A drenagem ácida de minas (DAM) é formada quando certos minerais sulfetados são expostos a condições de oxidação. A DAM é normalmente associada com a mineração de carvão, principalmente de depósitos de rejeitos de carvão, que possuem alta concentração de pirita (FeS2). A neutralização da DAM usando materiais alcalinos, como calcário e escórias de aciaria é uma das técnicas utilizadas para remediação deste problema. Assim, o objetivo deste trabalho foi estudar o desempenho da escória de aciaria elétrica do forno-panela na neutralização da DAM em leitos de percolação em comparação com calcário, material tradicionalmente empregado para tal fim. A metodologia de trabalho consistiu na construção de dois sistemas em escala de laboratório, um leito em canal aberto e um reator de leito empacotado. Estudos foram conduzidos para avaliar a capacidade de neutralização e a qualidade do efluente tratado, considerando os seguintes parâmetros: pH, Fe, Al, Cr, Mn, Zn, Ca, Mg, dureza, sulfatos, condutividade e efeitos toxicológicos para microcrustáceos e peixes. Adicionalmente, foram conduzidos estudos de caracterização da escória antes e após aplicação na neutralização da DAM, visando sua futura destinação. O uso de reator de leito empacotado para tratamento da DAM obteve melhores resultados do que o sistema de canal aberto. O reator evita a percolação do efluente por caminhos preferenciais, aumentando a relação volume tratado/volume de leito. Os ensaios realizados com a escória do forno-panela no reator de leito empacotado demonstraram que esse material apresenta uma alta basicidade, permitindo equalização do efluente de saída para que seja descartado na faixa neutra de pH com a remoção dos metais, enquanto com calcário a remoção dos metais foi parcial, ficando o Fe e Mn com valores acima do permitido pela legislação para o descartes de efluentes. Em ambos os casos, o efluente tratado não apresentou toxicidade. Um dos problemas identificados, para ambos os materiais, foi o recobrimento das partículas pelos hidróxidos metálicos na superfície dos materiais, que reduziu a vida útil dos sistemas e o volume de efluente tratado. O ensaio de expansibilidade demonstra que a escória do forno-panela, na sua forma original, apresenta característica expansiva. Após a neutralização do efluente, a escória apresentou expansão menor que o limite estabelecido na norma ASTM C1260, o que poderia viabilizar sua utilização como agregado na construção civil. Os estudos realizados neste trabalho permitiram concluir que o uso de escórias do forno-panela para neutralização de DAM é uma solução, no sentido de melhorar a qualidade da água em depósitos de rejeitos de carvão, possibilitando um destino para a escória de aciaria elétrica após o tratamento da DAM. / The acid mine drainage (AMD) is formed when certain sulfide minerals are exposed to oxidizing conditions. The AMD is commonly associated with coal mining, especially in coal waste deposits that contain high pyrite (FeS2) concentration. The neutralization of AMD using alkaline materials, like limestone and steel slag is one of the useful remediation techniques. The aim of this work was to study the performance of an electric steel slag of a ladle furnace in the neutralization of the AMD in a percolation bed in a comparative way with limestone, material normaly used for this purpose. The methodology of this work is based in the set up of two systems at labotatory scale, one with open channel bed and the other with bed packed reactor. The studies were directed in order to evaluate the neutralization capacity and the quality of the treated effluent, considering the following parameters: pH, Fe, Al, Cr, Mn, Zn, Ca, Mg, hardness, sulphate, conductivity, and toxicological efects to microcrustacean and fish. Addicionaly, some studies was carried out to caracterize the slag before and after application in the neutralization of the AMD, looking for a future destination. The use of the packed bed reactor for the AMD treatment showed better results than the open channels. The reactor avoids the percolation of the effluent to preferential ways, increasing the volume treated/volume of the bed ratio. The tests carried out with slag of the ladle furnace in the packed bed reactor proves that this material have great basicity allowing the equalization of the effluent output to be discharged in a neutral pH degree with metals removal, while with limestone the metals upstake is partial, remainig Fe and Mn with values above than the allowed by the legislation to effluent discharge. In both cases, the efluent didn’t show toxicity. One of the identified problems to both materials was the metalic hidroxid recovering in the surface, reducing the useful life of the system and the volume of treated effluent. The expansibility tests showed that the ladle furnace slag in the original form have expansive characterists. After the neutralization of the effluent, the slag expansion remains below of the standard border ASTM C1260, and could be possible the use as an aggregate in the civil construction. The results showed in this work allows the conclusion that the use of the ladle furnace slag for neutralization of the AMD is a possible solution to improve the water quality in coal waste deposits.

O pó de aciaria elétrica é um importante subproduto da indústria siderúrgica devido ao seu alto teor de zinco. Assim, tecnologias vêm sendo desenvolvidas visando seu aproveitamento, sendo o forno Waelz a mais difundida delas atualmente. No entanto, sua operação, por contar com um forno rotativo de grandes dimensões que abriga uma infinidade de fenômenos físico-químicos, apresenta difícil previsibilidade ab initio. Por essa razão, este trabalho faz uso de uma ferramenta avançada da termodinâmica computacional, destinada à modelagem de processos, chamada SimuSage, a fim de modelar o seu comportamento. Para a criação do modelo utilizou-se também uma base de dados termodinâmicos advinda do software FactSage e a plataforma de desenvolvimento Lazarus. Com base em dados e resultados operacionais da literatura, foi possível realizar simulações nos modos adiabático e isotérmico, comparando os resultados com os da prática industrial. Constatou-se uma grande capacidade do modelo de reproduzir os resultados da literatura, mesmo quando não há muita informação para aferição dos parâmetros, gerando boa concordância com a composição química relatada dos produtos Óxido Waelz e Escória Waelz. / The electric arc furnace dust is an important by-product of the steel industry due to its high content of zinc. Thus, technologies have been developed aiming for its use, and the Waelz Kiln is the most widespread of them today. However, counting on a very large rotary kiln that houses an infinity of physico-chemical phenomena, its operation is difficult to predict ab initio. For this reason, in order to model its behaviour this work uses an advanced tool of computational thermodynamics designed to process modelling, called SimuSage. To create the model, a thermodynamic database, provided by the FactSage software, as well as a development platform, Lazarus IDE, were also used. Based on operational data and results from de literature, it was possible to perform simulations on both adiabatic and isothermal modes comparing its results with the industrial practice. A great capability of the model to reproduce results from the literature was found, even when there is not much information for the parameters calibration, generating good agreement regarding the reported chemical composition for the products, Waelz Oxide and Waelz Slag.

Este trabalho tem por objetivo estudar o aproveitamento do pó de aciaria elétrica (PAE) na sinterização de minério de ferro visando a eliminação de zinco. Primeiramente, foi feita uma caracterização física e química do resíduo através de análises químicas, granulométricas, morfológicas e de difração de raios-X. O minério de ferro, principal componente do processo de sinterização, foi caracterizado através de análise química, granulométrica e de umidade. Em seguida, foram fabricadas micropelotas de 3,0 a 5,0mm de diâmetro compostas por 70% de PAE e 30% de moinha de coque, que foram classificadas por peneiramento e secas em esfufa. Depois de aglomerado, o resíduo foi incorporado na sinterização de minério de ferro em diferentes proporções, condições de processo e formas de adição (micropelotas, undersize da micropelotização com granulometria entre 1,0 e 2,0mm, ou mistura de PAE e coque em pó). A cada processo de sinterização foram retiradas amostras de sínter, os materiais foram analisados através de Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV), macroscopia e análises químicas por espectrofotometria de absorção atômica para verificar o teor de zinco. Amostras de misturas não sinterizadas também foram submetidas a análises químicas para determinar a quantidade inicial de zinco, ou seja, verificar a quantidade de zinco contido na mistura antes do processo de sinterização. Mediante a comparação do teor de zinco das amostras não sinterizadas com os sínteres, foi possível determinar a eliminação de zinco nos ensaios realizados. Aproximadamente 92% de zinco foi eliminado (junto com os gases de saída) com a incorporação de 10% de micropelotas na mistura a sinterizar. Os resultados mostraram que a eliminação do metal no processo é proporcional à relação redutor/resíduo. / The aim of this work was to study the use of electric arc furnace dust (EAFD) in iron ore sintering process aiming zinc elimination. Firstly, physical and chemical characterizations of the waste were made using X-ray diffraction, microscopy, chemical and size analyses. Iron ore is the main component of the sintering process, this material was characterized by chemical, size and humidity analyses. After, micropellets composed of EAFD 70% and coke breeze 30% with diameters of 3.0-5.0 mm were produced, then they were dried in kiln and classified by sieving. The pellets were incorporated into the iron ore sintering charge using differents proportions, process conditions and addition forms (micropellets, undersize with diameters of 1.0-2.0 mm, or a mixture of EAFD and coke breeze). Sintered samples were collected in each sintering process. These materials were analyzed by scanning electron microscopy (SEM), macroscopy and chemical analysis using atomic absorption spectrophotometry in order to determine the zinc content. Samples of not sintered mixtures were also characterized by chemical analysis aiming the determination the initial amounts of zinc, i.e. in order to check the zinc amounts present in the mixture before the sintering process. The comparation between the zinc contents of sintered samples and not sintered allowed to determine the elimination of zinc during the experiments. About 92% of zinc was eliminated (along with the output gas) with the incorporation of 10% of micropellet in the sintering mixture. Results showed that the zinc elimination in the process is proportional to the ratio reducer/waste.

A drenagem ácida de minas (DAM) é formada quando certos minerais sulfetados são expostos a condições de oxidação. A DAM é normalmente associada com a mineração de carvão, principalmente de depósitos de rejeitos de carvão, que possuem alta concentração de pirita (FeS2). A neutralização da DAM usando materiais alcalinos, como calcário e escórias de aciaria é uma das técnicas utilizadas para remediação deste problema. Assim, o objetivo deste trabalho foi estudar o desempenho da escória de aciaria elétrica do forno-panela na neutralização da DAM em leitos de percolação em comparação com calcário, material tradicionalmente empregado para tal fim. A metodologia de trabalho consistiu na construção de dois sistemas em escala de laboratório, um leito em canal aberto e um reator de leito empacotado. Estudos foram conduzidos para avaliar a capacidade de neutralização e a qualidade do efluente tratado, considerando os seguintes parâmetros: pH, Fe, Al, Cr, Mn, Zn, Ca, Mg, dureza, sulfatos, condutividade e efeitos toxicológicos para microcrustáceos e peixes. Adicionalmente, foram conduzidos estudos de caracterização da escória antes e após aplicação na neutralização da DAM, visando sua futura destinação. O uso de reator de leito empacotado para tratamento da DAM obteve melhores resultados do que o sistema de canal aberto. O reator evita a percolação do efluente por caminhos preferenciais, aumentando a relação volume tratado/volume de leito. Os ensaios realizados com a escória do forno-panela no reator de leito empacotado demonstraram que esse material apresenta uma alta basicidade, permitindo equalização do efluente de saída para que seja descartado na faixa neutra de pH com a remoção dos metais, enquanto com calcário a remoção dos metais foi parcial, ficando o Fe e Mn com valores acima do permitido pela legislação para o descartes de efluentes. Em ambos os casos, o efluente tratado não apresentou toxicidade. Um dos problemas identificados, para ambos os materiais, foi o recobrimento das partículas pelos hidróxidos metálicos na superfície dos materiais, que reduziu a vida útil dos sistemas e o volume de efluente tratado. O ensaio de expansibilidade demonstra que a escória do forno-panela, na sua forma original, apresenta característica expansiva. Após a neutralização do efluente, a escória apresentou expansão menor que o limite estabelecido na norma ASTM C1260, o que poderia viabilizar sua utilização como agregado na construção civil. Os estudos realizados neste trabalho permitiram concluir que o uso de escórias do forno-panela para neutralização de DAM é uma solução, no sentido de melhorar a qualidade da água em depósitos de rejeitos de carvão, possibilitando um destino para a escória de aciaria elétrica após o tratamento da DAM. / The acid mine drainage (AMD) is formed when certain sulfide minerals are exposed to oxidizing conditions. The AMD is commonly associated with coal mining, especially in coal waste deposits that contain high pyrite (FeS2) concentration. The neutralization of AMD using alkaline materials, like limestone and steel slag is one of the useful remediation techniques. The aim of this work was to study the performance of an electric steel slag of a ladle furnace in the neutralization of the AMD in a percolation bed in a comparative way with limestone, material normaly used for this purpose. The methodology of this work is based in the set up of two systems at labotatory scale, one with open channel bed and the other with bed packed reactor. The studies were directed in order to evaluate the neutralization capacity and the quality of the treated effluent, considering the following parameters: pH, Fe, Al, Cr, Mn, Zn, Ca, Mg, hardness, sulphate, conductivity, and toxicological efects to microcrustacean and fish. Addicionaly, some studies was carried out to caracterize the slag before and after application in the neutralization of the AMD, looking for a future destination. The use of the packed bed reactor for the AMD treatment showed better results than the open channels. The reactor avoids the percolation of the effluent to preferential ways, increasing the volume treated/volume of the bed ratio. The tests carried out with slag of the ladle furnace in the packed bed reactor proves that this material have great basicity allowing the equalization of the effluent output to be discharged in a neutral pH degree with metals removal, while with limestone the metals upstake is partial, remainig Fe and Mn with values above than the allowed by the legislation to effluent discharge. In both cases, the efluent didn’t show toxicity. One of the identified problems to both materials was the metalic hidroxid recovering in the surface, reducing the useful life of the system and the volume of treated effluent. The expansibility tests showed that the ladle furnace slag in the original form have expansive characterists. After the neutralization of the effluent, the slag expansion remains below of the standard border ASTM C1260, and could be possible the use as an aggregate in the civil construction. The results showed in this work allows the conclusion that the use of the ladle furnace slag for neutralization of the AMD is a possible solution to improve the water quality in coal waste deposits.

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2018-11-29T15:35:48Z No. of bitstreams: 1 Nicole Gröff da Silva_.pdf: 8079664 bytes, checksum: 10e7ed35ed8baa348b7c5b950dea6f05 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-29T15:35:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nicole Gröff da Silva_.pdf: 8079664 bytes, checksum: 10e7ed35ed8baa348b7c5b950dea6f05 (MD5) Previous issue date: 2018-07-31 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Pesquisas científicas e tecnológicas têm indicado a possibilidade de reciclagem de inúmeros resíduos sólidos na construção civil, dentre os quais encontra-se o pó de aciaria elétrica (PAE). O PAE é originado no processo de produção de aço e classificado como um Resíduo Classe I perigoso (ABNT, 2004a). O objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade técnica e ambiental do material cerâmico produzido a partir da adição de PAE em argila vermelha. A etapa metodológica da pesquisa contemplou a amostragem das matérias-primas e sua caracterização química, física, mineralógica e térmica. Além disso, a formulação e moldagem da massa cerâmica com 0, 10, 20 e 30% de PAE e a sinterização e coleta das emissões atmosféricas de processo a 750, 850 e 950°C. Por fim, foram realizados ensaios de caracterização técnica e ambiental no material obtido. Dentre os resultados encontrados, verificou-se que a argila possui como principais elementos Si, Al e K, enquanto que para o PAE os principais são Fe e Zn. Além disso, a argila possui um tamanho de partícula superior ao do PAE, que por sua vez possui partículas de formato em geral esférico e que tendem a se aglomerar. A partir do tratamento térmico das massas cerâmicas formuladas, observou-se que a adição de 10 e 20% de PAE nas temperaturas de 850 e 950°C produz material indicado para fabricação de tijolos em termos de resistência à flexão e absorção de água. Em termos ambientais, pode-se concluir que adições de até 20% de PAE a 750°C produzem materiais classificados em função do teor de Al como Classe IIA não inerte, conforme a NBR 10006 (ABNT, 2004d). Quanto às emissões atmosféricas, com exceção do teor de 30% de PAE produzido a 850°C, as demais combinações testadas estão de acordo com as normas de referência, não havendo legislação específica para esta atividade. Considerando uma visão global dos resultados obtidos, indica-se o uso de até 10% de PAE para fabricação de tijolos a partir de 850°C, prevendo-se assim sua conformidade com as normas técnicas de produtos de cerâmica vermelha. / Scientific and technological researches have been indicated the possibility of recycling several kinds of waste in construction, among which it stands out the electric arc furnace dust (EAFD). The EAFD is originated in the steelmaking process and classified as a hazardous waste (ABNT, 2004a). The aim of this research was to evaluate the technical and environmental viability of ceramic material produced from EAFD addition in red clay. The methodological stage included sampling of raw materials, its chemical, physical, mineralogical and thermal characterization. Also, the formulation and molding of compositions with 0, 10, 20 and 30% of EAFD and the sampling of atmospheric emissions from sintering at 750, 850 e 950°C. Finally, it was realized technical and environmental tests in the obtained material. Among the results, it was verified that the red clay has in its chemical composition, Al, Si and K as majoritarian elements, while EAFD has, mainly, Fe and Zn. Besides that, the red clay has larger particle than EAFD’s, which in turn has spherical particles which tends to form agglomerates. As result of the thermal treatment, it was observed that the addition of 10 and 20% of EAFD and sintering at 850 and 950°C produces a material indicated to bricks in function of its flexural strength and water absorption. In environment terms, it can be concluded that additions up to 20% of EAFD processing at 750°C produce a material classified as not inert, according NBR 10006 (ABNT, 2004d) due to its Al content. Regarding atmospheric emissions, excluded the addition of 30% of EAFD sintering at 850°C, all conditions are according to the reference norms, even though there is no specific standard to this activity. In a global perspective, it is indicated the use of EAFD up to 10% to bricks sintering above 850°C, predicting its accordance to red ceramic specifications.

Esta tese apresenta os métodos de gerenciamento associados ao Pó de Aciaria Elétrica (PAE) gerado no forno elétrico a arco (FEA) e no forno-panela (FP), envolvendo dois grandes tópicos: sistema de gestão ambiental e fatores relacionados à tecnologia. O processo do PAE percorre as seguintes etapas: entrada e beneficiamento da matériaprima, preparação, carregamento e fusão de carga no FEA, formação e retirada de escória, vazamento do aço para a panela, refino no forno-panela, assim como o sistema de captação das emissões atmosféricas e destinação do PAE captado no FEA e FP. Os métodos de gerenciamento foram estruturados em cima do aprendizado técnico, qualitativo e quantitativo adquirido no desenvolvimento das atividades profissionais, dos levantamentos sobre as tecnologias disponíveis para destinação e reciclagem do PAE, dos mapeamentos das características das instalações de captação do PAE de empresas siderúrgicas, bem como das bibliografias e visitas técnicas realizadas. As informações reunidas foram empregadas para desenvolver duas matrizes de avaliação, consolidando assim, um critério para verificar as práticas de gestão ambiental e de tecnologias que estão associadas ao PAE. O principal resultado das matrizes foi a identificação e priorização das necessidades de melhorias, tanto do sistema de gestão ambiental como da área de tecnologia. A avaliação das empresas siderúrgicas, segundo estas matrizes, mostrou quais práticas possuem menores valores e que, por conseqüência, devem requerer maior esforço para melhorar seus desempenhos, bem como aquelas de maior valor que requerem uma consolidação da sua rotina para manterem o elevado nível de desempenho atingido. Como conclusão, foi obtida uma ferramenta robusta que respondeu de forma consistente a avaliação do processo do PAE e a pergunta sobre “O que se encontra mais desenvolvido, os processos de gestão ou os de tecnologia?”. As matrizes de avaliação foram preenchidas por especialistas ambientais de três Empresas siderúrgicas. O resultado obtido com essa ferramenta mostrou que os desempenhos sobre as práticas de gestão são superiores aos desempenhos das práticas de tecnologia e que esta metodologia de avaliação está apta para ser aplicada em qualquer outro processo ou empresa. Ficou evidenciado que o conhecimento e a inteligência ambiental são requisitos para assegurar que as estratégias de médio e longo prazo estejam corretamente alinhadas às boas práticas de gestão e melhores tecnologias disponíveis. / The thesis presents the methods associated with the management of the electric arc furnace (EAF) baghouse dust and ladle furnace (LF) dust. The management methods cover two broad topics: environmental management system practices and technology related factors. The EAF baghouse dust and ladle furnace (LF) dust process has the following steps: input and processing raw materials, EAF charging and melting, slag generation and removal, furnace tapping of the steel to the LF, refining in the LF, as well as the EAF dedusting system, dust recycling and final destination. The management methods were determined based on professional experience of the author, assessment of typical installations of steel plant dedusting system, bibliographies review, available technologies to EAF/LF dust destination and recycling and subject technical literature, as well technical visits undertaken. Collectively the information was used to develop two standard evaluation standard matrices which provide criteria to assess environmental management system practices and technology associated with EAF dust management. The primary goal of the assessments was to identify and prioritize areas for potential improvement - either in environmental management systems area or the technology area. The assessment results showed that steel plants which have practices with lower values, according to these matrices, should require greater effort to improve their performance, while those with good score, will require a consolidation of their routine to maintain the high level of performance already achieved. The matrices were filled by environmental experts from three steelmaking companies. Finally, as a result of this project a rigorous and reliable assessment tool was designed to evaluate the meltshop dust generation and management process and provide a quantitative answer to the following question: `Which area has achieved a higher level of development as it relates to meltshop dust management: environmental management system practices or control technology?’ The results from using this tool have shown that the performance of management practices is superior to the control technology. Furthermore, experiences captured during the assessment indicate this evaluation methodology is fully adaptable and can be applied to other processes and/or other businesses. It was clearly highlighted how knowledge and environmental intelligence are requirements to assure that the medium and long term strategies are properly aligned with the available best practices to environmental management system and control technology.

A disposição de rejeitos com potencial de geração de acidez e consequente geração de drenagem ácida de mina (DAM) é um dos grandes problemas ambientais enfrentados pela indústria da mineração de carvão, pois a disposição inadequada contamina a água e o solo. A DAM é uma solução aquosa caracterizada por possuir pH geralmente abaixo de 3 e diversos metais dissolvidos. Devido a essas características, a DAM representa grandes riscos ambientais, em especial, aos recursos hídricos, em consequência da solubilização e mobilização de metais pesados. Este problema requer estudos no sentido de encontrar soluções que venham a minimizar os danos causados ao meio ambiente. A utilização de metodologias alternativas para a disposição dos rejeitos de mineração de carvão constitui em uma estratégia básica para a viabilidade de tais empreendimentos. Visando atender a esta necessidade, o presente trabalho estudou o controle da geração da DAM pelo método de aditivos alcalinos com o uso de escória de aciaria elétrica do forno panela (EAE-FP). A metodologia do trabalho incluiu a caracterização dos materiais, ensaios estáticos e ensaios cinéticos. Os ensaios estáticos foram realizados pelo método de contabilização de ácidos e bases, enquanto que os ensaios cinéticos foram realizados pelo método de células úmidas. Após foi realizada a mistura do rejeito de carvão com a EAE-FP em diferentes dosagens e foram dispostas a céu aberto, sujeitas à precipitação pluviométrica. Esses ensaios tiveram por objetivo uma melhor compreensão dos materiais em ambiente controlado e expostos ao intemperismo. Os resultados demonstram que a água que percolou pelo rejeito de carvão apresentou-se ácida e a água que percolou pela EAE-FP, alcalina. Contudo, os problemas ambientais podem ser em grande parte resolvidos pela mistura do rejeito de carvão com EAE-FP em uma proporção de RC:EAE-FP 10:10 estabelecida pelos ensaios estáticos. Os ensaios cinéticos e o experimento ao ar livre demonstram que durante vários meses de ensaios, na proporção RC:EAE-FP 10:10, ocorre um aumento do pH e uma redução na liberação de acidez, metais e sulfatos na água lixiviada. Análises adicionais de toxicidade para o microcrustáceo (Daphnia similis), peixes (Pimephales promelas) e algas (Pseudokirchneriella subcapitata) mostraram que o lixiviado da proporção RC:EAE-FP 10:15, apresentou níveis menores de toxicidade do que o lixiviado da proporção RC:EAE-FP 10:10, além da redução na liberação da acidez, metais e sulfato. Os resultados demonstraram a eficácia do método na qualidade da água de percolação tanto em termos de pH, concentrações de metais e toxicidade do efluente. Pode-se concluir que o método de contabilização de ácidos e bases mostra-se adequado para definir a proporção de mistura dos materiais. Essas misturas podem ser empregadas no controle da DAM tanto em depósitos de rejeitos em superfícies como no retorno dos rejeitos de carvão para o subsolo. / The waste disposal with potential to generate acidity and consequent generation of acid mine drainage (DAM) is one of the major environmental problems facing the coal mining industry since the improper disposal contaminates water and soil. DAM is an aqueous solution characterized by having pH below 3 and typically many dissolved metals. Due to these characteristics, the DAM is major environmental risks, especially to water resources as a result of solubilization and mobilization of heavy metals. This problem requires studies to find solutions that will minimize damage to the environment. The use of alternatives for the disposal of tailings coal mining methodologies constitutes a basic strategy for the viability of such projects. Aiming to address this need, this paper studied the control of the generation of DAM by alkali additives method with the use of the ladle slag of electric steelmaking (LSES). The methodology of the study included the characterization of materials, static tests and kinetic assays. The static tests were performed by the recording method of acids and bases, while kinetic assays were performed by the method of wet cells. Upon mixing coal tailing was performed with the LSES in different dosages and were placed in the open, subject to rainfall. These tests were aimed at a better understanding of the materials in a controlled environment and exposed to weathering. The results demonstrate that water leached by coal waste is introduced and acid leached by water LSES alkaline. However, environmental problems can be largely solved by mixing the coal waste with LSES in a ratio of CW:LSES 10:10 established by static tests. Kinetic assays and outdoor experiment demonstrate that several months of tests, the ratio CW:LSES 10:10, there is an increase in pH and a reduction in the release of acidity, metals and sulphate in the leach water. Further analysis of toxicity microcrustacean (Daphnia similis), fish (Pimephales promelas) and algae (Pseudokirchneriella subcapitata) showed that the proportion leached CW:LSES 10:15, showed lower levels of toxicity than the proportion of leached CW:LSES 10:10, besides the reduction in the release of acidity, metals and sulfate. The results demonstrated the effectiveness of the method on the quality of percolating water in terms of pH, metal concentration and toxicity of the effluent. It can be concluded that the method of recording of acids and bases proves to be adequate to set the mixing ratio of the materials. These blends can be used to control both DAM tailings deposits on surfaces such as the return of waste coal underground.

A disposição de rejeitos com potencial de geração de acidez e consequente geração de drenagem ácida de mina (DAM) é um dos grandes problemas ambientais enfrentados pela indústria da mineração de carvão, pois a disposição inadequada contamina a água e o solo. A DAM é uma solução aquosa caracterizada por possuir pH geralmente abaixo de 3 e diversos metais dissolvidos. Devido a essas características, a DAM representa grandes riscos ambientais, em especial, aos recursos hídricos, em consequência da solubilização e mobilização de metais pesados. Este problema requer estudos no sentido de encontrar soluções que venham a minimizar os danos causados ao meio ambiente. A utilização de metodologias alternativas para a disposição dos rejeitos de mineração de carvão constitui em uma estratégia básica para a viabilidade de tais empreendimentos. Visando atender a esta necessidade, o presente trabalho estudou o controle da geração da DAM pelo método de aditivos alcalinos com o uso de escória de aciaria elétrica do forno panela (EAE-FP). A metodologia do trabalho incluiu a caracterização dos materiais, ensaios estáticos e ensaios cinéticos. Os ensaios estáticos foram realizados pelo método de contabilização de ácidos e bases, enquanto que os ensaios cinéticos foram realizados pelo método de células úmidas. Após foi realizada a mistura do rejeito de carvão com a EAE-FP em diferentes dosagens e foram dispostas a céu aberto, sujeitas à precipitação pluviométrica. Esses ensaios tiveram por objetivo uma melhor compreensão dos materiais em ambiente controlado e expostos ao intemperismo. Os resultados demonstram que a água que percolou pelo rejeito de carvão apresentou-se ácida e a água que percolou pela EAE-FP, alcalina. Contudo, os problemas ambientais podem ser em grande parte resolvidos pela mistura do rejeito de carvão com EAE-FP em uma proporção de RC:EAE-FP 10:10 estabelecida pelos ensaios estáticos. Os ensaios cinéticos e o experimento ao ar livre demonstram que durante vários meses de ensaios, na proporção RC:EAE-FP 10:10, ocorre um aumento do pH e uma redução na liberação de acidez, metais e sulfatos na água lixiviada. Análises adicionais de toxicidade para o microcrustáceo (Daphnia similis), peixes (Pimephales promelas) e algas (Pseudokirchneriella subcapitata) mostraram que o lixiviado da proporção RC:EAE-FP 10:15, apresentou níveis menores de toxicidade do que o lixiviado da proporção RC:EAE-FP 10:10, além da redução na liberação da acidez, metais e sulfato. Os resultados demonstraram a eficácia do método na qualidade da água de percolação tanto em termos de pH, concentrações de metais e toxicidade do efluente. Pode-se concluir que o método de contabilização de ácidos e bases mostra-se adequado para definir a proporção de mistura dos materiais. Essas misturas podem ser empregadas no controle da DAM tanto em depósitos de rejeitos em superfícies como no retorno dos rejeitos de carvão para o subsolo. / The waste disposal with potential to generate acidity and consequent generation of acid mine drainage (DAM) is one of the major environmental problems facing the coal mining industry since the improper disposal contaminates water and soil. DAM is an aqueous solution characterized by having pH below 3 and typically many dissolved metals. Due to these characteristics, the DAM is major environmental risks, especially to water resources as a result of solubilization and mobilization of heavy metals. This problem requires studies to find solutions that will minimize damage to the environment. The use of alternatives for the disposal of tailings coal mining methodologies constitutes a basic strategy for the viability of such projects. Aiming to address this need, this paper studied the control of the generation of DAM by alkali additives method with the use of the ladle slag of electric steelmaking (LSES). The methodology of the study included the characterization of materials, static tests and kinetic assays. The static tests were performed by the recording method of acids and bases, while kinetic assays were performed by the method of wet cells. Upon mixing coal tailing was performed with the LSES in different dosages and were placed in the open, subject to rainfall. These tests were aimed at a better understanding of the materials in a controlled environment and exposed to weathering. The results demonstrate that water leached by coal waste is introduced and acid leached by water LSES alkaline. However, environmental problems can be largely solved by mixing the coal waste with LSES in a ratio of CW:LSES 10:10 established by static tests. Kinetic assays and outdoor experiment demonstrate that several months of tests, the ratio CW:LSES 10:10, there is an increase in pH and a reduction in the release of acidity, metals and sulphate in the leach water. Further analysis of toxicity microcrustacean (Daphnia similis), fish (Pimephales promelas) and algae (Pseudokirchneriella subcapitata) showed that the proportion leached CW:LSES 10:15, showed lower levels of toxicity than the proportion of leached CW:LSES 10:10, besides the reduction in the release of acidity, metals and sulfate. The results demonstrated the effectiveness of the method on the quality of percolating water in terms of pH, metal concentration and toxicity of the effluent. It can be concluded that the method of recording of acids and bases proves to be adequate to set the mixing ratio of the materials. These blends can be used to control both DAM tailings deposits on surfaces such as the return of waste coal underground.

A disposição de rejeitos com potencial de geração de acidez e consequente geração de drenagem ácida de mina (DAM) é um dos grandes problemas ambientais enfrentados pela indústria da mineração de carvão, pois a disposição inadequada contamina a água e o solo. A DAM é uma solução aquosa caracterizada por possuir pH geralmente abaixo de 3 e diversos metais dissolvidos. Devido a essas características, a DAM representa grandes riscos ambientais, em especial, aos recursos hídricos, em consequência da solubilização e mobilização de metais pesados. Este problema requer estudos no sentido de encontrar soluções que venham a minimizar os danos causados ao meio ambiente. A utilização de metodologias alternativas para a disposição dos rejeitos de mineração de carvão constitui em uma estratégia básica para a viabilidade de tais empreendimentos. Visando atender a esta necessidade, o presente trabalho estudou o controle da geração da DAM pelo método de aditivos alcalinos com o uso de escória de aciaria elétrica do forno panela (EAE-FP). A metodologia do trabalho incluiu a caracterização dos materiais, ensaios estáticos e ensaios cinéticos. Os ensaios estáticos foram realizados pelo método de contabilização de ácidos e bases, enquanto que os ensaios cinéticos foram realizados pelo método de células úmidas. Após foi realizada a mistura do rejeito de carvão com a EAE-FP em diferentes dosagens e foram dispostas a céu aberto, sujeitas à precipitação pluviométrica. Esses ensaios tiveram por objetivo uma melhor compreensão dos materiais em ambiente controlado e expostos ao intemperismo. Os resultados demonstram que a água que percolou pelo rejeito de carvão apresentou-se ácida e a água que percolou pela EAE-FP, alcalina. Contudo, os problemas ambientais podem ser em grande parte resolvidos pela mistura do rejeito de carvão com EAE-FP em uma proporção de RC:EAE-FP 10:10 estabelecida pelos ensaios estáticos. Os ensaios cinéticos e o experimento ao ar livre demonstram que durante vários meses de ensaios, na proporção RC:EAE-FP 10:10, ocorre um aumento do pH e uma redução na liberação de acidez, metais e sulfatos na água lixiviada. Análises adicionais de toxicidade para o microcrustáceo (Daphnia similis), peixes (Pimephales promelas) e algas (Pseudokirchneriella subcapitata) mostraram que o lixiviado da proporção RC:EAE-FP 10:15, apresentou níveis menores de toxicidade do que o lixiviado da proporção RC:EAE-FP 10:10, além da redução na liberação da acidez, metais e sulfato. Os resultados demonstraram a eficácia do método na qualidade da água de percolação tanto em termos de pH, concentrações de metais e toxicidade do efluente. Pode-se concluir que o método de contabilização de ácidos e bases mostra-se adequado para definir a proporção de mistura dos materiais. Essas misturas podem ser empregadas no controle da DAM tanto em depósitos de rejeitos em superfícies como no retorno dos rejeitos de carvão para o subsolo. / The waste disposal with potential to generate acidity and consequent generation of acid mine drainage (DAM) is one of the major environmental problems facing the coal mining industry since the improper disposal contaminates water and soil. DAM is an aqueous solution characterized by having pH below 3 and typically many dissolved metals. Due to these characteristics, the DAM is major environmental risks, especially to water resources as a result of solubilization and mobilization of heavy metals. This problem requires studies to find solutions that will minimize damage to the environment. The use of alternatives for the disposal of tailings coal mining methodologies constitutes a basic strategy for the viability of such projects. Aiming to address this need, this paper studied the control of the generation of DAM by alkali additives method with the use of the ladle slag of electric steelmaking (LSES). The methodology of the study included the characterization of materials, static tests and kinetic assays. The static tests were performed by the recording method of acids and bases, while kinetic assays were performed by the method of wet cells. Upon mixing coal tailing was performed with the LSES in different dosages and were placed in the open, subject to rainfall. These tests were aimed at a better understanding of the materials in a controlled environment and exposed to weathering. The results demonstrate that water leached by coal waste is introduced and acid leached by water LSES alkaline. However, environmental problems can be largely solved by mixing the coal waste with LSES in a ratio of CW:LSES 10:10 established by static tests. Kinetic assays and outdoor experiment demonstrate that several months of tests, the ratio CW:LSES 10:10, there is an increase in pH and a reduction in the release of acidity, metals and sulphate in the leach water. Further analysis of toxicity microcrustacean (Daphnia similis), fish (Pimephales promelas) and algae (Pseudokirchneriella subcapitata) showed that the proportion leached CW:LSES 10:15, showed lower levels of toxicity than the proportion of leached CW:LSES 10:10, besides the reduction in the release of acidity, metals and sulfate. The results demonstrated the effectiveness of the method on the quality of percolating water in terms of pH, metal concentration and toxicity of the effluent. It can be concluded that the method of recording of acids and bases proves to be adequate to set the mixing ratio of the materials. These blends can be used to control both DAM tailings deposits on surfaces such as the return of waste coal underground.

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2016-12-22T12:03:13Z No. of bitstreams: 1 Josué Claudio Metz_.pdf: 3580473 bytes, checksum: 4bb7f81d4d0a95ef4e39a7d4dffb0599 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-22T12:03:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Josué Claudio Metz_.pdf: 3580473 bytes, checksum: 4bb7f81d4d0a95ef4e39a7d4dffb0599 (MD5) Previous issue date: 2016-09-19 / Nenhuma / A concepção de desenvolvimento sustentável tem resultado no aumento de pressões ambientais para a melhoria da eficiência na utilização de recursos, e para a redução das emissões e da geração de resíduos. No processo de fabricação de aço, nas siderúrgicas com fornos elétricos a arco (FEA), ocorre a geração do resíduo sólido denominado pó de aciaria elétrica (PAE). O PAE é constituído por diferentes óxidos metálicos. Contém os elementos químicos cromo (Cr), chumbo (Pb) e cádmio (Cd) e, por isso, é classificado como resíduo classe I – Perigoso pela NBR 10004. Gerado em grandes quantidades diariamente em todo o país, o PAE ainda tem como principal destinação final o aterro industrial. A indústria de papel e celulose, outra atividade de destaque na indústria nacional, gera uma grande quantidade de resíduos em diferentes etapas do processo, entre os quais está o resíduo do forno de cal (RFC), cuja geração está associada a interrupções no funcionamento do forno de cal. A indústria da construção civil, devido a quantidade de matérias-primas consumida e variedade de materiais empregados – cimento, concreto, agregados, cerâmica, entre outros – apresenta-se como alternativa para a reciclagem de resíduos gerados em outros setores da economia. A incorporação do PAE no cimento e concreto produz retardo no tempo de pega em razão da presença de zinco (Zn) no resíduo. Estudos sugerem que em quantidades próximas a 1%, a incorporação de PAE não afeta de forma significativa as propriedades do cimento. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência do uso combinado de PAE e RFC no processo de endurecimento e evolução da hidratação de pastas de cimento. Para tanto, foi realizada a caracterização dos resíduos através dos ensaios de distribuição granulométrica, perda ao fogo, massa específica, área superficial específica, análise química elementar, difração de raios X com refinamento por Rietveld e microscopia eletrônica de varredura. A influência dos resíduos nas pastas de cimento foi avaliada através do ensaio de tempo de pega de acordo com a NBR NM 65 (ABNT, 2003b) e evolução da temperatura semi-adiabática das pastas em estado fresco, além de DRX, com refinamento por Rietveld, e microscopia eletrônica de varredura nas pastas de cimento com diferentes teores de substituição de resíduos (REF, 1%, 2%, 3%, 5% e 10%) em diferentes idades (1, 4 e 7 dias). Os resultados de tempo de pega e evolução da temperatura semi-adiabática indicaram a influência do PAE na hidratação das pastas de cimento. Nas pastas de cimento com substituição de 1% de PAE combinado ou não com RFC, não foram verificados retardos significativos no tempo de pega, demonstrando o potencial do uso de PAE e do RFC na produção de artefatos de cimento. / The sustainable development conception has resulted in increased environmental pressures to improve the efficient use of resources and reduction of emissions and waste generation. In the steelmaking process through electric arc furnaces (EAF), dust generation occurs which is called electric arc furnace dust (EAFD). EAFD is composed by different metal oxides. Some common elements those constitute this dust is chromium, lead and cadmium, and therefore, waste is classified as class I – hazardous by NBR 10004. EAFD has been generated in large quantities every day across the country and it still has mainly landfilled. The pulp and paper industry, another important activity in the domestic industry, generates a lot of waste in different stages of the process, among which is the lime kiln waste (LKW), whose generation is associated with disruptions in the lime oven. Due to expressive amount of raw materials consumed in civil construction industry and also the variety of products available - cement, concrete, aggregates, ceramics, among others - this seems to be an alternative for waste recycling generated in other sectors. The incorporation of EAFD in the cement and concrete produces delayed setting time due to the presence of zinc (Zn) in the waste. Studies suggest that in amounts up to 1%, EAFD incorporation does not affect significantly cement properties. The aim of this work was to evaluate the influence of the combined use of EAFD and LKW in the process of hardening and evolution of the cement pastes hydration. Therefore, were evaluated the characterization of the waste performed through the grain size distribution, loss on ignition, specific gravity, specific surface area, elemental chemical analysis, pH, X ray powder diffraction with refinement by Rietveld and scanning electron microscopy.. The influence of the waste on the cement pastes was evaluated through the setting time tests in accordance with the NBR NM 65 (ABNT, 2003b) and evolution of semi-adiabatic temperature in fresh conditions, XRD with refinement by Rietveld, and SEM in cement pastes with different levels of waste substitution (REF, 1%, 2%, 3%, 5% e 10%) at different ages (1, 4 and 7 days). The setting time results and evolution of semi-adiabatic temperature indicated an increase in the setting time with the increase of the EAFD in cement pastes. In cement pastes with replacement of 1% EAFD combined or not with LKW, significant delays were not verified in the setting time, demonstrating the potential use of EAFD in the production of cement artifacts.