BRPI0615826A2

BRPI0615826A2 - método de processar um material de partida na forma de escória metalúrgica bruta residual

Info

Publication number: BRPI0615826A2
Application number: BRPI0615826-9A
Authority: BR
Inventors: Anton Mecchi
Original assignee: Anton Mecchi
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2006-08-28
Publication date: 2012-12-18
Also published as: US20080250899A1; CN101194028B; ZA200607255B; AU2006290461B2; WO2007031825A3; WO2007031825A2; CN101194028A; US8211206B2; RU2428491C2; RU2008112004A; JP2009507636A; AU2006290461A1; UA92745C2; NO20081703L

Abstract

MéTODO DE PROCESSAR UM MATRIAL DE PARTIDA NA FORMA DE ESCóRIA METALúRGICA BRUTA RESIDUAL. A invenção fornece um método de processar um matrial de partida na forma de um escória metalúrgica bruta contendo óxido de metal para obter um produto de escória processada. O método inclui co-misturar a escória bruta com um redutor para obter uma mistura de reação e aquecer a mistura de reação para fazer o redutor reduzir o óxido de metal na escória, para obter metal em fusão e escória processada em fusão. O método ainda inclui a separar a escória processada em fusão se solidifique, para deste modo obter do um produto sólido de escória processada. Este produto de escória processada pode ser, como desejado, uma enchimento para uso na fabricação de blocos ou para uso na formulação de um mistura concreto de mostura rápida, um expandor para expansão ou para produzir um cimento misturado, ou um agregado para iso na indústria de construção de edificação.

Description

"MÉTODO DE PROCESSAR UM MATERIAL DE PARTIDA NA FORMA DE ESCÓRIA METALÚRGICA BRUTA RESIDUAL"

Esta invenção se refere amplamente ao processamento de uma escória metalúrgica. Mais particularmente, a invenção se refere a um método de processar uma escória metalúrgica bruta residual tendo um teor de metal pesado que é ambientalmente indesejável, e ao descarte da escória bruta enquanto se produz pelo menos um produto de valor.

De acordo com a invenção, é proporcionado um método de processar um material de partida na forma de escória metalúrgica bruta residual tendo um teor de metal pesado que é indesejável e ao descarte da escória bruta enquanto se produz pelo menos um produto de valor, o método sendo caracterizado pelo fato de que ele inclui etapas de:

co-misturar a escória bruta com um redutor para obter uma mistura de reação;

aquecer a mistura de reação para fazer o redutor reduzir um ou

mais compostos de metal pesado na escória bruta, para obter metal em fusão e escória processada em fusão;

separar o metal em fusão da escória processada em fusão; e fazer ou permitir que a escória processada se solidifique. O teor de metal pesado da escória bruta pode ser

ambientalmente indesejável, ou pode ser indesejável para os usos para os quais a escória processada é destinada.

Os compostos de metal pesado normalmente irão incluir compostos selecionados do grupo consistindo de óxidos de metal pesado, silicatos de metal pesado e misturas dos mesmos, embora, naturalmente, outros compostos de metal pesado capazes de redução, normalmente estarão presentes na escória bruta, e serão reduzidos pelo redutor. Naturalmente, metais pesados também podem estar presentes na escória bruta em uma forma metálica nativa e estes serão simplesmente fundidos por aquecimento e separados, junto com o metal reduzido proveniente da escória processada. Tanto a escória bruta quanto o redutor que são co-misturados para obter a mistura de reação podem estar em forma sólida quando ele são co-misturados. Ao invés disso, pelo menos uma parte da escória bruta que é co-misturada com o redutor para obter a mistura da reação pode estar em forma em fusão, o redutor estando em forma sólida. Deste modo, quando a escória bruta estiver disponível na forma de uma pilha de matéria prima tal como um depósito ou um monte localizado perto de um forno metalúrgico que produz a escória bruta em forma em fusão, usar alguma escória bruta em forma sólida a partir da pilha de matéria-prima junto com alguma escória bruta proveniente dos fornos metalúrgicos na forma em fusão pode levar a uma economia substancial de energia na etapa de aquecimento de até 35% ou mais, a escória quando em fusão estando normalmente a uma temperatura entre 1100-1650°C, p. ex. 1200-1550°C

O método pode incluir as etapas de cominuir pelo menos um dentre a escória bruta e o redutor em forma sólida para alcançar a redução de tamanho do mesmo antes da co-mistura. Mais particularmente, a escória bruta pode ser cominuída para obter redução de tamanho da mesma, a escória bruta cominuída então, antes da co-mistura, sendo submetida a classificação de tamanho para obter uma fração de tamanho da partícula desejado da mesma que é co-misturada com o redutor para obter a mistura da reação. Esta fração de tamanho pode compreender partículas tendo um tamanho de partículas de no máximo 70 mm, obtidas por trituração a temperatura ambiente.

O aquecimento da mistura de reação pode ser feito por meio de um forno, o método incluindo a etapa de descarregar o metal em fusão e a escória em fusão do forno a uma temperatura na faixa de 1300-1650°C. Mais particularmente, a descarga do metal em fusão e da escória em fusão do forno pode ser feita a uma temperatura na faixa de 1350-1550°C. Embora o aquecimento possa em princípio ser feito por meio de um forno de indução, e embora ela possa ser realizada mais ou menos continuamente, o forno é preferivelmente um forno a arco operado em batelada.

Se o aquecimento for feito mais ou menos continuamente ou mais ou menos em batelada, separar o metal em fusão da escória processada em fusão, vai ser por meio de uma separação por gravidade, a escória processada em fusão flutuando como uma camada sobre o metal em fusão. Assim, por exemplo, esta separação pode acontecer no próprio forno, ou em um outro vaso, tal como um cadinho basculante, que pode ter uma abertura de corrida em um nível baixo. O metal em fusão pode ser vazado do vaso em um no nível baixo e a escória pode ser despejada ou decantada, p. ex. como um transbordo a partir do vaso em um nível alto, basculando o vaso. Ao invés, a escória pode ser decantada primeiro, seguida pela decantação do metal por basculamento do vaso. Esta característica, p. ex. a separação da escória processada e do metal, ambos na forma em fusão, um do outro, tem assim a grande vantagem de que não apenas pode a escória processada ser obtida em uma forma relativamente livre de metal, não contaminada pelo metal, mas o metal pode também ser obtido em uma forma relativamente livre de escória, não contaminado pela escória. Portanto, tanto a escória processada quanto o metal podem estar em uma forma relativamente pura para os usos pretendidos posteriores dos mesmos. A separação por gravidade tornada possível por esta característica do método da presente invenção além disso, se presta a uma variedade de diferentes métodos de separação (vazamento, decantação, despejo por meio de basculamento de um vaso, etc.) adicionando-se à versatilidade do método da invenção. Além disso, o uso de fornos de acionamento elétrico tais como fornos de indução ou fornos a arco facilita manter o metal e a escória a uma temperatura na qual eles permanecem em fusão em todos momentos, depois que a redução ocorreu, e até que eles são separados. Deve ser enfatizado que, independentemente das temperaturas de reação empregadas, o aquecimento deve agir em todos momentos para manter Ιό 4 V-

a escória e o metal em fusão, pelo menos até que eles tenham sido separados.

O método pode incluir a etapa de permitir que a escória processada em fusão se solidifique submetendo-a a resfriamento por ar por convecção natural, tipicamente a uma taxa relativamente lenta depositando-a em uma pilha de matéria-prima tal como um depósito ou um monte em ambiente aberto, e deixando-a resfriar por um tempo suficiente, a escória solidificada processada sendo então submetida a cominuição para alcançar a redução de tamanho da mesma que a converte para a forma de um agregado, o agregado sendo um dito produto de valor. Ao invés disso, o método pode incluir a etapa de fazer a

escória processada em fusão se solidificar colocando-a em contato com água líquida para causar granulação da escória processada para obter um produto de escória processada granulada, a escória processada granulada sendo um dito produto de valor. Embora o produto da escória processada resfriado a ar em

forma de agregado vá ser usualmente considerado como um produto final para venda para usuários do mesmo na indústria de construção ou de edificação, o produto de escória processado granulado pode ser considerado como produto intermediário que pode ser armazenado para processamento posterior, ou pode ser vendido, para uso como um expansor ou enchimento, para fabricantes de por exemplo, blocos, concretos de mistura rápida, cimentos misturado expandidos por escória, ou similares, após trituração ou moagem, se necessário, a um tamanho de partículas suficientemente pequeno. Ao invés disso, o produto intermediário de escória processada granulada pode ser processado ainda mais, conforme descrito abaixo, para produzir um produto de escória processada mais ou menos final.

A escória bruta em questão é tipicamente obtida a partir de fornos metalúrgicos usados na produção de metal. Tais escórias incluem não apenas escórias de forno a oxigênio básico (BOF) ou escórias de fornos a arco 5 IG (AF) obtidas durante a produção do aço, mas elas incluem de maneira importante também escórias obtidas a partir de fornos usados na produção de outros metais, que podem estar na forma de ligas e podem ser tóxicos, por exemplo, na produção de manganês ou ferro-manganês. Estas escórias podem ser trazidas de produtores de metal localizados fora do local, ou, opcionalmente após produção podem ser usadas imediatamente no local na forma em fusão, ou após solidificação por resfriamento a ar das mesmas por convecção natural no local, podem ser armazenadas. Portanto, um estoque de escória bruta sólida pode ser provido a partir do qual escória bruta a ser processada de acordo com o método da presente invenção pode ser retirada, continuamente ou em batelada, conforme desejado, para processamento posterior. A cominuição da escória bruta, antes da sua co-mistura com o redutor pode, por exemplo, ser por trituração, para causar a sua redução de tamanho. A classificação da escória bruta cominuída, antes da co-mistura com o redutor pode, por exemplo, ser por peneiramento ou triagem, para obter uma escória bruta particulada classificada tendo um tamanho de partícula desejado e/ou uma distribuição de tamanho de partícula desejada.

Conforme indicado abaixo, um reagente contendo silício, convenientemente um reagente contendo sílica, pode ser co-misturado com a escória bruta enquanto se forma a mistura de reação, e este reagente pode ser sólido, por exemplo, sendo areia de sílica. O redutor pode ser igualmente sólido, sendo por exemplo um redutor contendo silício, contendo alumínio, ou em particular contendo ferro-silício ou contendo carbono tal como carvão. Os redutores contendo carbono, por exemplo carvão, são mais preferidos em virtude da sua pronta disponibilidade e baixo custo, e a este respeito eles devem ser contrastados com redutores contendo alumínio ou contendo ferro- silício que, para certos produtos de escória processada, podem mesmo ser considerados como contaminante a serem evitados. Estes redutores e reagentes podem ser igualmente submetidos a cominuição e classificação W antes de sua co-mistura com a escória bruta para obter a mistura de reação para obter o tamanho de partícula e/ou distribuição de tamanho desejados. Nestes casos a mistura de reação será uma mistura particulada sólida, o seu aquecimento, conforme indicado acima, agindo para fundir a mistura de reação e para formar o metal em fusão e a escória processada em fusão que é então granulada. Foi verificado pela requerente que a granulação é efetuada

r

por granulador patenteado tal como os granuladores disponíveis na África do Sul pela Bateman Metals Limited, Barlett Road, Beyers Park, Boksburg, Província de Gauteng, África do Sul. Conforme indicado abaixo, a escória processada granulada

pode ser submetida a remoção de água, antes de ser submetida a processamento posterior; e a escória processada granulada pode ser cominuída, por exemplo, por trituração e/ou moagem, por exemplo, por moagem laminador durante ou após a remoção de água da mesma. A escória processada cominuída com água removida pode ser então estocada antes de usar ou antes da venda final para usuários ou pode ser usada imediatamente no local para a fabricação dos produtos finais do tipo mencionado acima, dos quais ela forma um constituinte que age como um expansor.

A requerente empregou com sucesso escórias tanto de ferro- manganês bruta resfriada ao ar triturada quanto de BOF bruta resfriada a ar tendo um tamanho de partícula de até 70 mm, co-misturada com redutor de carvão peneirado tendo um tamanho de partícula de até 30 mm. Quando um reagente sólido contendo silício ou contendo cálcio tal como areia de sílica ou calcário respectivamente é co-misturado com uma escória bruta obtida da produção BOF de aço ou da produção de manganês ou ferro-manganês, o reagente contendo silício ou contendo cálcio tem preferivelmente um tamanho de partícula de no máximo 30 mm. Considerações similares seriam aplicadas a qualquer reagente contendo magnésio usado.

Embora o aquecimento da mistura de reação preferivelmente t ν-'

ocorra em um forno a arco em uma com base em batelada conforme indicado acima, ele pode acontecer ao invés isso em um forno de indução em uma base contínua. Em cada caso as outras etapas do processo podem ser todavia mais ou menos contínuas ou em batelada, conforme desejado, a escória bruta sendo retirada continuamente ou em batelada de uma pilha de estoque ou similar, e a trituração, filtração e co-mistura sendo realizadas em uma base similarmente de contínua ou em batelada conforme desejado, para tornar disponível uma alimentação adequada para o forno, seja ele um forno a arco ou um forno de indução.

Vários aditivos opcionais, além dos redutores tais como

redutores contendo carbono ou contendo ferro-silício mencionados acima, podem ser adicionados à mistura de reação no forno, incluindo reagentes contendo alumínio, contendo fósforo, contendo silício e contendo cálcio. O forno pode ser arranjado para descarregar, em uma base em batelada ou contínua, conforme o caso, escória em fusão a uma temperatura de 13 OO0C- 1650°C, preferivelmente 1350°C-1550°C conforme mencionado acima, e para descarregar metal líquido em uma base em batelada ou contínua que pode ser resfriado a ar em um leito de areia, p. ex. antes de reutilização no processo de produção de metal de onde a escória bruta é obtida. Uma pluralidade de fornos de indução, operados em paralelo,

cada um com seu próprio suprimento de mistura de reação, pode ser usada para aquecer a mistura da reação, para produzir o metal em fusão e escória de processada em fusão. Ao invés disso, um único forno a arco pode ser usado, tendo dois ou mais cadinhos ou caçambas basculantes que são móveis na direção e para longe de uma estação de carregamento, uma estação de fusão provida com um grupo comum ou coluna de eletrodos e uma ou mais estações basculantes.

Gases de saída dos fornos podem ser usados para secar a alimentação de carvão durante a sua trituração ou moagem e para assim secar 25

8 13

a escória com água removida, por exemplo durante trituração ou moagem do dito carvão e da escória com água removida.

A granulação da escória processada vai envolver vitrificação

da escória e pode ser tal que se obtém um tamanho de partícula de no máximo

mm, tendo um teor de vidro perfazendo pelo menos 50% da mesma em

massa, Ocamente pelo menos 67%, preferivelmente pelo menos 80% e até 90% ou mais.

Após a remoção de água da escória processada, ela pode ser secada a um teor de água de no máximo 1% em massa, tipicamente 0,5-1% em massa. A escória processada granulada com água removida pode ser então moída, e depois da moagem, tem preferivelmente um tamanho de partícula de no máximo 105 μΜ, tipicamente com um blaine de superfície/massa ou superfície específica na faixa de 3500-4500 cm2/g.

A invenção se estende a uma escória processada sempre que

feita p0r meio do método da presente invenção conforme definido e descrito

acima. A invenção também se estende a um produto de concreto ou cimento

expandido, ou a um produto de bloco expandido, contendo e expandido por dita escória processada granulada.

Quando usado como com um expansor para cimento Portland comum, a escória processada moída pode ser co-misturada com cimento Portland comum para obter uma razão em massa de escóriarcimento de 6-94- 95:5, tipicamente 15:85-65:35 e preferencialmente 30:70-50:50.

Quando usada para fabricação de bloco, a escória processada granulada vai formar tipicamente no máximo 45% em massa de produto de bloco, tipicamente 15-45% e, quando usada, a escória processada moída vai formar tipicamente de 2-15% em massa do produto de bloco.

A granulação pode resultar em resfriamento suficientemente rápido para vitrificar a escória, pelo menos em parte. Assim, a granulação da escória processada pode em particular obter a vitrificação da escória a

15 20

25

9 2θ

granulação sendo tal que obtém um tamanho de grão ou ^ de máximo 10 mm, e para obter um teor de vidro na escória granulada de pelo

escona processada granulada; e o método pode incluir a etapa de C0minuir a escona processada granulada para obter redução de tamanho da mesma ρ ex Para tomá-la apropriada para uso como um enchimento na fabricação de blocos ou na formulação de um concreto de mistura rápida, ou como um expansor para expandir um cimento tal como em cimento comum PortIand (OFC) para produzir cimento misturado.

Ao invés ou além de produzir escória processada como um produto de valor tal como um agregado para uso na indústria de construção ou de edificação, ou como um enchimento ou expansor para uso na fabricação de blocos ou formulação de concreto/cimento, o método da presente invenção

Produto de valo, Deve ser enfatizado que é esperado que haja situações onde

considerações econômicas ditam que tanto a escória processada quanto um

metal ou Hga reduzidos sejam produzidos simultaneamente como produtos de

valor para o método da invenção ser economicamente atrativo ou pelo menos

-vel, e a presente invenção naturalmente se estende para versões do método envolvendo esta produção simultânea.

Assim, o metal em fusão separado da escória em fusão pode ser um produto de valor; e o metal separado pode ser alimentado a um forno metalúrgico para processamento posterior. Isto pode ser feito com o metal na forma em fusão, embora seja esperado que o metal separado da escória Processada vá ser usualmente levado a se solidificar antes dele ser alimentado ao o forno metalúrgico para processamento posterior.

Em uma modalidade particular da invenção, a escória bruta pode, pelo menos em parte, ser selecionada dentre escórias contendo manganês, escórias contendo feiro e misturas das mesmas. Espera-se que 15

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estas escórias contendo manganês usualmente sejam obtidas a partir da

produção de ferro-manganês. Assim, a escória bruta pode compreender uma

mistura de pelo menos uma escória contendo manganês e pelo menos uma

escória contendo ferro, de modo que o produto de metal compreenda ferro-

• manganês, que pode vantajosamente retomar para a produção de ferro-

manganês de onde a escória bruta contendo manganês é obtida. O método

pode incluir a etapa, enquanto se co-mistura a escória bruta com o redutor

para obter a mistura da reação, de também co-misturar um reagente contendo

silício com os mesmos, de modo que a mistura de reação contenha silício O

método pode também incluir a etapa, enquanto co-mistura a escória bruta com

o redutor para obter a mistura de reação, de também misturar um reagente

contendo cálcio com os mesmos, de modo que a mistura de reação contém

ealcio. O reagente contendo silício vai ser tipicamente silício enquanto que o

reagente contendo cálcio pode compreender cal, cal hidratada ou carbonato de

cálcio. A adição do reagente contendo silício ou do reagente contendo cálcio

pode ser usada para otimizar a razão em massa CaOrSiO2 na mistura de

reação, e embora seja esperado que eles sejam usados tipicamente com

escória bruta proveniente da produção metalúrgica de liga tal como produção

de ferro-manganês, esta adição de reagente contendo silício ou reagente

contendo cálcio pode ser empregada com qualquer escória, por exemplo por

adição do reagente contendo cálcio ou do reagente contendo silício a uma

escoria de forno a oxigênio básico (BOF) respectivamente seja para aumentar

seu teor de cálcio, expresso como CaO, seja para aumentar o teor de silício

expresso como SiO, O método pode assim, para uma escória bruta de BOf'

incluir a adição de um reagente contendo silício tal como sílica, para reduzir a razao em massa de CaOrSiO2.

A composição da mistura de reação pode ser selecionada para prover o produto de ferro-manganês com teor de manganês de 70-90% em massa, preferencialmente 76-80o/„, e um teor de ferro de 5-20o/„ em massa V- preferencialmente 10-15%.

Em particular, a escória contendo ferro pode ser uma escória obtida de um processo de produção de aço em forno a oxigênio básico (BOF). A escória contendo ferro pode compreender 20-45% em massa, tipicamente 25-38%, de ferro expresso como Fe2Os- A escória BOF é uma fonte barata de ferro, sendo convenientemente desmetalizada,. e resfriada a ar; e a escória contendo manganês pode ser uma escória obtida de um processo de produção de ferro-manganês, por exemplo como os chamados novos horizontes, que foram desmetalizados. A escória contendo manganês pode compreender 15- 65%, usualmente 15-27% em massa de manganês, expresso como MnO.

Em uma modalidade particular, a mistura de reação contém cálcio, magnésio e silício, o cálcio, magnésio e silício estando presentes em proporções que quando expressos respectivamente como CaO, MgO e SiO2, provêem a mistura de reação com uma basicidade expressa como a razão em massa (CaO + Mg0):Si02, na faixa de 1,3:1-1,8:1, tipicamente na faixa de 1,4:1-1,7:1. O cálcio e silício na mistura de reação podem ser obtidos, se necessário, adicionando os reagentes contendo cálcio e contendo silício, e o magnésio na mistura da reação pode ser semelhantemente obtido, se necessário, adicionando um reagente contendo magnésio tal como óxido de magnésio ou carbonato de magnésio à mesma.

Redutor suficiente pode ser empregado na mistura da reação para obter um teor de manganês na escória processada de no máximo 10% em massa expresso como MnO, preferencialmente no máximo 7%.

A invenção também se estende a um produto de metal ou liga, sempre que feito mediante o método da presente invenção conforme definido acima.

A invenção será agora descrita, a título de exemplos ilustrativos não limitativos, com referência aos desenhos esquemáticos anexos, onde a figura única é um diagrama de bloco mostrando um gráfico de fluxo de uma instalação para executar o método da presente invenção para uso no processamento de uma escória de forno a oxigênio básico (BOF) obtida a partir da produção de aço.

No desenho, o número de referência 10 geralmente designa uma instalação para executar o método da presente invenção. A instalação 10 compreende uma pilha de estoque 12 de escória BOF bruta proveniente da produção de aço. A pilha de estoque 12 é mostrada alimentando ao longo de uma linha de fluxo de sólidos 14 para um alimentador grizzly 16 que por sua vez alimenta ao longo de uma linha de fluxo de sólidos 18 para um triturador de mandíbulas 20. O triturador de mandíbulas 20 alimenta ao longo de uma linha de fluxo de sólidos 22 em um triturador de cone 24, uma linha de fluxo de desvio de finos 26 que leva do alimentador 16 para a linha de fluxo 22.

O triturador de cone 24 é mostrado alimentando ao longo de uma linha de fluxo de sólidos 26 para uma peneira de triplo estrado 30 que por sua vez alimenta de seus estrados central e o mais superior ao longo de uma linha de fluxo de sólidos 32 para um triturador de cone 34. A peneira 30 alimenta a partir do seu estrado o mais inferior ao longo de uma linha de fluxo de sólidos 36 para uma pilha de estoque 38, e alimenta material passando através de sua peneira a mais inferior ao longo de uma linha de fluxo de sólidos 4o para uma peneira de estrado duplo 42. A peneira 42 alimenta a partir de seu estrado superior ao longo de uma linha de fluxo de sólidos 44 para uma pilha de estoque 46, e alimenta a partir do seu estrado inferior ao longo de uma linha de fluxo de sólidos .48 para uma pilha de estoque 50, enquanto alimenta de material que passa através de sua peneira inferior ao longo de uma linha de fluxo de sólidos 52 para uma pilha de estoque 54. O triturador de cone 34 alimenta ao longo de uma linha de fluxo de sólidos 56 para uma pilha de estoque 58. As várias partes da instalação 10 descritas acima são agrupadas em conjunto em uma instalação de trituração, geralmente designada 59. 13 ^M W

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80 e os leitos 85 são agrupados em conjunto em uma instalação de forno, geralmente designada 86. A instalação 86 também inclui linhas para expelir gás quente 87 levando a partir dos fornos 76 para um precipitador eletrostático 88 que, por sua vez, alimenta ao longo de uma linha de fluxo de gás 90 fornecida com um soprador 91, para uma chaminé 92.

A instalação 10 compreende ainda mais uma instalação de granulação e remoção de água, geralmente designada 93 e alimentada pelo lavador 80. A instalação 94 compreende o granulador 82 e uma silo 83. O granulador 82 é de projeto patenteado e é obtido de Bateman Metals Limited, sendo disposto para granular escória processada proveniente do lavador 80 por contato da escória com água líquida de modo que 100% da escória granulada passem por uma peneira de 10 mm e tenham um teor de vidro ou grau de vitrificação de pelo menos 50% em massa. O granulador 82 é associado, em um circuito fechado, com torres de resfriamento 94 para condensar vapor produzido pelo granulador 82 e para água de resfriamento empregada pelo granulador 82. O circuito inclui também um dispositivo de remoção de água 96 para remover água de escória proveniente do granulador 82 ao longo de uma linha de fluxo de sólidos 98. O dispositivo de remoção de água 96 alimenta escória processada granulada com água removida ao longo de uma linha de fluxo de sólidos 100 para uma pilha de estoque de escória granulada 102 na silo 83; e o dispositivo 96 é disposto para reciclar água ao longo do circuito para o granulador 82 e torres de resfriamento 94. Uma linha de fluxo de ramificação 103 ramifica a partir do lavador 80, entre os fornos 76, por um lado, e o granulador 82, por outro lado. Esta linha de ramificação, que é mostrada apenas parcialmente para facilidade de ilustração, leva para uma pilha de estoque 105 na silo 83, onde a escória é resfriada com ar, antes de sua alimentação para a instalação de trituração 59, conforme descrito abaixo.

A instalação 10 finalmente compreende uma instalação de moagem de escória e de expedição, geralmente designada 104 e tendo um depósito com depósito de guia 106 alimentado por uma carregadeira de extremidade frontal 108 a partir da pilha estoque 102. O depósito 106 alimenta ao longo de uma linha de fluxo de sólidos 110 da correia condutora para um alimentador do moinho 112, mostrado alimentando em um moinho de rolos 114. Uma linha de fluxo de gás 116 provida com um soprador 118 alimenta gases de forno quentes a partir de linhas de saída vazamento do forno 87 para o moinho 114. O moinho 114 alimenta ao longo de uma linha de fluxo de gás 120 para de filtro-saco 122, que por sua vez alimenta ao longo de uma linha de fluxo de gás 124 provida com um soprador 125, para uma pilha de estoque 126. O moinho 114 alimenta ao longo de uma linha de fluxo de sólidos 128 para um silo de armazenagem 130 provido com um filtro de saco 132.

De acordo com o método de processamento da presente invenção uma escória bruta contendo silicatos de ferro, óxidos de ferro e/ou ferro metálico proveniente de um processo BOF é armazenada na pilha de estoque 12. O alimentador grizzly 16 remove finos da escória bruta e alimenta estritamente o triturador de mandíbulas 20 sob condições controladas, os finos passando ao longo da linha 26 para a linha 22 e daí para o triturador de cone 24 onde trituração adicional acontece. A peneira 30 peneira escória bruta triturada que ela recebe ao longo da linha 28 a partir do triturador 24. O material retido pelos estrados o mais superior e intermediário da peneira 30 passa ao longo da linha 32 para o triturador de cone 34 onde ele é adicionalmente triturado a um tamanho de partícula de no máximo 70 mm. O material retido pelo estrado o mais inferior da peneira 30 passa ao longo da linha 36 para a pilha de estoque 38, enquanto o material passando através do estrado o mais inferior da peneira 30 passa ao longo da linha 40 para a peneira 42 onde ele é peneirado adicionalmente.

O material retido no estrado superior da peneira 42 passa ao longo da linha de fluxo 44 para a pilha de estoque 46, enquanto o material retido no estrado inferior da peneira 42 passa ao longo da linha 48 para a pilha de estoque 50. O material passando através do dito estrado inferior da peneira 42 passa ao longo da linha 52 para a pilha de estoque 54. Material nas pilhas de estoque 38, 46, 50 e 54 forma um produto agregado de acordo com as especificações do BS EN (Padrão britânico/Norma européia) 12620:2002 com respeito a agregados para concreto, e do BS EN 13242:2002 com respeito a agregados para materiais não ligados e materiais hidraulicamente ligados para trabalho de engenharia civil e construção de estradas. Escória bruta triturada proveniente do triturador de cone 34 passa ao longo da linha 56 para a pilha de estoque 58.

Escória bruta triturada é alimentada da pilha de estoque 58 ao longo do transportador 66 para o depósito 60. Por sua vez, areia de sílica com um tamanho de partículas máximo de 2 mm é transportada pelo transportador 72 da báscula de areia de sílica 68 para o depósito 62, enquanto carvão residual com tamanho de partícula de no máximo 8 mm é transportado pelo transportador 74 da báscula 70 para o depósito 64.

Escória particulada bruta triturada, areia de sílica e carvão residual são respectivamente transportador dos depósitos 60, 62 e 64 ao longo de linhas de fluxo 77 para os respectivos fornos de indução 76.

A fusão ocorre nos fornos de indução, onde o carvão age como um redutor, reduzindo os componentes de ferro na escória bruta, o aquecimento convertendo a escória a uma escória processada em fusão a uma temperatura de 1450-1600°C. A areia de sílica adicionada chega a 12-15% em massa da escória e elimina problemas que surgem a partir de cal livre na escória bruta, havendo tipicamente uma razão em massa Ca0:Si02 de 0,9:1- 1,4:1. Uma redução de até 90% em massa dos compostos de ferro é obtida por meio do redutor de carvão, a escória processada contendo no máximo 4% em massa de Fe2C^ e tendo um teor de ferro metálico de no máximo 0,5% em Χϊ 17 ^

massa. Aditivos condicionadores de escória adicionais tais como alumínio, cal e fósforo são adicionados opcionalmente à escória no forno 76.

Os fornos 76 são operados continuamente e descarregam escória processada a uma temperatura de 1450-1600°C como um transbordo no lavador 80. Metal em fusão é descarregado dos fornos 76 como um transbordo nos leitos de areia 85 para resfriamento a ar, antes da sua reciclagem para o processo de produção de aço de onde a escória bruta foi obtida.

A granulação da escória processada em fusão acontece no granulador 82, as torres de resfriamento associadas atuando para conservar água e para manter a temperatura no máximo a 35°C. A escória granulada passa ao longo da linha 98 para o dispositivo de remoção de água 96 onde ela tem sua água removida, a escória com água removida passando ao longo da linha 100 para a pilha de estoque 102. Os gases de forno que saem ao longo das linhas 87 a partir dos fornos 76 passam ao longo das linhas 87 para o precipitador eletrostático 88, e então ao longo da linha de fluxo 90 via o soprador 91 para a chaminé 92 onde eles são igualmente exauridos para a atmosfera.

Uma proporção da escória processada em fusão proveniente do lavador 80 se devia do granulador 82 e passa ao longo da linha de fluxo 103 para a pilha de estoque 105 no silo 83, onde a escória desviada é resfriada a ar para uso na instalação de trituração conforme descrito abaixo.

A carregadeira de extremidade frontal 108 é usada para transportar a escória processada a partir das pilhas de estoques 102 para o depósito de guia 106 de onde ela é alimentada para o transportador 110. E contemplado que alguma escória granulada proveniente das pilhas de estoques serão usualmente vendidas para as indústrias de engenharia civil e de edificação para uso como agregado.

O transportador 110 alimenta o alimentador de moinho 112 18 w que por sua vez alimenta o moinho de rolos 114, onde a escória processada é moída a um tamanho de partícula de no máximo 50 mícrons (μηι). O soprador 118 sopra gases quentes de forno ao longo da linha 116a partir dos fornos 76 para o moinho 114, para secar a escória processada durante a moagem da mesma no moinho 114. O gases de forno são expelidos do moinho 114 ao longo da linha 120 para o filtro de saco 122, e então ao longo da linha 124 via o soprador para a chaminé 126 onde eles são exauridos para a atmosfera.

Escória processada moída sai do moinho 114 ao longo da linha 128 para o silo de armazenamento 130, os gases que saem do silo 130 passando através do filtro saco 132 para a atmosfera.

Conforme indicado acima, escória resfriada a ar é alimentada a partir da pilha de estoque 105 para a instalação de trituração 59. Na instalação de trituração 59 a alimentação via o alimentador 16 para o triturador 20 a partir da pilha de estoque 12 é alternada com alimentação via o alimentador 16 para o triturador 20 a partir da pilha de estoque 105. A alimentação a partir da pilha de estoque 12 é triturada para uso no método da presente invenção e passa via a pilha de estoque 58 para a instalação de tratamento de materiais brutos 75; e a alimentação proveniente da pilha de estoque 105 é, após trituração, armazenada nas pilhas de estoque 38, 46, 50 e 54 para venda adiantada no mercado de agregado.

A requerente fez vários desenvolvimentos e aperfeiçoamentos na implementação básica ilustrada no desenho. Assim, a requerente verificou ser benéfico se os quatro fornos de indução 76 fossem substituídos por um forno a arco (não mostrado) tendo um par de cadinhos ou caçambas basculantes móveis. As caçambas são móveis na direção de e contra a direção de uma estação de carregamento (não mostrada), onde elas são carregáveis, e em uso são carregadas via as linhas de fluxo 77 a partir dos depósitos 60, 62 e 64, na direção e contra a direção de uma estação de fusão (não mostrada), provida com um grupo comum de eletrodos dispostos em uma coluna e onde iO 19 W

uma carga sólida nas caçambas pode ser fundida, e em uso é fundida, e na direção e contra a direção de uma estação de basculamento (também não mostrada) onde as caçambas são basculáveis, e em uso são basculadas separadamente para descarregar metal em fusão e escória em fusão a partir das mesmas ponto. Na estação de basculamento as caçambas são dispostas para despejar metal em fusão no leito de areia 85 para resfriamento a ar do metal e recuperação do metal em forma sólida. Na estação de basculamento, as caçambas também são dispostas para despejar escória em fusão no granulador 82, ou na pilha de estoque 105 no depósito 83, conforme o caso possa ser, o transbordo de vazamento de escória 78, o lavador 80 e o transbordo de vazamento de metal 84 sendo eliminados.

Usar o forno a arco ao invés do forno de indução 76 permite que a pilha de estoque 58 seja alimentada com uma proporção de escória bruta BOF diretamente a partir da pilha de estoque 12, onde a escória não passou através de nenhum dos trituradores 20, 24 ou 34. Isto permite que a linha de fluxo 56 seja substituída por uma linha de fluxo (não mostrada) da pilha de estoque 12 para a pilha de estoque 58, o triturador 34 por sua vez alimenta via uma linha de fluxo (não mostrada) para a peneira 30 e parte da descarga do triturador 24 sendo desviada da peneira 30 e para a pilha de estoque 58, convenientemente via uma linha de fluxo levando da descarga do triturador para a linha de fluxo proveniente da pilha de estoque 12 para a pilha de estoque 58. Neste caso, a requerente constatou ser conveniente ter um depósito de saída de cal (não mostrado), provido juntamente com os depósitos 60, 62 e 64 como parte da instalação de tratamento de material bruto 74, disposta para alimentar ao longo das linhas de fluxo 77 para o forno a arco. Finalmente, verificou-se ser vantajoso substituir o precipitador 68 por uma instalação de filtro de gás (não mostrada) compreendendo filtros de saco.

A operação do método desenvolvido e aprimorado é em muitos aspectos largamente semelhante àquela do método básico ilustrado rrrcr-aitera^A!si™· - ^ - -—

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Assim em uma variação da presente invenção que emprega escória bruta proveniente da produção de ferro-manganês ao invés de proveniente da produção de aço pelo processo BOF, a pilha de estoque 12 irá compreender escória resfriada a ar proveniente da produção de ferro- manganês, cuja escória foi desmetalizada. A pilha de estoque 12 é suplementada por um suprimento de escória bruta adicional (não mostrado), compreendendo escória em fusão a 1200-1400°C proveniente da produção de ferro-manganês, a escória em fusão adicional alimentando ao longo de uma linha de fluxo (não mostrada) diretamente ao forno a arco 34. A razão em massa da escória resfriada a ar:escória em fusão é tipicamente 40:60. Naturalmente, a escória em fusão pode ser omitida, mas usar apenas escória resfriada a ar prevê economia de energia de até 35% ou mais atingível usando escória em fusão.

A escória bruta de ferro-manganês resfriada a ar na pilha de estoque 12 contém 15-27%, tipicamente cerca de 23% em massa de MnO. A escória bruta proveniente da pilha de estoque 12 pode ser alimentada diretamente no depósito 60; e a escória bruta em fusão proveniente da 2>ò 22

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produção de ferro-manganês pode ser alimentada diretamente nos fornos a arco (não mostrados) que substituem os fornos de indução 76. A razão em massa de escória bruta sólida:escória bruta em fusão pode ser acima de 40:60, sendo por exemplo 100% de escória sólida (resfriada a ar), mas também ficar abaixo de 40:60, até uma razão em massa da escória sólida:em fusão tão baixa quanto 10:90.

A basicidade ideal ou conversão de MnO em Mn é 1,4:1-1,8:1 e isto pode ser controlado, se necessário, adicionando uma quantidade adequada de cal ou outra fonte de cálcio para cada batelada, junto com uma quantidade adequada, se necessário, de sílica. Por exemplo, para 900 kg de escória bruta de ferro-manganês tendo uma razão em massa de CaO:SiC>2 de 1:1 e com um teor de MnO de 23% em massa, 65 kg de cálcio (p. ex. como cal) podem ser adicionados, junto com 100 kg de escória bruta de aço BOF tendo uma razão em massa de Ca0:Si02 de 2,7:1-3,1, e um teor de Fe2O3 de 30-35% em massa, para obter uma basicidade de (CaO + Mg0):Si02 em massa de 1,5:1, e uma razão em de massa Ca0:Si02 de 1,2:1. O cálcio pode ser alimentado a partir do depósito 62. A escória bruta de aço BOF é adicionada para aumentar a proporção de ferro no produto de ferro-manganês, de maneira eficiente em termos de custo, para obter um produto de liga de ferro-manganês contendo 76-80% em massa de Mn e 13-16% em massa de Fe. A escória bruta de aço BOF pode ser escória desmetalizada resfriada a ar alimentada a partir do depósito 64.

Quando a escória processada separada do produto de ferro- manganês é destinada a granulação e redução de tamanho para produzir um enchimento de escória processado ou expansor de cimento, a razão em massa Ca0:Si02 na mesma deve então, se possível, estar na faixa de 1:1-1:1,4 em massa. Após a redução do MnO a Mn, a razão em massa Ca0:Si02 fica usualmente acima de 1,4:1, mas pode ser reduzida adicionando SiO2 adicional à escória processada em fusão antes da granulação da mesma, p.ex. a partir 23 i>M de um depósito adequado (não mostrado).

Carbono é o redutor preferido, e cerca de 65 kg de carbono, p. ex. como carvão, podem ser adicionados, junto com os ditos 100 kg de escória bruta de aço BOF, para cada 900 kg de escória bruta de ferro manganês, o carbono agindo para reduzir o teor de MnO da escória de ferro-manganês de 23% na escória bruta de ferro-manganês para 6% na escória de ferro- manganês processada, em massa. O carbono, ex. como carvão, pode ser adicionado a partir de um depósito adequado (não mostrado) aos fomos a arco que substituem os fornos de indução 76.

Um problema encontrado nas tentativas anteriores de usar escória metalúrgica para os objetivos propostos para o produto de escória processado do método da presente invenção, é que seu teor de metal pesado a torna um risco ambiental, e não atraente para uso como enchimento na produção de blocos ou na formulação de concreto de mistura rápida, como um expansor para expandir um cimento ou como um agregado para uso na indústria de construção ou de edificação. Este problema com contaminação de metal pesado existe mesmo para metais pesados relativamente aceitáveis tais como ferro, mas é particularmente grave quando metais pesados que são tóxicos, tais como manganês, estão envolvidos. É uma característica da presente invenção que, provendo, a partir de uma escória bruta tendo um teor de metal pesado relativamente alto, uma escória bruta processada tendo um teor de metal pesado relativamente alto, os problemas que surgem do uso de produtos de escória contendo metais pesados podem ser reduzidos, algumas vezes substancialmente, se não totalmente eliminados. A requerente constatou que o método da invenção pode produzir produtos de expansor de cimento de acordo com todos as exigências da EN97 (Normas Européias N° 197). Além disso, produtos de metal pesado ou de liga de metal pesado tal como manganês ou ferro-manganês podem ser produzidos pelo método da invenção.

Claims

1. Método de processar um material de partida na forma de escória metalúrgica bruta residual, tendo um teor de metal pesado que é indesejável, para descartar a escória bruta enquanto se produz pelo menos um produto com valor, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: co-misturar uma escória bruta que compreende uma mistura de pelo menos uma escória contendo manganês e pelo menos uma escória contendo ferro, com um redutor para obter uma mistura de reação; aquecer a mistura de reação para fazer o redutor reduzir um ou mais compostos de metal pesado na escória bruta, para obter ferro-manganês em fusão e escória processada em fusão; separar o ferro-manganês em fusão da escória processada em fusão; e, fazer ou permitir que a escória processada se solidifique.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o composto de metal pesado inclui compostos selecionados do grupo que contém óxido de metal pesado, silicatos de metal pesado e misturas dos mesmos.

3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a escória bruta e o redutor que são co- misturados para obter a mistura de reação estão em forma sólida quando eles são co-misturados.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos parte da escória bruta que é co-misturada com o redutor para obter mistura de reação está em forma em fusão, com o redutor estando em forma sólida.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 ou 4, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa de cominuir pelo menos uma dentre a escória bruta e o redutor em forma sólida para obter redução de tamanho do mesmo antes da co-mistura.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 ou 5, caracterizado pelo fato de que a escória bruta é cominuída para obter redução de tamanho da mesma, a escória bruta cominuída então, antes da co- mistura, sendo submetida a classificação por tamanho para obter uma fração tamanho de partícula desejado da mesma que é co-misturada com o redutor para obter a mistura da reação.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a`6, caracterizado pelo fato de que o aquecimento da mistura de reação é feito por meio de um forno, havendo ainda a etapa de descarregar o metal em fusão e a escória em fusão do forno a uma temperatura na faixa de 1300°C a 1650°C.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a descarga do metal em fusão e da escória em fusão do forno é feita a uma temperatura na faixa de 1350°C a 1550°C.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que o forno é um forno a arco que é operado em batelada.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de permitir que a escória processada em fusão se solidifique submetendo-a a resfriamento a ar por convecção natural, sendo a escória processada solidificada sendo então submetida a cominuição para obter sua redução de tamanho o que a converte à forma de um agregado, sendo o agregado um produto de valor.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa de fazer a escória processada em fusão se solidificar por contato dela com água líquida para causar a granulação da escória processada para obter um produto de escória processada granulada, sendo a escória processada granulada um produto de valor.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado que a granulação da escória processada propicia a vitrificação da escória, a granulaçao sendo tal a obter de um tamanho de grão ou de partícula de no máximo 10 mm e um teor da vidro da escória granulada com pelo menos 50% em massa.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 ou 12, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa de remover água da escória processada granulada.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa de cominuir a escória processada granulada para obter redução de tamanho da mesma.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que o ferro-manganês em fusão separado da escória em fusão é um produto de valor.

16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o ferro-manganês separado é alimentado em um forno metalúrgico para processamento adicional.

17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o ferro-manganês separado da escória processada é feito ou permitido solidificar antes de ser alimentado ao forno metalúrgico para processamento adicional.

18. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa, enquanto se co- mistura a escória bruta com o redutor para obter a mistura de reação, de também co-misturar um reagente contendo silício com os mesmos.

19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa, enquanto se co-mistura a escória bruta com o redutor para obter a mistura de reação, de também co-misturar um reagente contendo o cálcio com os mesmos.

20. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de que a composição da mistura de reação é selecionada para fornecer o produto de ferro-manganês com um teor de manganês na faixa de 70 a 90% em massa e um teor de ferro na faixa de 5 a 20% em massa.

21. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o teor de manganês está na faixa de 76 a 80% em massa e o teor de ferro está na faixa de 10 a 15% em massa.

22. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 21, caracterizado pelo fato de que a escória contendo ferro é uma escória obtida a partir do processo de produção de aço do forno básico a oxigênio (BOF).

23. Método de acordo com a reivindicação 22, caracterizado que a escória contendo ferro compreende de 20 a 45% em massa de ferro, expresso como Fe2Os.

24. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 23, caracterizado pelo fato de que a escória contendo manganês é uma escória obtida a partir de um processo de produção de ferro-manganês.

25. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 24, caracterizado pelo fato de que a escória contendo manganês compreende de 15 a 65% em massa de manganês, expresso como MnO.

26. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 25, caracterizado pelo fato de que a mistura de reação contém cálcio, magnésio e silício, o cálcio, magnésio e silício estando presentes em proporções que, quando expressos respectivamente como CaO, MgO e SiO2, provêem a mistura de reação com uma basicidade expressa como a razão em massa (CaO + MgO): SiO2, na faixa de 1,3:1 a 1,8:1.

27. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a basicidade está na faixa de 1,4:1 a 1,7:1. ^Rub:»»—&

28. Método de acordo com qualquer uma das reivindicaçõês>$g- a 27, caracterizado pelo fato de que redutor suficiente é empregado na mistura de reação para obter um teor de manganês na escória processada de no máximo 10% em massa, expresso como MnO.

29. Método de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o teor de manganês obtido na escória processada é de no máximo 7% em massa, expresso como MnO.