4 - Calcinação
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Calcinação
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA
Introdução
Calcinação é um tratamento térmico aplicado à carbonatos 
visando a promover a sua decomposição térmica. A 
calcinação ocorre abaixo da temperatura de fusão do 
material.
MeCO3(s)\ufffd MeO(s) + CO2(g)
P.S. O termo calcinação é empregado erroneamente na 
etapa de desidratação do Al(OH)3 e durante a ustulação de 
alguns minérios e/ou concentrado.
Dolomita \ufffd CaMg(CO3)2
Calcário \ufffd CaCO3
Magnesita \ufffd MgCO3
\u2022 Aplicações:
\u2022 Produção de aço e ferro.
\u2022 Produção de metais não ferrosos.
\u2022 Construção civil.
\u2022 Papel e celulose.
\u2022 Industria química e de alimentos.
\u2022 Áçucar / Álcool.
\u2022 Vidro.
\u2022 Retirada de SO2 de gases.
\u2022 Agricultura.
\u2022 Tratamento de água.
\u2022 Produção:
\u2022 A produção mundial de cal e cal dolomítica é maior 
que 120milhões de toneladas por ano.
\u2022 A indústria de ferro é aço é a maior consumidora e 
demanda por, aproximadamente, 40 milhões de 
toneladas/ano.
Qual a perda percentual de massa sofrida pelo 
carbonato de magnésio durante a calcinação?
Propriedade do carbonato de cálcio:
\u2022 \u2248 90% CaCO3..
\u2022 3-30% vazios.
\u2022 Superfície específica 1-10m2/g. 
\u2022 Volume molar 36,9 cm3/mol e 16,9 cm3/mol para o CaCO3 e 
CaO, respectivamente.
P.S. Carbonato de cálcio de alta pureza contém teor de 97-
99%. Dolomita de alta pureza contém teor de 40-43% e 
57-60% de MgCO3 e CaCO3, respectivamente.
Como justificar a 
variação na 
porosidade do 
material 
calcinado?
Como justificar 
essa variação na 
área superficial?
Calcule a porosidade teórica de uma amostra de 
CaCO3 (\u3c1 = 2,83g/cm3) após a calcinação.
R: 0,44
100g (CaCO3) --- 35,33cm3
44g (CO2) --------- X = 15,55 cm3 (Volume de vazios deixados pelo CO2)
Considerando que a rede do CaCO3 não sofre encolhimento após a 
calcinação a porosidade teórica será:
15,55/35,33 = 0,44
Reações de calcinação
CaCO3(s)\ufffd CaO(s) + CO2(g) \u2206H = +182,1 kJ/mol
MgCO3(s)\ufffd MgO(s) + CO2(g) \u2206H = +100,9 kJ/mol
(700-1000ºC)
CaMgCO3(s)\ufffd CaO.MgO(s) + 2CO2(g) \u2206H = +302,8 kJ/mol
P.S. As reações de calcinação são todas endotérmicas. O 
que significa que elas são favorecidas em altas temperaturas.
Termodinamicamente, para que a calcinação ocorra a pCO2 
no carbonato deve ser maior que a pCO2 no meio 
(Calcinador). Sendo assim, para a calcinação de um 
carbonato hipotético, tem-se:
2
0 ln pCORTGG +\u2206=\u2206
No equilíbrio:
2
0
2
0
ln
0ln
pCORTG
pCORTGG
\u2212=\u2206
=+\u2206=\u2206
P.S. Essas equações não levam em consideração os 
fenômenos associados ao transporte de produtos através da 
camada de cinza e nem a formação de novas fases durante o 
processo.
Determine a temperatura mínima de calcinação para o MgCO3. 
Para uma pressão de 1atm e de 0,01atm dentro do reator.
y = -168.79x + 97878
R2 = 0.9999
y = -207.08x + 97878
R2 = 0.9999
-120000
-100000
-80000
-60000
-40000
-20000
0
20000
40000
60000
0 200 400 600 800 1000 1200
472,6 579,9
Para conseguirmos calcinar o MgCO3 à 423,15K. Qual seria a pressão 
máxima de CO2 dentro do reator?
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
0 500 1000 1500 2000 2500
pCO2 = 100atm
pCO2 = 1atm
pCO2 = 0,0001atm
R T l
n P C O
2 
( P C O
2
= 1 0
- 3 )
Temperatura ºC
(PCO2=1)
( P C O 2 =
1 0 
- 1 )
( P C O 2
= 1 0 
- 2 )
0
+45
+30
+15
-15
+60
0 200015001000 500
(\u2206\u2206\u2206\u2206Go Kcal)
(PCO2=10)
2
0 ln pCORTGG +\u2206=\u2206
A decomposição do carbonato depende da pressão 
parcial de CO2 presente no processo. Para o CaCO3, 
temos:
25% de CO2\ufffd 810oC
100% de CO2\ufffd 900oC
A dolomita decompõe em dois estágios. O primeiro em, 
aproximadamente, 550oC (MgO) e o segundo em, 
aproximadamente, 810oC (CaO). 
Durante a calcinação do carbonato de cálcio, o núcleo da 
partícula deve alcançar 900oC. Sabendo que a 
temperatura de calcinação desse material é 810oC. 
Justifique a necessidade dos 900oC. Porque o calcinador, 
normalmente, opera a temperatura de 1100oC?
A pressão de decomposição no equilíbrio (Peq) para carbonatos 
é melhor descrita pela seguinte equação:
atm
T
Peq \uf8f7
\uf8f8
\uf8f6
\uf8ec
\uf8ed
\uf8eb
\u2212×=
20474
exp10137,4 7
FONTE: G.D. Silcox, J.C. Kramlich, D.W. Pershing, A mathematical model for 
the flash calcination of dispersed CaCO3 and Ca(OH)2 particles, Ind. Eng. 
Chem. Res. 28 (1989) 155\u2013160.
A equação não mostra um bom ajuste em 
temperaturas baixas e quando o tamanho da 
partícula é grande.
Como a temperatura pode 
interferir no produto final da 
calcinação?
CaCO3
\u2022 Sinterização
Grandes tempos de retenção e elevadas temperaturas 
podem promover a sinterização da carga. Como 
consequência teremos:
\u2022 Redução da área superfícial.
\u2022 Redução da porosidade.
\u2022 Redução da reatividade.
A presença de CO2 e H2O acelera a sinterização do óxido.
Como isso pode 
interferir no produto 
final?
\u2022 Cinética de sinterização
tk
S
SS
s=\uf8f7\uf8f7
\uf8f8
\uf8f6
\uf8ec\uf8ec
\uf8ed
\uf8eb
\u2212
\u3b3
0
0
Área superficial Constante de velocidade
Coeficiente exponencial
skS
SS
t lnlnln
0
0
\u2212\uf8f7\uf8f7
\uf8f8
\uf8f6
\uf8ec\uf8ec
\uf8ed
\uf8eb
\u2212
= \u3b3
Em atmosfera inerte, \u3b3 \u2248 2,7 o que indica um mecanismo de difusão na rede.
Em linhas gerais, a velocidade de sinterização da cal obedece 
à seguinte ordem:
Ca(OH)2 > Calcário > CaCO3
10X10X
Como justificar essa ordem?
R: A maior velocidade do calcário é atribuída à presença de 
catalisadores na rocha. O produto da desidratação possui os poros 
mais próximos, perde H2O, e por isso a cinética de sinterização é
maior.
As pressões devem ser fornecidas em Pas.
Quando os dois gases estão presentes, temos:
Influência do CO2 e da H2O na cinética de sinterização
Efeito da temperatura e do tempo de calcinação na 
porosidade e área superficial do óxido de cálcio
Influência direta da 
área superficial na 
aplicação final do 
produto. 
Como você explicaria o resultado abaixo?
A temperatura da calcinação é de extrema importância
quando se quer obter um determinado tipo de material. No
caso da magnesita temos:
»Dead burned magnesium oxide
»Hard burned magnesium oxide
» Light burned magnesium oxide
Dead burned magnesium oxide
10.000X 
área superficial 
<0,1m2/g
- Temperatura de calcinação 
1500oC-2000oC.
- Óxido altamente refratário.
- Utilizado na construção de 
refratários para fornos.
Hard burned magnesium oxide
5.000X 
área superficial 
0,1- 1,0 m2/g
- Temperatura de calcinação 1000-
1500oC.
- Óxido de reatividade moderada.
- Utilizado em aplicações onde 
necessita-se de uma degradação 
lenta ou reatividade moderada (Ex. 
Alimentação animal e fertilizantes).
Light burned magnesium oxide
5.000X 
área superficial 
1,0 - 250 m2/g
- Temperatura de calcinação 700-
1000oC.
- Óxido de alta reatividade.
- Utilizado na industria de papel e 
processamento de polpas, ade-
sivos, neutralizante químico, etc.
\u2022 A Cinética da calcinação
Os seguintes fatores complicam o estudo cinético da
calcinação:
\u2022 Concentração de CO2
(inibição da reação)
\u2022 Tamanho de partícula.
(transferência de calor e massa)
\u2022 Presença de catalisadores/ inibidores.
(impurezas)
Temperatura e Catalisadores
Presença de CO2 e H2O
Tamanho da Partícula
Considerações Cinéticas
Moffat W. e Walmsley R. W. apresentaram, em 2006, um
estudo cinético para a calcinação de um carbonato de
cálcio feito em um forno rotativo na faixa de temperatura
de (850-1200oC). Utilizando cinco diferentes tamanhos de
partícula (4,75-25mm). 
Usaremos os resultados desse *trabalho para estudarmos
a cinética de calcinação. 
*http://www.tappsa.co.za/archive2/Journal_papers/Understanding_lime_calcinati
on/understanding_lime_calcination.html
A cinética de calcinação segue o modelo do núcleo não reagi-
do e quatro importantes passos podem controlar a velocidade
de decomposição do carbonato, são eles:
1- A condução de calor 
através da camada de 
cinza.
2- A reação química no 
núcleo não reagido.
3- A difusão do CO2 através 
da camada de cinza.
4- A difusão do CO2 na 
camada fluída.
P.S. Existe um consenso na literatura de que os efeitos da etapa 
4 são insignificantes durante a decomposição do carbonato de 
cálcio.
Controle