BR112020007877A2

BR112020007877A2 - método para o tratamento de pasta contendo ferro

Info

Publication number: BR112020007877A2
Application number: BR112020007877-8A
Authority: BR
Inventors: Gaëlle Kerzerho; Hélène Boucard; Ana-Maria Iosif
Original assignee: Arcelormittal
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2020-10-13
Also published as: ZA202001642B; CA3076676C; JP2021507983A; US20210371953A1; ES2907790T3; JP6990308B2; PL3728664T3; EP3728664A1; WO2019122985A1; KR102470060B1; MX2020006657A; UA125417C2; CN111356777A; CA3076676A1; AU2018389705A1; KR20200059277A; AU2018389705B2; EP3728664B1; WO2019123138A1; RU2737115C1

Abstract

Um método para o tratamento de pasta contendo ferro, o referido método compreendendo - uma etapa de lixiviação em que a pasta contendo ferro é misturada com um ácido e um agente de oxidação, de modo a criar um lixiviado oxidado, e - uma etapa de precipitação de ferro, em que o lixiviado oxidado é misturado com um agente neutralizante, de modo a criar uma mistura composta de uma parte sólida compreendendo ferro precipitado e uma parte líquida, o agente neutralizante compreendendo pelo menos 30% em peso de poeira recuperada de um tratamento com filtro de manga a partir da fabricação de ferro, fabricação de aço, fabricação de coque ou gás de sinterização.

Description

“MÉTODO PARA O TRATAMENTO DE PASTA CONTENDO FERRO” CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção refere-se a um método para o tratamento de pasta contendo ferro.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Durante a produção de ferro-gusa, gases contendo poeiras são emitidos e saem pela parte superior do alto-forno. Para serem reciclados, os gases devem ser limpos dessas poeiras. Dois métodos são usados para executar esta etapa de limpeza: uma limpeza a seco usando coletores de poeira e/ ou ciclones que coletam as maiores partículas de poeira que são enviadas diretamente para a instalação de sinterização; e uma limpeza úmida, em lavadoras, que coletam as partículas de poeira mais finas na água. O resíduo desta etapa de limpeza úmida constitui a pasta.

[003] A composição média dessa pasta é de 15% a 25% em peso de ferro, 30% a 50% em peso de carbono, 2% a 12% em peso de zinco e 0,5% a 2% de chumbo. O zinco e o chumbo estão presentes como óxidos de PbO e ZnO, mas também notavelmente como sulfetos de ZnS, também denominados esfalerita, como sulfetos de PbS e como metais puros, Zn e Pb.

[004] Devido ao seu alto teor de zinco e chumbo, essas pastas não podem ser diretamente recicladas na instalação de sinterização.

Geralmente, as instalações de sinterização permitem a reciclagem de subprodutos com teor abaixo de 0,4% em peso de zinco e abaixo de 0,1% em peso de chumbo. Portanto, é necessário tratar ainda mais essa pasta para diminuir seu teor de metais pesados.

[005] Os processos hidrometalúrgicos são soluções bem conhecidas para remover impurezas de sólidos ou de pasta. Estes processos incluem uma etapa de lixiviação, que consiste basicamente em misturar o sólido a ser tratado com um líquido contendo um agente de lixiviação, tais como NaOH, NH3 ou H2SO4. As impurezas do sólido reagem com o agente de lixiviação e são transferidas para o líquido. O resultado da etapa de lixiviação é uma mistura de um sólido ou pasta lixiviado e um líquido residual de lixiviação, chamado lixiviado. Este lixiviado contém notavelmente ferro e carbono que podem ser recuperados para reutilização na planta de sinterização.

[006] O pedido de patente WO 2016/178073 descreve um método de tratamento de pasta de alto-forno em que a pasta é submetida a uma etapa de lixiviação com ácido clorídrico e clorato. O lixiviado resultante desta etapa é primeiro oxidado e depois submetido a uma etapa de precipitação de ferro por adição de cal. A parte sólida resultante dessas etapas subsequentes pode ser reciclada para a instalação de sinterização em substituição a fontes externas de ferro e carbono. Esse processo implica o uso de múltiplos agentes reativos, como ácido, cloratos e cal, que podem ser prejudiciais ao meio ambiente. Por exemplo, a produção de cal implica grande consumo de energia e liberação de CO2 na atmosfera.

[007] O pedido de patente WO 2015/124507 descreve também um método de tratamento de pasta em que é submetida a várias etapas, entre elas uma etapa de lixiviação com ácido clorídrico e dióxido de manganês e uma etapa de precipitação de ferro com a adição de um agente neutralizante que é o cal e a injeção de ar e/ ou oxigênio na mistura. Quanto ao método anterior, múltiplos agentes reativos estão envolvidos em reações subsequentes.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[008] Existe, portanto, a necessidade de um método de tratamento que tenha um impacto reduzido no meio ambiente.

[009] Este problema é resolvido por um método de tratamento de pasta contendo ferro, o referido método compreendendo: - uma etapa de lixiviação em que a pasta contendo ferro é misturada com um ácido e um agente de oxidação, de modo a criar um lixiviado oxidado, e - uma etapa de precipitação de ferro, em que o lixiviado oxidado é misturado com um agente neutralizante, de modo a criar uma mistura composta de uma parte sólida compreendendo ferro precipitado e uma parte líquida, o agente neutralizante compreendendo pelo menos 30% em peso de poeira recuperada de um tratamento com filtro de manga a partir da fabricação de ferro, fabricação de aço, fabricação de coque ou gás de sinterização.

[0010] O método de tratamento de acordo com a invenção também pode compreender as seguintes características, tomadas isoladamente ou em combinação: - agente neutralizante compreende menos de 65% em peso de cal, - após a etapa de precipitação do ferro, a mistura é submetida a uma etapa de separação para recuperar separadamente a parte sólida que contém carbono e ferro precipitado e a parte líquida, - a parte sólida compreende pelo menos 8% em peso de ferro, pelo menos 15% em peso de carbono, menor que 0,4% em peso de zinco e menos de 0,1% em peso de chumbo, - a poeira compreende menos de 0,1% em peso de zinco, menos de 1% em peso de chumbo, entre 0,5% em peso e 2,5% em peso de sílica SiO2, entre 2 e 5% de potássio, entre 2% em peso e 5% em peso de cloro, menos do que 2% em peso de enxofre, pelo menos, 8% em peso de ferro, pelo menos 10% em peso de carbono, pelo menos 25% em peso de óxido de cálcio e entre 1 e 3% em peso de óxido de magnésio, sendo o saldo de oxigênio e as impurezas inevitáveis, - a pasta que contém ferro é a pasta de alto-forno.

[0011] Outras características e vantagens da invenção aparecerão na leitura da descrição a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0012] A fim de ilustrar a invenção, foram realizados ensaios e serão descritos por meio de exemplos não limitativos, principalmente com referência a figuras que representam: a Figura 1 é uma vista esquemática de uma forma de realização de um método de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[0013] Na Figura 1 é ilustrado um dispositivo para executar um método de tratamento de acordo com uma forma de realização da invenção. A pasta (1), como a pasta do alto-forno, é derramada em um tanque (11) onde é misturada com um ácido (2), tal como o ácido clorídrico HCl e um agente oxidante (3), como uma solução aquosa de NaClO3. A mistura dos agentes de lixiviação com a pasta produz um lixiviado (21), que é composto por uma parte sólida e uma parte líquida. A duração da etapa de lixiviação (2) é preferencialmente compreendida entre 30 minutos e 2 horas. Uma etapa específica de lixiviação é aqui descrita a título de ilustração, mas a invenção abrange qualquer etapa de lixiviação usando um ácido e um agente oxidante.

[0014] O ácido clorídrico HCl reage notavelmente com óxidos de zinco e chumbo de acordo com as seguintes reações: ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O PbO + 2 HCl → PbCl2 + H2O

[0015] Os cloretos de zinco e chumbo assim produzidos são solúveis em água.

[0016] O ácido clorídrico HCl também reage com óxidos de ferro de acordo com a seguinte reação: Fe2 O 3 + 6 H+ → 2 Fe3+ + 3 H2O

[0017] Os íons Fe3+ assim formados podem reagir com zinco de acordo com as seguintes reações: Zn° + 2 Fe3+ → 2 Fe2+ + Zn2+ ZnS + 2 Fe3+ → Zn2+ + 2 Fe2+ + S°

[0018] No entanto, o agente de oxidação (3) reage com zinco e chumbo presente na pasta inicial (1), de modo a transformar-se em elementos solúveis em água que são removidos da pasta (1) e transferidos para a parte líquida do lixiviado (21). Este lixiviado (21) contém nomeadamente Fe2+, Fe3+, Zn2+, Pb2+.

[0019] Para recuperar o ferro, é necessário ter esse elemento apenas sob a forma de Fe3+, o que significa que os íons Fe2+ precisam oxidar.

Esta etapa de oxidação pode ser realizada usando íons clorato: 6 Fe2+ + 6 H+ + ClO3- → 6 Fe3+ + Cl- + 3H2O

[0020] Pode ocorrer através de uma etapa de oxidação específica (não ilustrada) ou em conjunto com a etapa de lixiviação, tendo uma concentração inicial de agente oxidante (3) maior que a necessária para a mera reação com zinco e chumbo.

[0021] Se realizada através de uma etapa específica de oxidação, ele consiste em adicionar um agente oxidante como o clorato, por exemplo, usando uma solução de NaClO3 ao lixiviado (21).

[0022] O produto desta oxidação é um lixiviado oxidado (21) compreendendo notavelmente Fe3+, Zn2+, Pb2+.

[0023] Para recuperar o ferro, o lixiviado oxidado (21) é enviado para um segundo tanque (12) para ser submetido a uma etapa de precipitação de ferro. Esta etapa de precipitação do ferro é realizada misturando um agente neutralizante (4) com o lixiviado oxidado (21). Essa adição resulta em um aumento do pH até um valor compreendido entre 2 e 3, no qual o Fe3+ precipita como goetita, FeOOH. O produto desta etapa de precipitação de ferro é uma primeira mistura (22) composta por uma parte sólida, a pasta lixiviada compreendendo ferro e uma parte líquida, um líquido residual. Essa primeira mistura (22) é enviada para um dispositivo de separação (13), como uma prensa de filtro ou um decantador, onde as fases sólida (23) e líquida (24) são separadas. A fase sólida (23), também chamada de bolo, é um concentrado de ferro e carbono que pode ser submetido a etapas adicionais de lavagem e secagem e reciclado para a instalação de sinterização.

[0024] De acordo com a invenção, o agente neutralizante (4) usado para a etapa de precipitação contém poeira recuperada de um tratamento com filtro de mangas de gás. Uma câmara de ar (baghouse) (BH, B/ H), um filtro de mangas (BF) ou um filtro de tecido (FF) é um dispositivo de controle da poluição do ar que remove os particulados do ar ou gás liberados pelos processos industriais, como a indústria siderúrgica. A maioria das bolsas de filtro usa bolsas longas, cilíndricas (ou tubos) feitas de tecido ou feltro como meio de filtro. O gás de exaustão ou o ar entram na bolsa através de tremonhas e são direcionados para o compartimento da câmara. O gás é aspirado pelos filtros, tanto por dentro quanto por fora, dependendo do método de limpeza, e uma camada de poeira se acumula na superfície do filtro até que o ar não possa mais se mover através dele. Essas poeiras são então recuperadas pela limpeza dos filtros. De acordo com a invenção, o agente neutralizante (4) contém pelo menos 30% em peso de poeiras recuperadas do tratamento com filtro de mangas de gás. Estas poeiras são poeiras recuperadas a partir do tratamento com filtro de mangas de fabricação de ferro, fabricação de aço, fabricação de coque ou gás de sinterização.

[0025] A instalação de sinterização é uma instalação dentro do campo siderúrgico onde, basicamente, o minério de ferro bruto é misturado notavelmente com um material contendo carbono e um agente de fluxo, a mistura assim criada sendo sinterizada de forma a formar aglomerados de ferro. Esses aglomerados são então carregados no alto-forno para criar ferro- gusa. Este processo emite uma grande quantidade de gás de combustão que contém poeira proveniente dos diferentes materiais utilizados. Esses gases são capturados para evitar sua liberação na atmosfera e tratados para remover essas poeiras pelo tratamento com filtros de manga. O uso dessas poeiras provou várias vantagens, principalmente para o meio ambiente. De fato, o consumo de um agente neutralizante externo, como a cal, é reduzido sem causar um impacto prejudicial no tratamento da pasta, sendo os compostos indesejados como o zinco e o chumbo ainda removidos dentro dos limites exigidos. Além disso, o uso dessas poeiras permite obter um bolo com maior teor de carbono e ferro. Isso melhora então a taxa de reciclagem do bolo (23) para a instalação de sinterização, onde substitui material de ferro bruto. Isso também reduz o consumo de matérias-primas na instalação de sinterização.

Em uma forma de realização preferencial, a parte sólida compreende pelo menos 8% em peso de ferro, pelo menos 15% em peso de carbono, menos que 0,4% em peso de zinco e menos de 0,1% em peso de chumbo.

[0026] Em uma forma de realização preferencial, as poeiras compreendem menos do que 0,1% em peso de zinco, menos de 1% em peso de chumbo, entre 0,5% em peso e 3,5% em peso de sílica SiO2, entre 2 e 11% de potássio, entre 2% em peso e 10% em peso de cloreto, menos de 3% em peso de enxofre, pelo menos 8% em peso de ferro, pelo menos 15% em peso de carbono, pelo menos 25% em peso de óxido de cálcio e entre 1 e 3% em peso de óxido de magnésio, sendo o equilíbrio oxigênio e impurezas inevitáveis.

[0027] O líquido residual (24) ainda contém zinco e chumbo que podem ser recuperados. Para fazer isso, o líquido residual (24) é submetido a uma etapa de precipitação de zinco e chumbo. Esta etapa de precipitação de zinco e chumbo pode ser realizada vertendo o líquido residual (24) em um terceiro tanque (13), onde é misturado com um componente alcalino (5), como o cal. Esta adição resulta em um aumento do pH do líquido, de preferência até 9,5, no qual precipitam os hidróxidos de zinco e chumbo Zn(OH)2 e Pb(OH)2.

[0028] O produto desta etapa de precipitação de zinco e chumbo é uma segunda mistura (25) composta por uma parte sólida, um concentrado de zinco e chumbo (26) e de uma parte líquida, um efluente (27). Essa segunda mistura (25) é enviada para um dispositivo de separação (14), como uma prensa de filtro ou um decantador, onde as fases sólida (26) e líquida (27) são separadas. O concentrado (26) de zinco e chumbo pode ser reciclado para um forno Waelz e o efluente (25) pode ser tratado com outros efluentes da planta.

RESULTADOS

[0029] A pasta proveniente do alto-forno foi submetida a um tratamento de acordo com o estado da técnica (Método 1) e de acordo com uma forma de realização da invenção (método 2). Os resultados são apresentados na tabela 1. A composição inicial da pasta era (em % em peso , sendo o restante oxigênio: Zn Pb SiO2 K Cl S Fe C CaO MgO 7,34 0,57 4,84 0,55 0,03 3,1 13,4 48,0 4,13 0,64

[0030] Nos dois métodos, a pasta foi submetida primeiro a uma etapa de lixiviação em um primeiro tanque durante o qual foi misturado com ácido clorídrico HCl e com uma solução aquosa de clorato de sódio NaClO3. As reações descritas anteriormente ocorreram e um lixiviado foi formado.

Adicionou-se NaClO3 em quantidade suficiente para oxidar este lixiviado de modo a obter os minérios de ferro sob a forma oxidada necessária Fe3+. Este lixiviado oxidado foi então vertido em um segundo tanque para executar a etapa de precipitação do ferro.

[0031] No método 1, de acordo com o estado da técnica, esta etapa de precipitação de ferro foi realizada usando cal como agente neutralizante. No método 2, de acordo com a invenção, o agente neutralizante utilizado foi uma mistura de cal e poeira do tratamento com filtro de manga de gás sinterizado. A composição da poeira utilizada foi a seguinte (em % em peso), sendo o restante oxigênio: Zn Pb SiO2 K Cl S Fe C CaO MgO 0,03 0,66 1,9 4,1 3,8 1,0 9,3 19,9 29,2 1,4

[0032] Em seguida, em ambos os métodos, as partes sólidas e líquidas resultantes da etapa de precipitação do ferro foram separadas em uma prensa de filtro. A parte sólida, também chamada de bolo, foi analisada para determinar seu teor de ferro e carbono. A parte líquida foi então enviada para um terceiro tanque, onde foi submetida a uma etapa de precipitação de zinco e chumbo, misturando com cal. Os produtos desta etapa de precipitação de zinco e chumbo são o concentrado de Zn/ Pb e as águas residuais que são separadas por filtro prensa. O concentrado de Zn/ Pb foi analisado para determinar seu teor de zinco e chumbo.

Tabela 1 Método 1 (estado da Método 2 (invenção) técnica) Pasta a ser tratada (kg) 1000 1000 Poeira do filtro de tecido usada na etapa de - 80 precipitação de ferro (kg) Consumo de cal (kg) 160 138 Consumo de HCl (kg) 670 670 C e Fe no bolo (kg) 749 775 Zn e Pb no bolo (% em peso) 0,15 0,14

[0033] Conforme pode ser visto a partir da tabela 1, o método de acordo com a invenção permite a redução do consumo de cal, enquanto mantém a taxa de remoção de zinco e de chumbo nos limites requeridos.

Além disso, o método de acordo com a invenção permite obter um bolo com maior teor de carbono e ferro, o que aumenta a quantidade de fontes externas de carbono e ferro que ele pode substituir na instalação de sinterização.

Todas essas vantagens contribuem para a redução do impacto ambiental.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. MÉTODO PARA O TRATAMENTO DE PASTA (1) CONTENDO FERRO, caracterizado pelo método compreender - uma etapa de lixiviação em que a pasta (1) contendo ferro é misturada com um ácido (2) e um agente de oxidação (3), de modo a criar um lixiviado oxidado (21), e - uma etapa de precipitação de ferro, em que o lixiviado oxidado (21) é misturado com um agente neutralizante (4), de modo a criar uma mistura (22) composta de uma parte sólida (23) compreendendo ferro precipitado e de uma parte líquida (24), o agente neutralizante (4) compreendendo pelo menos 30% em peso de poeira recuperada de um tratamento com filtro de manga a partir da fabricação de ferro, fabricação de aço, fabricação de coque ou gás de sinterização.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo agente neutralizante (4) compreender menos de 65% em peso de cal.

3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado por, após a etapa de precipitação de ferro, a mistura (22) ser submetida a uma etapa de separação de forma a recuperar separadamente a parte sólida (23) contendo carbono e ferro precipitado e a parte líquida (24).

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pela parte sólida (23) compreender pelo menos 8% em peso de ferro, pelo menos 15% em peso de carbono, menor que 0,4% em peso de zinco e menos de 0,1% em peso de chumbo.

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela poeira compreender menos de 0,1% em peso de zinco, menos de 1% em peso de chumbo, entre 0,5% em peso e 2,5% em peso de sílica SiO2, entre 2 e 5% de potássio, entre 2% em peso e

5% em peso de cloreto, menos do que 2% em peso de enxofre, pelo menos, 8% em peso de ferro, pelo menos 10% em peso de carbono, pelo menos 25% em peso de óxido de cálcio e entre 1 e 3% em peso de óxido de magnésio, sendo o equilíbrio oxigênio e impurezas inevitáveis.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pela pasta (1) que contém ferro ser a pasta de alto-forno.