Title

ANáLISE TERMODINâMICA E FUNCIONAL DE ESCóRIA NA RECICLAGEM PIROMETALúRGICA DE BATERIAS DE CHUMBO-ÁCIDO COM SUBSTITUIçãO PARCIAL DE FERRO POR Pó DE FEA

THERMODYNAMIC AND FUNCTIONAL ANALYSIS OF SLAG IN PYROMETALLURGICAL RECYCLING OF LEAD-ACID BATTERIES WITH PARTIAL REPLACEMENT OF IRON BY EAF POWDER

Authorship

GOMES, LEONARDO HENRIQUE; PINHO, SÍLVIA CARDINAL; PONTE, HAROLDO DE ARAÚJO; BIELEFELDT, WAGNER VIANA; SANTANA, HENRIQUE DE; PONTE, MARIA JOSÉ J. DE S.

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BIELEFELDT, WAGNER VIANA

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SANTANA, HENRIQUE DE

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PONTE, MARIA JOSÉ J. DE S.

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DOI

10.5151/2594-5300-42714

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Abstract

A escória formada durante a reciclagem pirometalúrgica de baterias de chumbo-ácido (Pb-Ac) desempenha um papel central na segregação de fases, absorção de impurezas e controle da eficiência metalúrgica. Este estudo avalia, por meio de simulações termodinâmicas e ensaios experimentais, os efeitos da substituição parcial do ferro metálico por pó de forno elétrico a arco (EAF) sobre a composição, estrutura e funcionalidade da escória gerada. Foram comparadas duas formulações: uma convencional, com 100% de cavacos de ferro, e uma experimental, com 50% de EAF na fração redutora. Os lotes (~140 g) foram fundidos a 950 °C em cadinhos de porcelana, com posterior caracterização da escória por MEV-EDS e análise das fases segregadas. As simulações foram realizadas por meio do software FactSage 8.3, baseado nos sistemas Pb-S–O e Fe–S–Pb. A substituição por EAF resultou na formação de escória enriquecida em FeSiO₃, CaSiO₃, ZnFe₂O₄ e PbS, com menor viscosidade, melhor separação de fases e aumento da eficiência de recuperação de chumbo metálico (96,76% em comparação com 93,21% no controle). As reações de redução direta (PbO + Fe) e indireta (PbO + CO), além da formação de silicatos e sulfetos, foram ativadas sinergicamente, favorecendo uma matriz vítrea estável e seletiva. A escória com EAF apresentou composição complexa, menor incorporação de Pb e maior potencial de reúso ambiental. Os resultados confirmam que a escória não deve ser tratada como resíduo passivo, mas como uma fase funcional, controlável e tecnicamente otimizada, capaz de aumentar o desempenho metalúrgico e contribuir para a sustentabilidade do processo industrial.

THE SLAG FORMED DURING THE PYROMETALLURGICAL RECYCLING OF LEAD-ACID BATTERIES (PB-AC) PLAYS A CENTRAL ROLE IN PHASE SEGREGATION, IMPURITY ABSORPTION, AND CONTROL OF METALLURGICAL EFFICIENCY. THIS STUDY EVALUATES, THROUGH THERMODYNAMIC SIMULATIONS AND EXPERIMENTAL TESTS, THE EFFECTS OF THE PARTIAL REPLACEMENT OF METALLIC IRON BY ELECTRIC ARC FURNACE (EAF) POWDER ON THE COMPOSITION, STRUCTURE AND FUNCTIONALITY OF THE GENERATED SLAG. TWO FORMULATIONS WERE COMPARED: A CONVENTIONAL ONE, WITH 100% IRON CHIP, AND AN EXPERIMENTAL ONE, WITH 50% EAF IN THE REDUCING FRACTION. THE BATCHES (~140 G) WERE MELTED AT 950 °C IN PORCELAIN CRUCIBLES, WITH SUBSEQUENT CHARACTERIZATION OF THE SLAG BY SEM-EDS AND ANALYSIS OF THE SEGREGATED PHASES. THE SIMULATIONS WERE PERFORMED USING THE FACTSAGE 8.3 SOFTWARE, BASED ON THE PB-S–O AND FE–S–PB SYSTEMS. THE SUBSTITUTION BY EAF RESULTED IN THE FORMATION OF SLAG ENRICHED IN FESIO₃, CASIO₃, ZNFE₂O₄ AND PBS, WITH LOWER VISCOSITY, BETTER PHASE SEPARATION AND INCREASED EFFICIENCY OF METALLIC LEAD RECOVERY (96.76% COMPARED TO 93.21% IN THE CONTROL). THE DIRECT (PBO + FE) AND INDIRECT (PBO + CO) REDUCTION REACTIONS, IN ADDITION TO THE FORMATION OF SILICATES AND SULFIDES, WERE ACTIVATED SYNERGISTICALLY, FAVORING A STABLE AND SELECTIVE VITREOUS MATRIX. THE SLAG WITH EAF SHOWED COMPLEX COMPOSITION, LOWER INCORPORATION OF PB AND GREATER POTENTIAL FOR ENVIRONMENTAL REUSE. THE RESULTS CONFIRM THAT SLAG SHOULD NOT BE TREATED AS PASSIVE WASTE, BUT AS A FUNCTIONAL, CONTROLLABLE AND TECHNICALLY OPTIMIZED PHASE, CAPABLE OF INCREASING METALLURGICAL PERFORMANCE AND CONTRIBUTING TO THE SUSTAINABILITY OF THE INDUSTRIAL PROCESS.

Keywords

Reciclagem de escórias modificadas, EAF em pó, pirometalurgia.

Recycling, modified slag, EAF powder, pyrometallurgy