Resumo A adição de cinzas em matrizes cimentícias é essencial para se alcançar os requisitos da Política Nacional dos Resíduos Sólidos. Entretanto, deve-se buscar tecnologias que viabilizem tais aplicações, principalmente quando o material apresenta adequada atividade pozolânica. O objetivo deste trabalho foi verificar a atividade pozolânica da cinza volante proveniente da queima de carvão mineral, proveniente do processo de fabricação de alumínio, como adição mineral em argamassas e concretos convencionais. Para isso foram realizados ensaios de caracterização físico-química da amostra de cinza e do comportamento mecânico de traços de argamassas e concretos comercialmente empregados. Os resultados demonstraram que a cinza em questão possui atividade pozolânica conforme normas ABNT empregadas e quando inserida nas matrizes cimentícias estudadas, apresentaram o desempenho esperado para este tipo de adição (maior resistência mecânica em idades mais avançadas).

Abstract The addition of ash, initially classified as waste in cement matrices, is essential to achieve the requirements of National Policy of Solid Waste. However, technologies that enable such applications should be sought, especially when the material has adequate pozzolanic activity. The aim of this study was to verify the pozzolanic activity of fly ash from coal burning, from the aluminum manufacturing process, such as mineral admixture in mortars and conventional concrete. For that, physicochemical characterization of the ash sample and the mechanical behavior of mix dosage of mortar and commercially used concrete tests were carried out. Results showed the ash in evaluation has pozzolanicity as relevant standards employed and when inserted in the studied cementitious matrices, showed the expected performance for this type of addition (higher mechanical strength at older ages).

A tendência por unidades de produção mais sustentáveis vem obrigando a indústria de alumínio a adotar estratégias para reduzir o consumo de energia e minimizar a geração de resíduos. Procedimentos nesta direção têm sido implementados em fornos de cozimento de anodo, onde alguns aprimoramentos têm permitido a redução no consumo de energia. Entretanto, sabe-se que durante a etapa de queima do anodo, elevada quantidade de calor é ainda dissipada para o ambiente, aumentando os custos com energia. Desta forma, o presente trabalho tem por objetivo apresentar alternativas de redução do consumo de combustível do forno de cozimento de anodo considerando, para isto, o transporte de calor das câmaras de combustão desde as paredes refratárias até o bloco de carbono, passando pelo coque fluido. Os resultados aqui obtidos indicam que uma possível mudança da distribuição do tamanho de partículas do coque, bem como, a adição de uma manta isolante no topo do forno pode aperfeiçoar o desempenho do sistema quando o foco é sustentabilidade e otimização do processo.

The trend for sustainable production units induced the aluminum industry to adopt strategies of reducing the energy consumption and waste generation. In this sense, several procedures have been carried out in the anode baking furnace, reducing its energy consumption. However, during the carbon block thermal treatment, a great amount of heat is still released to the environment, increasing the energy cost. Therefore, the present work aims to show alternatives of reducing the anode furnace energy consumption considering the heat flow from the combustion chamber, via the flue wall and the fluid coke, till the anode. The results point out that a change in the fluid coke particle size distribution as well as placing an insulating blanket on the top of the furnace can optimize the anode furnace performance when the focus is sustainability and the process optimization.

Encontrar aplicações sustentáveis para o resíduo de bauxita tem se mostrado um dos principais desafios da indústria do alumínio na atualidade. Com esse propósito, a geopolimerização pode se tornar uma solução interessante, uma vez que essa técnica seria capaz de tirar proveito de algumas das características mais típicas desse resíduo, como sua elevada alcalinidade e o seu significativo teor de compostos de silício e alumínio, produzindo materiais sólidos semelhantes em propriedades às cerâmicas tradicionais. Neste trabalho, o processamento, as propriedades e as possíveis aplicações dos geopolímeros compostos por resíduo de bauxita foram analisados. Além dos ensaios de porosidade aparente e resistência mecânica, as amostras preparadas também foram submetidas a um ensaio de lixiviação, de modo a já realizar uma avaliação prévia dos potenciais riscos ambientais decorrentes da utilização de um possível produto, e de quais procedimentos favoreceriam a sua passivação. Entre os principais resultados obtidos, verificou-se que a queima a 800 °C permitiu a algumas das composições desenvolvidas alcançarem valores de resistência à compressão da ordem de até 30 MPa, além de uma resistência à lixiviação muito próxima à de um tijolo de argila prensado comum, o que já permite considerar a construção civil como um dos setores mais favoráveis para a aplicação dos geopolímeros com resíduo de bauxita, principalmente pela enorme capacidade de consumo desse setor e da sua crescente demanda por produtos mais sustentáveis.

Finding sustainable applications for the bauxite residue is one of the leading challenges in the aluminium industry. For this purpose, the geopolymerization could become an interesting alternative, because this technique could make use of some of the typical characteristics of the bauxite residue, such as its alkalinity and expressive silicates and aluminates contents, resulting in solid materials with similar properties to usual traditional ceramics. In this work, the properties, processing and possible applications of such materials were analyzed. Besides the apparent porosity and the mechanical resistance tests, the obtained samples were also submitted to a leaching test, aiming to a preliminary evaluation of the potential environmental risks of application that a supposed product would represent, and which procedures could favour its passivation. As the main results, it was possible to verify that firing at 800 °C allowed some compositions to reach compression resistance values up to 30 MPa, and a leaching resistance closer to a common pressed clay brick, which makes the building materials a potential area of application for the bauxite residue geopolymers, based on the enormous consumption capacity of this area and its increasing demand for more sustainable products.

A literatura indica diversos tipos de ensaios e diferentes métodos de avaliação de dano por choque térmico. Adicionalmente sabe-se que, em determinadas aplicações, esse tipo de dano é um dos principais responsáveis pela degradação do revestimento refratário. Neste contexto e buscando a melhor forma de reproduzir as condições em serviço do revestimento refratário, o presente trabalho foi realizado visando analisar qual tipo de ensaio de choque térmico e método de avaliação do dano são os mais adequados para avaliar o desempenho destes materiais. Essa análise foi baseada em uma revisão bibliográfica e resultados obtidos em laboratório, em que se comparou e avaliou as vantagens e desvantagens dos métodos mais relevantes encontrados na literatura. Por fim, com o auxilio da ferramenta SWOT foi possível verificar se o método adotado pelos autores desse trabalho é adequado para auxiliar na seleção do refratário para aplicação em calcinadores de leito fluidizado.

The literature shows different tests and techniques for evaluating the thermal shock damage. Additionally, it is known that, for certain applications, this type of wear mechanism is one of the main causes of fluid flash calciner refractory degradation. Within this context and in order to find the best way to reproduce the refractory lining service conditions, this work was carried out to point out which thermal shock test and damage assessment method are more suitable to evaluate these materials. This analysis was based on a literature review and laboratory experiments, comparing and evaluating the advantages and disadvantages of the most important methods available. Finally, with the support of the SWOT tool it was possible to evaluate whether the method adopted by the authors of this work is appropriated for helping the selection of the refractories for calciners application.

Nos últimos anos a produção mundial de alumínio tem aumentado e para as empresas continuarem competitivas torna-se necessário que a média do custo de produção do metal seja reduzida. Uma das alternativas é aumentar a vida útil dos refratários usados em fornos de cozimento de anodo, bem como a sua capacidade de produção. Ambas estratégias podem resultar em maior qualidade do anodo e redução no custode manutenção do forno. O presente trabalho tem por objetivo apresentara caracterização termo-mecânica dos tijolos refratários utilizados em fornos de cozimento de anodo e a resistência destes materiais ao ataque químico. Os resultados indicam que a escolha da composição mais adequada depende de uma análise sistêmica das propriedades a alta temperatura, da resistência química e das práticas operacionais do forno.

In the latest years the worldwide production of aluminum is increasing and for the companies to keep their competitiveness it is necessary to reduce the average cost of the metal production. One of the alternatives is to increase the refractories working life used in anode baking furnaces and their production capacity. Both strategies may result in a higher anode quality and reduction of the furnace maintenance costs. This paper aims to present the thermo-mechanical characterization of the refractory bricks used in anode baking furnaces and their resistance to chemical attack. The results indicated that the selection of the most suitable composition depends on a systemic analysis involving the high temperature properties, chemical resistance and the operational practices of the furnace.

Dentre as diversas tecnologias existentes na produção do alumínio primário, o transporte de alumínio líquido em cadinhos (capacidade 8 a 10 t) por longas distâncias (entre 100 e 200 km) tem se tornado uma opção lucrativa para produtores e clientes. Todavia, a escolha correta do refratário de revestimento do cadinho não é uma tarefa trivial, pois uma série de propriedades deve ser considerada de modo a maximizar seu desempenho. Com isso, um estudo teórico envolvendo termodinâmica, microestrutura, resistência termomecânica, propriedades térmicas e projeto torna-se necessário. Neste trabalho, procura-se conciliar essa teoria com a prática industrial por meio da caracterização de materiais comerciais e a simulação computacional em um software desenvolvido, sendo possível a previsão do comportamento de um cadinho durante sua operação. A partir do acesso a informações da empresa parceira deste estudo, foi possível o acompanhamento industrial obtendo-se maior detalhamento sobre as reais necessidades de um projeto de revestimento de cadinhos. Portanto, suportado por três pilares "teoria", "simulação" e "prática industrial", o presente trabalho tem o intuito de ser uma contribuição tecnológica no auxílio à seleção de refratários para revestimento de cadinhos no transporte do alumínio líquido.

Among the technologies developed for aluminum industries, the long distance (over 100 to 200 km) transportation of molten aluminum (over 8 to 10 t) in crucibles has become into an advantageous process for suppliers and customers. However, choosing crucible's lining is not an obvious task, because the materials properties must be considered to maximize performance. Thus, a systemic analysis involving design, thermodynamic, microstructure, thermal conduction and thermo-mechanical factors is required. This work aims to match these theoretical aspects, the industrial results, the laboratory characterization of materials and the computing simulations using a developed software. This software is able to predict the thermal behavior of the heated containers even under operation. Therefore, the three pillars named "theory", "simulation" and "industrial results" used in the present work were applied in the selection of the refractory lining for the molten aluminum transportation crucible.

Nos últimos anos, a produção mundial de alumínio tem aumentado e para as empresas continuarem competitivas torna-se necessário que a média do custo de produção do metal seja reduzida. Uma das alternativas é aumentar a vida útil dos refratários usados em fornos de cozimento de anodo, bem como a sua capacidade de produção. Ambas estratégias podem resultar em maior qualidade do anodo e redução no custo de manutenção do forno. O presente trabalho tem por objetivo apresentar a caracterização termo-mecânica dos tijolos refratários utilizados em fornos de cozimento de anodo e a resistência destes materiais ao ataque químico. Os resultados indicam que a escolha da composição mais adequada depende de uma análise sistêmica das propriedades a alta temperatura, da resistência química e das práticas operacionais do forno.

In the latest years, the worldwide production of aluminum is increasing and for the companies to keep their competitiveness it is necessary to reduce the average cost of the metal production. One of the alternatives is to increase the refractories working life used in anode baking furnaces and their production capacity. Both strategies may result in a higher anode quality and reduction of the furnace maintenance costs. This paper aims to present the thermo-mechanical characterization of the refractory bricks used in anode baking furnaces and their resistance to chemical attack. The results indicated that the selection of the most suitable composition depends on a systemic analysis involving the high temperature properties, chemical resistance and the operational practices of the furnace.

Diversos fatores interferem no desempenho e na vida-útil do revestimento refratário em unidades de calcinação de alumina. O desconhecimento das melhores práticas de seleção e qualificação dos materiais para esta aplicação foi a força motriz para este trabalho. Foram caracterizados dois materiais comerciais aplicados por projeção (um via wet-shotcrete e outro por dry-gunning), indicados para o revestimento refratário dos vasos e dutos de calcinadores de alumina. Tais técnicas são importantes, uma vez que reduzem o tempo de aplicação e o lucro cessante da unidade. Os materiais em análise foram submetidos a baterias de testes laboratoriais, os quais seguem normas técnicas internacionais. Os ensaios foram divididos segundo a representatividade das solicitações que ocorrem no revestimento em operação, e os resultados obtidos foram usados para avaliar o seu potencial desempenho. O embasamento técnico e científico utilizado neste trabalho pôde orientar o desenvolvimento, a seleção e a aplicação de novas cerâmicas refratárias para o revestimento interno de calcinadores, com o objetivo de elevar a vida-útil, a disponibilidade e a confiabilidade das unidades, possibilitando diminuir o custo com manutenções.

Several aspects are important to define the working life of refractory lining for alumina calcinations units. The lack of knowledge of the best selection practices and qualification of the materials for this application have been the driving force of this work. Two commercial materials applied by projection (wet-shotcrete and dry-gunning) were characterized. Both are usual standards of refractories for lining vessels and pipes of alumina fluid-flash calciners. All the materials analyzed were submitted to laboratorial tests, which follow international technical standards. The tests were divided in indispensable, necessary and occasional, according to the importance of the solicitations of the refractory lining under operation. The technical and scientific knowledge applied in this work can guide the development, the selection and the application of new refractory castables for the internal lining of alumina fluid-flash calciners, increasing their working life, productivity and the reliability of the units, and reducing the maintenance costs.

As vantagens econômicas decorrentes da comercialização de alumínio líquido por meio de cadinhos ressaltam a importância da correta seleção dos revestimentos refratários, a fim de otimizar o processo. Uma primeira etapa na seleção se relaciona ao estudo da composição química do refratário e a busca por soluções que reduzam a corrosão. Para tanto, é fundamental a escolha de composições contendo óxidos termodinamicamente estáveis e aditivos anti-molhantes, os quais colaboram para o aumento da vida útil do revestimento. Além do aspecto químico, o controle da distribuição de tamanho de poros é outra variável relevante quando se procura retardar a infiltração do metal fundido no material. Como, durante a operação, o revestimento está sujeito a uma variedade de mecanismos de desgaste, as propriedades mecânicas dos refratários também devem ser consideradas, além das características físicas que influenciam diretamente na carga útil para o transporte. Adicionalmente, os aspectos de transferência de calor, tais como cálculos de fluxo de calor e temperatura da face fria, podem ser realizados simulando-se as respostas que diferentes propostas de revestimento trariam, sem a necessidade de experiências ou riscos, quando aplicados em escala industrial. Desta forma, uma análise sistêmica para a escolha do revestimento foi desenvolvida, a qual busca englobar todos os fatores que interferem no desempenho do cadinho e na análise econômica, visando-se encontrar a melhor alternativa para conservação de energia, e aumento da vida útil e da capacidade de carga.

The growing interest in molten aluminum transportation, due to economic reasons, highlights the importance of the correct refractory lining selection for the ladles used in this operation. The chemical composition of the refractory and the search for solutions that reduce the corrosion are the first topics to be addressed. For this purpose, it is of utmost importance to select thermodynamically stable oxides and anti-wetting containing refractories, in order to extend ladle lining life. Besides the chemical approach, another central issue to delay the infiltration of molten aluminum is the control of the pore size distribution. However, the material is also subjected to wear mechanisms, e.g. during the cleaning operation. For that reason, it is also necessary to consider the mechanical strength, as well as physical properties that may consequently affect the maximum load of transported aluminum. Furthermore, heat transfer parameters, such as heat flow and cold face temperature, should also be assessed to compare different proposals, before industrial scale testing. Thus, to choose the best lining, a systemic analysis that takes into account all of the intervening factors in the ladle performance and in economic aspects was made, aiming to select the best alternative in terms of energy saving, life expectancy and aluminum capacity availability.

O desgaste de revestimentos refratários é um dos principais problemas em processos industriais onde as linhas de transferência estão sujeitas à alta velocidade de fluidos contendo partículas sólidas. Os trabalhos encontrados na literatura sobre desgaste erosivo em materiais refratários são raros. Como conseqüência, o desenvolvimento de materiais mais resistentes à erosão tem sido lento e, em geral, por meios empíricos. Este trabalho teve como objetivos apresentar uma revisão sobre a importância da erosão nas aplicações industriais e averiguar a resistência ao desgaste de concretos refratários em unidades de fabricação de alumínio e em petroquímicas. As variáveis avaliadas foram: o ângulo de impacto, a pressão da linha, a granulometria e a dureza do agente erosivo, e a temperatura do tratamento térmico a que o material foi submetido. Verificou-se que o histórico do tratamento térmico pode levar a comportamentos distintos quanto ao desgaste erosivo, devido a mudanças nas características dos aditivos ligantes usados em cada material. Constatou-se que o maior desgaste ocorre com um ângulo de impacto de 90º entre o jato erosivo e o material, decrescendo gradativamente até o ângulo de 30º. Verificou-se também que maiores valores de velocidade, dureza e raio da partícula resultam em maior erosão.

The wear of refractory linings is often a critical problem in process units where transfer lines are subject to high velocity gas stream containing solid particles. Knowledge related to erosive wear of refractories linings under these conditions is restricted, as consequence, technological development is slow and, in general, developed in an empirical way. The goals of the present work were to review relevant aspects regarding erosive wear on industrial applications and to investigate the erosion resistance of refractory castables currently used by the aluminum industry and in catalyst cracking units. The parameters evaluated were: particle impingement angle, line pressure, particle size and hardness, and thermal history of refractories. It was observed that the plastic refractories submitted to different thermal treatments exhibited distinct erosion resistance behavior, likely due to changes in the binding agents. In addition, it was verified that the higher wear rate was obtained at 90º of impingement, and decreased slightly as the angle approached 30º. The results also pointed out that erosion was proportional to particle velocity, its hardness and size.

A crescente evolução tecnológica aliada ao aumento na utilização de concretos refratários têm estimulado o aprofundamento nos estudos sobre as relações granulometria/reologia nesses materiais. Normalmente, tais estudos são baseados em distribuições onde a extensão granulométrica é constante e o diâmetro máximo de partícula é próximo a 4750 µm. Entretanto, diferentes aplicações podem requerer a variação desse diâmetro, visando a obtenção de propriedades específicas. Sendo assim, o objetivo desse trabalho foi avaliar o impacto da extensão e distribuição granulométrica na reologia de concretos refratários zero-cimento (100% Al2O3). Composições foram formuladas segundo o modelo de Andreasen, variando-se os coeficientes de distribuição (q = 0,21; 0,26 e 0,31) e os diâmetros máximos de partícula (D L=2800, 4750 e 8000 µm). As avaliações foram realizadas em um reômetro desenvolvido para concretos refratários e os resultados revelaram uma elevada sensibilidade destes materiais frente às variações granulométricas estudadas, principalmente quando submetidos a ensaios que permitiram simular seu transporte por bombeamento.

The growing technological demand combined with the increase application of refractory castable, has promoted further studies on the rheology of this material. As the rheological behavior is intrinsically linked to the particle size distribution, several analysis have been made aiming to determine the relationship between rheology and the particle size distribution. Usually, such analyses are based on distributions where the particle size range is constant and the maximum particle diameter is close to 4750 µm. However, in order to obtain specific properties, different applications may require changes of this diameter. Due to such needs, the objective of this paper was to evaluate the impact of the range and particle size distribution on the rheology of zero-cement (100% Al2O3) refractory castable. Castables compositions were formulated according to the Andreasen model, varying the distribution coefficients (q = 0,21; 0,26 and 0,31) and the particles maximum diameters (D L = 2800, 4750 and 8000 µm). The evaluations were performed using a rheometer developed for refractory castable. The results revealed a high sensibility of these materials to variations on the particle size distributions studied, mainly when tested under conditions that simulated its pumpability.