Métodos de teste padrão ASTM D7348 para perda por ignição (LOI) de resíduos de combustão sólida

A norma "ASTM D7348 Métodos de Teste Padrão para Perda por Ignição (LOI) de Resíduos Sólidos de Combustão", publicada pela Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM), descreve métodos de teste para determinar a perda de massa de resíduos sólidos de combustão quando aquecidos a uma temperatura especificada em atmosfera de ar ou oxigênio. A perda de massa pode resultar de umidade, carbono, enxofre e perdas semelhantes resultantes da decomposição ou combustão dos resíduos.

Perda por ignição (LOI) refere-se à perda de massa que ocorre quando um resíduo de combustão é aquecido a altas temperaturas em uma atmosfera de ar ou oxigênio. Na indústria de cimento, o termo LOI normalmente se refere à perda de massa em uma amostra aquecida a 950 °C. Para engenheiros de combustão, o termo LOI normalmente se refere à perda de massa em amostras aquecidas a temperaturas abaixo de 950 °C.

Estes métodos de ensaio estabelecem um procedimento para determinar os valores de LOI de resíduos de combustão aquecidos a 750 ou 950 graus Celsius. Os valores de LOI obtidos a partir destes métodos de ensaio podem ser utilizados por indústrias que utilizam resíduos de combustão em diversos processos e produtos. Ao aquecer resíduos sólidos de combustão para estimar a quantidade de carbono combustível ou não queimado na amostra, foi demonstrado que o LOI e a estimativa de carbono não queimado não coincidem completamente, e o LOI não deve ser utilizado como estimativa de carbono não queimado em todos os resíduos de combustão. A determinação direta de carbono não queimado (combustível) pode ser realizada utilizando a norma ASTM D6316.

Se o resíduo sólido de combustão for aquecido para preparar cinzas para a determinação de frações mássicas de elementos maiores e menores, utiliza-se o procedimento de aquecimento descrito nas normas ASTM D3682, ASTM D4326 e ASTM D6349 ou os procedimentos para determinar o limite de concentração de 750 graus (Método A) descritos aqui. Se o resíduo sólido de combustão for aquecido para preparar cinzas para a determinação de frações mássicas de elementos traço, utiliza-se o procedimento de aquecimento descrito nas normas ASTM D3683 e ASTM D6357.

Em indústrias onde os processos de combustão são centrais, como a produção de cimento, a geração de energia a carvão e a incineração de resíduos, compreender a composição dos materiais residuais é crucial para a eficiência, o controle de emissões e a conformidade regulatória. Resíduos sólidos de combustão, como cinzas volantes, cinzas de fundo ou clínquer, frequentemente contêm componentes voláteis que afetam as propriedades do material e o impacto ambiental. A norma ASTM D7348 foi projetada para quantificar esses componentes. Esta norma fornece protocolos precisos para determinar a perda de massa desses resíduos quando aquecidos sob condições controladas, fornecendo informações sobre umidade, carbono, enxofre e outras substâncias voláteis.

A norma ASTM D7348 descreve dois procedimentos básicos que proporcionam flexibilidade dependendo do tipo de amostra e da resolução necessária. Ambos envolvem pesagem de precisão, aquecimento em mufla e medição de massa pós-ignição, mas as condições de ignição variam para acomodar diferentes volatilidades residuais:

• Procedimento A: LOI padrão a 950 graus
  • Preparação: 1-5 g de amostra de resíduo moído (passado por uma peneira nº 50) é colocado em um cadinho de platina ou cerâmica pré-aquecido.
  • Protocolo de aquecimento: Aumente a temperatura para 950 graus no ar a uma taxa de 20 graus/min, mantenha por 20 a 60 minutos até atingir uma massa constante e, em seguida, resfrie em um dessecador.
  • Cálculo: LOI (porcentagem) = ((Inicial kmassa - Massa final) / Massa inicial kmassa) x 100.
  • Características: Ideal para resíduos de fornos de cimento ou cinzas volantes, onde 950 °C simula as temperaturas de formação do clínquer e determina a quantidade de carbono orgânico ou sulfato. É o método mais comum em conformidade com as normas da indústria cimenteira.
• Procedimento B: LOI de alta temperatura em oxigênio
  • Configuração: Preparação de amostra semelhante, mas usando uma atmosfera enriquecida com oxigênio (por exemplo, 100 por cento de O a 50 mL/min)₂ fluxo).
  • Protocolo de aquecimento: Ignição a 750-1000 graus por 30 minutos, visando a oxidação completa dos carbonos resistentes.
  • Cálculo: Igual ao Procedimento A, exceto pelas correções opcionais para fusão de cinzas.
  • Características: Adequado para resíduos com alto teor de carbono, como cinzas de caldeira, e acelera a oxidação para resultados mais rápidos. Útil onde a ignição por ar levaria à combustão incompleta.

Na produção de cimento, o baixo LOI garante clínquer de alta qualidade com cal livre mínima, reduzindo os custos de energia em até 5%. Em usinas de energia, ele monitora o teor de carbono das cinzas volantes, afetando sua reutilização em concreto e o cumprimento dos limites de emissão de carbono.

• Indústrias de cimento e cal: Mede a segregação de carbonato. Um LOI maior que 3% pode indicar combustão excessiva ou mistura de matéria-prima inadequada.
• Combustão de carvão e biomassa: avalia a eficiência da queima. Um LOI alto (maior que 10%) incentiva o ajuste do queimador para reduzir o consumo de combustível.
• Usinas de conversão de resíduos em energia: ajude a atingir as metas da economia circular rastreando resíduos orgânicos para descarte de cinzas ou recuperação de metais.
• P&D: Apoia estudos sobre combustíveis alternativos onde o LOI está relacionado ao valor calorífico e ao comportamento de fusão das cinzas.

Ao minimizar o carbono não queimado, as instalações podem reduzir as emissões anuais de dióxido de carbono equivalentes a milhares de toneladas.

Como resultado, a norma ASTM D7348 revela variações ocultas em resíduos de combustão, transformando dados brutos em informações úteis para operações mais sustentáveis ​​e eficientes. À medida que a demanda global por energia sustentável se intensifica, essa norma permanece indispensável, permitindo que as indústrias progridam sem perdas excessivas.

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