Abstract Wastes management studies concerning slaker grits, a rich calcium carbonate landfilled residue from the pulp and paper industry, are focused on their application in the construction field due to their calcareous nature. To the best of our knowledge, slaker grits addition in a high calcium content ceramic frit formulation and their behavior as a glaze has not yet been explored, being the aim of this work. Grits were added as a calcium oxide source in 0, 50%, and 100%, and the frits were analyzed regarding their chemical composition, devitrification, sintering behavior, morphology, colorimetric coordinates, and scratch resistance. By means of comparison, the commercial frit was also characterized. The glazes were analyzed by their physical and thermal properties and scratch resistance. Grits did not prevent the vitreous phases obtention and, compared to the commercial frit, presented a similar behavior, although resulted in higher wollastonite devitrification that directly affected glazes’ thermal properties, sintering contraction, linear thermal expansion coefficient, among others. A great outcome was the quartz scratch resistance of the glaze containing the highest grits content, revealing an optimized behavior. Grits residue proved to be a promising alternative raw material capable of generating sustainable and economic perspectives for the ceramic coating sector.

A deterioração de refratários utilizados em unidades fluidizadas de craqueamento catalítico (UFCC) é responsável por altos custos de manutenção para a indústria petroquímica. Esse fenômeno é comumente associado à deposição de coque durante a produção de hidrocarbonetos. Entretanto, outros mecanismos causadores de dano podem ocorrer, como a geração de defeitos por transição de fase expansiva. O objetivo deste trabalho foi estudar a contribuição da transição de fase a-b de partículas de quartzo para a deterioração de um refratário comercial sílico-aluminoso empregado em riser de UFCC, por meio de ciclos térmicos lentos. Este dano pode ocorrer caso a temperatura de operação do equipamento oscile ao redor da temperatura da transição a-b (573 °C). Este estudo foi realizado no material com e sem coque impregnado, visando avaliar o efeito conjunto da presença do coque e da transformação de fase. Para a avaliação do dano empregou-se a medida do módulo de Young em função da temperatura através da Técnica de Excitação por Impulso em atmosfera controlada. Para tal, utilizou-se um equipamento recentemente desenvolvido no grupo de pesquisa dos autores. Foram preparados corpos de prova do material e estes foram submetidos a ciclos térmicos lentos com temperaturas máximas de 500 °C e 700 °C com taxa de aquecimento de 2 °C/min. Uma parcela destes corpos foi previamente impregnada por coque em reator de propeno. Complementarmente, ensaios de difração de raios X, de dilatometria e a observação com microscopia eletrônica foram realizados. Comprovou-se que as partículas de quartzo são determinantes para o comportamento termomecânico do material e para a resistência ao dano por ciclagem térmica. A transição de fase a-b, embora enrijeça o material no aquecimento, intensifica o dano por ciclo térmico lento. A impregnação pelo coque aumenta a resistência a ciclos térmicos lentos, porém reduz a resistência à evolução do dano.

The deterioration of refractories used in fluidized catalytic cracking units (FCC-units) is responsible for high costs of maintenance for the petrochemical industry. This is commonly associated with coke deposition during the production of light hydrocarbons. However, other mechanisms responsible for causing damage may also occur, such as the generation of cracks by expansive phase transition. The aim of the work herein was to study the contribution of the a-b phase transition of quartz particles to the deterioration of a commercial aluminosilicate refractory used in a riser by the means of slow thermal cycles. Such damage may occur if the working temperature of the equipment fluctuates around the a-b transition temperature (573 °C). The current study considered the material with and without coke impregnation to evaluate the combined effect of coke presence and phase transition. To evaluate the damage, it was used the Young's modulus as a function of temperature by applying the Impulse Excitation Technique under controlled atmosphere. An equipment recently developed by the authors research group was applied. Specimens were prepared and submitted to slow thermal cycles of temperatures up to 500 °C and up to 700 °C, with a heating rate of 2 °C/min. Part of the specimens was previously impregnated with coke by a reactor using propen. To complete the evaluation, characterization by X-ray diffraction, as well as by dilatometry and scanning electron microscopy were performed. The findings of this study showed that the presence of quartz particles determine the thermo-mechanical behaviour of the material, as well as the thermocycling damage resistance. In spite of the fact that the a-b phase transition stiffens the material during the heating stage, it increases the damage by slow thermal cycling. The coke impregnation increases the resistance to slow thermal cycles, however it decreases the resistance to the damage evolution.

Os concretos refratários usados em unidades de craqueamento catalítico fluidizado (UFCC) podem sofrer deterioração pela deposição de coque durante o processo de produção de hidrocarbonetos leves, ocasionando a diminuição do tempo de funcionamento do reator e conseqüente perda financeira para as petroquímicas. Diversos estudos foram feitos, porém nenhum deles aponta conclusivamente para a parcela que esta deposição tem na deterioração do concreto, permanecendo a dúvida se ele é o responsável pelos danos observados macroscopicamente no riser de uma UFCC. Este trabalho visou estudar o efeito do tempo de exposição a uma atmosfera coqueificante sobre um concreto refratário anti-erosivo, classe C, buscando identificar mudanças nas propriedades físicas e microestruturais que evidenciem o mecanismo de degradação e que possam fornecer subsídios para análises conclusivas acerca do entendimento do fenômeno. Para isso, prepararam-se amostras de um concreto usado industrialmente em UFCC, submetidas a um processo de coqueificação forçado em reator piloto. Fixou-se a temperatura e a taxa de aquecimento em 540 ºC e 50 ºC/h, respectivamente, variando-se os tempos de exposição ao gás propeno em 10, 60, 120, 240 e 480 h. Os corpos de prova tiveram suas microestruturas caracterizadas via microscopia ótica e eletrônica de varredura e suas fases por difração de raios X. Outros ensaios complementares foram necessários para o entendimento do fenômeno. Os resultados mostraram que a superfície e a microestrutura do material gradativamente se impregnam de coque, que preenche os poros, as microtrincas e as trincas. Não foram encontradas evidências de microtrincamento em torno dos poros da matriz do concreto preenchidos com coque, porém os agregados apresentam algum tipo de deterioração com o tempo de exposição ao propeno, não necessariamente causados diretamente pelo coque.

Refractory castables used in Fluidized Catalytic Cracking Units (FCCU) are said to deteriorate due coke formation during the production of light hydrocarbons, causing a shortening in the operating time of the reactor. Consequently, a significant financial loss for the petrochemical will occur. Several studies have been carried out, but none of them showed clearly how much is the contribution of the coke for the concrete final deterioration. It still remains the doubt if the coke is the responsible for the damage observed macroscopically in a FCCU's riser. In this way, this work aimed to study the effect of the time in a cokemaking atmosphere on an anti-erosive class-C refractory castable, seeking for microstructural changes or on physical properties that indicate degradation mechanisms and give support to the understanding of the phenomenon. Samples of an industrial refractory castable used in petrochemical units were prepared and subjected to a forced cokemaking process in a simulation reactor. The temperature and the heating rate were kept constant at 540 ºC and 50 ºC/h, respectively. The values of 10, 60, 120, 240 and 480 h were used for the time of exposition to the propene gas. The microstructure of the samples was characterized through optical and scanning electron microscopy and its mineralogical phases through X-ray diffraction. Complementary analyses were necessary to a better understanding of the phenomenon. The results show that the surface and the microstructure are gradually impregnated by coke, which fills up pores, microcracks and cracks. Evidences of microcracking around the coke filled pores were not found. However, many aggregates present some type of deterioration related to the time of exposition to propene. Those damages are not necessarily caused by coke directly.

O silicato de zircônio apresenta uma elevada importância tecnológica devido as suas propriedades físico-quimicas, tendo aplicações em indústrias de esmalte e vidrados cerâmicos, além de ser considerada uma das mais importantes estruturas geradoras de pigmentos cerâmicos, por ter enorme capacidade de agrupar íons dopantes. No entanto, por utilizarem matérias-primas pouco reativas, a cinética de reação em estado sólido fica extremamente comprometida, o que impulsiona os estudos pela otimização de parâmetros de processo com objetivo de extrair a maior eficiência deste método, considerado extremamente barato e simples. Assim, este trabalho teve por objetivo estudar a influência da temperatura e do método de mistura na cinética de reação de formação da zirconita (ZrSiO4) a partir das matérias primas individuais, ZrO2 e SiO2. Para isso, os precursores foram dosados na equivalência molar, misturados por dois métodos de mistura distintos, moinho de martelos e moinho de bolas a seco, e calcinados a 1300, 1400 e 1500 °C. A efetividade da mistura foi caracterizada através de microscopia eletrônica de varredura e a evolução mineralógica por difração de raios X. Os resultados indicaram uma relação exponencial entre a velocidade de reação e a temperatura, e também uma dependência entre a efetividade da mistura e a cinética de formação da zirconita.

The zirconium silicate presents a high technological importance due to its physico-chemical properties, having applications in glaze and enamel ceramic industries, besides being considered one of the most important structure for ceramic pigments due to its ability to group dopants. However, for using substances with low reactivity, the kinetics of the solid state reaction is slow, stimulating the studies for the optimization of processing parameters reach an improved efficiency of this method, considered very cheap and simple. This work had as objective to study the influence of the temperature and the method of mixture in the kinetics of zircon (ZrSiO4) reaction formation from ZrO2 and SiO2. The precursors were determined, mixed by two methods: hammer mill and dry ball mill and calcined at 1300, 1400 and 1500 °C. The effectiveness of the mixture was characterized by scanning electron microscopy and the mineralogical evolution by X-ray diffraction. The results indicated an exponential relation between the rate of the reaction and the temperature, and also a dependence between the effectiveness of the mixture and the kinetics of zircon formation.