Desenvolvimento de um sistema de redução contínua de óxido de ferro via hidrogênio

Abstract

RESUMO: Este trabalho tem por objetivo desenvolver um sistema para promover a redução contínua de óxido de ferro, usando como agente redutor gás de hidrogênio, em temperaturas de 280ºC, 340ºC, 360ºC e 400ºC, e caracterizar os produtos de redução. O sistema de redução ocorreu em duas etapas: (i) na primeira, foi implementado o processador com todos os seus sistemas elétricos, mecânicos e eletrônicos, tornando possível o aquecimento e escoamento dos pós de óxido ao longo do leito móvel; (ii) na segunda, houve a instalação do sistema no interior da câmara de vácuo, onde foram realizadas todas as adaptações necessárias, tais como instalação de passantes e fixações na base da câmara. Para realizar os experimentos de validação do sistema desenvolvido, optou-se pelo óxido de ferro, cujo processo durou 120 minutos, sob pressão de 533 Pa e fluxo de gás hidrogênio de 400 cm3/min. O material processado caracterizou-se por difractometria de raios X (DRX), microscopia óptica e eletrônica, e microanálise química por espectroscopia de energia dispersiva (EDS). Os resultados mostraram que é possível obter magnetita a partir da temperatura de 360ºC. Na temperatura de 400ºC, pode ocorrer obtenção de áreas com redução de até 98%. A partir da temperatura de 360ºC, o processo de redução ocorreu em uma etapa: Fe2O3 (hematita) → Fe3O4 (magnetita). O sistema de redução funcionou muito bem, permitindo obter ferro metálico, motivando novos estudos futuros e usando outros agentes redutores, como o plasma frio de hidrogênio. Este trabalho mostra que é possível um novo processo de produção de ferro alternativo aos processos carbotérmicos utilizados na produção de ferro, os quais geram gases prejudiciais à saúde do homem e à natureza.

ABSTRACT: This work aims to develop a system to promote a continuous reduction of iron oxide using hydrogen as reducing agent and to characterize the reduction products processed at temperatures of 280, 340, 360 and 400°C. The reduction system was built following two steps: (i) first a processor was implemented with all the electrical, mechanical and electronic devices, becoming possible both to heat and flow the oxide powders along the bed in motion; (ii) second the installation of the system inside the vacuum chamber, where all the necessary adaptations were performed, such as passers (cables) and fixation system on the botton of the vacuum chamber. For performing experimental procedures, iron oxide was selected and processed at pressure of 533 Pa, reduction times of 120 min., using flowrate of hydrogen of 400 cm3/min. The reduction products were characterized by x-ray diffraction (XRD), electron and light microscopy and chemical microanalysis were performed by energy dispersive spectroscopy (EDS). The results showed that it is possible to obtain magnetite from temperatures of 360°C. At 400°C, reducing areas above 98% were obtained. From temperature of 360°C, the reduction process occured in one step: Fe2O3 (hematite) → Fe3O4 (magnetite). The results also showed that it is possible an alternative route, which generate harmful gases to human health and nature, characteristic of the carbothermal processes commonly used in the production of iron.