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Controle de Qualidade

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Análise centesimal: Umidade, cinzas e voláteis

A análise termogravimétrica (TGA) na geologia de mineração é frequentemente aplicada à análise centesimal de carvão e coque - determinando o teor de umidade, matéria volátil e rendimento de cinzas - bem como a medições semelhantes em outros minerais (por exemplo, determinando a perda por ignição em minérios ou sedimentos).

Em uma análise centesimal baseada em TGA, uma amostra é aquecida em um programa controlado e as mudanças de peso são registradas para medir sequencialmente: umidade (perda de massa a ~105°C), voláteis (perda de massa no aquecimento até, por exemplo, 900°C em condições inertes) e cinzas (resíduo remanescente após a combustão no ar a ~750-815°C).

O objetivo da análise centesimal é caracterizar rapidamente as propriedades do combustível do carvão:

  • A humidade afeta o valor de manuseamento e aquecimento.
  • A matéria volátil influencia o comportamento da combustão e a classificação hierárquica.
  • O rendimento de cinzas indica o teor de impurezas minerais e é usado para precificação (cinza é lastro que não queima) e para projeto de caldeiras (cinzas altas produzem mais resíduos).

Em geologia, métodos semelhantes de perda de peso (muitas vezes denominados Perda na Ignição, LOI) são usados para medir matéria orgânica em solos ou carbonatos em rochas, vendo quanta massa é perdida na ignição de alta temperatura. Por exemplo, a LOI a 550°C pode estimar o conteúdo orgânico nos sedimentos, e a LOI a 950°C pode quantificar o teor de carbonato libertando CO₂.

A TGA pode automatizar essas determinações.

Mais detalhes sobre TGA

Métodos Padrão para Análise Termogravimétrica

Os métodos TGA seguem a norma ASTM D7582 / ISO 11722 que permitem a determinação termogravimétrica automatizada destes parâmetros. Thermostep é notado para medir a umidade, cinzas, voláteis em carvão, coque, ou minério totalmente automaticamente. Essa abordagem é compatível com o padrão e produz resultados equivalentes a outros métodos tradicionais, mas com maior rendimento.

A importância destas medições está codificada em normas internacionais. A ISO 17246 define os parâmetros de análise centesimal do carvão e a ISO 11722 / ASTM D7582 fornece o método para a TGA. Ao automatizar análises do tipo LOI, até mesmo materiais geológicos como laterita ou bauxita (para medir água combinada) ou calcário (para medir a perda de CO₂) podem ser analisados com precisão.

Leia o artigo

Teste de fusibilidade de cinzas de carvão

Os testes de fusibilidade das cinzas de carvão determinam as temperaturas nas quais as cinzas de carvão se transformam, os laboratórios de mineração e os laboratórios de qualidade do carvão medem rotineiramente a fusibilidade das cinzas para prever como as cinzas de carvão se comportarão em caldeiras ou gaseificadores. O ensaio produz temperaturas características: IDT (temperatura de deformação inicial), ST (temperatura de amolecimento ou encolhimento), HT (temperatura hemisférica) e FT (temperatura de fluido ou fluxo).

O objetivo do teste é garantir a segurança operacional e a eficiência na utilização do carvão. Diferentes carvões produzem cinzas que derretem a diferentes temperaturas, dependendo da sua composição mineral (alto teor de ferro ou álcalis reduz o ponto de fusão das cinzas, por exemplo). As centrais elétricas especificam frequentemente que as temperaturas de fusibilidade das cinzas devem exceder a temperatura de funcionamento do forno para evitar a escória.

O teste de fusibilidade de cinzas envolve a preparação de uma pastilha ou cone de cinzas de carvão (de acordo com um procedimento padrão, o carvão é derramado a uma temperatura definida, em seguida, as cinzas são moldadas em um cone). Este cone é então aquecido num forno especializado com observação. O forno de fusibilidade de cinzas Carbolite CAF G5 é um exemplo projetado para este teste.

Aspetos principais:

  • Aquece até 1600°C e pode ser realizado com uma opção de atmosfera inerte.
Também é possível configurar o aquecimento do forno em uma atmosfera redutora, para simular as condições da caldeira.
  • Um sistema de câmaras observa continuamente a forma do cone de cinzas.
    • O software do forno registra imagens ou vídeos, e as temperaturas nas quais o cone de cinzas se deforma pela primeira vez (começa a arredondar ou derreter), forma um hemisfério e fluxos completos são observados. A captura automática de imagem permite que os técnicos revisem o teste mais tarde , em vez de observar o forno continuamente.
  • O forno está em conformidade com várias normas: por exemplo, ISO 540:2008, ASTM D1857/D1857M-18, DIN 51730 e ISO/TS correspondente para combustíveis alternativos.
    • Estas normas definem o método de ensaio de fusibilidade das cinzas e a forma de comunicar os resultados.
  • A amostra é normalmente aquecida a um ritmo controlado (por exemplo, °C/min) até se observar deformações.

    • Usando um forno como o da Carbolite, os laboratórios de mineração podem fornecer dados precisos de temperatura de fusão de cinzas. A inclusão da gravação automática de imagens no CAF G5 é um avanço notável - evita erros humanos na falta de um ponto final e fornece um registro para garantia de qualidade. Além disso, o forno pode testar biomassa ou cinzas de combustível derivadas de resíduos (com algumas modificações), indicando sua flexibilidade além do carvão.

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    Perda na ignição (LOI) e determinação do teor de cinzas

    A LOI é um teste simples, mas informativo: quantifica a porção total volátil ou combustível de uma amostra. Na mineração:

    • Para solos e sedimentos, a LOI fornece uma estimativa rápida da matéria orgânica, importante para a compreensão da fertilidade do solo ou da composição dos sedimentos.
    • Para a bauxita e os minérios de ferro, a LOI indica água combinada (conversão de goetite em hematita liberta água) ou CO₂ (em carbonatos) que afeta o processamento (por exemplo, LOI elevado no minério de ferro significa mais perda de massa num alto-forno).
    Por vezes, as normas para o minério de ferro incluem a LOI na especificação técnica.
  • Na mineração de cimento e calcário, a LOI pode refletir pureza (uma LOI alta em calcário significa muita calcita que se decomporá).
  • Para o carvão e o coque, os testes LOI de cinzas medem a quantidade de resíduo sólido remanescente (o que afeta o manuseio de resíduos de combustão de carvão em usinas de energia)

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    No geral, a LOI ajuda na caracterização de materiais, controle de qualidade e avaliação de adequação para vários processos industriais. Por exemplo, a LOI de um minério de ferro (devido à desidratação da goetite) pode influenciar o seu comportamento de sinterização; a LOI de cinzas de carvão indica a quantidade de resíduos com que uma caldeira terá de lidar.

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    A perda na ignição refere-se à medição da perda de peso quando uma amostra é aquecida a uma temperatura elevada especificada, causando a queima ou decomposição de componentes voláteis. Em geologia e mineração, os testes LOI são usados para:

    • Determinação da matéria orgânica ou humidade no solo, sedimentos e resíduos. Por exemplo, aquecer uma amostra de sedimento a 550°C durante várias horas irá queimar matéria orgânica; A percentagem de perda de peso indica conteúdo orgânico.
    Da mesma forma, o aquecimento a 105°C pode medir a humidade (perda por secagem).
  • Medição do teor de carbonato em rochas ou matérias-primas cimentícias. O aquecimento de uma amostra de calcário ou cimento a ~950°C irá decompor carbonatos (por exemplo, CaCO3→ CaO + CO2↑), de modo que a perda de peso corresponde ao CO2 liberado, que pode ser retrocalculado para o teor de carbonato.

    • Métodos padrão para LOI

    Existem inúmeros métodos padronizados para LOI dependendo do material:

    • A norma ASTM D7348 abrange a LOI para resíduos sólidos de combustão (por exemplo, cinzas volantes, que são análogas ao minério na técnica).
    • A norma ASTM D2974 (para solos) utiliza LOI a 550°C para matéria orgânica em turfa e solo.
    • A norma ISO 11536 (minérios de ferro - método para LOI) define como medir a perda de massa em minérios de ferro por ignição a 1000°C.
    • ASTM C25 (para calcário) e ASTM C114 (para cimento) incluem LOI como parte da análise química.

    Os fornos de carbólito podem cobrir todas as diferentes necessidades.

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    AAF

    Teste do índice de número de inchaço do carvão

    O teste Swelling Number Index (SNF) é uma análise fundamental em laboratórios de carvão e coque, usada para avaliar as propriedades de aglomeração do carvão. Este teste mede a capacidade do carvão de amolecer, inchar e solidificar novamente quando aquecido sob condições padronizadas - propriedades que são críticas para determinar sua adequação para a produção de coque metalúrgico.

    Entender o comportamento de inchaço do carvão é essencial para empresas de mineração, produtores de aço e laboratórios de controle de qualidade, pois afeta diretamente o desempenho do forno de coque e a qualidade final do coque.

    Relevância da aplicação

    • Classificação do carvão:
    Diferencia entre carvões de aglomeração e não aglomerantes, orientando a sua utilização económica.
  • Adequação para fabricação de coque:
    • Identifica se o carvão pode produzir coque forte e poroso necessário para altos-fornos.
  • Otimização de Processos:
    • Suporta a seleção de mistura de carvão para alcançar as propriedades desejadas do coque e reduzir a variabilidade.
  • Controlo de Qualidade:
    • Garante a conformidade com as normas industriais e reduz o risco de peles caras

    CARBOLITE: SNF
    SNF

    Os fornos Carbolite Gero Swelling Number Index são projetados para testes SNF precisos e reproduzíveis. Com taxas de aquecimento controladas, design robusto da câmara e conformidade com as normas internacionais, esses fornos oferecem resultados confiáveis nos quais os laboratórios de mineração e metalúrgicos podem confiar. Ao fornecer dados precisos de inchaço, eles permitem uma melhor tomada de decisão na classificação do carvão, otimização de misturas e eficiência na produção de aço.

    Análise de peneiramento para distribuição granulométrica de agregados e solos

    A análise de peneiras é um dos métodos mais estabelecidos e amplamente utilizados para determinar a distribuição granulométrica de solos, areias, agregados e outros materiais granulares. Ao passar uma amostra através de uma pilha de peneiras de arame tecido com malhagens decrescentes, os laboratórios podem quantificar rapidamente a proporção de frações grosseiras e finas. Esse método continua sendo fundamental em geologia, construção, mineração e engenharia geotécnica, onde a compreensão do tamanho do grão afeta diretamente a classificação, resistência, compactação e desempenho do material.

    AS

    Informações Essenciais a Saber

    Gama de análise: Tipicamente de alguns micrômetros até vários milímetros, cobrindo cascalho, areia e frações mais finas do solo até cerca de 75 μm.

    Aplicações: Utilizado na classificação de solos, controle de qualidade de agregados, monitoramento da eficiência de moagem e caracterização de sedimentos.

    Metodologia: Envolve a secagem da amostra, a pesagem e a peneiração sequencial através de peneiras de teste certificadas, seguidas do cálculo das percentagens ponderais retidas.

    Técnicas complementares: Para partículas mais finas que 75 μm, a análise de peneira é combinada com testes de hidrômetro ou métodos modernos de difração a laser.

    Referência a métodos normalizados

    ASTM C136 - Método de Ensaio Padrão para Análise de Peneiramento de Agregados Finos e Grosseiros: Especifica a preparação da amostra, o procedimento de peneiramento e a geração de relatórios para materiais de construção.

    ASTM D6913 / D6913M-17 - Distribuição granulométrica de solos por peneiramento: Amplamente utilizado em engenharia geotécnica para classificar solos por tamanho de grão.

    ASTM E11 - Especificação para Peneira de teste de fio tecido e peneiras analíticas: Define a qualidade e as tolerâncias das peneiras utilizadas em testes laboratoriais.

    Os agitadores de peneira Retsch e as peneiras de teste certificadas são projetados para cumprir totalmente essas normas internacionais, garantindo reprodutibilidade, confiabilidade e rastreabilidade em testes de distribuição de tamanho de partícula.

    Aplicações explicadas na prática

    A análise de peneiramento desempenha um papel crítico em todas as disciplinas:

    Classificação dos solos (engenharia geotécnica): Determina as proporções de cascalho, areia, silte e argila. Esses dados são essenciais para o projeto de fundações, estabilidade de taludes e estudos de águas subterrâneas.

    Controlo de qualidade agregado (construção): Os agregados de concreto e construção de estradas devem atender a envelopes de gradação rigorosos para compactação, durabilidade e resistência. A análise de peneiramento confirma a conformidade com estas especificações.

    Operações de mineração e moagem: Mesmo com analisadores avançados de tamanho de partícula a laser, as peneiras ainda são usadas para verificar frações mais grosseiras ou avaliar rapidamente a eficiência de moagem (por exemplo, % passando de 200 malhas).

    Sedimentologia (geologia): Os geólogos de campo costumam usar peneiramento para classificar areias e sedimentos no local, onde informações rápidas de tamanho de partícula apoiam estudos estratigráficos ou ambientais.

    A análise de peneiramento continua sendo um método confiável e compatível com os padrões para caracterizar distribuições de tamanho de partículas em solos, agregados e sedimentos. Com os agitadores de peneira projetados com precisão da Retsch e peneiras certificadas pela ASTM, laboratórios e geólogos de campo podem confiar em resultados robustos e reprodutíveis. Seja garantindo a qualidade do material de construção, monitorando as operações de mineração ou classificando amostras geológicas, a análise de peneiras continua a unir a tradição e os padrões modernos em avaliação do tamanho das partículas.

    Análise de matéria volátil em carvão e coque

    Determinar o teor de matéria volátil do carvão e do coque é uma etapa crítica no controle de qualidade da mineração e metalúrgica. Este parâmetro, parte da análise centesimal padrão, fornece informações importantes sobre o valor do combustível, comportamento de combustão e adequação para siderurgia ou geração de energia.

    Relevância da aplicação

    • Caracterização do carvão:
    O conteúdo de matéria volátil ajuda a classificar as classificações de carvão e determinar o valor de mercado.
  • Comportamento de combustão:
    • A matéria volátil elevada suporta uma ignição mais rápida, enquanto valores baixos indicam uma combustão mais lenta e estável.
  • Produção de Coca-Cola:
    • Garante que as misturas de carvão produzam coque forte e estável para operações de alto-forno.
  • Conformidade com as normas:
    • Os testes estão em conformidade com a ISO 562 e ASTM D3175, garantindo resultados confiáveis e comparáveis.

    Os fornos Carbolite Gero VMF fornecem determinações precisas e reprodutíveis de matéria volátil sob condições de aquecimento controladas, apoiando laboratórios de mineração e usuários industriais na otimização da utilização de recursos e na manutenção da qualidade do produto.

    VMF

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