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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/39359
Tipo: Dissertação
Título: Critérios de eficiência na produção industrial de clínquer para cimento Portland
Autor(es): Faria, André Gustavo Vin Ferreira de
Orientador: Torres, Sandro Marden
Membro da Banca: Silva, Kelly Cristiane Gomes da
Membro da Banca: Cabral, Lucidio dos Anjos Formiga
Membro da Banca: Leal, Antonio Farias
Membro da Banca: Lima Filho, Marçal Rosas Florentino
Resumo: No atual cenário altamente competitivo da indústria do cimento, aliado a crescente demanda por processos produtivos sustentáveis, o aumento da reatividade do clínquer Portland tornou-se um objetivo crítico. Este estudo propõe a implementação industrial de avanços científicos e tecnológicos recentes voltados à maximização da formação da fase alita no clínquer. Avaliam-se parâmetros reacionais-chave, como a distribuição do tamanho de partícula da sílica, a influência reológica do balanço de SO₃ e MgO na fase líquida, e seus efeitos combinados sobre a reatividade do clínquer e a produtividade global do cimento. O estudo também reúne um conjunto de percepções reacionais para sustentar um modelo de alta performance de reatividade do clínquer, cuja prova de conceito demonstra considerável potencial inovador para aplicação industrial. Na Fase 1, validaram-se, em escala industrial, os gatilhos reacionais críticos para a maximização da taxa de conversão da alita no clínquer. Demonstrou-se que o SO₃ e o MgO atuam como elementos moduladores da viscosidade e tensão superficial da fase líquida, favorecendo a cinética de nucleação e crescimento de cristais de C₃S. Simultaneamente, a redução da granulometria da sílica reacional e o aumento da disponibilidade de Ca²⁺ deslocaram o equilíbrio termodinâmico de clinquerização no sentido da conversão da belita em alita. Tais transformações resultaram em clínqueres com propriedades físico-químicas superiores, evidenciadas por menores valores de índice de reatividade do clínquer (IRC), maior produtividade de moagem e elevação do KM, refletindo maior friabilidade e eficiência energética na etapa de cominuição. Já na Fase 2, evidenciou-se que a redução da fase belita (C₂S) está diretamente correlacionada à diminuição do consumo energético na moagem, com ganhos mensuráveis de até 3 kWh/t para cada ponto percentual reduzido de C₂S no clínquer. Adicionalmente, constatou-se que a reconfiguração microestrutural da matriz do clínquer — com redução do tamanho dos cristais de belita e menor espessura das zonas de separação desta fase — contribuiu significativamente para a elevação da produtividade e da eficiência operacional. Essa condição foi confirmada por análises microscopia ótica, ensaios de índice de reatividade (IRC), caracterizações por FRX e coeficiênte mineralógico (KM), indicando a formação de clínqueres com desempenho superior ao longo dos 21 meses de estudo. Ambas as fases convergiram para o desenvolvimento de um modelo tecnológico robusto de controle da reatividade do clínquer, fundamentado em parâmetros composicionais, estruturais e operacionais. Esse modelo fornece suporte técnico para a predição do comportamento do clínquer na fase cimento e orienta diretrizes práticas para ajustes em tempo real no processo produtivo. Como resultado, foi possível capturar valor agregado em diversas frentes: melhoria da performance física e química do cimento, aumento da previsibilidade industrial e redução significativa do custo variável por tonelada produzida.
Abstract: In today’s highly competitive cement industry, combined with the growing demand for sustainable production practices, enhancing the reactivity of Portland clinker has become a critical objective. This study proposes the industrial implementation of recent scientific and technological advances aimed at maximizing the formation of the alite phase in clinker. Key reactional parameters are evaluated, such as the particle size distribution of reactive silica, the rheological influence of the SO₃ and MgO balance in the liquid phase, and their combined effects on clinker reactivity and overall cement productivity. The study also compiles a set of reactional insights to support a high-performance clinker reactivity model, whose proof of concept demonstrates significant innovative potential for industrial application. In Phase 1, critical reactional triggers for maximizing the alite conversion rate in clinker were validated at an industrial scale. It was shown that SO₃ and MgO act as modulators of the viscosity and surface tension of the liquid phase, favoring the nucleation and growth kinetics of C₃S crystals. Simultaneously, the reduction in reactive silica particle size and the increase in available Ca²⁺ shifted the thermodynamic equilibrium of clinkerization toward the conversion of belite into alite. These transformations resulted in clinker with superior physicochemical properties, evidenced by lower clinker reactivity index (CRI) values, increased grinding productivity, and higher mineralogical coefficient (KM), reflecting greater friability and energy efficiency during comminution. In Phase 2, the reduction of the belite phase (C₂S) was found to be directly correlated with decreased energy consumption during grinding, with measurable gains of up to 3 kWh/t for each percentage point reduction in C₂S content in industrial clinker. Additionally, it was observed that the microstructural reconfiguration of the clinker matrix—including a reduction in belite crystal size and thinner phase boundary zones—significantly improved grinding performance and operational efficiency. This condition was confirmed through optical microscopy, chemical characterization (XRF), reactivity index testing (IRC), and mineralogical coefficient (KM), indicating the consistent formation of high-performance clinkers over the 21- month study period. Both phases converged in the development of a robust technological model for controlling clinker reactivity, grounded in compositional, structural, and operational parameters. This model offers technical support for predicting clinker behavior during the cement phase and provides practical guidelines for real-time process optimization. As a result, value was captured across multiple dimensions: enhanced physical and chemical cemen performance, improved industrial predictability, and significant reductions in variable production costs per ton.
Palavras-chave: Cimento Portland
Modelagem industrial - Cimento
Eficiência energética - Moabilidade
Índice de Reatividade (IRC)
Alite (C₃S)
Belite (C₂S)
Grindability
Energy Efficiency
Clinker Reactivity Index (CRI)
Industrial Modeling
Liquid Phase
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Paraíba
Sigla da Instituição: UFPB
Departamento: Engenharia Mecânica
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Tipo de Acesso: Acesso aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
URI: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/39359
Data do documento: 30-Jun-2025
Aparece nas coleções:Centro de Tecnologia (CT) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica



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