS-PRIMAS

Mรกrmores e dolomitos

Calcรกrios sedimentares e concheiros

APLICAÇÃO DOS CALCÁRIOS

Fabricação de cal

Fabricação de cimento portland

Fundente em metalurgia

Corretivo de solos

Fabricação de refratário

Fabricação de vidro

Produtos químicos 16

Rochas Calcรกrias

MINERALOGIA DOS CALCÁRIOS

CALCITA (CaCO3) – CaO = 56% ARAGONITA ( CaCO3) – CaO = 56% DOLOMITA (Ca,Mg(CO3) – CaO = 30,4% e MgO = 21,7% MAGNESITA ( MgCO3) – MgO = 47,8% 18

Calcita (CaCO3)

Aragonita (CaCO3) 20

IMPUREZAS DOS CALCĂ RIOS

Quartzo

Feldspato

Talco

Mica

Serpentina

Pirita

Hematita

Magnetita

Apatita

FABRICAÇÃO DE CAL

Pedreira de calcário (Minercal) 22

FLUXOGRAMA DE PROCESSO FATORES DE INFLUÊNCIA

FORNOS DE CAL

Forno de barranco descontínuo – produção: 3-4 t/dia

Forno de barranco contínuo – produção: 10 t/dia

Forno vertical metálico de cuba simples – produção: 350 t/dia

Forno vertical metálico de cubas múltiplas e fluxos paralelos – produção até 500 t/dia Forno rotativo

– Produção até 1000 t/dia 24

FABRICAÇÃO DE CAL

Forno antigo (Portugal)

FABRICAÇÃO DE CAL

Forno Antigo de barranco em alvenaria (China) 26

FABRICAÇÃO DE CAL

Fornos Verticais (sec. XIX)

FABRICAÇÃO DE CAL

Forno Vertical de Barranco (Itararé) 28

ESQUEMA DE FORNO DE BARRANCO

FABRICAÇÃO DE CAL

Forno de calcinação Vertical AZBE (Mineracal): 250 t/dia

ESQUEMA DE FORNO AZBE

FABRICAÇÃO DE CAL

Forno rotativo (Klabin) – 1000 t/d

PROCESSO DE PRODUÇÃO CALCÁRIO

CAL VIRGEM + CO2 1000ºC

CAL VIRGEM + H2O

CAL HIDRATADA

CONDIÇÕES DE CALCINAÇÃO: – T e PCO2

CaCO3 100%

CaO + CO2 56%

44%

Reação de decomposição: ENDOTÉRMICA (43 kcal/mol)

IMPACTO AMBIENTAL: EMISSÃO DE CO2

Fonte: – Decomposição do calcário: 770 kg CO2 /t (1,75 t de calcário/t de cal virgem) – Uso de combustível: gás natural, óleo combustível, lenha e carvão vegetal – 241 kg CO2 /t 35

MICROESTRUTURA DA TRANSFORMAÇÃO

MICROESTRURA DA TRANSFORMAÇÃO

700ºC

900ºC

7 1000ºC 0 0 º C

1500ºC

SEQUENCIA DE FORMAÇÃO DAS FASES

CLASSIFICAÇÃO DA CAL VIRGEM

Cal virgem cálcica – 90 a 100% de CaO

Cal virgem magnesiana – 65 a 90% de CaO

Cal virgem dolomítica – 58 a 65% de CaO

+ hidratada 39

CAL HIDRATADA CAL VIRGEM + H2O

CAL HIDRATADA

Reação fortemente exotérmica – Cal cálcica – Cal dolomítica

272 kcal/kg 211 kcal/kg

CLASSIFICAÇÃO DA CAL HIDRATADA

Cal hidratada cálcica

Cal hidratada magnesiana

Cal hidratada dolomítica

+ hidratada 41

Aplicações da Cal Absorção Aglomeração Causticação Desidratação Floculação Fluxo e aglutinação Hidrolização Lubrificação

Matéria-prima Neutralização Solvente Outros: – combate à cólera – Desinfecção – Correção de acidez – Cozinha (doces) – Medicina caseira 42

USO DA CAL NO BRASIL

Metalurgia e Siderurgia – 45,9% Construção Civil – 30,3% Álcalis – 4,8% Papel e Celulose – 3,8% Indústria Química e Metalúrgica – 3,8% Tinta – 3,1% Açúcar – 3,0% Outros – 4,2 %

PRODUÇÃO MUNDIAL 2008

China : 175 M t – 77,5%

USA : 19,8 M t – 8,77%

Japão : 9,0 Mt – 4,0%

Russia : 8,0 Mt – 3,5%

Brasil : 7,0 Mt – 3,1%

Alemanha : 7,0 M t – 3,1%

México : 6,5 M t – 5,4% 44

PRODUÇÃO BRASILEIRA

Brasil: 6,8 Mt em 2008

Crescimento modesto com queda em 2008

Região Sudeste: 73% da Produção Brasileira

Região Sul: 14% da produção

Tipos de produtores: • Integrados: produzem cal a partir do calcário próprio • Não integrados: produzem cal e compram calcário • Transformadores: realizam moagem e produzem cal • Cativos: produzem cal para consumo próprio (siderurgia) 45

CONSUMO PER CAPITA (kg/hab)- 2007

Belgica : 193

Alemanha : 130

Polonia : 119

Russia : 112

Brasil : 40 46

CENÁRIO DA INDUSTRIA NO BRASIL

Produtores: mais de 100

Produção: 1 a 1000 t/dia de cal virgem

Dispersão das unidades de fabricação

Facilidade e abundância de oferta

Menor custo entre os reagentes alcalinos e aglomerantes cimentícios

MERCADO

Crescimento em função do mercado e disponibilidade de calcário

Principais produtores: SP, RJ,MG,BA, CE, PR, ES e PB

Principais consumidores: construção civil, siderurgia, ind. química, pelotização, açúcar e celulose.

DESAFIOS

Apoio técnico e financeiro à pequena mineração

Acesso à atualização e modernização da tecnologia

Implementar programas de capacitação ambiental

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Panorama futuro favorável: crescimento da construção civil e recuperação da siderúrgia

Papel importante no desenvolvimento de uma nação pela multiplicidade de seus usos 50

A CAL NA CONSTRUÇÃO CIVIL

REQUISITOS E CRITÉRIOS DE QUALIDADE DA CAL

NBR

6453/03

norma de cal virgem

NBR

7175/03

norma de cal hidratada

CICLO DA CAL COMO ARGAMASSA NA CONSTRUÇÃO CIVIL Argamassa:

mistura de cal, água e areia para construções

Cal

hidratada hidráulica: ligante

CICLO DAS FASES

CICLO DA CAL COMO ARGAMASSA NA CONSTRUÇÃO CIVIL

Mecanismo de cimentação da cal – – – – – –

preenchimento de vazios e encobrimento dos grãos evaporação de água livre recristalização dos hidróxidos cristalização de carbonatos entrelaçamento de cristais recristalização de silicatos e aluminatos neoformados

aumento da idade 55

CICLO DA CAL COMO ARGAMASSA NA CONSTRUÇÃO CIVIL

Mineralogia dos produtos de reação: – – – – – – – –

portlandita – Ca(OH)2 brucita – Mg(OH)2 calcita – CaCO3 aragonita – CaCO3 hidromagnesita – 3MgCO3.Mg(OH)2.3H2O nesquehonita – MgCO3.3H2O silicatos de cálcio hidratado – CSH aluminato de cálcio hidratado – CA 56

BIBLIOGRAFIA :

Anuário Estatístico: Setor de transformação de Não Metálicos. Secretaria de Geologia, Mineração e Transformação Mineral – 2007 – Brasilia: SGM, 72 p.

Callister, W.D. – 2000 Materials science and engineering – an introduction.

Cincotto, M.A., Quarcioni, V.A. e John, V.M. – 2007. Cal na Construção Civil. Materiais de construção civil e Princípios da Ciência e Engenharia de Materiais ed. G.C.Isaia – São Paulo: IBRACON, 2007. 2v.

Guimarães, J.E.P. -1990. A indústria da cal no Brasil. Panorama do setor no início da década de 80. 2º ed. Associação Brasileira de Produtores de Cal, 45 p.

Pereira, L.S. e Ferreira, G.E. – 2009. A Industria de Cal no Brasil. XVII Jornada de Iniciação Científica – CETEM – RJ, 178-184

Veiga, M.M e Paschoal, J.O.A. 1991. Panorama do Setor de Materiais e suas relações com a Mineração. CETEM, CNPq, Rio de Janeiro, 126 p..