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Desfosforação das cinzas do tratamento térmico de resíduos da indústria do couro visando o uso metalúrgico

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Desfosforação das cinzas do tratamento térmico de resíduos da indústria do couro visando o uso metalúrgico

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Título Desfosforação das cinzas do tratamento térmico de resíduos da indústria do couro visando o uso metalúrgico
Autor Padilha, Denizia
Orientador Marcilio, Nilson Romeu
Data 2012
Nível Mestrado
Instituição Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química.
Assunto Indústria do couro
Ligas de ferro-cromo
Resíduos de couro
Tratamento térmico
Resumo As cinzas oriundas do tratamento térmico dos resíduos gerados pela indústria do couro são ricas em óxido de cromo. Uma possível destinação para essas cinzas seria a produção de ligas ferrocromo. No entanto, a presença de fósforo em quantidades acima dos limites especificados para as ligas torna necessária a desfosforação. Alguns ácidos promovem a formação de compostos fosfatados (que ficam em solução) através da lixiviação, possibilitando a remoção do fósforo das cinzas. Foram realizados experimentos para verificar a influência dos parâmetros envolvidos na desfosforação e definir quais são significativos, buscando as condições mais favoráveis para que seja atingida a máxima remoção do fósforo. Foi utilizado o ácido sulfúrico e os parâmetros estudados foram: a concentração das soluções de ácido, a razão ácido/cinza, a granulometria das partículas das cinzas e a temperatura. Os experimentos seguiram um planejamento fatorial completo 24 sendo que também foram realizados experimentos no ponto central da região experimental, a fim de verificar se a curvatura de segunda ordem estava presente na modelagem do sistema e quais as condições experimentais necessárias para se obter a maior conversão de fósforo. Foi realizada a análise de variança a fim de testar a significância dos efeitos e para determinar se o modelo de segunda ordem foi mais apropriado para descrever a resposta do que o modelo de primeira ordem. Os principais fatores e algumas interações entre fatores foram fortemente significativos no sistema experimental, e, além disso, a curvatura quadrática também se mostrou significativa, sendo proposto um novo planejamento experimental que envolve todos os fatores, para a montagem do modelo de segunda ordem: o planejamento fatorial composto de face centrada (CFC). Uma nova análise de variança foi realizada, para avaliar a significância dos fatores, interações e efeitos quadráticos. Todos os efeitos principais bem como dois efeitos de interação mantiveram-se significativos, e os efeitos quadráticos dos fatores também foram importantes para a modelagem do sistema.Com base nestes resultados, um modelo linear de segunda ordem foi proposto, o qual ilustra a dependência da resposta com os fatores codificados. O modelo foi significativo e a máxima conversão predita pelo modelo proposto foi de 99,0% para as seguintes condições: 60°C, solução com 15% de H2SO4 e partículas com diâmetro médio de 0,038 mm. Experimentalmente foi obtido 98,6% de remoção de fósforo das cinzas nestas mesmas condições. O modelo foi utilizado para encontrar as condições de funcionamento ideal na região experimental, pela maximização da lixiviação de fósforo a partir das cinzas. A máxima remoção obtida pela otimização do processo foi de 99,2±2,5% nas condições de 60ºC, 13,9% em peso de H2SO4 na solução de lixiviação, 4,80 (ml de solução de ácido)/(g de cinzas), 0,0370 ± 0,0370 mm de tamanho de partícula. Os resultados obtidos demonstraram a viabilidade do processo de desfosforação por lixiviação ácida com ácido sulfúrico, sendo que um balanço de massa indicou que o teor de fósforo remanescente é aceitável para a produção de ligas ferrocromo.
Abstract The ashes coming from the thermal treatment of waste generated by the leather industry are rich in chromium oxide. One possible destination for the ashes is the production of ferrochromium. However, the presence of phosphorus in quantities above the limits specified for the alloys necessitates the dephosphorization. Some acids promote the formation of phosphate compounds (which are in solution) by leaching, allowing the removal of phosphorus from the ashes. Experiments were performed to verify the influence of the parameters involved in the dephosphorization and determine which are significant, seeking the most favorable conditions for maintaining the maximum removal of phosphorus. Sulfuric acid was used and the parameters studied were: the concentration of acid solutions, the amount of acid, the particle size of the ash and temperature. The experiments followed a complete factorial design 24, and experiments were also conducted at the midpoint of the experimental region in order to verify that the curvature of the second order was present in modeling the system and what the experimental conditions necessary to obtain the highest conversion of phosphorus. We performed analysis of variance to test the significance of effects and to determine if the second order model was more appropriate to describe the response that the first order model. The main factors and some interactions were highly significant factors in the experimental system, an, moreover, the quadratic curve was also significant, proposed a new experimental design that involves all the factors, to assemble the model of second order: the facecentered composite design (FCC). A new analysis of variance was performed to assess the significance of the factors, interactions and quadratic effects. All main effects and two interaction effects remained significant, and quadratic effects of factors were also important for system modeling. Based on the results, a secondorder linear model was proposed, which illustrates the dependence of the response to the encoded factors. The model was significant and the maximum predicted by the model proposed conversion was 99.0% for the following conditions: 60º C, 15% solution of H2SO4 and particles with an average diameter of 0.038 mm. Experimentally obtained was 98.6% removal of phosphorus from the ashes under the same conditions. The model was used to find the optimal operating conditions in the experimental region by maximizing the leaching of phosphorus from the ashes. The maximum removal obtained by the optimization process was 99,2 ± 2,5% under the conditions of 60ºC, 13.9 wt% H2SO4 the leaching solution, 4,80 (ml of acid solution). (g of ash) -1, 0.0370 ± 0.0370 mm particle size. The results demonstrated the feasibility of the process of dephosphorization by acid leaching with sulfuric acid, using a mass balance which indicated that the level of remaining phosphorus is acceptable for the production of ferrochrome alloy.
Tipo Dissertação
URI http://hdl.handle.net/10183/61387
Arquivos Descrição Formato
000865294.pdf (666.9Kb) Texto completo Adobe PDF Visualizar/abrir

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