Calcinação de Calcário: Processo, História e Aplicações Industriais

Calcinação de Calcário

Calcinação ou calcinar é um processo de tratamento térmico para promover decomposição térmica. Ocorre abaixo do ponto de fusão do produto. O nome deriva do latim "Calcinare", que significa queimar cal. Cal (CaO) é um dos químicos mais antigos conhecidos e o processo de produção de cal é uma das indústrias químicas mais antigas. Cal virgem foi produzida nos EUA em 1635 em Rhode Island. Progresso técnico, inexistente em séculos passados, avançou rapidamente a indústria de cal nos últimos cinquenta anos em métodos e projeto de processos.

Calcário é uma das matérias-primas mais básicas na indústria siderúrgica, usado em ferro-gusa, fabricação de aço e processos auxiliares. A maior parte da cal usada na siderurgia é para fundir impurezas no forno de fabricação de aço e em muitos processos de refino secundário. Cal também usada em diferentes quantidades no processo de sinterização para preparação de minério, na desulfuração de ferro gusa, neutralização de ácido e em estações de tratamento de água.

Calcário é mineral natural. Depósitos têm ampla distribuição. Calcário de diferentes depósitos difere em propriedades físicas e químicas. Composição química varia muito de região para região e entre depósitos na mesma região. Pode ser classificado por composição química, textura e formação geológica. Tipicamente, contém mais de 90% CaCO3 (carbonato de cálcio) e alguns % MgCO3 (carbonato de magnésio). Dolomita é carbonato duplo com 54-58% CaCO3 e 40-44% MgCO3.

Classificação do Calcário

Geralmente classificado em dois tipos: (i) alto cálcio: teor de carbonato composto principalmente de CaCO3 com MgCO3 não mais que 5% (geralmente menos), (ii) magnesiano ou dolomítico: refere-se a calcário contendo MgCO3 em nível superior ao calcário mas inferior à dolomita, com MgCO3 na faixa de 5-20%. Calcário geralmente associado a impurezas como sílica (SiO2), alumina (Al2O3), ferro (Fe), enxofre (S) e elementos traço.

A reatividade química de vários calcários mostra grande variação devido à diferença na estrutura cristalina e natureza de impurezas como SiO2, Al2O3, Fe. Propriedades variáveis têm grande influência no método de processamento. Necessário conhecer informações abrangentes: propriedades físico-químicas, características de queima e parâmetros cinéticos para calcinação. Isso auxilia projeto e operação ótimos em fornos de cal.

Reações de Calcinação

Reações ocorrem na ou acima da temperatura de decomposição térmica, definida como temperatura onde energia livre de Gibbs padrão é zero. Reação de decomposição: CaCO3 = CaO + CO2 (g). Energia de ativação geralmente entre 37-60 kcal/mol, predominantemente próximo a 50 kcal/mol. Comparado ao valor teórico (equilíbrio) de 39-41 kcal/mol. Incerteza deriva da complexidade inerente do processo, que assumindo modelo de núcleo encolhente, envolve mecanismo de sete etapas: (i) transferência de calor à superfície externa da partícula, (ii) condução através da casca calcinada à interface de reação interna, (iii) reação química e CO2 evoluído deve (iv) reagir na interface, ou (v) difundir da interface à superfície externa, (vi) difundir da superfície à atmosfera, (vii) CO2 da atmosfera também difunde à interface. Taxa de calcinação governada por qualquer uma ou combinação destas etapas.

Calcinação é reação de equilíbrio. Em princípio, CaCO3 decompõe a cal se pressão parcial ambiente de CO2 for abaixo do valor de equilíbrio a dada temperatura. Por outro lado, qualquer cal formada transforma-se de volta a carbonato se pressão parcial de CO2 excede este valor. Taxa de decomposição governada por pressão parcial de CO2, temperatura de reação e tamanho de partícula. A 700°C e pressão atmosférica, taxa torna-se extremamente lenta, mesmo na ausência de CO2. Reatividade varia entre fontes, não só por diferenças na estrutura cristalina mas também pela natureza das impurezas.

Calcinação de CaCO3 é altamente endotérmica, requerendo ~755 Mcal de entrada de calor para produzir uma tonelada de cal (CaO). Reação inicia quando temperatura acima da temperatura de dissociação dos carbonatos no calcário. Tipicamente entre 780°C e 1.340°C. Uma vez iniciada, temperatura deve ser mantida acima da temperatura de dissociação e CO2 evoluído removido. Dissociação do CaCO3 prossegue gradualmente da superfície externa para interior, permanecendo camada porosa de CaO, produto desejado. Processo depende de temperatura de queima adequada de pelo menos 800°C para garantir decomposição e bom tempo de residência, ou seja, garantir que cal/calcário mantido por período suficiente a 1.000-1.200°C para controlar reatividade.

Fatores que Afetam a Calcinação

Estrutura cristalina afeta taxa de calcinação, resistência interna do calcário e tamanho de cristal resultante da cal após calcinação. Cristais menores aglomeram durante calcinação formando cristais maiores que causam retração e redução de volume. Calcinação a temperatura mais alta significa maior aglomeração e retração. Densidade do calcário relacionada à estrutura cristalina. Forma dos cristais determina espaço vazio entre cristais e densidade. Vazios maiores permitem fácil passagem de gases CO2 durante calcinação, resultando em redução de volume. Alguns calcários, pela estrutura cristalina, desintegram-se durante calcinação. Não úteis para calcinar. Outros tornam-se tão densos que impedem escape de CO2 e tornam-se não porosos. Também não adequados.

Reatividade da cal é medida da taxa com que reage na presença de água. Método de teste: apagamento da cal em água. Reatividade depende de parâmetros: (i) temperatura e tempo de queima, (ii) estrutura cristalina do calcário, (iii) impurezas do calcário, (iv) tipo de forno e combustível. Classificação da cal vista em termos de reatividade: (i) queimada morta, (ii) dura, (iii) média, (iv) mole.

Cal com reatividade menor chamada média, dura e queimada morta. Diminuição da reatividade acompanhada por redução da superfície e porosidade, chamada sinterização. Cada tipo de cal tem reatividade particular governada pelos requisitos da aplicação e processo específico. Características da cal também dependem do material de alimentação, tipo de forno e combustível. Ex: fornos de eixo a coque geralmente produzem cal com reatividade média a baixa, enquanto fornos regenerativos de fluxo paralelo a gás produzem cal de alta reatividade. Química e reatividade da cal são parâmetros principais que dirigem seu uso.

Decomposição de dolomita e calcário dolomítico é mais complexa. Pode ocorrer via etapa única, duas etapas discretas ou estágios intermediários. Reações: CaCO3·MgCO3 + calor = CaCO3·MgO + CO2, CaCO3·MgO + calor = CaO·MgO + CO2, CaCO3·MgCO3 + calor = CaO·MgO + 2CO2. Temperatura para decomposição geralmente 500-750°C.

Calcário de menor tamanho mais adequado para calcinação em fornos rotativos e permite tempo de residência ótimo. Temperatura de calcinação mais baixa permite menor consumo de combustível. Em contraste, calcário de maior tamanho e temperatura mais baixa necessário para fornos verticais. Se elevação de temperatura muito rápida, camada externa calcina muito rápido. À medida que temperatura sobe, superfície encolhe e fecha poros criados pela fuga de CO2. Causa pressão interna aumentada. Como gás CO2 não escapa, calcário explode e desintegra produzindo "finos" indesejados, reduzindo qualidade da cal.

Produção de cal de boa qualidade depende do tipo de forno, condições de calcinação e natureza da matéria-prima. A temperaturas relativamente baixas, produtos contêm carbonato não queimado e cal: cal "sub-queimada". À medida que temperatura aumenta, cal "mole" ou "alta reatividade" produzida. A temperaturas ainda maiores, cal "queimada morta" ou "baixa reatividade". Cal mole produzida quando frente de reação atinge núcleo do calcário carregado e converte todo carbonato a cal. Produto altamente produtivo é relativamente mole, contém pequenos cristalitos de cal e estrutura porosa aberta com interior facilmente acessível. Propriedades ótimas: alta reatividade, alta área superficial, baixa densidade aparente. Aumentar grau de calcinação além deste estágio faz cristalitos crescerem, aglomerarem e sinterizarem. Resulta em diminuição de área superficial, porosidade e reatividade e aumento de densidade aparente. Produto conhecido como queimado morto ou baixa reatividade.

Calcinação no Forno

Passagem do calcário (com ou sem MgCO3 significativo) pelo forno dividida em três estágios ou zonas de transferência de calor (Fig 1): (i) zona de pré-aquecimento, (ii) zona de calcinação, (iii) zona de resfriamento.

Zona de pré-aquecimento - Calcário aquecido de temperatura ambiente a ~800°C por contato direto com gases saindo da zona de calcinação compostos principalmente de produtos de combustão junto com ar em excesso e CO2 da calcinação.

Zona de calcinação - Combustível queimado em ar pré-aquecido da zona de resfriamento e (dependendo do projeto) em ar de "combustão" adicional com combustível. Nesta zona, temperaturas >900°C produzidas. De 800-900°C, superfície do calcário inicia decomposição. Acima da temperatura de decomposição (900°C), decomposição ocorre abaixo da superfície. A 900°C, peças deixam zona e às vezes encontradas como calcário residual ainda aprisionado. Se peças decompostas completamente e ainda residem na zona, ocorre sinterização.

Zona de resfriamento - Cal que sai da zona a 900°C resfriado por contato direto com ar de "resfriamento", parte ou todo ar de combustão, que por sua vez é pré-aquecido. Cal sai desta zona a <100°C.

Tempo de residência do calcário-cal no forno varia conforme tipo de forno e produto final. Período entre 6 horas e 2 dias. Cal referida como leve ou mole, média ou dura dependendo do grau de calcinação. Grau de reatividade (reatividade à água) diminui à medida que nível de porosidade aumenta.

Fig 1 Estágios de zonas de transferência de calor e forno rotativo longo

Taxa de decomposição no forno depende de fatores inerentes às partículas: morfologia e composição, e condições do processo. Variáveis principais: (i) características químicas do calcário, (ii) tamanho e forma da partícula, (iii) perfil de temperatura da zona de calcinação, (iv) taxa de troca de calor entre gases e partículas.

A maioria dos fornos baseia-se em projeto de eixo ou rotativo. Existem alguns outros baseados em princípios diferentes. Todos incorporam conceito das três zonas. Enquanto fornos de eixo geralmente incorporam zona de pré-aquecimento, outros, fornos rotativos, às vezes operam com pré-aquecedores separados. A maioria dos sistemas caracteriza-se pelo fluxo contracorrente de sólidos e gases, com implicações para liberação de poluentes.

Cal de forno (ROK) processada por peneiramento da fração fina. Fração grossa usada para fabricação de aço enquanto fina usada em sinterização de minério, estações de tratamento de água e muitos outros usos na usina.

Tipos de Fornos de Cal – Técnicas e Projeto

Fornos de calcinação basicamente em duas categorias: (i) fornos rotativos, (ii) fornos verticais. Ambos podem ser projetados com combustíveis sólidos, líquidos ou gasosos. Fornos rotativos podem ser longos com resfriadores rotativos retos enquanto verticais podem ser vários tipos. Fornos precisam de calcário com índice de decrepitação adequado. Índice de decrepitação mede susceptibilidade à desintegração durante calcinação. Valor baixo diminui porosidade do leito impedindo fluxo de gases e eficiência do forno. Fornos rotativos também precisam de calcário com bom índice de tombamento.

Grande variedade de técnicas e projetos usados, embora atualmente dominados por pequeno número de projetos, muitas alternativas disponíveis, particularmente adequadas para aplicações específicas. Propriedades do calcário: resistência antes e após queima, tipo de combustível disponível e qualidade do produto, devem ser consideradas na escolha da técnica. Existem seis tipos gerais de fornos. Fatores importantes para seleção: (i) natureza do depósito, (ii) características, disponibilidade e qualidade do calcário, (iii) granulometria de entrada: propriedades mecânicas da alimentação e finos na alimentação, (iv) requisitos de propriedades da cal para uso principal, (v) capacidade do forno, (vi) tipo de combustível, (vii) impacto ambiental, (viii) custos de capital e operacionais. Propriedades físico-químicas da cal inerentemente ligadas ao tipo de fornos. Tabela 1 mostra tipos de fornos.

Tabela 1 Tipos de fornos de cal
Nº	Tipo de forno	Capacidade (t/dia)	Alimentação (mm)
1	Forno rotativo longo	160-1.500	2-60
2	Forno rotativo com pré-aquecedor	150-1.500	10-60
3	Forno regenerativo fluxo paralelo	100-600	10-200
4	Forno de eixo anular	80-300	10-150
5	Forno de eixo alimentação mista	60-200	20-200
6	Outros fornos	10-200	20-250

Fornos Rotativos

Dois tipos normalmente usados: (i) forno rotativo longo (LRK), (ii) forno rotativo com pré-aquecedor (PRK).

Fornos Rotativos Longos (LRK)

Consiste em cilindro rotativo até 150 m, inclinado 1-4° à horizontal, diâmetro 2-4,5 m. Calcário alimentado na extremidade superior, combustível + ar de combustão disparado da inferior. Cal descarregada em resfriador, onde pré-aquece ar de combustão. Diferentes designs: unidades planetárias ao redor da carcaça, grelhas móveis, vários tipos de resfriadores de eixo contracorrente.

No LRK, sem pré-aquecedor, queimadores na extremidade de descarga da cal. Combustível: gás, líquido, sólidos fósseis pulverizados, resíduos, biomassa. Requisito térmico: 1.430-2.200 Mcal/t cal. Elétrico: 18-25 kWh/t. Estrutura: cilindro rotativo inclinado com revestimento refratário e "misturadores" para melhorar troca de calor. Tipos de resfriador: (i) planetário ao redor da carcaça, (ii) grelha móvel, (iii) cilindro rotativo, (iv) resfriador de eixo estático. Injeção de ar de combustão através de ar de resfriamento na extremidade do resfriador e ar primário com combustível. Extração de gases por ventilador ID na extremidade do cilindro no lado de alimentação através de duto. Gás resfriado e despoeirado antes da descarga. Retirada de cal na extremidade do resfriador. Pontos importantes: qualidade do refratário e moagem fina de carvão para boa combustão e redução de acúmulo (formação de anéis).

Medição contínua de CO e O2 necessária para boa combustão e segurança. LRK tem flexibilidade de produção. Reação rápida para modificação de parâmetros. Ampla faixa de tamanhos de alimentação. CO2 residual muito baixo alcançável. Flexibilidade de reatividade de mole a dura. Possibilidade de produzir dolomita queimada morta. Flexibilidade quanto a combustível. Calcário mole pode ser usado, mas gera muitos finos. Desvantagens: altos requisitos energéticos, formação de anéis (cinzas de carvão, sulfatos de cálcio, argila).

Projeto do queimador importante para operação eficiente e confiável. Chama ajustável para diferentes combustíveis. Como condições de processo facilmente variadas, LRKs produzem faixa mais ampla de reatividade e menores níveis de CO2 residual que fornos de eixo. Calcários de alimentação relativamente fracos que se quebram e são inadequados para fornos de eixo são adequados para rotativos.

Fornos rotativos podem ser disparados com ampla gama de combustíveis. Como transferência de calor na zona de calcinação influenciada por radiação, e emissividades infravermelhas aumentam na sequência gás, óleo, sólidos, escolha do combustível afeta significativamente uso de calor. Perdas por radiação e convecção altamente relativas a outros designs, resultando em consumo energético geralmente maior.

Vantagem: enxofre (S) do combustível e, menor extensão, do calcário, pode ser expelido nos gases do forno combinando controle de temperatura e % de CO na zona de calcinação. Assim, cal baixo em S produzida usando combustíveis altos em S, sujeito a limites de emissão de SO2. LRKs são fornos flexíveis quanto a combustíveis e diferentes tamanhos de alimentação, particularmente frações finas.

Fornos Rotativos com Pré-aquecedores (PRK)

Podem ser equipados com pré-aquecedores. PRKs (Fig 2) consideravelmente mais curtos que LRKs convencionais (ex: 40-90 m). Uso de calor diminui por redução de perdas por radiação e convecção e maior recuperação de calor dos gases de escape.

Vários designs de pré-aquecedor desenvolvidos, incluindo eixos verticais e grelhas móveis. Pré-aquecedor selecionado baseando-se no tamanho e propriedades da alimentação. A maioria aceita tamanho mínimo 10 mm, alguns até 6 mm, alguns não toleram calcários fracos ou propensos a quebra.

Embora eliminação de S mais difícil com PRKs, existem maneiras: (i) operar forno em condições redutoras e introduzir ar adicional no fundo (funciona apenas com certos designs), e no queimador, ar de combustão, pré-aquecedor, forno e resfriador; (ii) adicionar calcário finamente dividido à alimentação para absorver preferencialmente SO2 e coletar no coletor de pó do fundo ou peneirar da cal descarregada.

No PRK, queimadores na extremidade de descarga. Combustível: gás, líquido, sólidos fósseis pulverizados, resíduos, biomassa. Requisito térmico: 1.220-1.860 Mcal/t. Elétrico: 17-45 kWh/t. Estrutura: cilindro rotativo inclinado com revestimento e misturadores. Diâmetro 2-4,5 m, comprimento máx 90 m. Resfriadores: (i) planetário, (ii) grelha móvel, (iii) cilindro rotativo. Injeção de ar através de ar de resfriamento na extremidade. Gases passam pelo pré-aquecedor e extração por ventilador ID. Gás resfriado ao trocar calor com alimentação. Retirada na extremidade do resfriador. Pontos importantes: qualidade do refratário, moagem fina de carvão, redução de acúmulo, vedação da junta entre pré-aquecedor e forno. Alto teor de finos na alimentação pode bloquear pré-aquecedor. Medição contínua de CO e O2 necessária.

PRKs têm flexibilidade de produção, reação rápida a modificações, ampla faixa de tamanhos, CO2 residual muito baixo, flexibilidade de reatividade de alta a média, possibilidade de dolomita queimada morta, flexibilidade de combustível. Calcários moles usáveis mas produzem muitos finos. Menores requisitos de combustível devido a melhor troca de calor no pré-aquecedor (início da descarbonatação). Desvantagens: formação de anéis, pré-aquecedor equipamento adicional para manter.

Fig 2 Forno rotativo com pré-aquecedor

Fornos de Eixo

Constituem maioria dos fornos usados atualmente. Tipos: (i) forno de eixo alimentação mista (MFSK), (ii) forno regenerativo fluxo paralelo (PFRK), (iii) forno de eixo anular (ASK), (iv) outros. Fornos de eixo são verticais, até 30 m altura, diâmetro até 6 m. Calcário alimentado no topo, desce progressivamente através dos estágios até descarga na base como cal. Desempenho de fornos de eixo tradicionais limitado pela dificuldade de obter distribuição uniforme de calor na seção transversal e movimento uniforme do material.

Forno de Eixo Alimentação Mista (MFSK)

Usa calcário com tamanho superior 20-200 mm e razão ~2:1. Combustível mais usado: coque denso com baixo teor de cinza. Tamanho do coque ligeiramente menor que calcário, move-se com ele em vez de escorrer pelos interstícios. Calcário e coque misturados e carregados para minimizar segregação. Antracito usado cada vez mais por preço e menor disponibilidade de coque metalúrgico.

No MFSK, alimentação de combustível misturada com calcário. Requisito térmico: 810-1.120 Mcal/t. Elétrico: 5-15 kWh/t. Estrutura: cilindro vertical ou eixo retangular com revestimento. Ar de combustão: ar de resfriamento injetado da base. Retirada de cal por placa excêntrica rotativa. Ponto importante: requer mistura uniforme de pedra e combustível e distribuição uniforme de calcário na seção transversal. Alta retenção de S do combustível na cal.

Cal produzida tem baixa reatividade. Ar de resfriamento usado como ar de combustão. Forno trabalha com baixo excesso de ar. Mistura uniforme combustível/ar difícil, produzindo variações na razão ar/combustível. Condições levam a emissões de CO. Necessita tamanho grande de alimentação. Baixa reação a modificações (24h), grande inércia.

Fig 3 Forno de eixo alimentação mista

Forno Regenerativo Fluxo Paralelo (PFRK)

Característica principal do PFRK padrão (Fig 4): dois eixos circulares conectados por canal de cruzamento, embora alguns projetos iniciais tivessem três eixos ou eixos retangulares. Operação incorpora dois princípios-chave:

• Zona de pré-aquecimento em cada eixo atua como trocador de calor regenerativo, além de pré-aquecer calcário à temperatura de calcinação. Calor excedente nos gases transferido ao calcário do outro eixo na primeira etapa. Recuperado do calcário pelo ar de combustão, pré-aquecido a ~800°C. Resultado: consumo específico de calor muito baixo.
• Calcinação ocorre a temperatura moderada, tipicamente 900-1.100°C. Ideal para produzir cal de reatividade moderada e alta com baixo CO2 residual.

Na prática, lotes de calcário carregados alternadamente em cada eixo e passam descendente através da zona de pré-aquecimento, ao redor das lanças de combustível e para zona de calcinação. Da calcinação, passam à zona de resfriamento. Operação consiste em dois períodos iguais, 8-15 min a plena produção. No primeiro, combustível injetado através de lanças no primeiro eixo queima com ar de combustão soprado neste eixo. Calor emitido parcialmente absorvido pela calcinação neste eixo. Ar de resfriamento soprado na base de cada eixo para resfriar cal. Ar de resfriamento no eixo 1, junto com gases de combustão e CO2 da calcinação, passam pelo duto de interconexão ao eixo 2 a ~1.050°C. No eixo 2, gases do eixo 1 misturam-se com ar de resfriamento e fluem para cima, aquecendo calcário na zona de pré-aquecimento do eixo 2.

Se modo continuar, temperatura de escape sobe acima de 500°C. Porém, após 8-15 min, fluxos de combustível e ar no primeiro eixo param e ocorre "reversão". Após carregar calcário no eixo 1, combustível e ar injetados no eixo 2 e gases de escape ventilados do topo do eixo 1.

Forno pode ser disparado com gás, líquido, sólidos pulverizados, resíduos, biomassa. Alta taxa de redução, embora em taxas menores haja perda de eficiência. Uma vez aceso, indesejável desligar pois pode encurtar vida do refratário. Vida de campanha do refratário na queima e canal de cruzamento: 4-8 anos. PFRK padrão precisa calcário limpo, idealmente razão não maior que 2:1. Tamanho mínimo 30 mm, embora design modificado PFRK cal fina opere em 10-30 mm em calcário limpo.

No PFRK, alimentação de combustível por lanças no leito de calcário. Requisito térmico: 765-1.000 Mcal/t. Elétrico: 20-41 kWh/t. Estrutura: dois ou três cilindros verticais ou eixos retangulares com revestimento conectados por canal para circulação de gases quentes. Injeção de ar no topo (principal) e lanças (10%). Retirada por placa excêntrica rotativa. Ponto importante: qualidade do refratário. PFRK tem flexibilidade de produção. Reatividade alta com flexibilidade razoável de alta a média quando calcário permite. Consumo de combustível e energia baixo. Flexibilidade limitada de parada/partida. Não adequado a calcário com alta decrepitação. Revestimento refratário mais caro que outros tipos.

Fig 4 Forno regenerativo fluxo paralelo

Fornos de Eixo Anular (ASK)

Característica principal (Fig 5): cilindro central restringindo largura do anel, junto com arcos para distribuição de gases de combustão garante boa distribuição de calor. Coluna central também permite parte dos gases de queimadores inferiores ser atraída para baixo e injetada de volta na câmara inferior.

Esta reciclagem modera temperatura nos queimadores inferiores e garante que estágios finais de calcinação ocorram a baixa temperatura. Ambos efeitos ajudam a garantir produto com baixo CO2 residual e alta reatividade. ASK pode ser disparado com gás, óleo ou combustível sólido. Gases de escape têm alta concentração de CO2.

No ASK, alimentação de combustível nas partes superior e inferior da câmara de queima às vezes misturada com calcário. Cilindro central restringe largura do anel. Requisito térmico: 790-1.170 Mcal/t. Elétrico: 18-35 kWh/t (até 50 kWh/t para alimentação <40 mm). Estrutura: eixo vertical com revestimento. ASK tem câmaras externas e queimadores. Combustível: gás, líquido, sólidos pulverizados, resíduos, biomassa. Injeção de ar no topo da câmara de calcinação. Retirada por placa excêntrica. Ponto importante: requer controle de processo muito preciso.

Cal produzida tem baixo CO2 residual e reatividade alta a média. Economia de combustível por recuperação de calor. Boa distribuição de calor. ASK tem manutenção de recuperador e câmaras externas. Custo de construção relativamente alto devido à concepção.

Fig 5 Forno de eixo anular

Outros Tipos de Fornos de Eixo

Inclui vários designs. Nestes, combustível introduzido pelas paredes do forno, queimado na zona de calcinação, com produtos movendo-se para cima contracorrente à cal e calcário. Em alguns, combustível parcialmente combusto em gaseificadores externos. Em outros, introduzido por dispositivos como queimador central, feixe de queimadores ou injetado abaixo de arcos internos.

Fornos de Eixo Duplo Inclinado

Pode produzir produto reativo de baixo carbonato. Essencialmente retangular em seção transversal mas incorpora duas seções inclinadas na zona de calcinação. Oposto a cada seção, arcos deslocados criam espaços onde combustível e ar de combustão pré-aquecido são disparados através de câmaras de combustão. Ar de resfriamento atraído para base, pré-aquecido, retirado e reinjetado através de câmaras. Caminhos tortuosos para gases e carga, com disparo de ambos os lados, garantem distribuição eficiente de calor. Gama de combustíveis sólidos, líquidos, gasosos, selecionados com cuidado para evitar acúmulos excessivos por cinzas e depósitos de sulfato de cálcio.

Fig 6 Forno de eixo duplo inclinado e forno de calcinação em suspensão a gás

Fornos de Calcinação em Suspensão a Gás (GSC)

Técnica para processamento de minerais como calcinação de calcário, dolomita e magnesita a partir de matérias-primas pulverizadas para produzir produtos altamente reativos e uniformes. Maioria dos processos (secagem, pré-aquecimento, calcinação, resfriamento) realizada em suspensão a gás. Planta consiste de equipamentos estacionários e poucos componentes móveis (Fig 6). Quantidade de material no sistema desprezível, significa que após poucos minutos, produto conforme especificações. Sem perda de material ou qualidade na partida/parada, sem subproduto fora de especificação. Processo GSC produz produto com alta reatividade mesmo calcinado a alto grau. Material requer finura adequada. Experiência mostra que 2 mm não deve ser excedido. Desempenho para operação balanceada: consumo de combustível ~1.150 Mcal/t produto, energia ~33 kWh/t.

Fornos de Eixo Multi-câmara

Outro tipo de forno duplo inclinado. Consiste de quatro ou seis seções inclinadas alternadas na zona de calcinação, e oposto a cada uma um arco deslocado. Arcos servem mesmo propósito do forno duplo inclinado. Ar de resfriamento pré-aquecido por cal na zona de resfriamento, retirado, despoeirado e reinjetado através de câmaras. Característica: temperatura das câmaras de combustão inferiores pode ser variada para controlar reatividade da cal em ampla faixa. Pode ser disparado com sólidos, líquidos, gasosos ou mistura.

Fornos de Grelha Móvel

Para alimentação 15-45 mm, opção "grelha móvel" ou CID. Consiste de zona de pré-aquecimento de eixo retangular alimentando calcário à zona de calcinação. Nesta, calcário cascateia lentamente sobre cinco placas oscilantes, oposto a série de queimadores. Cal passa a zona de resfriamento retangular. Queima gasosos, líquidos, pulverizados; produz cal mole com CaCO3 residual <2,3%.

Fornos Topo-formato

Desenvolvimento relativamente novo, aceita alimentação 10-25 mm. Consiste de zona de pré-aquecimento anular da qual calcário deslocado por hastes de empurrão para zona de calcinação cilíndrica. Gases de combustão de queimador central voltado para baixo, disparado com óleo e posicionado no centro da zona de pré-aquecimento, atraídos para zona de calcinação por ejetor. Cal passa a zona de resfriamento cônica. Produz cal de alta qualidade, adequada para siderurgia. Capacidades até 100 t/dia. Relatado que, por altura relativamente baixa, aceita calcário com baixas resistências.

Fornos de Leito Rotativo

Quase obsoleto, projetado para produzir cal de pequeno tamanho. Consiste de leito anular móvel carregando calcário. Calcário calcinado por múltiplos queimadores enquanto rota no leito anular. Ar de combustão pré-aquecido por calor excedente nos gases de escape e/ou usado para resfriar cal. Devido a abrasão reduzida comparado a fornos rotativos e de eixo, produzem alta proporção de cal de pequeno tamanho.

Armazenamento e Manuseio

Armazenamento de Cal

Cal preferencialmente armazenada em condições secas e livres de correntes de ar para limitar apagamento ao ar. Alto cuidado para excluir água, pois hidratação libera calor e causa expansão, ambos perigosos.

Veículos de descarga por pressão de ar sopram diretamente no silo, equipado com filtro para remover poeira do ar de transporte. Filtro deve ser à prova de intempéries e estanque. Poeira coletada pode ser descarregada de volta ao silo. Dispositivo de alívio de pressão/vácuo no silo é medida preventiva para manutenção no mecanismo de descarga. Onde quantidade insuficiente para justificar silos, produto armazenado em base de concreto, preferencialmente em baía separada dentro de edifício para evitar apagamento excessivo ao ar.

Equipamentos de Transferência

Muitos tipos adequados, novos continuamente desenvolvidos. Técnicas usadas com sucesso:

• Guinchos de caçamba: todos os graus granulares e em bloco, mais adequados para partículas >100 mm.
• Elevadores (correia-caçamba e corrente-caçamba): todos os graus.
• Transportadores de arrasto: granulares e finos. Geralmente horizontal ou inclinado.
• Esteiras transportadoras: amplamente usadas para graus em bloco e granulares horizontalmente e em subida.
• Transportadores helicoidais: amplamente usados para cal fina.
• Transportadores de calha vibratória: até 40 mm. Operam melhor com leve declive da alimentação à descarga.
• Transporte pneumático: produtos até 20 mm. Menor custo de capital que alternativas, mas custos operacionais maiores. Produto alimentado em vedação rotativa conectada a soprador. Diâmetro do tubo e volume/pressão do ar projetados considerando tamanho da cal, taxa de transferência e comprimento/rota. Silo receptor equipado com filtro de ar e válvula de alívio.